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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 171

Скачиваний: 1

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

ласти высоких частот (го > Зю г о ) . В реальных случаях эти ус­ ловия не выполняются, однако опыт показывает возможность при­ менения этой формулы для приближенных оценок при Кр < 10 -г -г 15.

Вообще говоря, коэффициент усиления по мощности Кр за­ висит от величины генерируемой мощности (для некоторых тран­ зисторов Кр = K'pP'JPi). Однако во многих случаях сочетание параметров транзисторов таково, что эта зависимость выражена слабо. При составлении структурной схемы можно ориентироваться на худший случай, т. е. считать, что Кра К/.и не зависит от Р,.

Коэффициент усиления по мощности зависит также от режима генератора. Как отмечалось в п. 1.3.4, переход к ключевому режиму вызывает некоторое уменьшение Кр-

Итак, пользуясь экспериментальными данными о работе тран­ зисторов на некоторой частоте f (табл. 7.1), можно составить пред­ ставление о свойствах транзисторов на заданной частоте [ и выбрать наиболее подходящий из них.

На этом этапе проектирования полезно ориентировочно пред­ ставить температурное состояние переходов выбранных типов тран­ зисторов при максимальной температуре окружающей среды Г £ м а к о и различных способах охлаждения. Используя известный к. п. д.

транзистора,

можно

подсчитать

потери

мощности на

коллекторе

РР = Pi (1

Г|8 )/г|я

и

затем

с

помощью

соотношения

(1.19)

ТП

макс 8 = 5

Т в

макс Ф

(^ПК ^ ^Кс)

РР < ^ П д

 

определить необходимое тепловое сопротивление радиатора, его

размеры

и

максимальную

температуру

перехода.

Естественно,

что выбор для оконечного каскада кремниевых транзисторов,

имею­

щих г П д

=

150° С, обычно

увеличивает

надежность

работы

гене­

ратора и облегчает конструирование теплоотвода.

 

 

Дополнительные ограничения при выборе транзисторов

могут

возникнуть при заданной величине источника коллекторного на­

пряжения

Ек.

Снижение £ „

по

сравнению

с £ к ' ,

указанным

в табл. 7.1

при

Р н =

Р н ' ,

может заметно

ухудшить Кр

и к. п. д.

коллекторной цепи: при высоких к. п. д. (т]э ' > 60%)

Кр

изменя­

ется пропорционально отношению

Екк',

а

к. п. д.

изменяется

незначительно;

при

низких

к.

п.

д. (т) 3 я;40%) можно

ожидать

более существенного

ухудшения

Кр

и к. п. д. Поэтому

может ока­

заться целесообразным применение преобразователя напряжения, который за счет усложнения схемы и небольших потерь (к. п. д.

преобразователя

г) ж 80%) обеспечил бы рекомендуемое напря­

жение питания

Ек'.

При выборе типа транзистора полярность питающего напря­ жения по отношению к его корпусу не имеет решающего значения, так как можно составить схему и реализовать ее с заземлением по постоянному току любого из его выводов. Однако схема и конст­ рукция генератора с внешним возбуждением всегда упрощается, если полярность питания такова, что позволяет соединить по по­ стоянному току общий вывод транзистора (эмиттер или базу) с кор­ пусом транзистора и передатчика.


В ряде случаев для генерации мощности Р% приходится исполь

зовать транзистор, для которого «типовые экспериментальные данные» не известны и сведения о котором ограничены параметра­ ми и предельно допустимыми величинами. Оценить возможность его применения можно без детального расчета по приближенным формулам, исходя из следующих соображений.

1. Предельно допустимая мощность транзистора должна быть достаточно большой. Следует проверить допустимые значения им­

пульса гока и температуры переходов по

приближенным соотно­

шениям:

 

м а к с = ЮР і / "к і <

'кд.

Эти формулы получены в предположении, что £ К Г ) = 0,8,

в= 90°.

2.Транзистор должен быть достаточно высокочастотным. Ра­

бочая частота

для

получения

приемлемого

усиления

должна быть

в 1,5—2

раза

ниже

предельной

частоты генерации

/г-

Если в пара­

метрах

транзистора

отсутствует значение

/ г ,

то

следует

ориенти­

роваться на величину /у, которая

в правильно

сконструированных

транзисторах

приблизительно

в

два раза

меньше,

чем

/ г .

3. Возможно ограничение по мощности из-за малой крутизны линии критического режима, что недопустимо снижает к. п. д. коллекторной цепи. Для оценки пригодности транзистора можно воспользоваться следующими неравенствами:

при известном Я к

при известном ик д

PU = P 1 / S K P « K д < 0,015,

где

(

,

З

И к 8 д

ПРИ / <

— —

" к б д

При / >

- т — .

\

 

Ро

При нарушении этих неравенств к. п.

д. будет ниже 40% (см,

графики на рис. 1.13).

При выборе типа транзистора следует учитывать возможность увеличения генерируемой мощности при совместном включении нескольких транзисторов. Параллельное или двухтактное включение двух транзисторов не вызывает заметного ухудшения Кр и %

генератора и не усложняет его конструкции при работе на часто­ тах вплоть до волн дециметрового диапазона. Дальнейшее увели­ чение числа совместно работающих транзисторов требует приме­ нения специальных схем сложения мощностей.


7.2.2.Возбудитель

Допустимая., нестабильность несущей частоты \flf, эксплуа­

тационные характеристики возбудителя и требования к качеству модуляции в передатчиках с ЧМ и ОБП определяют выбор схемы и частоты возбудителя.

Эти. вопросы в данной главе не рассматриваются, так как до­ статочно полно освещены в литературе. Специфика транзисторного передатчика проявляется не столько в выборе блок-схемы возбу­ дителя и его рабочей частоты, сколько в выборе схемы и расчете отдельных узлов схемы возбудителя, из которых наиболее важны кварцевые автогенераторы и автогенераторы с плавным диапазо­ ном частот (см. гл. 3, 4).

Обычно возбудитель имеет небольшую выходную мощность (!—5 мВт). Это позволяет использовать маломощные высокоча­ стотные транзисторы, паразитные параметры и инерционность которых проявляются в меньшей степени, чем у мощных транзи­ сторов. Кроме того, малая мощность автогенератора облегчает тепловой режим транзистора и элементов колебательной системы (кварцевого резонатора или контура), определяющих стабильность частоты. По этой причине обычно необходим ряд промежуточных усилительных или умножительных каскадов для возбуждения око­ нечного транзистора передатчика.

Для повышения устойчивости в передатчиках

некоторых ти­

пов целесообразно, чтобы часть промежуточных

каскадов рабо­

тала в умножительном режиме, т. е. возбудитель должен работать на частоте, отличающейся от частоты выходного каскада. При этом уменьшается вероятность самовозбуждения каскадов или влияние мощных каскадов на маломощные.

При ЧМ или ФМ высокие требования к стабильности несущей частоты, линейности и глубины девиации часто не позволяют вы­ полнить возбудитель на частотах, превышающих 10—20 МГц. Поэтому в передатчиках СВЧ и УВЧ диапазонов приходится вклю­ чать каскады умножения частоты. Заметим, что в простейших мо­ нохроматических кварцевых возбудителях удается поднять часто­ ту до 100—150 МГц при работе на механических гармониках квар­ цевого резонатора. Однако, при этом стабильность частоты и выход­ ная мощность генератора уменьшаются.

7.2.3. П'ро межуточные каскады

Определив ориентировочное значение коэффициента усиления по мощности Кр мощного каскада, можно оценить мощность, необ­

ходимую для его. возбуждения:

Колебательная мощность Р,п которую должен отдать транзистор предоконечного каскада, отличается от мощности Рв на величину, определяемую к. п. д. цени межкаскадной связи, т. е.

Рі = РВ/Цкш-


В отличие от контура оконечного каскада здесь при достаточ­ но нысоких коэффициентах усиления транзистора по мощности т- целесообразно предъявлять требование высокого значения к. п. д контура т)к в- Действительно, при r)K n > 1 нагрузка возбуждаю щего каскада целиком определяется входным сопротивлением тран зистора, которое может быть нестабильным при изменениях в ус ловиях работы последующего каскада. Нестабильность нагрузки вызывает изменения в режиме возбуждающего каскада, что, в свою очередь, может подчеркнуть изменения режима последующего каскада.

Избежать такого взаимного влияния можно, если межкаскад­ ный контур сделать с малым к. п. д. и низкой нагруженной доброт­ ностью. Этим одновременно достигается необходимая полоса пропускания усилителя При малом к. п. д. контура Т|к в возбуж­ дающий каскад должен обеспечить увеличенную мощность. Естест­ венно, такой метод стабилизации режима требует увеличения числа каскадов в передатчике, что может вызвать ухудшение стабиль­ ности всего усилительного тракта в целом. Практика еще не выработала четких рекомендаций, касающихся величины к. п. д. контуров промежуточных каскадов, но в качестве ориентировоч­ ных могут служить данные іабл. 7.2.

 

 

 

Т а б л и ц а 7.2

3

5

10

20

>40

0,8

0,7

0,5

0,4

0,25

Выбор типа транзистора предоконечного каскада определяется не только необходимой величиной Рг, но и величиной Кр этого транзистора и данными питания его коллекторной цепи. Удобно, чтобы предоконечный каскад мог питаться от того же источника с напряжением Ек, что и оконечный каскад. При малых значениях КР транзистора предоконечного каскада он обычно работает в ре­ жиме усиления, а при больших значениях Кр при необходимости он может работать в режиме умножения частоты.

В режиме умножения к. п. д. коллекторного контура должен быть обязательно невысоким, так как в противном случае из-за низкой нагруженной добротности контура будут плохо отфильтро­ вываться соседние гармонические составляющие и появится пара­ зитная модуляция в спектре колебаний на выходе. Поэтому пред­

варительные каскады, работающие в

умножительном режиме,

не

используют кратность умножения

более чем в N = 3 ~ 4

в

каждом каскаде (см. гл. 2).

 

. Для большинства схем, работающих в умножительном режи­

ме,

ориентировочно можно

считать,

что

при частоте

возбуждения

со <

0,3

со г о выходная

мощность

и

коэффициент

усиления по

мощности

транзистора падают в N

раз:

 

PN = PtlN;

KPN=KPlN.


На более высоких

частотах оценить падение

Р Л , и PN при

возра­

стании N труднее,

но следует отметить, что

в общем случае

умень­

шение этих величин получается еще более значительным. По этой причине малоэффективно использовать умножители на транзисто­ рах при частотах ш в ы х > (3 Ч- 5)сог 0 и в ряде случаев здесь це­ лесообразно применять варакторы.

7.2.4.Модуляция

Амплитудная модуляция применяется главным образом в по­ лупроводниковых передатчиках низовой связи в диапазонах декаметровых и метровых волн.

При этом в большинстве случаев используют схемы коллектор­ ной модуляции выходного каскада с одновременной подмодуляцией предвыходного каскада. Такой способ модуляции обеспечи­ вает в простейших схемах высокие энергетические показатели, до­ пустимую нелинейность при глубокой модуляции и необходимую частотную характеристику во всем звуковом диапазоне частот. В некоторых случаях здесь применяют автоколлекторную моду­ ляцию.

При выборе транзистора оконечного каскада следует помнить, что в задании на проектирование AM передатчика обычно указы­

вается мощность в режиме молчания Рн М 0 Л ч ~ Ршолч>

поэтому

транзистор

в

режиме

максимальной

мощности

должен

отдать

мощность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рн макс =

молч 0

4" М) 2 ,

 

 

 

г д е М — коэффициент

амплитудной

модуляции.

 

 

 

При модуляции на коллектор допустимое напряжение источ­

ника питания

£ Н м о л ч

должно

быть

меньше

в (1 -f-

М)

раз,

чем то

напряжение

питания £ ' к , которое указано в

паспорте

транзистора

для типового режима при полном использовании по напряжению. Превышение налряжения «кмакс при модуляции в максимальном режиме относительно номинального в транзисторных генераторах

недопустимо, так как вызывает пробой коллекторного перехода. Транзисторы модулятора нужно, как известно, выбирать так,

чтобы обеспечивалась мощность низкой частоты, приблизительно равная мощности передатчика в режиме молчания. Для повышения к. п. д. модулятора желательно применять двухтактную схему в режиме класса В. Схема питания передатчика существенно уп­ рощается, если удается получить от модулятора необходимую мощ­ ность при напряжении питания Ек молч. которая подается на моду­

лируемый высокочастотный каскад в режиме молчания. Значительное уменьшение мощности модулятора и, следова­

тельно, выигрыш в энергетических показателях передатчика обес­ печиваются применением модуляции оконечного каскада измене­ нием связи с нагрузкой. Такой способ модуляции особенно перс­ пективен для полупроводниковых передатчиков, но в настоящее

время он еще мало известен и

поэтому

не нашел широкого приме­

нения. Достаточно подробное

описание

этого

принципа модуляции

и необходимые расчеты можно

найти в § 6.4.

Транзисторы оконеч-