Лекция 14 (лекции по УГФС), страница 4

Через индуктивности L_Н протекает ток накала, который в мощных лампах составляет десятки-сотни ампер, что может вызвать заметное падение напряжения от источника накала на этих индуктивностях. Чем больше индуктивности L_Н , тем больше на них падение напряжения от источника накала и это необходимо учитывать, так как возможен недокал (недонагрев) катода и не будет получен нужный ток анода, а соответственно и нереализован рассчитанный режим генератора. Если индуктивности L_Н выполняются в виде катушек, то с укорочением рабочей длины волны генератора λ необходимо следить, чтобы полная длина провода намотки индуктивности L_Н не оказалась близкой к λ/2. В противном случае катушка индуктивности L_Н проявляет себя как полуволновой отрезок длинной линии, короткозамкнутый на одном конце через ёмкость С_БЛ, и соответственно обеспечивает короткое замыкание сигнала возбуждения, что недопустимо.

В генераторах с ОС может быть применена как последовательная, так и параллельная схема питания анода. Выбор схемы питания и номиналы блокировочных и разделительных элементов определяется теми же соображениями, что и в генераторе с ОК. Однако при использовании контуров из сосредоточенных элементов (конденсатор С_К, катушка индуктивности L_К) с повышением рабочей частоты генератора затрудняется реализация блокировочного дросселя в параллельной схеме питания анода L_{БЛ А} (по тем же соображениям, что и индуктивностей L_Н с укорочением рабочей длины волны) и может оказаться возможным осуществление только последовательной схемы питания анода.

В схеме (рис.14.4,г) конденсаторы С_БЛ и С_Н выравнивают потенциал нити накала с катодом по высокой (рабочей) частоте. На схеме показана лампа, у которой вывод катода объединён с одним из выводов накала.

Приведенные на рис.14.4 примеры хотя и не исчерпывают всего многообразия схем генераторов с ОС, но дают полное представление, с учётом сделанных выше замечаний, о принципах построения таких генераторов.

Особенности транзисторного генератора с общей базой (ОБ) и его применение

Возможная схема транзисторного ГВВ с ОБ показана на рис.14.5. База является общим электродом для входной и выходной цепей генератора.

На относительно низких частотах, когда с инерционностью процессов в транзисторе можно не считаться, генератор с ОБ в сравнении с генератором по схеме с общим эмиттером (ОЭ) полностью аналогичен по принципу работы и энергетическим показателям ламповому генератору с ОС по сравнению с генератором с ОК.

Так как входным током в генераторе с ОБ является ток эмиттера i_Э = i_Б + i_К, который значительно больше тока базы i_Б, являющегося входным током в генераторе с ОЭ, то входное сопротивление и коэффициент усиления по мощности генератора с ОБ существенно меньше, чем генератора с ОЭ. В то же время в генераторе с ОБ за счёт проходной мощности возможно получение большей мощности в нагрузке.

Однако биполярные транзисторы являются существенно инерционными приборами и коэффициент усиления по мощности транзисторного генератора изменяется с частотой, причём на более высоких частотах у генератора с ОБ коэффициент усиления по мощности оказывается выше, чем у генератора с ОЭ.

В настоящей лекции мы ограничимся лишь соотношениями, которые демонстрируют зависимость коэффициента усиления по мощности транзисторного генератора от частоты.⁹

Коэффициент усиления по мощности ГВВ

где, применительно к транзисторному генератору, P_~ - колебательная мощность в нагрузке (контуре) коллекторной цепи транзистора, равная ; U_MK - амплитуда переменного (колебательного) напряжения на нагрузке (контуре); I_K1 - амплитуда первой гармоники коллекторного тока; P_ВОЗБ - мощность возбуждения, равная ; I_ВХ1- амплитуда первой гармоники входного тока: I_ВХ1 = I_Б1- в генераторе с ОЭ и I_ВХ1 = (I_Б1 + I_К1) - в генераторе с ОБ; I_Б1- амплитуда первой гармоники базового тока.

Учитывая приведенные выше соотношения, можно записать

,

где K_i - коэффициент усиления по току, K_u - коэффициент усиления по напряжению транзисторного генератора.

В генераторе с ОБ, как и в генераторе с ОС, возможно получение несколько большего значения K_u , чем в генераторе с ОЭ, но это различие невелико и можно считать K_u одинаковым в обеих схемах генераторов. Действительно, при работе транзисторов в одинаковом режиме в обеих схемах генераторов

Если K_{u ОЭ} >> 1, то можно считать K_{u ОБ} ≈ K_{u ОЭ} = K_u.

В генераторе с ОЭ

,

где - модуль коэффициента передачи по току транзистора при включении с ОЭ на частоте f; - значение коэффициента передачи по току транзистора
при f → 0 (статический коэффициент передачи по току транзистора в схеме с общим эмиттером); - частота, на которой модуль коэффициента передачи по току транзистора при включении с ОЭ уменьшается в раз по сравнению со статическим коэффициентом .

В генераторе с общей базой

.

Таким образом, можно считать:

• в генераторе с ОЭ

;

• в генераторе с ОБ

.

Коэффициент усиления по напряжению K_u в транзисторном генераторе уменьшается с ростом частоты.

Действительно, амплитуда переменного напряжения на нагрузке (контуре)

.

С ростом частоты следует ожидать уменьшения коэффициента использования напряжения питания коллектора , а значит, и уменьшения . Требуемая амплитуда напряжения возбуждения U_МБ, напротив, будет расти с повышением частоты.

Поэтому в генераторе с ОБ коэффициент усиления по мощности также будет уменьшаться с ростом частоты, но в меньшей степени, чем в генераторе с ОЭ.

На рис.14.6 представлены зависимости K_P для генераторов с ОЭ и ОБ при и

В близи граничной частоты коэффициент усиления по мощности K_P генератора с ОЭ существенно снижается и при
f > f_ГР становится меньше, чем у генератора с ОБ. Поэтому на высоких частотах вблизи f_ГР и выше схема генератора с ОЭ становится неэффективной и лучшие результаты получаются в генераторе с ОБ.

Генератор с ОЭ используется на частотах f < (0,2…0,3) f_ГР, где он обеспечивает существенно большее значение K_P. Генератор с ОБ используется с частот f > (0,2…0,3) f_ГР до частот (2…3) f_ГР, где он обеспечивает большее значение K_P, нежели генератор с ОЭ.

В силу большего постоянства коэффициента усиления по мощности схема генератора с ОБ находит применение в широкополосных транзисторных генераторах – усилителях мощности, где требуется равномерная амплитудно-частотная характеристика.

Практически схема с ОБ, как отмечалось в начале лекции, применяется в генераторах, начиная с частоты 1 ГГц. До этой частоты предпочтение отдаётся схеме с ОЭ.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 14:

1. Представьте схему и поясните нейтрализацию связи между входной и выходной цепями ГВВ по схеме с
ОК с помощью индуктивности, подключаемой параллельно ёмкости анод-сетка лампы.

2. Почему межэлектродная ёмкость С_АК меньше межэлектродной ёмкости С_АС?

3. Поясните особенности схем ГВВ с ОС, представленных на рис.14.4. Из каких требований следует исхо-
дить при выборе блокировочных и разделительных элементов?

4. Есть две идентичные лампы, два идентичных контура и необходимые источники питания и возбуждения.
Соответственно выполнены два ГВВ: один по схеме с ОК, другой по схеме с ОС. В обоих генераторах
обеспечивается амплитуда первой гармоники анодного тока 1 А. Охарактеризуйте энергетические пара-
метры генераторов. Что у них одинаково и в чём различие?

5. В чём сходство и в чём различие генераторов с ОС и ОБ?

1 В общем случае напряжение возбуждения возрастает также за счёт тока первой сетки и тока через входную ёмкость лампы. На индуктивности ввода катода образуется также напряжение высших гармоник. Подробно эти вопросы в лекции не рассматриваются. Частично затрагиваются в лекции 17.

2 Имеется в виду частота, на которой модуль коэффициента передачи по току биполярного транзистора при включении по схеме с общим эмиттером в режиме малого сигнала стремится к единице.

3 См. лекцию 1.

4 См. лекцию 1.

5 Принципиально вообще возможно отсутствие заземления какого-либо электрода.

6 См. лекцию 4.

7 См. лекцию 9.

8 Двухтактные генераторы рассматриваются в лекции 15.

9 Подробное рассмотрение транзисторных ГВВ с учётом инерционных процессов изложено, например, в работе автора: Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учебное пособие/ Новосиб. гос. техн. ун-т. – Новосибирск, 1995. – 237 с.

231