Лекция 18 (1084998), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для утроителя частоты при оптимальном угле отсечки анодного тока θ = 40°

.

Соответственно,

Так как меньшему углу отсечки анодного тока соответствует меньшее значение коэффициента использования напряжения анодного питания при таком же использовании по постоянному току (см. рис.6.6, лекция 6), то , соответственно результирующий коэффициент при P_~3 в последнем соотношении возрастёт, приближаясь к 2. Кроме того, в ламповых УЧ рекомендуется принимать значения нижнего угла отсечки анодного тока несколько больше оптимальных: при удвоении частоты θ ≈ (65°…70°), а при утроении частоты θ ≈ (45°…50°). Отношение коэффициентов β₁/β_n при этом существенно возрастает. Так, если принять для утроителя частоты θ = 50°, то β₁(60°)/β₃(50°) = 1,80/0,934 ≈ 1,93. Выбор угла отсечки анодного тока несколько больше оптимального позволяет понизить требуемую амплитуду напряжения возбуждения U_МС и уменьшить величину требуемого напряжения смещения.

Следует отметить, что реализация оптимальных углов отсечки в транзисторных УЧ более проблематична, чем в ламповых, так как подача запирающего напряжения на базу обусловливает снижение амплитуды сигнала возбуждения U_МБ из-за опасности пробоя перехода эмиттер-база и соответственно не позволяет работать с большим импульсом коллекторного тока (см. рис.6.9, лекция 6), что резко уменьшает выходную мощность транзистора. На практике часто применяются транзисторные удвоители частоты с «нулевым» смещением. Схема такого УЧ представлена на рис.18.2.

Т ранзисторы возбуждаются противофазными сигналами, как в двухтактном ГВВ (см. лекцию 15). Соответственно в составе коллекторных токов чётные гармоники находятся в фазе, а нечётные – в противофазе. Коллекторы транзисторов включены параллельно, соответственно через выходную согласующую цепь коллекторные токи протекают в одном направлении, как в общем проводе двухтактного ГВВ. В этом случае чётные гармоники коллекторных токов транзисторов складываются в нагрузке, а нечётные, включая самую сильную первую, вычитаются. Выходной контур С₁, L, С₂ настраивается на вторую гармонику. Остальные чётные гармоники (четвёртая, шестая и т.д.) эффективно подавляются контуром. Если нижний угол отсечки коллекторного тока установить 90⁰, то при косинусоидальных импульсах в составе тока не будет нечётных гармоник, кроме первой. Но, как уже отмечалось, нечётные гармоники в выходной цепи вычитаются, поэтому нет необходимости в выборе θ = 90° и можно использовать «нулевое» смещение, что существенно упрощает схему УЧ. Рассмотренная схема удвоителя частоты может обеспечить эффективную работу без перестройки примерно в октавной полосе частот. Иногда для упрощения схемы и расширения рабочей полосы частот из неё исключают цепь С₁, L, С₂, справедливо полагая, что, во-первых, уровень высших чётных гармоник весьма низок, а, во-вторых, ожидается их ослабление в последующих каскадах радиочастотного тракта, имеющих резонансные колебательные системы.

Расчёт УЧ на заданную мощность P_~n производится как и усилителя мощности. Исходя из заданной мощности и рабочей частоты (диапазона рабочих частот) выбирается АЭ: лампа или транзистор. При выборе мощности АЭ учитывают приведенные выше соотношения, связывающие мощность АЭ в режимах усиления мощности и умножения частоты. Рабочая частота УЧ – его выходная частота. Выбрав АЭ и нижний угол отсечки анодного или коллекторного тока θ с учётом рекомендаций, определяем

Амплитуда колебательного напряжения

Амплитуда тока выделяемой (рабочей) гармоники

и т.д. по методике расчёта ГВВ – усилителя на заданную мощность (см. лекцию 7).

Необходимое сопротивление нагрузки в выходной цепи АЭ

Из рассмотрения правой части последнего соотношения, учитывая, что , следует, что для обеспечения критического режима, как в усилителе, в УЧ требуется обеспечить эквивалентное сопротивление нагрузки в анодной или коллекторной цепи примерно в n раз больше. Необходимость работы с большим R_oe является одним из существенных недостатков ламповых УЧ, так при этом приходится ограничиваться меньшим КПД контура. Обратим внимание, что выбор АЭ и расчёт режима УЧ, как и усилителя, производится, исходя из мощности в полезной нагрузке УЧ, то есть с учётом КПД контура (цепи согласования). В транзисторных УЧ особых проблем с обеспечением необходимого значения R_oe обычно нет.

Если в УЧ используется параллельное или двухтактное включение АЭ, то расчёт вначале производят на мощность одного элемента, а затем соответствующие параметры режима увеличивают в соответствующее число раз.

КПД анодной, коллекторной цепи УЧ

.

Так как при одном и том же угле отсечки тока θ коэффициент меньше , то КПД УЧ будет меньше, чем у усилителя при таком же режиме. Если принять для усилителя θ = 90°, а для УЧ соответствующий оптимальный угол, то β₁(90°) = 1,57; β₂(60°) = 1,27; β₃(40°) = 1,26. При этом оказывается β₂(60°)/ β₁(90°) ≈ β₃(40°)/ β₁(90°) ≈ 0,80, то есть КПД анодной, коллекторной цепи УЧ на 2 и 3, как минимум, на 20% будет меньше, чем у усилителя.

Меньшее значение КПД анодной, коллекторной цепи УЧ обусловливает увеличение рассеиваемой на аноде, коллекторе мощности, что ухудшает температурный режим работы прибора. Это также одна из причин, почему в ламповых и транзисторных УЧ обычно ограничиваются умножением частоты в 2 или 3 раза (до 4 в транзисторных УЧ).⁶

Низкое значение КПД анодной, коллекторной цепи и низкое значение КПД выходной цепи согласования, особенно в ламповом УЧ, обусловливают низкое значение его результирующего КПД. Учитывая это, а также плохое использование АЭ по мощности, целесообразно вводить УЧ в состав той части радиочастотного тракта, где низкие энергетические показатели УЧ не окажут существенного влияния на энергетические показатели, например, радиопередатчика в целом.

Так как во входной и выходной цепях УЧ в основном действуют сигналы существенно разных частот, то опасность самовозбуждения лампового УЧ за счёт связи через межэлектродную ёмкость С_АС практически исчезает. Исходя из этого, можно рекомендовать использовать в ламповых УЧ схему с общим катодом (ОК). Известны реализации УЧ на лампах по схеме с ОК на частоты свыше 1000 МГц. В то же время многие лампы СВЧ конструктивно предназначены для использования по схеме с общей сеткой (ОС). Поэтому и УЧ на таких лампах приходится строить по схеме с ОС. В ламповом УЧ по схеме с ОС колебательная мощность выделяемой гармоники P_~n практически такая же, как в схеме ОК. А мощность возбуждения больше на величину «проходной» мощности⁷

,

которая в УЧ полностью рассеивается на аноде лампы. Соответственно рассеиваемая на аноде лампы мощность в УЧ по схеме с ОС

.

Величина «проходной» мощности в УЧ может оказаться весьма значительной, так как УЧ работают с малыми углами отсечки анодного тока и соответственно с большими амплитудами сигнала возбуждения U_MC. Необходимо, чтобы выполнялось условие

Отметим ещё одну особенность УЧ за счёт отсечки анодного, коллекторного тока. Если для УЧ задана амплитуда напряжения возбуждения U_MC или U_MБ (или амплитуда тока возбуждения I_МБ при возбуждении транзисторного УЧ током), то составляющие выходного тока: анодного или коллекторного определяются с помощью коэффициентов γ_n(θ), в частности:⁸

(18.2)

Коэффициенты γ_n(θ) по величине, то есть | γ_n(θ) |, оказываются симметричными относительно угла θ = 90° и имеют (n – 1) максимумов.⁹ Главные максимумы | γ_n(θ) | при n чётном имеют место при θ = 90°, при нечётном n главных максимумов два: один слева, другой справа от θ = 90°. Однако на практике часто исходят из условия получения наибольшего КПД анодной, коллекторной цепи УЧ и принимают за оптимальный угол отсечки, соответствующий крайнему левому максимуму | γ_n(θ) |, который несколько меньше главного максимума. При таком подходе оптимальный угол отсечки может быть выбран из условия

θ_ОПТ = 180°/n.

Зная амплитуду напряжения (тока) возбуждения и выбрав угол отсечки θ, можно определить амплитуду тока интересующей гармоники (18.2). Реакцией анода в ламповом УЧ на начальном этапе расчёта можно пренебречь. У транзисторного УЧ с большим основанием можно пренебречь членом DU_MK. В любом случае после определения амплитуды выходного колебательного напряжения УЧ можно уточнить, если необходимо, величину тока гармоники.

Если при заданной амплитуде напряжения возбуждения U_MC,MK задана колебательная мощность УЧ P_~n, то амплитуда тока нужной гармоники может быть определена на основании соотношения, вытекающего из (18.2):

(18.3)

Очевидно, если под знаком корня получится отрицательное число, то это будет означать, что при заданной амплитуде сигнала возбуждения необходимая колебательная мощность не может быть получена.

Определив амплитуду тока выделяемой гармоники, можно найти постоянную составляющую тока, потребляемую мощность от источника питания анода или коллектора, требуемое сопротивление нагрузки и другие параметры режима. Необходимо в процессе расчёта или после его завершения проверить, что при найденных параметрах режим работы АЭ будет недонапряжённым или критическим. Если при найденных параметрах режим оказывается перенапряжённым, то следует скорректировать соответствующие параметры.

В схеме двухтактного удвоителя частоты (рис.18.2) особенно полезно использование полевых транзисторов (ПТ), у которых нижняя часть проходной ВАХ i_C = f(e_З), где i_C – ток стока (выходной ток ПТ), е_З – напряжение на затворе (напряжение между затвором и истоком), имеет довольно протяжённый квадратичный участок, на котором

где K – коэффициент пропорциональности; Е ^/_З – напряжение отсечки.

Учитывая, что на входе одного ПТ действует напряжение

Характеристики

Список файлов лекций