Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 158
Скачиваний: 1
Подставляя |
значение |
производной |
diJd^T |
в |
(1.73) |
по |
|||||||||||
лучаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
_ |
|
/ |
шСО |
\ 2 |
/ к |
м.ікс |
; і ц м а к с |
І |
і |
|
у j |
|
|
||
|
|
|
|
1 |
' « |
|
|
|
|||||||||
|
|
р : ' |
48л |
V wT |
J |
|
coC |
\ |
/, |
j |
МП2 |
6 |
1 |
* |
; |
||
При расчетах удобно ввести относительную мощность |
|||||||||||||||||
потерь, поэтому (1.74) целесообразно преобразовать |
к виду |
||||||||||||||||
|
|
|
* V |
|
|
1 |
|
^кмакс |
со |
К ( 6 ) |
|
|
|
(1.75) |
|||
|
|
|
Ро |
|
|
12 |
|
|
|
(07 |
sin в |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ГДЄ |
Р 0 = |
£ „ |
/ к 0 = |
|
/ к |
М а к с 0 ) і / 4 Я , |
|
/С(0) |
= |
0)п |
= |
— і |
= |
||||
|
|
і ^ ( в ) |
|||||||||||||||
(см. |
рис. 1.25, д), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
/ к 0 |
= £к |
92/соЬт. |
|
|
|
(1.76) |
|||||
При оценке Pv,JPo по (1.75) необходимо учитывать, что практически ток возбуждения / г следует выбирать с опре деленным запасом, чтобы обеспечить надежное насыщение транзистора. Можно считать, что этот запас будет доста точным, если ток /, обеспечит в недонапряженном режиме импульс тока / к ' м а к с . который превысит в два раза импульс
/ к м а к с (Рис |
1.26, а): |
|
|
|
|
|
|
|
|
/ к макс > |
2 / к |
м а к с . |
|
||
В соответствии |
с (1.52) |
при со60/о)У |
= r o t g > 3 и / у = Ур |
||||
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
К м а К С _ |
а , ( в ) " Г |
со |
а , ( в ) |
|
||
При этом |
согласно |
(1.67) |
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
(Є) |
У і |
(&) |
2 |
|
|
|
|
||||
|
Рп "~ 48 |
sin в |
а ! |
(в) |
|
||
Подставляя значения функций |
/((0), |
у, (в), 04 (в), sin9 |
|||||
при реальных углах отсечки 9 = 50ч-100°, нетрудно убе диться, что PpJP0 < 0,02, т. е. ухудшение общего к. п. д. коллекторной цепи за счет активного этапа незначительно. Это позволяет в дальнейшем не проводить расчета потерь на активном этапе и при расчетах к. п. д. пренебречь ими.
Тогда в соответствии с (1.72) зависимость r\a(pH) |
имеет |
линейный характер: |
|
Ла = 1 - Л » mJPo = 1 - 1 , 2 прЕ{в, |
(1.77) |
4 Зан 10&6 |
81 |
что отражено на графике рис. 1.13, а (кривая 2) для случая
Є= 90° и рь < 0,06.
1.3.4.Коэффициент усиления по мощности, влияние обратной связи
Коэффициент усиления по мощности определяется от ношением полезной мощности в нагрузке Р В Ь 1 Х к мощности Р в х , поданной для возбуждения транзистора:
^вх Рбн ~¥ 2 Р о с
где 2 Р0о — мощность, передаваемая через емкости пере ходов А индуктивности выводов; Р б н — мощность на входе нейтрализованного транзистора.
Если на этапе насыщения пренебречь шунтирующим действием пассивной части коллектора, то при нейтрали зации внешних цепей связи
Л,ж = Л5„ = ' ? г в / 2 . |
(1-79) |
Коэффициент усиления по мощности нейтрализованного
транзистора в ключевом |
режиме |
КрИКя меньше, чем в кри |
тическом Кі>„кр, так как, |
чтобы |
обеспечить в транзисторе |
режим насыщения, требуется большее возбуждающее напря
жение или ток. |
Грубо оценить отношение |
KpmJKl„Kp |
|
при неизменном |
напряжении питания Ек можно при сопо |
||
ставлении |
площадей фигур, лежащих под кривыми iH'(t) = |
||
= q6(t)/xT |
и iK(t) |
(см. рис. 1.26, а) при одинаковом |
режиме |
в базовой |
цепи, т. е. при равной мощности на входе: |
|
|
Р— Р
* вх кл |
' |
вх кр1 |
Мощность, подведенная |
к |
коллекторной цепи, Р0 — |
— Ік0Ек в ключевом режиме будет определяться площадью фигуры і к (0, а в недонапряженном (критическом) режиме — площадью i'K{t) — qb{t)l%T:
к |
|
^Окл= £ц 'ко кл= ^ J |
d<»t, |
lb |
т |
Л)кр — Вк1 кОкр— 2я J ' к d®t,
Если принять, что к. п. д. коллекторной цепи ге.н^ря тора близок к единице, т. е.
то отношение площадей равно отношению колебательных мощностей и отношению коэффициентов усиления по мощ ности в этих двух режимах:
|
|
|
к |
|
|
|
КРкл |
^Чкл/^вх КЛ |
—1р |
|
|
||
|
|
|
\ |
— |
dm |
|
|
|
|
J |
Т7 |
|
|
|
|
|
— t(I |
1 |
|
|
Из этого выражения |
и рис. 1.26, а следует, что соотношение |
|||||
площадей и, следовательно, |
ухудшение |
усиления |
по мощ |
|||
ности в ключевом режиме приблизительно равно двум. |
||||||
При полном использовании |
транзистора по |
напря |
||||
жению, т. е. при ик |
м а „ с = |
«кд, |
в ключевом режиме вслед |
|||
ствие увеличения пик-фактора формы коллекторного на пряжения приходится снижать напряжение коллекторного
питания |
Ек. При заданной мощности Ру |
на выходе снижение |
||||||||||
Ек потребует |
увеличения |
тока |
коллектора путем |
увеличе |
||||||||
ния возбуждающего |
тока |
/ г и приведет |
к дополнительному |
|||||||||
уменьшению |
коэффициента |
усиления |
по мощности |
Кр. |
||||||||
Если считать, что ток коллектора / к 0 |
с учетом (1.77) пропор |
|||||||||||
ционален |
/ г , |
|
а мощность |
на |
входе |
пропорциональна |
Рт |
|||||
(1.79), то отношение |
Кр11Ш/Kpm<v |
|
будет обратно пропорцио |
|||||||||
нально отношению |
квадратов |
пик-факторов |
напряжения |
|||||||||
в этих двух |
режимах; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
КР» |
КЛІК in Кр = |
(П 1 ( р /П к л ) 2 . |
|
|
|
||||
Так, например, согласно рис. 1.25, |
ж при в |
== 90° имеем |
||||||||||
KPHKJKPBKP |
|
= |
(2/3,7)2 =0,3, |
т. е. |
при |
полном |
использо |
|||||
вании по напряжению проигрыш в усилении по мощности нейтрализованного транзистора в ключевом режиме зна чителен.
Полученные соотношения между коэффициентами уси ления по мощности для критического и ключевого режимов должны быть скорректированы с учетом связи через внеш ние емкости и индуктивности выводов.
В отличие от недонапряженного режима в ключевом режиме связь между выходной цепью и цепью возбуждения
изменяется в зависимости от состояния транзистора: |
в со- |
4* |
83 |
стоянии насыщения выключается обратная связь через ем кость коллекторного перехода (так как напряжение на кол
лекторе близко |
к нулю), в состоянии отсечки емкость Сн |
|||||||||
включается между этими двумя цепями. |
|
|
|
|||||||
Другое отличие состоит в комплексном характере коллек |
||||||||||
торной нагрузки |
(ф, = |
35°), |
что изменяет величину связи |
|||||||
через С к |
в |
cos |
фі |
== 0,8 |
раз. |
|
|
|
|
|
Таким |
|
образом, можно записать |
|
|
|
|||||
|
|
|
P o c K J , ( Q = 0 , 8 P o l ; ( C K ) Y l ( e ) , |
|
|
|||||
|
|
|
^ос кл (Ск> L B ) |
= 0,8РО С (CK i L 3 ), |
|
|||||
где Рос (Ск ) |
и Я о с |
(С,„ La ) |
определяются так же, как в (1.62). |
|||||||
Итак: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ос кл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ск) = |
0,4соСкп гб UKl |
(/,. + |
соСк а |
UKl) Y 1 |
(в),] |
|
|||
Рос кл (С„, L a ) = 0,4соо)г L 3 |
Ск / г |
(7К 1Y l |
(в), |
(1 -80) |
||||||
^ к і = " к м а к с а і ( я —в)- |
|
|
|
|
|
|||||
Кроме того, расстройка коллекторного контура (фх = |
35°) |
|||||||||
при со(30/&>7- > |
3 приводит к положительной |
обратной |
свя |
|||||||
зи через |
емкость |
эмиттерного перехода. Эта |
емкость, |
как |
||||||
следует из рис. 1.15, а и из (1.59), является элементом свя зи между цепями возбуждения и нагрузки. Произведение
первой гармоники напряжения на этой емкости U31 |
на ток |
|||||
/ г имеет |
действительную |
составляющую, определяющую |
||||
активную мощность, передаваемую по этому |
каналу |
связи. |
||||
Поэтому, |
используя |
(1.59), |
получаем |
|
|
|
Р 0 С ( С К , |
Св) — / г |
«Уэ1 |
І- / г £ / к 1 ^ ^ ^ |
sin ф |
1 . |
(1.81) |
Заметим, |
что при расчетах |
по (1.81) РоС(Ск, |
Сэ) в |
низкоча |
||
стотной части рассматриваемого диапазона частот со60/сйт- >
> |
3 может оказаться соизмеримой с другими положитель |
|||||
ными членами, определяющими |
входную мощность. В клю |
|||||
чевом |
режиме |
(при |
индуктивной расстройке |
фх = 35°) |
||
Ро С (С„, |
Сэ ) <С 0», что |
говорит |
о положительной |
обратной |
||
связи через эти |
емкости, т. е. о |
возможной неустойчивости |
||||
в |
работе генератора. |
|
|
|
||
|
Влияние индуктивности эмиттерного вывода |
(в схеме |
||||
с ОЭ) в ключевом режиме остается приблизительно таким
же, как |
в недонапряженном режиме. Действительно, на |
|
высоких |
частотах формы, фазы и величины |
коллекторного |
и базового токов и, следовательно, тока через |
индуктивность |
|
L9эмиттерного вывода втом и другом режимах приблизи-
тельно одинаковы. Это значит, что будет одинаковым и влияние падения напряжения на индуктивном сопротивле нии L/Lgj на входную мощность. Таким образом, влияние индуктивности-эмиттерного вывода может быть приближен
но учтено с помощью той же формулы (1.62), |
что |
и |
для |
|||||||
недонапряженного |
режима. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Итак, при расчетах Кр по (1.78) будем использовать сле |
|||||||||
дующую формулу: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Рвых |
^1 "f Ррс «л (£к) |
Рос нл (£ц La) -fr |
^ |
|
|||||
|
Рвх |
Рбн + Рос-кл (Ск ) |
Р , с K J 1 (Ск , La) |
|
|
|||||
|
|
^ |
*Ь Рос (^н) Ф Рус нл (Ск, |
Сэ) |
|
|
|
|||
|
|
|
+ |
Рос (^-в) + |
Рос кл (Си, |
С а) |
|
|
|
|
|
1.3.5. Форма |
напряжения |
на |
коллекторе |
|
|
||||
Очевидный недостаток формы коллекторного напряже |
||||||||||
ния в ключевом режиме по сравнению с |
гармонической фор |
|||||||||
мой |
напряжения |
состоит в |
большом |
пик-факторе |
П |
= |
||||
= |
ик м а к с / £ к - |
Большая величина |
пик-фактора |
при |
полном |
|||||
использовании |
транзистора |
по |
напряжению |
(«к |
м а к 0 |
= |
||||
=и к д ) требует снижения напряжения коллекторного пи
тания |
Ек, что, в свою очередь, ухудшает |
электронный |
к. п. д. |
коллекторной цепи цэ и коэффициент |
усиления по |
мощности Кр. Уменьшение угла отсечки в , хотя и приводит к уменьшению пик-фактора (см. график П0 (в)на рис. 1.25,ж), требует увеличенных импульсов тока, при которых сни жается' Кр и цэ. При конечном значении г п а 0 пик-фактор П несколько уменьшается по сравнению с П~0, определенным
при г н а с |
= |
0. Это объясняется |
изменением |
напряжения |
|||
питания коллектора на величину 1к0гаас |
(см. рис. 1.26). |
||||||
Отсюда |
при |
г н а о |
Ф 0, |
т. е. при |
рЕ = / V a a o |
/ £ K 2 Ф 0, по |
|
лучаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
маки/По (©) = Ек |
/ к 0 |
г н а с |
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П (9) |
= |
м а к с = П0 |
(9) (1 - |
рЕ). |
(1.83) |
При полном использовании транзистора по напряжению заданной является обобщенная мощность, определяемая выражением (1.35). Тогда для определения П(0) удобно использовать другое выражение:
П ( Є ) = П 0 ( в ) [ 1 - 2 П 2 0 ( 9 ) / 7 Ц ] . |
(1.84) |
