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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 183

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

6.3.2. Амплитудная модуляция на варикапе

Рассмотрим схему выходных каскадов транзисторного передатчика с реактивным модулятором (рис. 6.2). Здесь варикап является элементом связи высокочастотного генератопа с нагрузкой, которая при пересчете параллельно

Модулятор

Рис. 6.2. Схема выходных каскадов передатчика при амплитудной модуляции на варикапе.

варикапу представляется проводимостью <?„. С высокочас­ тотным генератором варикап связан с помощью индуктив­ ного сопротивления последовательного контура L i t Сг.

При изменении смещения на варикапе за счет изменения средней емкости варикапа изменяется коэффициент вклю­ чения нагрузки в коллекторную цепь высокочастотного генератора, и тем самым в нагрузке меняется мощность.3 При таком способе модуляции принципиально можно совместить преимущества базовой и коллекторной модуля­ ции, первое из которых заключается в малой величине тре­

зво

буемой мощности управления, второе же состоит в обеспе­ чении выгодного в энергетическом отношении критического или перенапряженного режима высокочастотного генера­ тора. В самом деле, мощность, потребляемая от модуля­ тора, определяется величиной балластного сопротивления RtA (рис. 6.2), служащего для выравнивания частотной ха­ рактеристики низкочастотного тракта. Поскольку емкост­ ное сопротивление варикапа даже для самой высокой часто­ ты модуляции велико, то велико и сопротивление Ям, и мощ­ ность, затрачиваемая на модуляцию, оказывается весьма малой. Что же касается режима высокочастотного гене­ ратора, то, если при максимальной связи с нагрузкой, соот­ ветствующей максимальной точке модуляционной харак­ теристики, обеспечен критический режим, при движении рабочей точки по модуляционной характеристике вниз изза уменьшения связи с нагрузкой режим будет становиться все более и более перенапряженным.

Как и при коллекторной модуляции, для смягчения напряженности режима высокочастотного генератора здесь необходимо применять подмодуляцию предоконечного ка­

скада,

которая препятствует

также возможному

падению

к. п. д.

оконечного каскада

из-за расстройки в

процессе

модуляции коллекторного контура [10]. Оптимальная от­ носительная глубина подмодуляции, как и при коллектор­

ной модуляции, составляет Мар(.п/М

»

0,5

[10]. У

Следует обратить внимание на

то,

что

подмодуляция

требует дополнительной мощности от усилителя низкой ча­ стоты, и эта мощность может оказаться больше мощности управления варикапом. При осуществлении подмодуля­ ции и управления варикапом от одного усилителя (рис. 6. 2) необходимо, чтобы сопротивление предоконечного высоко­ частотного каскада по постоянному току было линейным. В противном случае могут возникнуть существенные по величине нелинейные искажения в модулирующем сигнале. Поэтому при регулировке схемы одновременно со статиче­ ской модуляционной характеристикой всего передатчика желательно снимать также зависимость от напряжения модуляции величины постоянного тока предоконечного высокочастотного каскада и в процессе настройки схемы добиваться линеаризации этой зависимости. Для умень­ шения нелинейных искажений целесообразно также вы­ бирать балластное сопротивление из условия его соиз­ меримости с сопротивлением предоконечного каскада по постоянному току пересчитанным к вторичной обмотке

трансформатора (рис. 6.2). Если уменьшение сопротив­ ления RM. при этом будет столь значительным, что встанет вопрос о влиянии к. п. д. тракта низкой частоты на к. п. д. всего передатчика, то целесообразно перенести подмодуляцию с предоконечного каскада на один из предыдущих ка­ скадов.

Взаключение отметим, что при использовании варикапа

вкачестве амплитудного модулятора удается получить высокую степень линейности модуляционной характери­ стики при глубине модуляции вплоть до 100% [9]. Это объ­ ясняется особенностями вольткулоновой характеристики

варикапа u(q), которые

обсуждаются в гл. 5 (см. рис. 5.1

и 5.8). Возможность большой глубины модуляции

является

следствием того, что при открытом р-п переходе

напряже­

ние на варикапе близко к нулю.

 

Из-за резонансных

свойств коллекторного и

нагрузоч­

ного контуров (см. рис. 6.2) временная зависимость заряда q(t), протекающего через варикап, близка к синусоидаль­

ной, а напряжение и(1) имеет форму импульсов,

показанных

на рис. 5.8. Вводя коэффициент формы gu = UJUQ(Uъ

U0—

1-я гармоника и постоянная составляющая

напряжения

на варикапе соответственно) заметим, что при частичном открывании перехода, соответствующем углам отсечки в, заведомо меньшим 180° (см. рис. 5.8, б), величина gu при из­ менении угла отсечки меняется мало [7,9]. Это и свидетель­ ствует о высокой линейности модуляционной характери­ стики £/,((70 ), так как U1 — guU0. Таким образом, линей­ ность модуляционной характеристики обеспечивается бла­ годаря использованию режима частичного открывания р-п перехода.

6.4.РАСЧЕТ РЕАКТИВНОГО МОДУЛЯТОРА НА ВАРИКАПЕ

ИОСОБЕННОСТИ НАСТРОЙКИ

Рассмотрим более подробно схему реактивного модуля­

тора, приведенную на рис. 6.2,

и обсудим те исходные пред­

посылки, на которых будет основан вывод

соотношений

для расчета элементов схемы.

 

 

Параллельно генератору

напряжения

с амплитудой

UK подключена емкость С„, с помощью которой резонансная система в цепи коллектора может быть настроена в резонанс. Выбор емкости Су и индуктивности Lj позволяет обеспечить требуемый режим работы варикапа. Сопротивление конту-

pa LtCx является индуктивным и превышает по величине емкостное сопротивление варикапа, усредненное по первой гармонике.

Для варикапа существует максимально допустимое на­ пряжение м м а к с (см. рис. 5.1), величину которого необходи­ мо учитывать при определении напряжения возбуждения реактивного модулятора UB (см. рис. 6.2).

Нагрузка GH , подключенная параллельно варикапу, от­ ражает реакцию на варикап со стороны выходной цепи.

Величина GH должна

подбираться

так, чтобы в

процессе

модуляции

при

максимальной мощности

первой

гармони­

ки ^ ш а к о .

отдаваемой транзисторным генератором, в око­

нечном

каскаде

обеспечивался

критический режим. Оче­

видно,

что

величина

Р і м а к о определяется

возможностями

оконечного

каскада

транзисторного

генератора.

 

При

М О Д У Л Я Ц И И МОЩНОСТЬ Р1

уменьшается

(Рі<.Ртакс),

из-за увеличения средней емкости варикапа с уменьше­ нием на нем напряжения смещения. В результате ослаб­ ляется связь коллекторного контура усилителя с нагруз­ кой, и усилитель переходит в перенапряженный режим.

При этом коллекторная цепь транзисторного усилителя расстраивается, что становится особенно заметным при большой глубине модуляции. Расстройка контура об­ условливает рост постоянной слагающей коллекторного тока, что ухудшает энергетические характеристики высоко­ частотного каскада.

Чтобы устранить это нежелательное явление, достаточ­ но настроить коллекторный контур в резонанс в режиме мол­ чания и применить подмодуляцию, позволяющую снизить возрастание постоянной слагающей тока при большой глу­ бине модуляции. Эксперимент показывает, что в этом случае напряжение на коллекторе UK в процессе модуляции остает­ ся практически постоянным [10].

При условии постоянства напряжения UK (или U„) мо­ дуляционные характеристики для амплитуды и фазы первой гармоники напряжения на варикапе представляются семей­ ством кривых с7,((70) и г|з(с70), изображенных на рис. 6.3 [9]. Эти кривые построены для оптимального с точки зре­

ния линейности модуляционных

 

характеристик

значения

нелинейности емкости закрытого

р-п перехода

v = 1/3.

При этом считалось, что диапазон

рабочих

частот

ограни­

чивается следующим соотношением (см. §

5.2):

 

± « с о «

'

 

 

(6.1)

' р

Ks^в

где Гр — время рекомбинации; С„ определяется по фор муле (5.3).

Рассмотрим модуляционные характеристики (рис. 6.3), которые построены в данном случае для оптимального па

раметра

L = 1,8. Параметр L —это нормированное

индук

тивное

сопротивление контура L1C1 (см. рис. 6.2):

 

 

H w L ' - ^ H (W

,6-2)

выбор которого влияет на линейность модуляционных ха рактеристик, с одной стороны, и на режим работы варика­ па — с другой. Если L слишком мало, то режим варикапа переходит в режим сильного открывания, и становится не­ обходимым считаться с потерями в варикапе (см. § 5.5). Выбор же параметра L (для v = V3 ), существенно превы­ шающего 1,8, приводит к ухудшению линейности модуля­ ционных характеристик [9].

Величина v =

1 / 8 среди прочих значений также являет­

ся оптимальной.

Причем уменьшение v (v -> 0) сопровож­

дается заметным возрастанием нелинейных искажений. При возрастании же v (v -> V2 ) уровень вносимых варикапом нелинейных искажений меняется незначительно. Таким образом, на варикапы, используемые в качестве амплитуд­ ных модуляторов, наряду с условием (6.1) должно быть на­ ложено ограничение

l / 3 < v < V 2 -

(6.3)

Как видно из рис. 6.3, параметром модуляционных ха­ рактеристик является G„. Под G„ понимается нормирован­ ное значение проводимости нагрузки, пересчитанной па­ раллельно варикапу:

GH = GH (toL, —l/cot?!).

С точки зрения линейности модуляционных

характеристик

GH

надо уменьшать. Однако

при

малых

проводимостях

(5Н

< V4 ) уменьшается к. п.

д.

варикапа

и появляется

неоднозначность амплитуды стационарного режима, что нежелательно. Поэтому в качестве оптимальной примем величину

G„ ппт = ' ~ > (6.4)

н о ш

4 (coLx— 1/coCj)

v

соответствующую отношению (рис. 6.3)

 

 

 

< Л м а н с / ^ - 4 ,

 

 

 

 

 

(6.5)

где

( 7 1 м а

к с —максимально

достижимая

амплитуда

 

пер­

вой гармоники напряжения на варикапе.

 

 

 

 

 

Заметим, что реальные

модуляционные

характеристики

могут и

не иметь

неоднозначностей, как это

следует

из

рис.

6.3, так как за пределами

линейного участка

модуля­

ционной

характеристики

условие

(7В =

const

может

не

выполняться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как напряжение на варикапе u(t) имеет форму им­

пульсов, высота которых

не должна

превышать « м а к с

(см.

рис. 5.8), для нахождения взаимной связи UlMaKC

и

« м а к о

воспользуемся известным

[7] выводом, что в широком

диа­

пазоне углов отсечек 90° ^ 6

 

180°, охватывающем и рас­

сматриваемый режим, высота

импульса в 2 раза

(или не­

сколько

меньше)

превышает

амплитуду

первой

гармони­

ки,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"макс ~

2 ^ 1 м а к с -

 

 

 

 

(6.6)

Выражения (6.5), (6.6) позволяют определить требуемую величину амплитуды напряжения возбуждения UR, исходя из заданного максимально допустимого напряжения вари­

капа

М м а к с :

 

 

t / B = 1 / s « M . . K C

( 6 - 7 )

Если

напряжение (7В окажется не совпадающим

с коллек­

торным напряжением (7К , то необходимо трансформировать одно напряжение в другое (см. рис. 6.2).

Используя соотношение (6.6), можно также выразить

через напряжение и м а

к с

и пересчитанную

параллельно ва­

рикапу проводимость

нагрузки

С н =

2 / > 1

м а к с / £ / ? м а к с ,

т. е.

 

 

GH

= 8 Р 1 м . 1 К С / Ы м а к с -

 

 

 

(6.8)

Важным этапом расчета является определение оптималь­

ной

величины

усредненной емкости

запертого

р-п

пере­

хода

Сн = <7макс/"макс-

 

Величина С„

зависит от

режима,

в котором работает варикап.

 

 

 

 

 

Рассмотрим

временные зависимости напряжения

и за­

ряда для режима закрытого р-п

перехода

(рис. 6.4, а), ча­

стичного открывания (рис. 6.4, б) и для граничного режима

(рис.

6.4, в), который характеризуется соотношением

<7макс

= 2<?!, где (?! — амплитуда синусоидального заряда,

текущего через варикап. Для граничного режима согласно

Смотрите также файлы