Лекция 25 (лекции по УГФС), страница 2

. (**)

Таким образом, в рассматриваемом режиме имеет место углубление модуляции, при котором коэффициент модуляции выходного тока m получается больше коэффициента модуляции входного сигнала, то есть m > m_ВХ.

Если учесть, что у входного АМ колебания, например, в обозначениях лампового генератора,

(25.8)

и при D = 0

,

то получаем

. (25.9)

Так как для получения на выходе 100% модуляции должно быть θ_МИН = 0, соответственно cos θ_МИН = 1, то получаем соотношение

, (25.10)

позволяющее определить необходимую величину нижнего угла отсечки выходного (анодного, коллекторного) тока в максимальном режиме для получения на выходе m = 1 при заданном коэффициенте модуляции на входе m_ВХ = m_C = m_Б.

В данном режиме угол отсечки выходного тока при изменении амплитуды сигнала возбуждения будет изменяться в пределах 0 ≤ θ ≤ θ_МАКС, следовательно КПД анодной (коллекторной) цепи будет выше, чем в ранее рассмотренных случаях с θ_МАКС = 180° и θ_МАКС = 90°. Это достоинство режима усиления при выборе θ_МАКС < 90°.

Недостатком рассматриваемого режима являются большие нелинейные искажения. В данном режиме СМХ описывается общим уравнением (25.2), в котором сомножитель

изменяется нелинейно, несмотря на линейное изменение амплитуды сигнала возбуждения.

Как отмечалось, в частности при рассмотрении модуляции смещением, при θ < 60° зависимость γ₁(θ) нелинейна. Следовательно, СМХ рассматриваемого режима, особенно в своей нижней части, то есть в области малых углов θ, будет иметь существенно нелинейный характер. СМХ данного режима для двух значений θ_МАКС представлены на рис.25.7.

При D = 0 (R_i = ∞) на основании (25.2) для коэффициента модуляции выходного тока получаем выражение, которое с учётом (25.8) и (25.9) приводится к виду:

Если зависимость γ₁(θ) разложить в ряд по степеням cos θ и ограничиться двумя членами:

, (25.11)

то на основании последнего выражения, учитывая (25.9), получаем

. (25.12)

Соотношение (25.12) позволяет определить необходимую величину нижнего угла отсечки анодного (коллекторного) тока в режиме максимальной мощности при условии обеспечения необходимого соотношения между выходным m и входным m_ВХ = m_C = m_Б коэффициентами модуляции. В силу приближённости разложения (25.11) соотношение (25.12) является менее точным, чем (25.10) при 100% модуляции на выходе.⁴ Напомним, что оба соотношения (25.10) и (25.12) получены при принятии D = 0. Исследования показывают, что при R_oe/R_i = 1 для получения m = 1 при выборе θ_МАКС одинаковыми потребуется m_ВХ примерно на 10% больше по сравнению со случаем R_oe/R_i = 0 (D = 0).

О б углублении модуляции при выборе нижнего угла отсечки анодного (коллекторного) тока менее 90⁰ необходимо помнить и при разработке ГВВ – усилителя немодулированных колебаний. Если сигнал возбуждения такого усилителя имеет паразитную АМ, например, фон за счёт несовершенства источников питания, в том числе и питания коллектора от выпрямителя, то в каскаде произойдёт углубление паразитной АМ, что крайне нежелательно, если не недопустимо.

4. Нижний угол отсечки анодного (коллекторного) тока в режиме максимальной мощности 180° > θ_МАКС > 90°. Реализация такого режима на статической ВАХ показана на рис.25.8.

Как видно из рис.25.8, при значениях амплитуды напряжения возбуждения, не превышающей интервала между напряжениями отсечки –Е^/_С и смещения –Е_С , лампа (аналогично транзистор) работает в режиме колебаний первого рода, то есть с углом отсечки θ = 180°. При этом начальный участок СМХ имеет максимальную крутизну, определяемую (25.4), и представляет прямую линию, выходящую из начала координат, как в режиме с θ_МАКС = 180°. При превышении амплитудой входного сигнала указанного интервала между напряжениями отсечки и смещения лампа (транзистор) переходит в режим колебаний второго рода. При этом СМХ определяется общим выражением (25.2) и оказывается на этом участке нелинейной. Так как изменение угла отсечки происходит в сторону уменьшения от θ = 180°, то СМХ имеет выгиб вверх в силу подобного характера у зависимости γ₁(θ). В результате СМХ приобретает вид ломанной линии, как показано на рис.25.9.

В пределах 0 < U_MC ≤ U_{MC МИН} нижний угол отсечки анодного тока θ = 180°; в пределах

нижний угол отсечки .

Если D = 0, то U_{MC МИН} = Е^/_С – Е_С. В общем случае D ≠ 0 выражение для U_{MC МИН} можно получить, исходя из выражения (24.10), согласно которому, учитывая, что при θ = 180° cos θ = –1 , γ₁(θ) = 1, получаем

. (25.13)

В случае транзисторного усилителя U_{МБ МИН} = Е^/_Б – Е_Б.

Легко убедиться, что на участке , то есть в режиме колебаний второго рода, имеет место уменьшение глубины модуляции выходного (анодного, коллекторного) тока m по сравнению с глубиной модуляции входного напряжения.

Действительно, если, например, на участке аб (рис.25.9) принять крутизну СМХ постоянной S_МХ, то

Итак, мы рассмотрели возможные режимы усиления АМ колебаний. Какому же из них отдать предпочтение?

Очевидно, этот вопрос должен решаться с учётом конкретных обстоятельств. Необходимо лишь помнить, что при θ_МАКС = 180° и θ_МАКС = 90° модуляционные характеристики I_A1,K1(U_MC,МБ) практически линейны на всём протяжении от I_A1,К1 = 0 до I_{A1,К1 МАКС}. Следовательно, нелинейные искажения, вызываемые нелинейностью модуляционных характеристик, будут при этих режимах минимальны. Режим с θ_МАКС = 90° энергетически более выгоден, чем с θ_МАКС = 180°, поэтому он более целесообразен для мощных каскадов. Режим с θ_МАКС < 90° позволяет углубить модуляцию и, следовательно, даёт возможность работать в предварительных каскадах с относительно малой глубиной модуляции, что иногда оказывается важным, например, при невозможности усиления модулирующего сигнала до необходимого уровня для обеспечения 100% модуляции. При этом режиме возрастает КПД генератора, так как нижний угол отсечки выходного тока в режиме несущей частоты (режим молчания) получается значительно меньше 90⁰. Однако в модуляционной характеристике появляется небольшой криволинейный участок, который при 100% модуляции приводит к увеличению нелинейных искажений. Кроме того, при θ_МАКС < 90° может возникнуть углубление паразитной АМ, например, фона. Что касается режима, при котором 180° > θ_МАКС > 90°, то он является энергетически невыгодным и приводит к уменьшению глубины модуляции выходного сигнала относительно глубины модуляции сигнала возбуждения. Однако иногда целесообразно выбирать такой режим для спрямления общей модуляционной характеристики. Например, при осуществлении глубокой модуляции смещением в предварительном каскаде в нижней части модуляционной характеристики появляется выгиб вниз (см. лекцию 24), который может быть скомпенсирован выбором в последующем каскаде режима усиления АМ колебания с 180° > θ_МАКС > 90°, при котором у модуляционной характеристики обеспечивается выгиб вверх. Можно в предварительном каскаде реализовать режим с 180° > θ_МАКС > 90°, имея у модуляционной характеристики выгиб вверх и низкий КПД усилителя, а в последующем каскаде, более мощном, реализовать режим с углублением модуляции при выборе θ_МАКС < 90°, имея у модуляционной характеристики каскада выгиб вниз и большой КПД усилителя. В итоге можно получить достаточно линейную общую (суммарную) модуляционную характеристику и высокий суммарный КПД. Естественно, настройка многокаскадного устройства сложнее.

Так как устройства для усиления АМ колебаний относятся к системам с модуляцией в цепи управляющего электрода (сетки, базы), то в энергетическом отношении режимы усиления АМ колебаний и модуляции смещением эквивалентны. Оба эти режима осуществляются в недонапряжённом режиме работы генератора и только для режима максимальной мощности допускается критический режим. В обоих случаях средний за период модуляции КПД анодной (коллекторной) цепи генератора определятся главным образом режимом несущей частоты:

,

где m – среднестатистическое значение коэффициента модуляции выходного тока.

АЭ (лампа, транзистор) для усилителя АМ колебаний выбирается, исходя из мощности максимального режима

,

где m – максимальный коэффициент модуляции выходного тока (m = 1).

При определении номинальной мощности АЭ необходимо учитывать КПД контура (цепи согласования).

Выбрав соответствующий режим усиления по θ_МАКС, производят расчёт максимального режима, принимая . Выбор способствует линейности режима усиления в верхних точках модуляционной характеристики.