Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003), страница 4

Чем меньше величина сопротивления этихконденсаторов на частоте входного сигнала, тем лучше. Как выбрать ёмкость этих конденсаторов, рассматривается в лекции 13.Результирующее напряжение между сеткой и катодом, базой и эмиттером в ГВВ припринятых на схемах рис.1.1 направлениях приложенных напряжений согласно второмузакону Кирхгофа определяется, соответственно, соотношением:eC  u C  EC U МС cos  t  EC ;(1.1)eБ  u Б  Е Б  U МБ cos  t  E Б .Определяемое (1.1) напряжение носит название мгновенного напряжения на сетке,базе, соответственно. Максимальное значение мгновенного напряжения:eС МАКС U МС  ЕС ;eБeБ МАКС  U МБ  Е Б .На рис.1.2 графически представлено изменение мгновенного напряжения согласно(1.1) в обозначениях лампового ГВВ.

Помимо указанных выше напряжений, на рис.1.2отмечено также минимальное значение мгновенного напряжения на сетке:eС МИН   U МС  ЕС .eCeC MAKCt0 ECU MCeС МИНРис.1.2Аналогично для транзисторного ГВВ: eБ МИН   U МБ  Е Б .8Поток электронов, исходящий с катода лампы или из эмиттера транзистора4 и обусловливающий в АЭ токи электродов, распределяется между электродами в зависимостиот соотношения напряжений, приложенных к ним.

Величина тока в цепи того или другогоэлектрода АЭ может быть определена по семейству статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) лампы или транзистора.На рис.1.3 показаны без привязки к конкретному прибору статические ВАХ электронной лампы при включении по схеме с общим катодом и статические ВАХ биполярного транзистора при включении его по схеме с общим эмиттером. Подобные ВАХ мынайдём в справочниках по генераторным лампам и транзисторам. Отметим, что на приведенных характеристиках eC , e A , eБ , eК - постоянные напряжения между сеткой – катодом;анодом – катодом; базой – эмиттером; коллектором – эмиттером, соответственно.iA , iCeA1eA1  eA2  eA3eA 2eA 3iA , iC iAeC 3eC 2iеА2 CеА1 EC  EC  EC 0eC 4 iAeC 30eCпри при приeAaeA1 еA2 еA3iK}eK 1  eK 2eC1eC 2eC1еА3iK,iБeC1  eC 2  eC 3  eC 4iKiБ1 > iБ2 > iБ3iБ1eK 1eК2iБ 2iБ}eК2iБ 3еК10EБ0еБeKбРис.1.3Задавая напряжения на электродах eC , e A в случае лампы, eБ , eК в случае транзистора, можно по статическим ВАХ определить соответствующие этим напряжениям токиэлектродов.В ГВВ при наличии сигнала возбуждения напряжение на входе АЭ не остаётся постоянным, а изменяется во времени согласно (1.1).

Если, например, ось eC рис.1.2 совместить с осью eC рис.1.3, то нетрудно заключить, что в определённые моменты времени tанодный ток i A и сеточный ток iC равны нулю (отсутствуют), а в определённые моменты4Относится к транзисторам n-p-n типа. У транзисторов p-n-p типа токи электродов обусловливаются перемещением дырок. Суть дальнейших рассуждений от этого не зависит.9времени t эти токи отличны от нуля. Очевидно,i A > 0 приeC> EС/ ,где  EС/ - напряжение отсечки анодного тока (напряжение запирания, зависящее в общемслучае от напряжения между анодом и катодом); iC > 0 при eC > 0.Как видно из рис.1.2, результирующее напряжение на входе лампы периодическиизменяется, что обусловливает соответствующее периодическое изменение токов электродов i A , iC , которые в общем случае будут носить импульсный характер.Периодический характер токов позволяет представить их рядом Фурье, то есть в виде суммы постоянной и гармонических составляющих:i A  I A0   I An cos(n t   0 n )  I A0  I A1 cos( t   01 )  I A 2 cos(2 t   02 ) n 1 I A3 cos(3 t   03 )  .....

;iC  I C 0   I Cn cos(n t   0Cn )  I C 0  I C1 cos( t   0C1 )  I C 2 cos(2 t   0C 2 ) n 1 I C 3 cos(3 t   0C 3 )  ..... ,где I A0 , I C 0 - постоянные составляющие анодного и сеточного токов, соответственно;I A1 , I A 2 ,... - амплитуда первой, второй и т.д. гармоники (гармонической составляющей)анодного тока; I C1 , I C 2 ,... - амплитуда первой, второй и т.д. гармоники сеточного тока; 0 n , 0Cn - начальные фазы соответствующих гармоник токов, которые в общем случае полагаются отличными от нуля.Для транзистора справедливы аналогичные рассуждения применительно к коллекторному i К и базовому i Б токам.

В отличие от лампы у биполярного транзистора коллекторный и базовый токи начинаются (прекращаются) при одном и том же напряжении E Б/ ,также называемом напряжением отсечки. Соответственно, i К > 0, i Б > 0 при eБ > E Б/ .Напряжение отсечки анодного тока  EC/ и напряжение отсечки коллекторного токаE Б/ является одним из важных параметров статических ВАХ лампы и транзистора, соответственно. Если  EC/ для большинства ламп существенно зависит от напряжения питания анода (постоянное напряжение между анодом и катодом E A на схеме рис.1.1,а),5 тоE Б/ практически не зависит от напряжения коллекторного питания (постоянное напряжение между коллектором и эмиттером E К на схеме рис.1.1,б).

У кремниевых транзистороввеличина E Б/ = (0,4…0,7)В, а у германиевых E Б/ = (0,2…0,3)В.Пути протекания составляющих токов электродов АЭ показаны на схемах рис.1.1.6Постоянные составляющие токов I A0 , I К 0 , I C 0 , I Б 0 протекают через источники питания постоянного напряжения: источник питания анода E A , источник питания коллектора E К ,источник смещения EC или E Б , соответственно; через индуктивность контура LК ; черезАЭ – лампу, транзистор. Переменные составляющие токов анода, коллектора замыкаютсячерез блокировочные конденсаторы C БЛ А , С БЛ К , соответственно; параллельный колебательный контур C К , LК ; лампу (промежуток анод-катод), транзистор (промежуток коллек5Связь между указанными напряжениями рассматривается в лекции 4.Обратим внимание, что направления токов электродов формально могут быть выбраны произвольно.

Но вданном случае, чтобы не искажать рассмотрение физики процессов, учтено, как принято считать, что ток,протекает против направления движения электронов, перемещающихся в вакууме лампы или в теле полупроводника транзистора n-p-n типа. У транзистора p-n-p типа направление токов противоположное.610тор-эмиттер), соответственно. Переменные составляющие токов сетки, базы замыкаютсячерез блокировочные конденсаторы C БЛ С , С БЛ Б , соответственно; источник возбуждения,отображаемый трансформатором Тр; промежуток сетка-катод у лампы, база-эмиттер утранзистора. Блокировочные конденсаторы защищают источники постоянного напряжения от попадания в них переменных токов, предотвращая этим нарушение нормальногорежима их работы и выделение мощности переменных токов на источниках.Параллельный колебательный контур C К , LК может быть настроен на частоту любойгармонической составляющей выходного тока АЭ.

При настройке на частоту первой гармоники ГВВ работает в режиме усиления: частота выходного сигнала равна частоте входного; а при настройке на частоту более высокой гармоники (n ≥ 2) – в режиме умножениячастоты: частота выходного сигнала в целое число раз выше частоты сигнала возбуждения.Для тока резонансной частоты параллельный колебательный контур оказывает практически наибольшее, причём чисто активного (резистивного) характера сопротивлениеRoe - эквивалентное сопротивление контура, а для токов других частот контур представляет небольшое сопротивление явно выраженного реактивного характера.

Поэтому с достаточным основанием, чтобы не усложнять получаемые результаты и их трактовку, будем считать, что для всех составляющих выходного тока АЭ, кроме той, на частоту которой контур настроен, сопротивление параллельного контура C К , LК равно нулю.7Падение напряжения на контуре от той гармоники выходного тока АЭ, на частотукоторой он настроен, называется колебательным напряжением на контуре u К .

Если контур настроен на первую гармонику выходного тока, то, согласно закону Ома,в случае лампыu К  I A1 Roe cos  t  U МК cos  t ,в случае транзистораu К  I к1 Roe cos  t U МК cos  t ,где U МК - амплитуда колебательного напряжения.Если контур настроен на высшую гармонику выходного тока, тоu К  I An Roe cos n t  U МК cos n t ;u К  I Кn Roe cos n t  U МК cos n t.В дальнейшем будем считать, что контур C К , LК настроен на первую гармонику выходного тока. Соответственно ГВВ представляет усилитель напряжения или мощности.8При чисто активном (резистивном) характере сопротивления контура C К , LК напряжение на контуре совпадает по фазе с выделяемой гармоникой выходного тока АЭ, чтоучтено в записи приведенных выше выражений для колебательного напряжения. Так какАЭ полагается безинерционным прибором на рабочей частоте, когда токи электродовможно определять, используя статические ВАХ, то, как будет показано ниже, а также влекции 3, выходной ток АЭ в ГВВ в общем случае представляет импульсы, симметричныеотносительно периода сигнала возбуждения, что позволяет считать начальные фазы гармонических составляющих выходного тока  0 n в приведенной ранее записи в виде рядаФурье равными нулю.

Аналогичное утверждение справедливо и для входного тока: токасетки, тока базы.Так как по высокой частоте АЭ и контур C К , LК соединены через конденсатор C БЛ Аили С БЛ К параллельно, то амплитуда переменного напряжения между анодом и катодом7Конечное значение сопротивления параллельного колебательного контура на гармониках выходного токаАЭ, частота которых отличается от резонансной частоты контура, то есть от частоты его настройки, учитывается, в частности, при рассмотрении фильтрации побочных компонент выходного тока (лекция 11).8Отличие усилителя напряжения от усилителя мощности рассматривается в лекции 2.11лампы, коллектором и эмиттером транзистора практически равна амплитуде колебательного напряжения на контуре в силу того, что сопротивление блокировочных конденсаторов мало для переменных составляющих выходного тока и падением напряжения на конденсаторах можно пренебречь.На основании второго закона Кирхгофа при принятых на рис.1.1 направленияхнапряжений результирующее напряжение между анодом и катодом лампы или междуколлектором и эмиттером транзистора в ГВВ определяется соотношениями:e A  E A  u К  Е А  U МК cos  t  E A  U МА cos  t ;(1.2)eK  E K  u K  E K  U MK cos  t  E K  U MКОЛ cos  t ,где U МА ,U МКОЛ - соответственно амплитуда переменного напряжения на аноде лампы,коллекторе транзистора, принимаемая равной амплитуде колебательного напряжения наконтуре U МК .