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

и дополнительного высокочастотного (ФВЧ) или полоснозаграждающего фильтра (ПЗФ). Такое усложнение коле­ бательной системы оправдывается постоянством к. п. д. транзистора и рассеиваемой на нем мощности во всей по­ лосе частот. Колебания высших гармоник после выпрям­ ления можно направить в цепь питания и тем самым повы­ сить к. п. д. передатчика.

Постоянное на всех гармониках входное активное со­

фильтром с бесконечным числом звеньев. Практически мож­ но ограничиться последовательным включением основ­ ного контура и одного дополнительного контура, настроен­ ного на 2-ю или 3-ю гармонику (рис. 1.8) [81. Хотя при этом формы импульсов коллекторного тока и напряжения за­ метно отличаются от прямоугольных, потери в транзисторе увеличиваются незначительно.

К рассматриваемому классу схем относятся двухтакт­ ные схемы с параллельным и последовательным контурами (рис. 1.9) [9, 10]. Эпюры токов и напряжений в этих схемах показывают, что транзисторы в схеме с параллельным кон­ туром должны пропускать меандры тока, а в схеме с после­

чае требуется обеспечить соответствующую форму возбуж­ дения и идентичность параметров транзисторов. Практи-

чески используется лишь ключевой режим, так как тогда даже при значительной неидентичности параметров тран­ зисторов удается получить хорошую фильтрацию гармоник при использовании простейшего колебательного контура.

Частотный диапазон этого класса схем ограничен ем­ костью Сх и инерционностью транзистора. Они обуслов­ ливают появление фронтов конечной длительности в им- ( пульсах коллекторного тока и напряжения. Поэтому по-

Рис. 1.9. Двухтактные схемы ключевых генераторов с параллель­ ным (а) и последовательным (б) контурами.

являются интервалы времени, когда транзистор работает при значительной мощности, рассеиваемой на коллекторе.

Эти потери зависят от длительности фронтов, но они не могут быть меньше, чем коммутативные потери [11, 12], определяемые рассеиванием энергии, запасенной в емкости С. В момент перехода транзистора из режима отсечки в ре­ жим насыщения (замыкание ключа на эквивалентной схеме рис. 1.6, в) энергия, накопленная в емкости С, рассеивается в сопротивлении г н а 0 в виде мощности коммутативных по­ терь Рв. Потери растут с увеличением частоты генерируемых колебаний и тем самым ограничивают максимальную рабочую частоту генератора. В частности, для схемы с безынер-

цйонным транзистором, приведенной на рис. 1.7, при ве­ личине допустимых относительных коммутативных потерь Рк/Р„ = 0,01-7-0,05 можно определить допустимое зна­ чение QK [13]:

жения (рис. 1.9, б). Коммутативные потери ограничивают частотный диапазон схемы, приведенной на рис. 1.9, б,

схем усилителей с резонансной нагрузкой. Особенность работы этой схемы состоит в форме коллекторного тока и

фильтрующим контуром (б). Эпюры токов и напряжений при раз­ личных добротностях контура в коллекторной цепи и различном

При увеличении возбуждения наступает критический режим, при котором в момент, когда коллекторный ток ста­ новится максимальным / к = ік м а к 0 , точка, отображающая состояние транзистора, попадает на границу между об­ ластью насыщения и активной областью. Дальнейшее уве­ личение возбуждения приводит транзистор в перенапря­ женный режим. Форма коллекторного тока и коллектор­ ного напряжения на этапе насыщения зависит от того, на­ сколько контур шунтируется сопротивлением г н а с .

В случае, если qK — (оСгн а о > 1, контур незначительно шунтируется сопротивлением г н а с . Напряжение на коллек­ торе на этапе насыщения остается гармоническим, а в им­ пульсе коллекторного тока появляется провал косинусоидальной формы (рис. 1.10, д). При дальнейшем увеличении возбуждения длительность этапа насыщения увеличивается,

го тока, амплитуда и форма импульса тока определяются коллекторной нагрузкой. Однако в таком ключевом режиме электронный к. п. д. транзистора оказывается низким [15]. Кроме того, в этом случае требуется большая амплитуда возбуждения и, следовательно, оказывается низким коэффи­ циент усиления по мощности.

В случае, если qK = (оСУн а с < 1, на этапе насыщения коллекторный контур закорачивается относительно малым сопротивлением г н а о . В результате форма напряжения на контуре (коллекторе) уплощается. В предельном случае

разную форму (рис. 1.10,ж). Увеличение возбуждения пере­ водит транзистор в ключевой режим. Однако при QK > 3 в транзисторе остаются значительные коммутативные по­

ный и ключевой режимы не позволяет существенно умень­ шить потери мощности в транзисторе по сравнению с поте­

входное сопротивление на основной частоте и заданную фильтрацию всех высших гармоник в нагрузке, но и ак­ тивное входное сопротивление на частоте второй или треть­ ей гармоники (за счет потерь в реактивных элементах). В результате форма коллекторного напряжения уплощает­ ся аналогично тому, как это показано на рис. 1.8, б [8].

Другим способом уменьшения потерь мощности в тран­ зисторе является включение в контур нелинейной емкости (рис. 1.12). В качестве такой емкости может использоваться емкость коллекторного перехода транзистора или емкость дополнительно включенного варикапа [16, 17]. Нелиней­

ность ее зависимости от приложенного к ней напряжения С(и) приводит к уплощению отрицательной полуволны на­ пряжения на коллекторе аналогично тому, как это проис­ ходит в схеме с дополнительным контуром, настроенным на

форма напряжения на коллекторе будет определяться толь­ ко свойствами нелинейной емкости С(и) и не будет зависеть от гармонического состава тока коллектора [17]. Этим ра­ бота таких генераторов выгодно отличается от работы ге­ нераторов, схемы которых показаны на рис. 1.8 и 1.11. Напомним, что в этих схемах для достижения оптимальной формы напряжения на коллекторе необходимо обеспечить вполне определенную форму импульса коллекторного тока. Кроме того, в контурах этих схем рассеивается зна­ чительная мощность высших гармоник.

Сравним рассмотренные схемы и режимы их работы. Высокое значение электронного к. п. д. транзисторного ге­ нератора обеспечивается созданием уплощенной формы на­