Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000), страница 3

Транзисторам присуще постепенное медленное ухудшение свойств (деградация), которое у мощных" транзисторов из-эа работы на предельных режимах происходит интенсивнее, чем у маломощных. Отсутствие цепи накала у транзисторов обусловливает их немедленную готовность к работе, на не приводит к заметной экономии электроэнергии питания, так как затраты энергии в цепях накала современных мощных ламп составляют 4... 5 % и меньше их номинальной мощности. Низкие питающие напряжения резко упрощают систему защиты обслуживающего персонала.

Возможность работы всех каскадов передатчика от одного или небольшого числа источников постоянного тока, в том числе непосредственно от батарей или аккумуляторов автомобиля или самолета, заметно упрощает его устройство, Кроме того, низкие питающие напряжения при относительно большой мощности определяют малые нагрузочные сопротивления (десятки, единицы и даже доли ома). По этой причине вредное действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше, чем в лампах, что позволяет в широком диапазоне частот (до 100...1000 МГц) использовать нерезонансные схемы, в том числе двухтактные генераторы с резистивной (апериодической) нагрузкой, исключить перестраиваемые входные, межкаскадные и выходные цепи связи, что улучшает надежность и конструктивные характеристики передатчика в целом и упрощает его настройку.

Вместе с тем малые входные и нагрузочные сопротивления затрудняют согласование транзисторов с другими элементами передатчика и друг с другом. Одновременно сильно сказываются индуктивности выводов и монтажа. Меньший (как правило) коэффициент усиления по мощности транзисторов (по сравнению с лампами) приводит к большему числу каскадов, т.е.

к дополнительным затратам энергии и мощности, рассеиваемой внутри передатчика. Большие токи, неизбежные при больших мощностях и малых напряжениях, приводят к дополнительным трудностям при конструировании источников питания для транзисторных передатчиков. 10 В наиболее современных мощных транзисторных передатчиках сейчас практикуется питание каждого каскада, каждого блока (модуля) оконечного каскада от отдельного выпрямителя. Апериодическая (реэистивная) нагрузка позволяет строить генераторы, в которых транзисторы работают в режимах с негармоническими формами напряжений. Среди этих режимов особенно интересен ключевои режим, который отличается малой рассеиваемой мощностью, меньшей критичностью к амплитуде входного сигнала и к усилительным свойствам транзистора и отсюда более высокой надежностью Однако он обладает меньшим коэффициентом усиления по мощности и непригоден в каскадах, предназначенных для усиления колебаний с переменной амплитудой В передатчиках мощностью приблизительно до 1 кВт полная замена ламп транзисторами приводит к уменьшению габаритов и массы, тем более заметному, чем меньше их мощность.

В мощных передатчиках с их блочным (модульным) построением габариты и масса определяются не только активными приборами, но и в значительной степени деталями цепей связи и фильтрующей системы, деталями цепей сложения и разделения мощности, радиаторами, злектровентиляторами и другими элементами системы охлаждения 4з-за низких допустимых температур транзисторов системы их охлаждения оказываются более массивными и могут потреблять больше энергии питания, чем лампы этой же мощности.

Поэтому применение транзисторов может не приводить к существенному выигрышу в массе и габаритах передатчика в целом. Однако в качестве радиаторов маломощных передатчиков иногда можно использовать непосредственно корпус корабля, танка и т.д. Недостатки транзисторных передатчиков прежде всего связаны с высокой стоимостью мощных транзисторов иэ-за чрезвычайно сложной технологии их производства.

Другие их недостатки по сравнению с лампами определяются малой мощностью одного транзистора и высокой чувствительностью их к перегрузкам. Транзисторы, как правило, не допускают даже кратковременных перегрузок по токам, напряжениям и рассеиваемой на них мощности. Отсюда критичность к рассогласованиям с нагрузкой, к изменениям режимов работы и т.д. Транзисторам присуща большая склонность к паразитным колебаниям, в том числе параметрическим автоколебаниям, и главное, выход иэ строя при их появлении, а также из-за наведенных ЗДС (атмосферное электричество, от других передатчиков).

Это требует сравнительно сложных схем сложения мощностей на выходе передатчика и создания систем защиты транзисторов от превышения напряжений, токов и температуры при работе в изменяющихся условиях (изменения нагрузки, питания, охлаждения и др.), и поэтому дополнительно повышается стоимость, снижается надежность всего передатчика. Существенный разброс параметров транзисторов, их температурная зависимость, а также зависимость усилительных свойств от частоты и Режима усложняют построение передатчиков.

Из-за низкого коэффициента усиления по мощности транзисторов увеличивается число каскадов передатчиков по сравнению с ламповыми. Транзисторы заметно хуже по линейности амплитудной модуляционной характеристики, им присуща большая параэитная фазовая модуляция. Наконец, следует отметить чувствительность транзисторов к проникающей радиации. На данное время как у нас в стране, так и эа рубежом выпускают передатчики, в которых все маломощные каскады транзисторные; во многих передатчиках значительных мощностей 1до 10...100 кВт) в диапазоне частот приблизительно до 500 МГц транзисторы установлены и в выходных каскадах.

Важно, что полная транэисторизация определяется не только уровнем колебательной мощности, но и ее целесообразностью, в первую очередь там, где требуются необслуживаемые передатчики (на космических кораблях и спутниках, при установке в ненаселенной местности и т.д.), или когда время перестройки с одной частоты на другую должно быть малым. Наоборот, например в телевизионных и радиовещательных передатчиках, работающих на фиксированной частоте либо предусматривающих сравнительно редко переход с одной частоты на другую, при эксплуатации которых выделяется время для профилактических работ и перестройки по частоте, полная транзисторизация экономически оправдана при уровнях мощности не выше 1...10 кВт.

Если в оконечных каскадахпередатчиков применяются лампы, то транзисторные каскады целесообразно строить на мощность не выше порядка 1,0 кВт. В настоящее время отечественная промышленность и зарубежные фирмы выпускают мощные генераторные транзисторы как широкого применения, так и узкоспециализированные. Это в первую очередь определяет диапазон рабочих частот, который для первых и главным образом для вторых жестко связан с их назначением.

Специализация коснулась биполярных и всех типов полевых транзисторов. Выпускаются транзисторы, предназначенные для работы в радиочастотных каскадах передатчиков, в импульсных устройствах, стабилизаторах напряжения, во вторичных источниках питания и переключающих схемах. В связи с интенсивным развитием связи на одной боковой полосе в диапазоне от 1,5 до 30...80 МГц выпускается широкий набор так называемых линейных транзисторов на мощности до нескольких сот ватт 11.2-1.5), обеспечивающих линейность амплитудной характеристики и параэитную фазовую модуляцию, при которых уровень составляющих третьего порядка Кзу при испытаниях на двухтоновом сигнале ниже — 28...— 32 дБ. Аналогично широкое развитие телевизионного вещания с выходной мощностью передатчиков от единиц ватт до единиц киловатт привело к разработке "линейных" транзисторов для совместного усиления радиосигналов видео- и звукового сопровождения в диапазонах 100...200, 170...230, 40...8б0 МГц с коэффициентом комбинационных составляющих не более -53...

— 60 дБ при усилении трехтонового испытательного сигнала [1.1, с. 493). Применительно к этим и другим типам передатчиков выпускается небольшой набор так называемых сверхлинейных транзисторов, предназначенных для работы в режиме класса А, т.е. с весьма низким КПД как в широкодиапазонных (от 10 МГц до ,2 ГГц), так и относительно узкодиапаэонных, обеспечивающих не„нейные искажения на уровне комбинационных составляющих третьего порядка Кзу не выше — 50...— б0 дБ Выпускаются УВЧ транзисторы, предназначенные для радиоимпульсного режима работы с относительно короткими длительностями г~„< 5 ..20 мкс) и с относительно длинными (т„( 100...250 мкс) при скважности импульсов Я от 5 до 100 и выше.

Благодаря снижению среднеи рассеиваемой мощности и некоторому (около 1,5 раз) форсированию по напряжениям и токам "импульсные" транзисторы обеспечивают в 2,,3 раза больше мощности. Диапазон рабочих частот этих транзисторов ограничен частотами, выделенными для радиолокации. Для некоторых из них он составляет всего ~50 МГц при средней частоте 1,5 ГГц. В последнее время в связи с интенсивным развитием систем связи с подвижными объектами, в том числе сотовой, разрабатываются специальные транзисторы для работы в диапазонах 450 МГц, 900 МГц и 1300 МГц и главное при низких напряжениях питания Е„= 5; 7,5 В 11.55). Верхняя рабочая частота Гь в генераторных транзисторах, как правило, ограничивается его усилительными возможностями, нижняя у„для биполярных транзисторов — опасностью перегрева его структуры за время протекания одного импульса тока и развитием вторичного пробоя.