Параметрический генератор Советский патент 1989 года по МПК H03B19/06 

фиг. 1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться, например, в устройствах автоматики.

Целью изобретения являются повышение быстродействия, расширение частотного диапазона, улучшение развязки между входом управления и выходом параметрического генератора,.а также снижение потребляемой мощности сигнала накачки и требований к добротности характеристик колебательного контура параметрического генератора.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого параметрического генератора; на фиг. фиг . 2 - конструкция параметрического полевого транзистора; на фиг.З - 5 - диаграммы, поясняющие работу параметрического генератора и параметрического полевого транзистора.

Параметрический генератор содержит первый и второй нелинейные элементы, которые выполнены в виде

первого и второго паоаметрических полевых транзисторов 1 и 2, источник 3 напряжения смещения, генератор 4 сигнала накачки, источник 5 напря- кения-питания, первый и второй резисторы Ь и 7, первый и второй конденсаторы 8 и 9 и катушку 10 индуктивности. Параметрический полевой транзистор имеет полупроводниковую подложку 11, область 12 истока,.об- ласть 13 стока, область 14 канала, диэлектрический слой 15, электрод 16 , затвора, электрод 17 истока, электрод 18 стока, слой 19 подзатворного параэлектрика и электрод 20 подложки

Параметрический полевой транзисто представляет собой полупроводниковый прибор со структурой метнлл-параэлек рик-полупроводник, он выполнен на полупроводниковой подложке 11 (например, кремний р-типа). У поверхности подложки сформированы области 12 - 14 истока, стока (например, п -типа) и канала (например, п-типа для транзистора с индуцированным каналом). На поверхности подложки содержится диэлектрический слой 15 с низким значением диэлектрической проницаемости и достаточно большой Т1.1лщиной (например, двуокись кремния с толи(иной порядка 0,5 мкм). Слой 15 расположен всюду за иск почением области под электродом 16 чатвора и электродов 17,18 и 20 истока, стока и подлож

0

5

0

5

0

5

0

50

45

ки. Под электродом 16 затвора расположен слой 19 параэлектрика.

Параэлектрики - это диэлектрические кристаллы с аномально высокими значениями ионной и электронной поляризуемости у которых в определенном температурном диапазоне диэлектрическая проницаемость зависит от температуры Т по закону Кюри-Вейсса С/(Т-Т), где С - константа;, Т - температура Кюри-Вейсса, причем константа С параэлектриков велика и достигает 10 К, т.е. в 10 раза больше, чем у сегнетоэлектриков. В таких материалах отсутствуют спонтанная поляризация, домены и, кроме того, ничтожно малы пьезоэффект и электро- стрикация. Параэлектрики подразделяют на высокотемпературные и низкотемпературные. Высокотемпературные пара- электрики имеют температуру Кюри Т 0. , где 0д - температура Дебая (обычно 9д 300 К), при которой происходит фазовый переход в сегнето- электрическое состояние.

Для параметрического полевого транзистора наиболее подходят низкотемпературные Параэлектрики, для которых температура Кюри много меньше температуры Дебая (), последняя находится либо в области очень низких температур, либо вообще отсутствует, так как некоторые пара- электрики не переходят в сегнето- фазу. К числу низкотемпературных параэлектриков относятся титанаты стронция, кадмия, кальция, танталант калия, твердые растворы на их основе и др. Диэлектрическая проницаемость этих материалов лежит в пределах 310 - 2-10 . Они характери- зуютЬя низкими значениями тангенса утла потерь и обладают повышенной устойчивостью к воздействию радиационного облучения.

Крутизна характеристики полевого транзистора с изолированным затвором в области насыщения определяется выражением

5

S где

7.

oLd

(и.и- Unoo ),

и

op

d длина канала; его ширина;

подвижность носителей в канале ;

Толщина подзащитного диэлектрика;

6д - диэлектрическая проницаемость вакуума;

5 - относительная диэлектрическая проницаемость под атвор- ного диэлектрика; пороговое гапряжение; 1 напряжение затвора . Использование в транзисторе под затвором слоя параэлектрика, для

Unop10

которого 3-10 - , при одинаковых размерах позволяет повысить крутизну характеристики в 30 - 210 раз и во столько же раз уменьшить сопротивление канала.|5

Поскольку емкость затвора С i параметрического полевого транзистора также увеличивается в 30 - 2 выполняются неравенства

10

раз,то

5 Срп, где Спров С

- З trpoB

ру

проводников и р-п-переходов. Поэтому влияние паразитных емкостей на работу параметрического полевого транзистора в схемах резко ослабляется.

При криогенных температурах диэлектрическая проницаемость пара- электриков зависит от величины напряженности электрического поля. Так, например, для титаната стронция диэлектрическая проницаемость (при Т 4,2 К) уменьшается более, чем в десять раз при изменении напряженности электрического поля от нуля до 3 В/мкм. При этом у параметрического полевого транзистора емкость затвора может изменяться под действием управляющего напряжения накачки.

На фиг.3 изображены зависимость (а) емкости затвора С от напряже25

ния затвор-исток Uj (вольтфарадная характеристика) и стоко-затворная характеристика (S).

Параметрический генератор имеет колебательный контур, образованный двумя идентичными половинами L катушки 10 и двумя нелинейными конденсаторами затвор-исток идентичных параметрических полевьсх транзисторов.

Параметрический генератор работает следующим образом.

В режиме делителя частоты на входные шины Вх.1 и Вх.2 (фиг.1) сигнал частоты субгармоники не поступает. Напряжение генератора 4 синусоидальное (фиг.4а) и почти полностью приложено между затвором и истоком Каждого паоаметрическо -о полевого транзистора. Оно вызывает изменение емкости затвора с частотой накачки и

н колебательном контуре параметр}тчее- кого ге)1ерятора из шумов возбуждаются субгармонические колебания на половинной частоте накачки.

Субгармонические колебания имеют два устойчивых и различающихся на Т состоянии фазы относительно фазь напряжения накачки.

Напряжение субх армонических колебаний фи-пьтруется колебательным контуром и также воздействует на его нелинейный конденсатор с емкостью затвор- исток параметрического полевого транзистора. Так как субгармонического колебания между затвором и истоком каждого паоаметрического полевого транзистора противофазны, то форма напряжений затвор-исток отличается - емкости 20 от синусоидальной. На фиг. 4 б сплошной линией показана форма напряжения медду затвором и истоком для одного паоаметрического полевого транзистора и пунктирной линией - для другого. Каждое из этих напряжений усиливается соответствующим параметрическим полевым транзистором, выделяется на первом и втором резисторах 6 и 7, ас выходных шин Вых.1 и Вых.2, образующих дифференциальньпЧ выход параметрического генератора, снимается сигнал половинной частоты накачки - субгармоническое колебание. Его форма приведена на фиг.4 в. В режиме делителя частоты фаза вьосодного сигнала может отличаться на 180 от приведенной на фиг.4 в. Фаза выходного сигнала определяется исходной случайной фазой шумового колебания в момент 40 возбуждения субгармонических колебаний в параметрическом генераторе.

Параметрические полевые транзисторы кроме функции усиления субгармонических колебаний по мощности, выполняют роль развязки цепи нат грузки делителя частоты. Изменение

параметров нагрузки (активного и реактивного сопротивленийj при малой

емкости затвор-сток параметрических полевых транзисторов практически не влияет на добротность колебательного контура.

30

35

45

50

Дифферен1Д1альный выход паоаметри- ,г ческого генератора исключает проникновение напряжения генератора накачки и четньк гармоник субгармоники в наг- рУзку, что улучшает форму выходного сигнала.

10

|5

20 0

25

20 40

20 40

30

20 40

35

45

50

Дифферен1Д1альный выход паоаметри- ческого генератора исключает проникновение напряжения генератора накачки и четньк гармоник субгармоники в наг- рУзку, что улучшает форму выходного сигнала.

В режиме параметрона на дифференциальный вход параметрического ратора (Вх.1 и Вх.2 на фиг.1) поступает периодический радиоимпульсньгй входной сигнал U с тактовым пеоно- дом Т. Частота несущей сигнала вдвое меньше частоты накачки, а его амплитуда превышает уровень ,шумовых и паразитных колебаний субгармоники в колебательном контуре. Фаза колебаний входного сигнала задается внешним источником сигнала и может принимать два значения, отличающихся на 180. В устройствах радиочастотной автома- тики они соответствуют логическому нулю и единице. Напряжение генератора накачки Чц является также радиоимпульсным и имеет тот же тактовый период, что и входной сигнал. Взаим- ное расположение входного сигнала Ug и радиоимпульсов напряжения накачки и J, во времени t показано соответственно на фиг.5 а и 5 б. Входной сигнал и g является фазирующим. Его роль сводится к навязьшанию определенной фазы субгармонических колебаний в момент возбуждения параметрического генератора.

Формула изобретения

1. Параметрический генератор, содежащий первый и второй нелинейные элементы, генератор сигнала накачки, неточник напряжения , первый конденсатор и катушку индуктивности, первый и второй выводы которой являются входом управления параметрического генератора, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью Гюныше- ния быстродействия, расширения частотного диапазона, улуча1ения развязки между входом управления и выходом параметрического генератора, а также снижения потребляемой мощности сигнала накачки и требований к добротности и стабильности характеристик колебательного контура параметрического генератора, введены последовательно соединенные первый и второй резисторы и второй конденсатор, а также источник напряжения питания, который включен между точкой соединения первого и второго резисторов и общей шиной, при этом первый и второй нелинейные элементы выполнены в виде первого и второго параметрических полевых транзисторов, истоки и подложки которых соединены с общей шиной, катушка индуктивности снабжена отводом от средней точки, а первый и второй ее выводы соединены с затворами соответственно первого и второго параметрических полевых транзисторов, стоки которых соединены соответственно с другим вьшодом первого резистора и с точкой соединения второго резистора и второго конденсатора, источник нап ояжения смещения и генератор сигнала накачки соединены последовательно и включены между отводом катушки индук- тивности и общей шиной, один вывод первого конденсатора подключен к стоку первого параметрического полевого транзистора, а другие выводы первого и второго конденсаторов являются выходом параметрического генератора. /

2.Генератор по п.I, о т л и ч а ю- щ и и с я там, что между затвором и полупроводником параметрических полевых транзисторов введен слой пара- Электрика.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение быстродействия, расширение частотного диапазона, улучшение развязки между входом управления и выходом параметрического г-ра, а также снижение потребляемой мощности сигнала накачки и требований к добротности х-к колебательного контура параметрического г-ра. Параметрический г-р содержит два нелинейных эл-та 1 и 2, источник 3 напряжения смещения, г-р 4 сигнала накачки, конденсатор 8 и катушку 10 индуктивности. Цель достигается введением источника 5 напряжения питания, двух резисторов 6 и 7 и конденсатора 9, а также выполнением нелинейных эл-тов 1 и 2 в виде параметрических полевых транзисторов. Г-р по п.2 ф-лы отличается тем, что между затвором и полупроводником параметрических полевых транзисторов введен слой параэлектрика. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

12

13

фиг. 2

В

Л л л

VVV

фиг.

Составитель И.Павлов Редактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич

Заказ 6609/55

Тираж 88А

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ЙЙ/ДГ

Фиг.5

Корректор Л.Бескид

Подписное