Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Однако на практике часто исходят из условия получениянаибольшего КПД анодной, коллекторной цепи УЧ и принимают за оптимальный уголотсечки, соответствующий крайнему левому максимуму | γn(θ) |, который несколькоменьше главного максимума. При таком подходе оптимальный угол отсечки может бытьвыбран из условияθОПТ = 180°/n.Зная амплитуду напряжения (тока) возбуждения и выбрав угол отсечки θ, можноопределить амплитуду тока интересующей гармоники (18.2). Реакцией анода в ламповом6Очевидно, принципиально возможна реализация УЧ с большим коэффициентом умножения частоты.См.
лекцию 14.8См. лекцию 5.9На рис.5.5,б показаны зависимости γ2 и γ3 с учётом знака. Коэффициент γ2 имеет положительные значенияво всём интервале значений θ и симметричен относительно угла θ = 90°, при котором он принимает максимальное значение. Коэффициент γ3 при θ < 90° имеет положительные значения, а при θ > 90° имеет отрицательные значения соответствующей величины положительным значениям. При θ = 90° γ3 = 0.7292УЧ на начальном этапе расчёта можно пренебречь. У транзисторного УЧ с большим основанием можно пренебречь членом DUMK.
В любом случае после определения амплитудывыходного колебательного напряжения УЧ можно уточнить, если необходимо, величинутока гармоники.Если при заданной амплитуде напряжения возбуждения UMC,MK задана колебательнаямощность УЧ P~n, то амплитуда тока нужной гармоники может быть определена на основании соотношения, вытекающего из (18.2):8 DP~ n1(18.3)I An , Kn SU MC ,MБ n ( ) 1 1 .22SU MC , MK n ( ) Очевидно, если под знаком корня получится отрицательное число, то это будет означать,что при заданной амплитуде сигнала возбуждения необходимая колебательная мощностьне 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 процессерасчёта или после его завершения проверить, что при найденных параметрах режим работы АЭ будет недонапряжённым или критическим. Если при найденных параметрах режимоказывается перенапряжённым, то следует скорректировать соответствующие параметры.В схеме двухтактного удвоителя частоты (рис.18.2) особенно полезно использованиеполевых транзисторов (ПТ), у которых нижняя часть проходной ВАХ iC = f(eЗ), где iC – токстока (выходной ток ПТ), еЗ – напряжение на затворе (напряжение между затвором и истоком), имеет довольно протяжённый квадратичный участок, на которомiC K (eЗ E З/ )еЗ ,где K – коэффициент пропорциональности; Е /З – напряжение отсечки.Учитывая, что на входе одного ПТ действует напряжениееЗ VT 1 Е З U МЗ cos t ,а на входе другого напряжениееЗ VT 2 Е З U МЗ cos t ,где ЕЗ – напряжение в рабочей точке, для суммарного тока через выходную цепь получаем22iC СУМ KU МЗ KU МЗcos 2 t .Как видим, результирующий выходной ток содержит только постоянную составляющую и вторую гармонику.
Соответственно напряжение на нагрузке оказывается чистогармоническим с частотой 2ω. Отсутствие в составе результирующего тока других гармоник позволяет упростить выходную цепь УЧ, исключив из её состава избирательную цепьС1, L, С2. Обратим внимание, что при использовании ПТ в схему УЧ (рис.18.2) для повышения эффективности преобразования частоты сигнала может потребоваться ввести цепьсмещения.Параметрические транзисторные умножители частотыВыше мы рассмотрели УЧ, в том числе и на транзисторах, в которых умножение частоты осуществляется за счёт отсечки коллекторного тока.
Транзистор в таких УЧ обычноработает в режиме «большого сигнала». В то же время в транзисторных ГВВ возможноумножение частоты за счёт нелинейного характера ёмкости перехода коллектор-база.Транзисторные УЧ, в которых используется эффект нелинейности ёмкости коллекторногоперехода, носят название параметрических.Принцип параметрического умножения частоты в транзисторных генераторах целесообразно использовать при частоте выходного сигнала, превышающей в 2…3 раза значение граничной частоты транзистора fГР = β0fβ, где β0 – статический коэффициент передачи293по току транзистора в схеме с общим эмиттером; fβ – частота, на которой модуль коэффициента передачи по току транзистора при включении с общим эмиттером уменьшается2 раз по сравнению со статическим коэффициентом β0. Только в этом случае умножениечастоты в основном будет происходить за счёт параметрического эффекта и в меньшейстепени за счёт нелинейности статических ВАХ и отсечки коллекторного тока.Параметрическое умножение частоты в транзисторном генераторе осуществляется сбольшим КПД, поэтому параметрические транзисторные УЧ обеспечивают заметно большее значение выходной мощности, нежели УЧ с отсечкой коллекторного тока.
Частомощность n-й гармоники оказывается почти такой же, как мощность основной гармоникипри работе транзистора в режиме усиления. Использование параметрического эффекта втранзисторах для умножения частоты позволяет заметно расширить диапазон рабочих частот этого класса приборов.На рис.18.3 представлена общая структурная схема параметрического умножителячастоты на транзисторе.RSСКБRiеωСогласующееустройство~Ф1ωФ4nωФ2kωФ3nωRНРис.18.3В схеме имеется четыре фильтра: Ф1, Ф2, Ф3, Ф4. Фильтр последовательного типа Ф1,включенный в коллекторную цепь, настраивается на частоту основной – первой гармоники ω.
Фильтр Ф3, включенный последовательно с нагрузкой RН, настраивается на частотуинтересующей гармоники nω. Фильтр Ф2 настраивается на промежуточную гармонику kωдля усиления эффекта умножения частоты. В частности, при n = 3 и 4 k = 2. Фильтр Ф4служит для обеспечения малого сопротивления цепи эмиттер-база на рабочей частоте nω.Пунктиром на схеме (рис.18.3) показана ёмкость перехода коллектор-база СКБ, за счёт которой осуществляется параметрическое умножение частоты, и сопротивление потерь вэтой ёмкости RS.На рис.18.4 показана принципиальная схема транзисторного параметрического утроителя частоты.С1еωRБLБЛωL12ωС23ωLБЛСБЛСБ+ЕКРис.18.42943ωRННапряжение смещения создаётся за счёт базового тока IБ0.
Конденсатор ёмкостью СБможет отсутствовать, так как обычно сопротивление RБ мало по сравнению с ωLБЛ. Возможно применение эмиттерного смещения.Коэффициент полезного действия коллекторной цепи параметрических транзисторных УЧP КОЛ ~ nP0обычно лежит в пределах (10…30)%. В связи с этим подобные УЧ применяются в качестве маломощных каскадов радиопередатчиков.На рис.18.5 для сравнения приведена принципиальная схема транзисторного утроителя частоты, в котором умножение частоты сигнала осуществляется за счёт отсечки коллекторного тока.С1ωLеωС2I3ωLБЛRН2ωRЭСЭLБЛСБЛ+ЕКРис.18.5В выходной цепи транзистора включен П-контур (с учётом выходной ёмкости транзистора), настроенный на третью гармонику коллекторного тока. Для подавления побочных составляющих тока: первой и второй гармоник, как наиболее сильных, в коллекторную цепь включаются последовательные фильтры, настроенные, соответственно, на основную частоту ω и вторую гармонику 2ω.
Для третьей гармоники 3ω эти фильтры представляют индуктивное сопротивление, которое учитывается при расчёте фильтра(П-контура) третьей гармоники. При умножении на 4 в схему необходимо будет добавитьещё один последовательный фильтр.Во входной цепи УЧ (рис.18.5) имеется только фильтр (согласующая цепь), настроенный на частоту основного (входного) сигнала.Нижний угол отсечки коллекторного тока устанавливается цепью эмиттерного смещения RЭ, СЭ.Из приведенного описания входных и выходных согласующих цепей транзисторныхпараметрического (рис.18.4) и непараметрического УЧ (рис.18.5) нетрудно видеть их особенности.Выходная цепь любого транзисторного УЧ (с отсечкой коллекторного тока и параметрического) может быть также реализована в виде полосового фильтра, например, издвух параллельных контуров с внешней ёмкостной связью.Диодные умножители частотыВ качестве УЧ в современных радиопередающих устройствах широко используютУЧ на специально созданных для этих целей диодах: диодах с нелинейной ёмкостью(ДНЕ) и диодах с накоплением заряда (ДНЗ).10 Интерес к подобным УЧ огромен, так как10ДНЕ и ДНЗ носят название параметрических диодов, а УЧ с их использованием – диодных параметрических умножителей частоты.
Очевидно, возможна реализация УЧ на диоде за счёт отсечки тока проводимости, как в лампе или транзисторе. Однако эффективность таких УЧ будет очень низка.295эффективность преобразования входного сигнала в таких УЧ довольно высока. Кроме того, не требуются источники питания и рабочий диапазон таких УЧ намного выше, чем прииспользовании многих других типов генераторных приборов.ДНЕ обладают нелинейной ёмкостью двух типов: барьерной и диффузионной. Первая из них обусловливается накоплением зарядов противоположного знака по обе стороныp – n-перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
