Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 130
Скачиваний: 1
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СХЕМЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ Р. А. В А Л И Т О В А и И, А, П О П О В А
МОСКВА сСОВЕТСКОЕ РАДИО» 1978
6 Ф 2 . 1 2 |
|
|
. тех Ик. |
|
|
P. 15 |
|
|
|
|
|
УДК 621.396.61 |
|
>г/йп/;Я!» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Радиопередающие |
устройства на полупроводниковых |
приборах |
Проек |
||
тирование |
и расчет». |
Под ред. В а л и т о « а Р \. и |
П о п о в о |
И А- |
|
М., «Сов |
радио», |
1973, 464 с. |
|
|
|
В книге изложены принципы работы и основы |
проектирования |
||||
многокаскадных |
полупроводниковых радиопередающих устройств. |
||||
Рассматриваются |
усилители мощности и умножители на тран |
зисторах, транзисторные автогенераторы с бескварцевон стабили задней и управление их частотой кварцевые автогенераторы, ум ножители частоты на варакторах, а гакже вопросы амплитудной модуляции. Приводится методика составления структурных схем многокаскадных передатчиков. Специальная глава посвящена гене раторам с использованием эффекта Ганна.
Всё вопросы рассматриваются применительно к широкому диа пазону радиочастот вплоть до сантиметровых волн. Материал, при
веденный |
|
в книге, иллюстрируется |
примерами расчетов. |
|||
|
Книга |
предназначена для инженерно-технических работников, |
||||
она |
также |
может быть использована в качестве учебного пособия |
||||
для |
учащихся |
вузов |
при курсовом |
и дипломном проектировании |
||
|
Рис. |
203, |
табл. |
26, библ. 258 |
|
|
|
|
|
|
|
А В Т О Р Ы : |
|
|
|
|
БАРЖИН |
В. |
БОКК |
О. Ф., ВАЛИТ |
ОБ Р. А., ГРИБОВ |
Э. Б. |
ЗА |
||||
ХАРОВ |
С М., КОЖЕМЯКИН |
К |
Г., МАКАРЕНКО |
Б И , НЛИДЕРОВ |
В.3., |
|||||
ПЕТРОВ |
А |
Ф., ПЕТРОВ |
Б. Е., |
ПОПОВ И. А , |
ПРОХОРОВ |
Э. Д., РОН- |
||||
ДИН Ю П., ТЕРЕШИНА |
Г. Н., ШИТИКОВ |
Г Т. |
|
|
|
Р е д к о л л е г и я :
Бергельсон И. Г., Валитов Р. А. (отв. редактор), Гальпе рин Е. И. (зам, отв. редактора), Герасимов С. М , Горюнов Н. Н . , ДодикС . Д . , Каменецкий Ю. А., Конев Ю. И., | Куликовский А. А.,| Мальский И. В., Носов Ю. Р., Николаевский И- Ф-> Попов И. А., Сестрорецкий Б. В . , Степаненко И. П,
0343—035 Р 046(01)—73 6 7 — 7 2
(g) Издательство «Советское радио», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ
Достоинства электронной аппаратуры, выполненной на полупроводниковых приборах, широко известны: высо кая надежность, устойчивость к механическим воздейст виям, малые габариты и вес, мгновенная готовность к ра боте, экономичность питания. Однако до недавнего вре мени применение полупроводниковых приборов в радио передающих устройствах было ограничено их малой мощ ностью и худшими, чем у ламп, частотными свойствами. Поэтому полупроводники использовались лишь в маломощ ных или низкочастотных узлах: модуляторах, возбудителях, системах автоматического управления и т. д. Это позволило увеличить надежность передатчика в целом и несколько улучшить его конструктивные и энергетические характе ристики.
В последние годы появились новые возможности для создания полностью полупроводниковых передатчиков.
Прежде всего это связано с существенным увеличением мощности и рабочей частоты транзисторов, которые пока остаются основными приборами для генерации высокоча стотной мощности. Развитие эпитаксиальной технологии, применение многоэмиттерных структур и ряд других кон структивных и технологических достижений в полупровод никовой технике позволили создать транзисторы, генери рующие в низкочастотной части радиотехнического диапа зона волн мощности порядка сотен ватт, а в дециметровом диапазоне волн порядка нескольких десятков ватт.
Специальные диоды с резким восстановлением (ДРВ) позволяют строить умножители частоты для переноса мощ ностей, генерируемых транзисторами, в диапазон более коротких волн без значительных потерь.
Весьма широк фронт исследований, проводимых в по исках других способов генерирования высокочастотной мощности. Здесь наибольшие успехи достигнуты в разра
ботке автогенераторов СВЧ, использующих эффект |
Ганна, |
и генераторов, работающих на лавино-пролетных |
диодах |
(ЛПД). Эти приборы могут генерировать колебания в диа пазоне СВЧ от 0,1 —-30 ГГц при выходной мощности в не сколько киловатт (в импульсном режиме). Несмотря на. то, что в настоящее время они мало используются в передающих устройствах, их перспективность несомненна.
Разработка мостовых и гибридных соединений для сло жения мощностей и применение ферритопых развязываю щих устройств позволяют использовать большое число по лупроводниковых приборов для их совместной работы на общую антенну. При этом выходная мощность передат чиков может составлять до десятков киловатт. С другой
Возбуди-. |
МУсилители |
Мощный |
J |
||||
тель |
|
и |
транзистор |
||||
|
\умножители |
ный, |
каскад |
|
|
||
Возбуди |
Усилители |
|
|
Варактор- |
|||
' |
и |
транзистор^ |
|
ные |
|||
тель |
|
||||||
умножителіА |
ный. |
каскад |
^множители |
||||
|
|||||||
|
|
|
•5) |
|
|
|
|
Рис. ПЛ. Структурные схемы |
полупроводниковых |
передатчиков: |
|||||
а — диапазоны километровых, |
гектомегровых, |
декаметровых, |
метровых волн; |
б—диапазоны дециметровых и сантиметровых волн.
стороны, успехи антенной техники, техники радиоприема, совершенствование антенных устройств, радиоприемных устройств и методов передачи информации позволяют теперь использовать для самых разнообразных систем сравнительно маломощные передатчики. Все это создает условия для широкого внедрения полностью полупровод никовых передатчиков в самые различные радиотехниче ские системы, что позволяет существенно улучшить ряд показателей этих систем и прежде всего надежность.
Типичные структурные схемы полупроводниковых пе редатчиков различных диапазонов частот приведены на рис. ПЛ .
Схема высокочастотного тракта передатчиков диапазо нов километровых, гектометровых, декаметровых и метро вых волн строится по обычному принципу (рис. П.1, а): ко лебание маломощного возбудителя усиливается многока скадным транзисторным усилителем мощности. При необ-
ходимости этот тракт усиления делают широкополосные неперестраиваемым. В узкополосных передатчиках метро вых волн для повышения стабильности частоты автогене ратора возбудитель часто строят на пониженной частоте и используют один или несколько промежуточных транзи сторных каскадов в режиме умножения частоты. В мало
мощных передатчиках (Рн < |
1 Вт) усилитель |
обычно со |
||
держит |
2—3 каскада, в передатчиках большей |
мощности |
||
( Я н > |
10 |
Вт) число каскадов |
увеличивается до 4—5. Воз |
|
будитель |
передатчика чаще |
всего стабилизируется квар |
цем и представляет собой простейший автогенератор или
более сложное |
устройство в зависимости от требований |
||||
к |
стабильности |
частоты, диапазону |
перестройки, а |
также |
|
в |
зависимости |
от типа |
модуляции |
(в передатчиках |
с ча |
стотной и однополосной |
модуляцией). |
|
Амплитудная модуляция всегда проводится в оконеч ных каскадах и лишь в однополосных передатчиках усили ваются модулированные колебания.
Промышленный к. п. д. передатчиков этих диапазонов волн колеблется в пределах 30—60%.
В высокочастотном тракте передатчика СВЧ (децимет ровые и сантиметровые волны) на выходе включается ряд каскадов умножения частоты на варакторах (рис. П . 1, б). Умножители на варакторах преобразуют колебательную мощность, отдаваемую транзисторами на частотах 100— 1 000 МГц, в мощность более высокой частоты ценой некото рых потерь. Число каскадов умножения обычно невелико (1—3) и зависит прежде всего от заданной выходной частоты, мощности, требований к к. п. д.
Для передатчиков СВЧ характерно также увеличенное число транзисторных каскадов: транзисторы здесь работают уже на частотах, где их коэффициент усиления по мощности невелик (Кр = 2-7-4).
Потери высокочастотной мощности в умножителях и ухудшение работы транзисторов снижают промышленный к. п. д. передатчиков дециметрового и особенно сантимет рового диапазонов до 8—12%.
Таким образом, современные полупроводниковые пере датчики представляют собой многокаскадные устройства, большая часть каскадов которых имеет различное функцио нальное назначение.
В соответствии с такими структурными схемами пере датчиков построена настоящая книга. Ее главы посвящены каскадам различного назначения.
Гл. 1—4 посвящены генераторам на транзисторах. В них
рассматриваются |
транзисторные усилители, умножители |
и автогенераторы. |
В таких каскадах транзистор работает |
с отсечкой тока: часть периода высокой частоты он проводит гок, на другую часть периода он закрывается. На очень низких частотах, на которых инерционные свойства тран зистора не сказываются, процессы в генераторе могли бы анализироваться подобно процессам в ламповых генера торах, т. е. на основе аппроксимации статических харак теристик. Однако диапазон частот, для которого применим такой метод анализа, слишком узок. Практически во всем рабочем диапазоне частот транзистора необходимо учиты вать его свойства как нелинейного реактивного элемента схемы. Процессы в схемах с нелинейными реактивными элементами, как известно, описываются такими нелиней ными дифференциальными уравнениями, общее решение которых отсутствует. В связи с этим приходится упрощать задачу, используя специфику режима генераторов различ ных назначений.
. Так, в гл. 1,2 рассматриваются усилитель мощности и умножитель частоты на биполярных транзисторах. В них возбуждение обычно достаточно велико, поэтому удается использовать метод припасовывания. Транзистор здесь представляется тремя линейными моделями, одна из кото рых справедлива для области закрытого эмиттерного пере хода, другая — для активной области, третья — для об ласти насыщения. Нелинейные свойства транзистора прояв ляются при переходе из одной области в другую.
В гл. 3 рассматривается бескварцевый автогенератор при работе на высоких частотах и вопросы стабильности его частоты. Активными элементами схемы в таком автогене раторе служат биполярные и полевые транзисторы, а также туннельные диоды. Автогенераторы работают при малых
возбуждающих токах и напряжениях |
и для их |
анализа |
уже не удается привлечь результаты |
теории, |
развитой |
в гл. 1, 2. Здесь теория развивается с помощью малосиг нальной эквивалентной схемы полупроводникового прибора и вводятся необходимые нелинейные поправки, учитыва ющие особенности работы при конечных амплитудах.
В гл. 4 анализируется кварцевый автогенератор. Ста бильность частоты такого автогенератора определяется не столько режимом транзистора и схемой генератора, сколь ко условиями, в которых работает кварцевый резонатор. Это позволило авторам упростить или обойти вопросы,
і
связанные с особенностями нелинейной работы активных элементов схемы.
Таким образом, сложность решения общей задачи ана лиза процессов в транзисторе определила различный под ход к анализу различных по назначению транзисторных каскадов передатчика.
В гл. 5 рассмотрены умножители частоты, использую щие нелинейные свойства емкости р-п перехода В отличие от транзисторных схем здесь нелинейный элемент (емкость) находится под воздействием, по крайней мере, двух гармо нических составляющих колебаний тока: основной частоты со и частоты Nui колебания, выделяемого в нагрузке. Воз действие двух гармонических составляющих на реактив ный нелинейный элемент определяет главную особенность развитой здесь теории.
В гл. 6 рассмотрена амплитудная модуляция передат чика. Проведен анализ двух способов модуляции в оконеч ном каскаде: модуляция на коллектор и модуляция изме нением связи. Проблемы этой главы меньше, чем в пред шествующих главах, связаны с нелинейными свойствами транзистора. В ней главным образом рассматриваются энер гетические соотношения с учетом особенностей работы кон туров с нелинейной емкостью.
Гл. 7 посвящена построению структурной схемы много каскадного передатчика. Материал этой главы имеет значе ние при проектировании передатчика в целом.
В гл. 8 обсуждаются генераторы, работающие с исполь зованием эффекта Ганна. Направление и стиль этой главы в какой-то мере отличаются от инженерного направления всех предшествующих глав книги. Это можно объяснить тем, что до сего времени такие генераторы еще не нашли широкого практического применения.
Книга написана коллективом авторов:
И. А. Поповым (гл. 1,7); Э. Б. Грибовым и О. Ф. Бокком (гл. 2); Г. Т. Шитиковым (гл. 3); В. Я. Баржиным,
Р.А. Валитовым, С. М. Захаровым, В. Г. Кожемякиным, В. 3. Найдеровым, А. Ф. Петровым, Ю. П. Рондиным (гл. 4); Б. Е. Петровым (гл. 5); Г. Н. Терешиной (гл. 6);
Р.А. Валитовым, Б. И. Макаренко, Э. Д. Прохоровым (гл. 8).
Вотличие от многих других томов серии книг «Радио электронные схемы на полупроводниковых приборах. Про ектирование и расчет» в настоящем томе значительный объем каждой главы занят теоретической частью. Это объ-
ясняется тем, что большинство принципиальных вопросов значительно меньше проработано, чем, например, в теории усилительных или импульсных устройств, и не нашло достаточного отражения в литературе. С другой стороны, практика проектирования и опыт эксплуатации радиопе редающих устройств с полупроводниковыми приборами также не накопили еще достаточного количества четких рекомендаций, так как внедрение полупроводниковых при боров в эту область радиоэлектроники значительно задер жалось из-за отсутствия достаточно мощных высокочастот ных приборов. Уместно отметить, что в настоящей книге впервые ставится столь широкий круг вопросов расчета и проектирования полупроводниковых передатчиков. Кни га В. И. Каганова «Транзисторные передатчики» (М., «Энергия», 1970 г.) вышла в свет после написания авторами данной книги их рукописей. По этой причине авторы были лишены возможности обсуждать содержание этой книги или ссылаться на нее. По мнению авторов, относительное до стоинство книги В. И. Каганова состоит в том, что она имеет более общий, обзорный характер и освещает более широкий крут вопросов. В настоящей книге степень обсуж дения поставленных вопросов доведена до инженерных ре комендаций и расчетов, что в большей мере соответствует назначению серии книг «Расчет и проектирование».
Пользуемся случаем выразить благодарность рецензен там О. А. Челнокову и особенно Д. П. Линде от своего име ни и имени авторов за внимательный просмотр рукописи и большое число замечаний, несомненно способствовавших значительному улучшению книги.
Авторский коллектив и редакторы четко представляют, что в книге возможны как неудачи методического характера, так и более существенные недостатки, и заранее благодарят читателей за все высказанные ими критические замечания и пожелания, которые следует направлять в адрес издатель ства «Советское радио».