Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 1
1. Средняя температура переходов 7п должна быть меньше допустимой Г п д , чтобы не было теплового пробоя коллекторного перехода:
Th = n + (RNK+RKC)I\<Tha, |
(1.28) |
где Тс — температура окружающей среды; |
#пк — тепло |
вое сопротивление между переходом и корпусом, опреде ляется конструкцией транзистора и приводится в справоч ных данных на транзистор; RK.C — тепловое сопротивление между корпусом и средой, зависит от конструкции теплоотвода; Р р — средняя мощность, рассеиваемая в транзи сторе, в основном определяется средней мощностью, рассеи
ваемой на |
коллекторном переходе. |
|
|
= 85-~ |
Обычно |
для германиевых транзисторов |
7 п д |
||
-Н 90°, для |
кремниевых транзисторов |
7 п д ~ |
120-т-130°. |
|
2. Максимальное напряжение на |
коллекторе |
должно |
||
быть меньше допустимого, чтобы не было лавинного и вто
ричного пробоя коллекторного |
перехода: |
|||
мако ^ |
^кд- |
0 -29) |
||
Величина мКд зависит от схем и режима, рабочей частоты |
||||
и параметров транзистора, |
но |
|
всегда остается меньшей, |
|
чем допустимое напряжение |
и к б |
д , |
определяющее пробой |
|
коллекторного диода. |
|
|
|
ыКбд» Для схемы с об |
Для схемы с общей базой |
ы к д |
= |
||
щим эмиттером с некоторым запасом можно считать, что
"кд = |
"кбд н а высоких частотах (а>р0/а>г > 3) |
и ы к д |
= |
= ы к э д |
на средних частотах и низких частотах |
(юро/сот- |
< |
<3) [27].
3.Максимальное обратное напряжение на эмиттерном
переходе не должно превышать допустимого ы 8 б д во избе жание обратного пробоя эмиттерного перехода.
4. Импульс коллекторного тока ік м а к с не должен пре
вышать допустимой величины і к д , т. е.
'к макс ^ ' к д > |
(1.30) |
чтобы не было явлений вторичного пробоя коллекторного перехода. Вообще говоря, г к д увеличивается с уменьшением длительности импульсов тока и мгновенной МОЩНОСТИ, выделяемой на коллекторе транзистора. Однако такая за висимость количественно известна лишь для транзисторов очень немногих типов.
1.1.3. Режимы генераторов
При рассмотрении режимов транзисторных генераторов не будем учитывать инерционных явлений, емкостей пере ходов транзистора, индуктивностей выводов и будем исполь зовать идеализированные статические характеристики
*'к("к) (см. рис. 1.5).
Для уменьшения рассеиваемой мощности и повышения к. п. д. коллекторной цепи режим транзистора выбирается таким, чтобы ток через коллектор проходил импульсами. Это обеспечивается соответствующим выбором напряжения смещения и возбуждения в цепи эмиттера.
При открытом эмиттерном переходе транзистор может находиться в активном состоянии или в насыщении. По этому признаку применяемые в генераторах режимы можно разделить на два класса.
Н е д о н а п р я ж е н н ы й р е ж и м , когда при от крытом эмиттерном переходе транзистор находится в ак тивном состоянии.
К л ю ч е в о й |
р е ж и м , |
когда при открытом эмит |
терном переходе транзистор находится в насыщении. |
||
Промежуточное |
положение |
занимает п е р е н а п р я |
ж е н н ы й р е ж и м , |
в котором длительности активного |
этапа и этапа насыщения соизмеримы. |
|
Граничным между недонапряженным и перенапряжен |
|
ным режимами является |
к р и т и ч е с к и й р е ж и м , при |
котором точка динамической характеристики, соответству ющая максимальному току, находится на границе между областью насыщения и активной областью.
Выделение двух режимов (недонапряженного и клю чевого) оправдано тем, что отражает их качественное раз личие: возможность управления током коллектора со сто роны входа транзистора.
1.1.4. Коллекторная цепь генератора
Рассмотрим упрощенную эквивалентную схему коллек торной цепи транзисторного генератора гармонических ко лебаний (рис. 1.6). В недонапряженном режиме (рис. 1.6, а)
00
транзистор представлен генератором тока 2 I N , причем амплитуды гармоник определяются цепью возбуждения гене-
26
ратора. В ключевом режиме (рис. 1.6, |
в) транзистор показан |
|
в виде последовательного соединения ключа |
и сопротив |
|
ления г н а с . Моменты коммутации |
ключа |
определяются |
входной цепью генератора. В общем случае—перенапря женный режим (рис. 1.6, б) — транзистор можно предста вить комбинацией этих двух эквивалентных схем. Переход от одной эквивалентной схемы к другой так же определяет ся цепью возбуждения.
в)
Рис. 1.6. Упрощенные схемы коллекторной цепи транзисторного генератора:
ч—недонапряженный режим; 6 — перенапряженный режим; а—ключевой режим.
Нагрузка транзистора на основной частоте обычно близ ка к активной ZH(co) да RH и, чтобы потери в транзисторе были небольшими, должно выполняться соотношение RH > г н а с . Сопротивление нагрузки на частотах высших гармоник ZH(co) должно быть реактивным. При этом мощ ность постоянного тока будет преобразовываться в колеба тельную мощность первой гармоники с наибольшим к. п. д.
На рис. 1.6 пунктиром показана емкость С, в которую входят выходная емкость транзистора и паразитная емкость схемы. Емкость С шунтирует нагрузку генератора. Для оценки шунтирующего действия емкости удобно ввести па-
раметр QK — коэффициент шунтирования нагрузки или добротность нагруженной коллекторной цепи:
QK = (oCRu. |
(1.31) |
Кроме того, в ключевом режиме емкость С шунтирует ключ, а также в моменты замыкания ключа может приво дить к коммутативным потерям. Для оценки этих эффектов введем другой параметр — коэффициент шунтирования со противления насыщения
9к = юСгп а с . |
(1.32) |
Для компенсации шунтирующего действия емкости С можно включать индуктивность L . Емкость С и индуктив ность L образуют выходной колебательный контур (рис. 1.6). В частности, при высоком значении Q„ > 3 и настройке LC-контура в резонанс на основную частоту в недонапряженном режиме переменная часть коллекторного напряже ния будет близка к гармонической независимо от амплиту ды высших гармоник коллекторного тока. Если при этом обеспечивается qK > 3, то и в перенапряженном, и в клю чевом режимах коллекторное напряжение*' также будет гармоническим.
Однако известно, что при гармонической форме коллек торного напряжения будут значительными потери мощности в транзисторе как в критическом и перенапряженном ре жимах, так и в ключевом режиме. Для уменьшения потерь необходимо уплощение формы напряжения на коллекторе. В отличие от ламповых генераторов в транзисторах такое изменение формы напряжения возможно, так как в зави симости от рабочей частоты и параметров транзистора ве личины QK и qK могут принимать различные значения, в том числе и меньше 1. Способы формирования уплощенной фор мы коллекторного напряжения зависят от величины Qw
Приведем классификацию схем генераторов |
гармониче |
||
ских колебаний и сравним |
их |
некоторые характеристики. |
|
В зависимости от величины QK |
выделим три класса схем. |
||
1. Схемы при <?„ < 0,1. |
В предельном случае, когда |
||
Q„ ->- 0, имеем активную нагруску RH (рис. 1.7, |
о). На схе- |
||
мерис. 1.7 1 б л , С б л — блокировочные элементы. Наименьшие потери в транзисторе будут при прямоугольных импульсах
*' Условия QK > 3, qK > 3 выполняются в ламповых гене раторах практически на всех радиочастотах. Обычная теория лам повых генераторов построена на этих допущениях.
коллекторного тока и напряжения, когда транзистор попе ременно Н а Х О Д И Т С Я В насыщении: 1К — ' к м а к с "к — { к м а к с rHat
и в отсечке: и к = 2 £ к — г н а с * К м а к 0 , |
tK = 0 [при одинаковой |
длительности этапов насыщения и |
отсечки (рис. 1.7, в)]. |
При работе в критическом режиме транзистор надо воз буждать прямоугольными импульсами. При увеличении
возбуждения транзистор |
переходит в ключевой |
режим. |
В этом случае амплитуда |
и форма возбуждения менее кри |
|
тичны, однако это достигается за счет уменьшения |
коэффи |
|
циента усиления по мощности. |
|
|
Рис. 1.7. Схема генераторов при широкополосной активной на грузке и эпюры тока и напряжения.
Прямоугольная форма импульсов коллекторного тока и напряжения на нагрузке Ra определяет значительную мощ ность высших гармоник (18%). Поэтому такие генераторы часто используют в промежуточных каскадах передатчи ков. Отличительной особенностью этих каскадов является
широкополосность: практически |
коэффициент перекрытия |
по частоте ( о в е р х / ( о н и ж н Достигает |
102—103 при максималь |
ной частоте до 50—200 МГц. При использовании таких ге нераторов в выходных каскадах передатчиков надо приме нять специальные фильтры с активным и постоянным вход
ным |
сопротивлением ZB X (o)) == Ra, |
которые бы пропускали |
|
1-ю гармонику в основную нагрузку RH', |
а высшие гармо |
||
ники |
в дополнительную нагрузку |
R6 |
(рис. 1.7,6) [7]. |
Эти фильтры составляются из основного низкочастот ного (ФНЧ) или полосно-пропускающего фильтра (ППФ)
