Фундаментальные свойства идеальных НРД

Реактивные двухполюсники с однозначными характеристиками у (х) при периодическом воздействии x (t) в виде непрерывной функции обладают двумя важными для преобразования колебаний и сигналов свойствами:

=> не потребляют активной мощности;

=> постоянные составляющие напряжения для емкостного двухполюсника и тока — для индуктивного равны нулю.

Справедливость указанных свойств для нелинейных емкостных двухполюсников следует из выражений.

где Т — период воздействия и отклика; в силу периодичности z (0) = z (T).

В (1) использовалась формула интегрирования по частям. Для нелинейных индуктивных двухполюсников на основании принципа дуальности можно получить соотношения, аналогичные (1), (2).

Основные типы НРЭ.

Следует выделить три типа элементов со свойствами, близкими к свойствам идеальных НРЭ: ферромагнитные, сегнетоэлектрические и полупроводниковые НРЭ.

В ферромагнитных НРЭ используются магнитомягкие материалы (электротехнические стали, пермаллои, магнитомягкие ферриты и др.), обладающие способностью намагничиваться до насыщения в слабых полях и имеющие малые потери на перемагничивание. Конструктивно ферромагнитные элементы выполняются в виде дросселей или трансформаторов на магнитопроводах стандартных типов или специальной конструкции. При использовании электротехнических сталей возможны конструкция магнитопровода по типу асинхронной машины с фазным ротором, в которой реализуется режим работы ферромагнетика с вращающимся магнитным полем, или конструкция из двух развернутых на 90° и состыкованных вместе U-образных магнитопроводов (рис. 1, я), обеспечивающая ортогональное взаимодействие магнитных полей. Широкими возможностями обладают ферриты, позволяющие изготавливать магнитопроводы различной конфигурации. В качестве примера на рис. 1,6 приведена конструкция ферромагнитного элемента с ортогональными полями, выполненного на биторе.

Основой для построения сегнетоэлектрических НРЭ (сегиетокондснсаторов или варикондов) служат ссгнстоэлсктрики: сегнетокерамика, титанаты бария и висмута, ниобат калия и др. Несмотря на неоднократные попытки создания сегнетоконденсаторов, до настоящего времени не удалось разработать элементы с удовлетворительными характеристиками. К их недостаткам следует отнести значительные потери мощности, большую жесткость характеристик поляризации и сравнительно высокие коэрцитивные поля, наличие униполярности в ходе кривых поляризации, сильную зависимость характеристик от температуры.

Рис. 1. Ферромагнитные элементы с использованием двух U-образных магнитопроводов (а) и магнитолровода типа битор (б).

Среди полупроводниковых НРЭ наибольшее распространение получила нелинейная емкость полупроводникового р—//-перехода (см. п. 5.3). Обычно при объяснении ее физической природы исходят из режима работы р—//-перехода: в запертом режиме превалирует барьерная емкость, в открытом — диффузионная. Механизмы образования емкостных свойств в этих режимах хорошо изучены и обстоятельно описаны в литературе. Для режима частичного отпирания р—//-перехода существуют разные трактовки его емкостных свойств. Указанные обстоятельства привели к различным названиям полупроводниковых НРЭ (варикапы, варакторы, диоды с накоплением заряда, диоды с эффектом смыкания, диоды с резким восстановлением и др.) и подходам к моделированию.

Следует отметить, что еще в тридцатые годы для осуществления частотной модуляции применялись реактивные каскады (лампы), представляющие собой на переменном токе электронные аналоги управляемых реактивных элементов, построенным (синтезированным) на основе усилительных электронных приборов с нелинейными вольт-амперными характеристиками и линейных фазосдвигающих цепей. Большие потери мощности реактивных каскадов на постоянном токе ограничивают область их применения устройствами информационного типа.