Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

1.ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

СВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

1.1.СХЕМЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ

1.1.1.Основные характеристики генератора

Промежуточные и оконечные каскады транзисторного передатчика обычно представляют собой генераторы с внешним возбуждением. Эти генераторы преобразуют мощ­ ность источника коллекторного питания Р0 в мощность вы­ сокой частоты Ра в нагрузке Ra.

Для работы этих генераторов в цепь возбуждения не­ обходимо подавать высокочастотную мощность Рвх.

Энергетические показатели генератора во многих слу­ чаях являются главными. Они обычно характеризуются

должен работать на вполне определенную нагрузку, которая вообще отличается от нагрузки Rs на выходе генератора. Необходимую трансформацию одного сопротивления в дру­ гое осуществляют с помощью трансформирующего устройст­ ва, включаемого между транзистором и нагрузкой (рис. 1.1).

Обычно транзистор генератора работает с отсечкой кол­ лекторного тока. В усилительных каскадах такой режим обеспечивает высокое значение к. п. д. генератора, а в умножительных каскадах он необходим для генерации гар­ моник. Для улучшения спектра колебаний перед нагрузкой включают фильтрующее устройство. Во многих генера­ торах фильтрация и трансформация осуществляются од­ ним и тем же четырехполюсником.

Транзистор преобразует мощность постоянного тока Р 0 в мощность гармоник высокой частоты Р, •+ Р 2 ... Разность этих мощностей определяет мощность потерь, т. е. мощ­

Из этого соотношения определяется электронный к. п. д.

Фильтр-трансформатор поглощает часть высокочастотной мощности основной частоты и гармоник, причем в нагрузке

торов характеризуется рядом других показателей, таких, как их надежность, устойчивость при изменении внешних условий, широкополосность, габариты, вес, технологич­ ность конструкций и др. Однако в настоящей главе они обсуждаются в меньшей мере.

1 1,2. Транзистор в мощных генераторах

Для получения высоких значений энергетических харак­ теристик Ра, т) и Кр режимы транзистора в генераторах отличаются от режимов других электронных устройств. Прежде всего для повышения к. п. д. необходим импульсный характер тока. С этой точки зрения работа транзистора в ге­ нераторах аналогична работе транзистора в импульсных устройствах. Однако имеются и следующие отличия.

1. В генераторах мгновенные напряжения на коллек­ торном и эмиттерном переходах значительны (близки к пре­ дельно допустимым). Мгновенные и средние значения токов на несколько порядков превышают неуправляемые токи переходов / 8 и близки к предельно допустимым. Только при этих условиях удается получить существенную мощ­

или режимы с малой степенью насыщения. Режимы с силь­ ным насыщением не используют, чтобы не вызвать значи­ тельного падения усиления мощности К р.

Оба эти обстоятельства, с одной стороны, требуют рас­ смотрения ряда дополнительных вопросов, а с другой сто­ роны, позволяют упростить общую теорию транзистора, принятую в литературе по транзисторным устройствам [1].

В ряде книг по транзисторным генератора [2—4], тран­ зистор рассматривается как устройство, аналогичное элект­ ронной лампе. Изложение в настоящей главе не связано с аналогией в свойствах транзистора и лампы. Здесь тран­ зистор рассматривается как устройство, управляемое за­ рядом неравновесных носителей в базе. При этом удается выявить ряд ранее не учитываемых особенностей и рассмот­ реть эффективные схемы генераторов, стабильно работающие в реальных условиях.

Известно [1], что многие свойства транзистора сущест­ венно изменяются при изменении тока, напряжения и ча­ стоты, т. е. транзистор представляет собой элемент схемы с реактивной нелинейностью. В генераторах, где токи и на­ пряжения изменяются в широких пределах, нелинейность проявляется в полной мере, что принципиально осложняет задачи теории и расчетов. Необходимо выделить главные нелинейные эффекты и затем создать упрощенную модель транзистора, которая могла бы в первом приближении характеризовать основные показатели генератора.

Такой главной нелинейностью можно считать нелиней­ ные свойства переходов. Эти свойства проявляются уже в модели «идеального» транзистора, т. е.'транзистора, в ко­ тором отсутствует сопротивление материала, зарядные емко­ сти переходов и индуктивности выводов. Модель реального транзистора создается подключением к модели идеального транзистора линейных сопротивлений, емкостей и индуктивностей. В некоторых случаях учитываются нелинейные свойства и этих частей реального транзистора.

і

известно, что под действием открывающего переход напря­ жения v неосновные носители инжектируют, т. е. создают ток через переход і, причем вблизи перехода накапливается неравновесный (избыточный) заряд q. Образование заряда q обусловлено конечной скоростью рекомбинации основных и неосновных носителей: инжектированные неосновные

носители рекомбинируют не сразу, а в течение конечного времени, причем создается некоторая область с избыточным зарядом. Благодаря диффузии и дрейфу эта область имеет некоторую конечную ширину, приблизительно равную дли­ не диффузии L .

Обычно переход образуется из материалов с существен­ но различным удельным сопротивлением, поэтому заряд q получается главным образом в высокоомной части перехода

(1.4) не дает большой погрешности. На этом основывается применение метода заряда к анализу процессов в полу­ проводниковых приборах с р-п переходами [1].

В установившемся режиме все неосновные носители, инжектированные через переход, должны рекомбинировать

на для анализа процессов в устройствах с р-п переходами, поэтому в дальнейшем используем ее релейную аппрокси­ мацию (рис. 1.2, б):