Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 142
Скачиваний: 1
пряжения на коллекторе. Переход к негармонической форме напряжения может существенно уменьшить мощность, рас сеиваемую на коллекторе, и практически не усложняет схе му фильтра нагрузки. Это объясняется тем, что современные высокие требования, предъявляемые к излучению высших гармоник передатчиком, обусловливают всегда сложную схему фильтра. Количество необходимых реактивных эле ментов в нем мало меняется при переходе от схемы с гармо нической формой к схеме с уплощенной формой напря жения.
Рис. 1.13. Графики зависимости электронного |
к. п. |
д. |
от |
обобщен |
|
ных параметров для различных |
схем |
при |
в |
= |
90°: |
а—при заданном напряжении источника питания |
Е к ; б—при |
заданном макси |
|||
мальном напряжении на коллекторе н |
м а к 0 . |
|
|
|
Величина электронного к. п. д. в рассмотренных схемах различна, причем при заданном напряжении питания кол лектора Ек зависит от обобщенного параметра:
PE = rmoPjEl |
(1.34) |
Этот параметр можно рассматривать как нормированную колебательную мощность. Зависимости ЦЭ(РЕ) рассчитаны в [13] (рис. 1.13, а). Нумерация кривых на рис. 1.13 соот
ветствует порядковой |
нумерации табл. |
1.1. Графики |
рис. 1.13, а показывают, |
что в генераторах |
с уплощенной |
формой напряжения на коллекторе значительно повышается к. п. д. при заданной мощности рв-
Для повышения к. п. д. целесообразно полностью ис пользовать транзистор по напряжению, т. е. в соответствии с (1.29) принимать максимальное напряжение на коллек торе «кмакс Р а Б Н Ь Ш допустимому и к д . При таком выборе
36
режима для сравнения схем удобнее рассматривать зави симость к. п. д. от другого обобщенного параметра
Ра ~ гнас Рі/^к макс |
(1.35) |
Из графика, представленного на рис. 1.13, б, видно, что лишь в некоторых генераторах с уплощенной формой на пряжения на коллекторе значительно увеличивается к. п. д. при заданной колебательной мощности ри. Ряд схем це лесообразно использовать только при небольших значениях нормированной колебательной мощности ри < 0,01. Это объясняется большим значением пик-фактора*1 формы на
пряжения на коллекторе П = иКыак0/Ёк в этих схемах. Из-за этого в таких генераторах при постоянной величине
"кмако необходимо снижать напряжение коллекторного питания £„, что, в свою очередь, требует увеличения им пульса коллекторного тока и при конечном значении со противления г н а 0 обусловливает возрастание потерь.
В некоторых частных случаях к. п. д. генератора и мощность, рассеиваемая в транзисторе, не имеют решаю щего значения. Так, например, в импульсных передатчи ках с большой скважностью средняя мощность, рассеива емая на коллекторе, и средняя потребляемая мощность по лучаются незначительными и не определяют конструктив ных и энергетических показателей передатчика. В этих
случаях, особенно |
при малых |
значениях сопротивления |
г н а с , выбор схемы |
определяется |
в основном получением |
максимальной мощности с одного транзистора при заданных
допустимых |
значениях тока |
і ' К м а к с |
*кд и напряжения |
на |
||||||
коллекторе |
|
мк м а к с |
и к д . |
Для |
оценки |
различных |
схем |
|||
в таких случаях |
в табл. |
1.1 |
указаны |
нормированные |
||||||
значения |
|
максимальной |
колебательной |
мощности |
при |
|||||
заданном |
напряжении |
источника |
питания Ек или |
при |
||||||
заданном максимальном |
напряжении |
на коллекторе |
« К м а К о : |
|||||||
Р і Е - ' Г |
1 |
^ - ' |
Рі*= |
• |
P l M S K C |
П Р И |
' н а с ^ О . |
(1.36) |
||
'кмаксс к |
|
(к максик макс |
|
|
|
|
Следует отметить, что для генераторов, требующих выпол нения соотношения QK < 1, диапазон частот, в котором они могут быть реализованы, ограничен, даже если в качестве емкости С использовать выходную емкость транзистора
*> Наряду с данным термином в современной литературе по радиоэлектронике широко используют термин «коэффициент ам плитуды». (Прим. ред.)
с |
схема |
с |
Тип |
ё |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
Однотактная |
|
4
5
Вид коллекторного |
|
контура |
Режим |
Апериодический |
Крити |
|
контур |
ческий, |
|
Qi< < 1 |
ключевой |
|
Низкодобротный |
Крити |
|
контур |
ческий, |
|
Q K ~ 0 , 5 |
ключевой |
|
Высокодобротн ы й |
Крити |
|
контур |
ческий |
|
Q K > 3 |
|
|
|
|
Перенапря |
|
|
женный |
|
|
при |
|
|
<7к> 3 |
Высокодобротный |
|
|
контур |
Критичес |
|
Q K > |
з |
кий |
Нелинейная емкость |
|
|
(V = |
0,5) |
|
Коммутатив ные потери
рх/ро
т
0
0
0
0
Потери на активном этапе*)
_ L J a 3 т
0,22
0,22-гО
0,07
6 |
Двухтактная |
Параллельный |
Крити |
0 |
л* |
/ |
/ а |
\ 2 |
|
Последовательный |
Крити |
я 2 |
|
|
|
|
|
|
|
контур |
ческий , |
|
6 |
[ |
Т |
) |
|
|
<Эк> 3 |
ключевой |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
контур |
ческий, |
4 C i R " |
|
|
|
|
|
|
(•A R„ < 0,1 |
ключевой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
При |
длительности (а |
|
|
|
|
|
|
V |
Су |
о |
|
|
|
|
|
К |
1 = |
1 (/?„) |
|||||
|
к |
||||||
се |
та |
я |
|
|
|
|
|
2 |
г |
|
|
|
|
||
3 |
г |
|
|
|
|
||
сГ |
ч |
в |
|
|
|
|
|
|
о. |
а |
|
|
|
|
|
0,203 |
0,1 |
0,05 |
1 + V |
l |
- |
19,75ри |
|
|
|
|
3 _ y i |
|
_ |
19,75pu |
|
0,1 |
0,12 |
0,013 |
~1 - 2 9 , 4 р ц |
||||
|
|
|
при |
р и |
< 0,007 |
||
0,12 |
0,06 |
0,031 |
1 + У 1 _ 3 2 р й |
||||
|
|
|
0./8 |
|
|
|
|
|
|
|
3 - 1 / 1 - 3 2 р а |
||||
0,12 |
0,1 |
0,044 |
0,78(1 — 12,85р„) |
||||
|
|
|
при р и < |
0,0275 |
п - п ( Р и )
4 3 - Т / і _ 1 9 , 7 5 р ц
— 3,56(1 |
- 1 5 р „ ) |
при р и |
< 0,007" |
4 3 - * У 1 - 3 2 р ц
« 2 ( 1 - 5 , 4 6 p u ) при р„ < 0,0275
0,11 |
0,07 |
0,027 n _ 3 [ l + V i - 3 5 , 8 p J |
16 |
|||
|
|
|
11 — 5 1 / 1 — 3 5 , 8 р ц |
П - 5 1 / 1 —35,8р„ |
||
|
|
|
|
|||
0,16 |
0,12 |
0,04 |
1 + 1 / 1 - 2 5 , l p „ |
6,28 |
||
4,14—2,141/1 |
—25,1р„ |
4 , 1 4 - 2 , 1 4 1 / 1 - 2 5 , 1 р „ |
||||
|
|
|
||||
0,16 |
0,1 |
0,02 |
+ V l |
- 3 9 , 5 р и |
? |
|
|
||||||
|
|
|
|
С в ы х = С. Так, например, для известного транзистора типа КТ904 можно получить QK < 0,1 на частотах ниже 10 МГц.' Соответственно схемы, требующие Q„ « 1, могут быть ре ализованы лишь на частотах ниже 100 МГц.
Наиболее просто и надежно реализовать высокие зна чения к. п. д. в схемах, работающих при QK < 1, можно, используя ключевой режим транзистора. Как уже отме чалось, в этом режиме транзисторный генератор отличается малой чувствительностью к форме и амплитуде возбуждения и соответственно к изменению ряда параметров транзисто ра, определяющих его усилительные свойства. Как следствие этого можно ожидать повышенную надежность работы ге нератора в различных изменяющихся условиях. При этом нужно еще раз подчеркнуть, что ключевой режим неприем лем при усилении колебаний, модулированных по ампли туде.
В настоящее время находят широкое применение однотактные генераторы с обычной резонансной нагрузкой, работающие в недонапряженном и критическом режимах, и однотактные генераторы, работающие в ключевом ре жиме. Именно эти два типа простейших генераторов будут рассматриваться в данной главе.
Другие схемы и режимы работы используются на прак тике сравнительно редко, несмотря на ряд очевидных пре имуществ. Это, по-видимому, объясняется сравнительной новизной вопросов, возникающих при проектировании та ких схем.
1.1.5. Цепь возбуждения |
генератора |
Входная цепь генератора связана с коллекторной це пью предыдущего каскада линейным четырехполюсником (рис. 1.14, а). В теории радиопередающих устройств 118] такой четырехполюсник связи между каскадами обычно представляется эквивалентной схемой с идеальным транс форматором, имеющим коэффициент трансформации k, и двумя сопротивлениями: сопротивлением холостого хода Z x x и сопротивлением рассеяния Za (рис. 1.14, б). Коллек торная цепь транзистора возбудителя на этом рисунке заме нена его эквивалентной схемой (см. рис. 1.6, б). Входная цепь последующего каскада нелинейна, и для простоты она представлена в виде ключа и двух сопротивлений Z B x 0 и
40
ZBX 3 , соответствующих открытому и закрытому состояниям эмиттерного перехода.
В ламповых генераторах эквивалентная схема связи между каскадами имеет такой же вид. Выходная емкость лампы значительна, поэтому сопротивление Z x x для высших
гармоник имеет малую величину, а форма напряжения на аноде близка к гармонической. Входное сопротивление лам пы в открытом состоянии достаточно велико по сравнению
СZa-
| 2 о | « [ 2 в х о | ,
поэтому форма напряжения на входе лампы последующего каскада близка к гармонической Именно по этой причине теория лампового генератора строится в предпосылке воз
буждения гармоническим напряжением. |
|
|
В транзисторном генераторе входное сопротивление от |
||
крытого транзистора обычно |
намного меньше, |
чем сопро |
тивление рассеивания, т. е. |
|Z„x 0 | <С \%о\- Это |
вызывает |
столь значительные искажения формы напряжения на вхо де, что идеализация возбуждения гармоническим напряже нием заведомо ошибочна. Если бы сопротивление закрытого транзистора Z B X „ было так же значительно меньше чем 2СТ,
то можно было бы рассматривать возбуждение |
транзистора |
гармоническим током. Однако практические |
соотношения |
в схеме зачастую таковы, что |
|
U « | * | 2 „ a | .
При этом условии форма возбуждающего тока так же перестает быть гармонической. Однако для простоты можно рассматривать возбуждение транзистора от источника гар
монического тока, поскольку |
характеристики генератора: |
т], Кр, фазовые соотношения |
— в основном определяются |
открытым состоянием эмиттерного перехода, когда пред положение о возбуждении гармоническим током справед ливо. Некоторые ошибки можно ожидать лишь при оп ределении величин обратного напряжения на эмиттерном переходе и необходимого смещения EQ.
Итак, в дальнейшем рассматривается теория транзистор ного генератора при возбуждении его током гармонической формы (рис. 1.14,6, г). Целесообразность такого представле ния о работе генератора отмечается также в [19].
Возбуждение от источника тока, т. е. от источника с большим внутренним сопротивлением, практически оправ дано еще следующим: входной ток в этом случае мало зави сит от входного сопротивления транзистора, следовательно, выходной (коллекторный) ток определяется лишь коэффи циентом усиления транзистора по току. Этот принцип стабилизации работы усилителей широко известен [20].
Основные схемы включения транзистора (с ОБ, ОЭ, ОК), как известно, существенно различаются по своим усилитель ным и частотным свойствам [1]. Схема с ОЭ (рис. 1.14, в) имеет большее значение Кр в области низких частот, но те
ряет это преимущество на высоких частотах |
оз « сог. |
Схема с ОБ (рис. 1.14, г) принципиально более |
широко- |