Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 146
Скачиваний: 1
полосна, однако на радиочастотах практически реализо вать это преимущество трудно. Схема с общим коллектором в генераторах применения не нашла.
Современные транзисторы обычно выпускаются с вы водами, изолированными от корпуса, что позволяет строить усилитель по любой схеме. Однако для транзисторов диа пазона СВЧ часто используется конструкция с эмиттером или базой, соединенными с корпусом транзистора. В таком транзисторе однозначно задана схема возбуждения гене ратора (соответственно с ОЭ или ОБ), так как в противном случае за счет сильной дополнительной обратной связи не избежно ухудшение работы генератора.
Как уже отмечалось, режим с отсечкой тока, который используется в генераторах, достигается выбором соответ
ствующего |
смещения |
Е, |
запирающего |
транзистор. |
При |
||
Е < О (для |
транзистора п-р-п) |
такое смещение |
обычно де |
||||
лается автоматическим |
за |
счет |
сопротивления |
R 3 или |
/?б, |
||
установленного в цепи |
эмиттера или базы (рис. 1.14, |
в, г). |
|||||
Включение |
RQ в цепь |
постоянного тока |
базы |
недопустимо |
|||
в режимах, при которых температура перехода или макси
мальное напряжение на переходе коллектора |
близки |
к предельно допустимым. В этом случае RQ снижает |
надеж |
ность работы схемы. |
|
1.2.ГЕНЕРАТОР В НЕДОНАПРЯЖЕННОМ
ИКРИТИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ
1.2,1. Схемы и метод анализа
Рассмотрим схемы простейших генераторов с резонанс ной нагрузкой (см. рис. 1.14, в, г). Будем считать, что гене ратор возбуждается от источника гармонического тока с амплитудой / г . В коллекторной цепи включен простейший колебательный контур, настроенный на частоту возбужде ния со. Обычно для достижения фильтрации гармоник
внагрузке колебательный контур имеет достаточно высокую добротность Q — соСРнПри этом, если транзистор работает
внедонапряженном или критическом режиме, напряжение на нагрузке можно считать гармоническим.
Таким образом, транзисторный генератор работает при гармоническом токе на входе и гармоническом напряжении на коллекторе. В этих условиях для того, чтобы найти вход-
ную, выходную мощности и мощность, подведенную от источ ника коллекторного питания, необходимо провести гармо нический анализ выходного тока и входного напряжения и затем уже найти энергетические показатели генератора по следующим формулам:
|
|
^ 1 = |
у ^ к / к і С 0 5 ф і , |
|
(1.37) |
||
|
|
^ = |
7 = |
Т Г Г ' |
|
|
( L 3 8 ) |
|
|
|
«О |
' с и 'ко |
|
|
|
где UK |
|
Л * = |
у / г ^ в х і С 0 5 ф в х > |
|
(1.39) |
||
— амплитуда |
напряжения |
на |
коллекторе; / к 1 , |
||||
/„о — амплитуда |
первой гармоники |
и постоянная |
состав |
||||
ляющая |
коллекторного |
тока; ері — фазовый угол |
коллек |
||||
торной |
нагрузки; |
UBXl |
— амплитуда |
первой гармоники |
|||
входного напряжения; <рв х 1 — фазовый угол между первой
гармоникой входного напряжения |
и током возбуждения |
/ р . |
||
|
1.2.2. Схема |
с общим |
эмиттером |
|
Анализ формы токов и энергетических соотношений бу |
||||
дет |
проводиться с помощью схем, представленных |
на |
||
рис. |
1.15. В схеме на рис. 1.15, о, тождественной схеме на |
|||
рис. |
1.14, а, транзистор |
заменен его эквивалентной схемой,- |
||
справедливой лишь при работе в активном режиме и в ре жиме отсечки.
Учитывая, |
что и для реальных транзисторов 1/юСК п ^> |
||||
> Гб, можно |
перейти |
к |
схеме, представленной на |
||
рис. 1.15, б. Здесь в цепи |
переменного тока |
не |
показаны |
||
индуктивность |
выводов базы |
и сопротивление |
г б , |
так как |
|
они включены |
последовательно с источником |
тока / г . Па |
|||
дение напряжения на rg от постоянной слагающей тока ба
зы учтено включением Гб в цепь смещения. Пассивная |
и ак |
|
тивная части емкости |
коллекторного перехода объединены |
|
в общую емкость С к = |
С к а + СКп. |
|
Дальнейшее упрощение схемы (рис. 1.15, в) возможно |
||
при замене действия UK емкости Ск источником гармо |
||
нического тока ju>CK(JK и введении управляющего |
гене |
|
ратора тока |
|
|
/ y |
= / r + , o ) C K L / K . |
(1.40) |
Рис. 1.15 Схемы для определения формы импульсов токов и напряжений при включении транзистора с ОЭ.
|
|
|
|
|
|
Влияние |
С„ и L K |
на |
вы |
||||||
|
|
|
|
|
|
ходную |
цепь |
генератора |
|||||||
|
|
|
|
|
|
сводится |
к |
некоторой |
рас |
||||||
|
|
|
|
|
|
стройке выходного |
конту |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ра, |
которая |
может |
быть |
||||||
|
|
|
|
|
|
легко |
скомпенсирована со |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ответствующим |
|
измене |
|||||||
|
|
|
|
|
|
нием L или |
С. Поэтому в |
||||||||
|
|
|
|
|
|
схеме |
на |
рис. |
1.15, |
в эти |
|||||
|
|
|
|
|
|
элементы |
опущены. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Будем |
|
считать |
управ |
|||||
|
|
|
|
|
|
ляющий ток |
синусоидаль |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ным, |
(рис. 1.16, |
а): |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
/ у |
= |
— / у |
sin со/. |
(1.41) |
|||||
|
|
|
|
|
|
Пусть |
транзистор |
перехо |
|||||||
|
|
|
|
|
|
дит |
в активный |
режим на |
|||||||
|
|
|
|
|
|
интервале — г|) < |
a>t < к, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
а |
при к < |
wt < |
2я — і); |
||||||
|
|
|
|
|
|
находится |
в состоянии от |
||||||||
|
|
|
|
|
|
сечки. Токи |
і'б и /,< идеаль |
||||||||
|
|
|
|
|
|
ного |
транзистора |
имеются |
|||||||
|
|
|
|
|
|
только |
на |
активном |
этапе |
||||||
|
|
|
|
|
|
(рис. |
1.16, |
б, г), причем |
|||||||
i6==iy + A>o = |
— ^ y s i |
n ( 0 * + ^6o |
П Р И |
— г|5<со/<л., |
(1.42) |
||||||||||
|
|
іб |
= 0 |
при |
Ж с о / < 2 д — г|з. |
|
|
|
|
||||||
При fY > |
0 увеличивается |
заряд неравновесных |
носителей |
||||||||||||
в базе, а при iV < |
0 этот |
заряд рассасывается. Площадь |
|||||||||||||
положительного |
тока /б всегда |
больше |
площади |
отрица |
|||||||||||
тельного тока, так как часть введенного заряда |
рекомбини- |
||||||||||||||
рует в базе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как видно из рис. 1.16, в, изменение напряжения на эмит- |
|||||||||||||||
терном переходе на этапе отсечки определяется |
изменением |
||||||||||||||
заряда емкости эмиттерного |
перехода: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
у э = — |
jj |
( f y - f - / 6 0 ) d o ) / + £ ' |
при |
к<Ы<2п |
|
—г|5. |
(1.43) |
||||||||
В активном состоянии напряжение на переходе равно напря жению отсечки, т. е.
v9 — E' при —aJ)<co/<A..
Коллекторный ток согласно (1.10) пропорционален за ряду базы <?б = q6a. Заряд базы можно определить из диф ференциального уравнения (1.11)
їв- |
/ б 0 |
- / „ s i n c o * = ^ - 6 |
— ^ - |
(1.44) |
|
|
dt |
|
|
учитывая, что в начале и конце активного этапа заряд базы равен нулю, т. е.
q6 = 0 |
щи |
at — —ij), |
(1.45) |
q6—0 |
при |
(ot = %. |
(1-46) |
Постоянная слагающая базового тока / б 0 определяется следующим соотношением:
X
откуда после интегрирования получаем
—cos г|) 4" cos X |
= * у Уов |
(1.47) |
|
2я—(г|5 + Я) |
|||
|
|
Решение дифференциального уравнения (1.44) при на чальных условиях (1.45) и (1.46) представляется следующим выражением:
-е mT P / у т 3 |
r sin (^ + |
фр) |
COS Я — COS\|3 |
|
|||
jAl^HwTg)2 |
2я — (ty^X) |
|
|||||
|
|
|
|
||||
~1уЧ |
sin |
(at—фр) |
COS Я—COSlJ) |
(1.48) |
|||
У1 |
ф (ютр)2 |
2 я - ( і | з ф Я ) |
|||||
|
|
||||||
где фр = arctg сотр.
Из решения (1.48) и условий (1.45) и (1.46) получаем транс
цендентное уравнение для |
определения |
зависимости |
||
А,(г|), сот) при т |
= |
тр (рис. 1.17). |
|
|
Выражение |
(1.48) позволяет |
построить форму импульса |
||
тока коллектора |
/„' идеального транзистора |
в соответствии |
||
с формулой (1.10). График (рис. 1.16, г) представляет собой сумму экспоненты [свободное решение уравнения (1.44)] и гармонической функции [вынужденное решение урав нения (1.44)].
Как видно из рис. 1.18, форма тока коллектора при пере ходе от низких частот (cof30/ft>r < 0,3) к высоким частотам («в60/о)7 > 3) при условии постоянства высоты импульса и его угла отсечки
в = (ф + Я)/2 |
(1.49) |
изменяется с уменьшением частоты, импульс перекашивает ся и на низких частотах он должен -иметь резко несиммет ричную форму (см. штрих-пунктир).
я,
160
120
СОҐ*X>/у> |
\ |
|
|
|
|
|
1у /\ |
\ N |
S |
-ср О oJi |
|
80 |
"0,5 |
'=0 |
|
|
|
40 |
|
|
<7 |
40 SO 120 160 200 2W <p, |
|
Рис, 1.17. Зависимость угла закрывания X транзистора от угла открывания ij) при возбуждении током.
Первая гармоника базового тока идеального транзистора может быть теперь определена через амплитуду управля ющего тока и угол отсечки в , т. е.
/бі =/y YiBx(®. и т ) п р и т = тр , |
(1.50) |
где функция 7, в х может быть вычислена как |
коэффициент |
при первой гармонике разложения функции (1.42) в ряд Фурье.
График модуля функции | у 1 в х (в, сот)| с учетом |
зависи |
||||
мостей, приведенных на рис. 1.17, |
и (1.49) представлен на |
||||
рис. |
1.19, а. На этом же рисунке |
показана зависимость |
|||
Товх |
(®> < Й Т ) ' построенная по (1.47) и (1.49) (рис. 1.19, |
б). |
|||
Из рис. 1.19, а следует, что при заданном 9 |
содержание |
||||
первой гармоники в импульсе базового тока |
идеального |
||||
триода мало зависит от частоты при шт = |
оотр > |
1, причем |
|||
|
| у 1 в х (в, (ОТ) | Ж У! (в) При й)Т=С0Т,і> |
1, |
(1.51) |
||
где |
7х(в) — коэффициент разложения |
косинусоидального |
|||
импульса [18]. |
|
|
|
|
|
