Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 78

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

Текст из файла (страница 78)

Для обеспечения необходимого уровня сигнала навходе транзистора потребуется увеличивать коэффициент включения контура из сопротивлений х1, х2, х3 со стороны базы.Зная параметры трёхточечной схемы АГ, используя приведенные выше соотношенияможно определить требуемую величину фазокомпенсирующей реактивности хФ.Для большей наглядности идею компенсации фазы средней крутизны коллекторноготока в транзисторном АГ далее мы рассмотрим с помощью векторных диаграмм.На рис.20.3 представлены соответственно схема транзисторного АГ на основе ёмкостной трёхточки с добавлением фазокомпенсирующей ёмкости СФ и векторная диаграмма для неё, поясняющая идею компенсации фазы средней крутизны коллекторноготока в рассматриваемой схеме.tg k IC2IK1ILICФ СФ*UМБIK1СВХRВХ*UМБ = -UM ВХIC2LSС2 U*MK*UMKIK1С1UM ВХ* ** j SIK1 = UМБ SСР = UМБ SeIC ФILUC1Рис.20.3При построении векторной диаграммы за опорный принят вектор выходного напря*жения U MK .

Через ёмкость С2, полагая её без потерь, протекает ток IC2, опережающий по*фазе напряжение U MK на 90°. Левая ветвь цепи носит индуктивный характер, соответ*ственно ток через неё IL отстаёт по фазе от напряжения U MK . Ток индуктивной ветви ILсоздаёт падение напряжения на цепи, образованной соединением С1, СФ, СВХ, RВХ, котороеобозначено UC1.

Это напряжение в силу ёмкостного характера сопротивления цепи отстаётпо фазе от тока IL. Ток IСФ через фазокомпенсирующую ёмкость СФ, соответственно и через входное сопротивление, опережает по фазе напряжение UC1. Создаваемое этим токомнапряжение UМ ВХ на входном сопротивлении отстаёт по фазе от тока и, очевидно, нахо*дится в противофазе с обозначенным на схеме напряжением U МБ . Последнее напряжениеобусловливает коллекторный ток, амплитуда первой гармоники которого***I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j S .Согласно последнему выражению вектор первой гармоники коллекторного тока про*порционален вектору напряжения U МБ и повёрнут относительно его на угол –  S .

В итоге,ток первой гармоники коллекторного тока оказывается в фазе с выходным напряжением*U MK , а это означает, что эквивалентная нагрузка, подключенная между коллектором иэмиттером транзистора, имеет чисто активный характер.Из векторной диаграммы наглядно видна связь положения вектора UМ ВХ, соответ*ственно и вектора U МБ = – UМ ВХ, относительно векторов IL, UC1, IСФ. Если векторы IL, UC1,326*IСФ повернуть в сторону вектора U MK , то фазовый угол  k возрастёт, что позволит компенсировать большее значение –  S .

Очевидно, значения –  S , компенсация которых возможна в схеме, будут находиться в пределах –  S = 0…– 90°, не достигая крайнего значения – 90°. К такому же выводу можно прийти, рассматривая выражение (20.8) применительно к ёмкостной трёхточке. В схеме ёмкостной трёхточки x1 < 0; x3 > 0 и | x3 | > | x1 |,поэтому числитель в (20.8) всегда будет иметь положительное значение. Знаменатель(20.8) также имеет положительное значение, что особенно очевидно, если можно принятьСВХ = 0. Следовательно, фазовый угол коэффициента обратной связи в рассматриваемойсхеме транзисторного АГ на основе ёмкостной трёхточки с применением фазокомпенсирующей ёмкости не может выйти за пределы положительных углов от 0 до +90°, не достигая крайнего значения +90°.Если фаза средней крутизны коллекторного тока выходит за пределы – 90°, то в ёмкостной трёхточечной схеме приходится делать отрицательный коэффициент обратнойсвязи (сопротивления х1 и х3 берутся индуктивного характера) и между базой и контуромвключать фазокомпенсирующую индуктивность LФ.

АГ с отрицательным коэффициентомобратной связи носит название обращённого АГ.На рис.20.4 представлены схема обращённого АГ на основе ёмкостной трёхточки свключением фазокомпенсирующей индуктивности LФ и векторная диаграмма, поясняющая компенсацию фазы средней крутизны коллекторного тока в рассматриваемой схеме.IСIK1IL Ф*UМБIK1*UМБ = -UM ВХIL2LФСВХRВХL2SIСС*UMKIK1*UMKUL1L1***I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j SUM ВХIL2IL ФРис.20.4При построении векторной диаграммы за опорный принят вектор выходного напря*жения U MK .

Через ёмкостную ветвь контура протекает ёмкостный ток IС, который опере*жает по фазе напряжение U MK на 90° при пренебрежении потерями в ёмкости. Ток через*левую ветвь контура носит индуктивный характер и отстаёт по фазе от напряжения U MK .Обозначен этот ток IL2. Так как в индуктивной ветви имеются потери (собственные потери*в катушках и во входной цепи RВХ), то ток IL2 отстаёт от напряжения U MK на угол меньше90°. На сопротивлении соединения L1, LФ, СВХ, RВХ ток IL2 создаёт падение напряженияUL1, которому соответствует ток ILФ через фазокомпенсирующую индуктивность LФ. ТокILФ отстаёт по фазе от напряжения UL1.

На входном сопротивлении транзистора, образованном параллельным соединением RВХ, СВХ, ток ILФ создаёт напряжение UМ ВХ, которое*отстаёт по фазе от этого тока. Очевидно, обозначенное на схеме напряжение U МБ равнопо величине UМ ВХ, но находится в противофазе по отношению к последнему, что и отра*жено на векторной диаграмме. Как видно из векторной диаграммы, напряжение U МБ опе*режает напряжение U MK более, чем на 90°, что позволяет компенсировать фазу среднейкрутизны коллекторного тока, превышающую – 90°. Так как327***I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j S ,то вектор первой гармоники коллекторного тока пропорционален по величине вектору*напряжения U МБ , но повёрнут относительно последнего в сторону вектора выходного*напряжения U MK . Очевидно, при соответствующем подборе параметров элементов контура трёхточки и фазокомпенсирующей индуктивности можно обеспечить совпадение пофазе тока первой гармоники коллекторного тока и выходного напряжения на транзисторе,что соответствует нагрузке последнего на чисто активное сопротивление.Если принять хФ = ωLФ, то согласно (20.7)LФ ( x1  x3 )  x1 x3tg k  .RВХ {x1  x3  C ВХ [LФ ( x1  x3 )  x1 x3 ]}Из последнего выражения для обращённого АГ по схеме (рис.20.4) следует, что k  90 0 ,так как числитель и знаменатель выражения всегда положительны, соответственноtg k  0 .

Сказанное соответствует векторной диаграмме рис.20.4.На рис.20.5 представлены соответственно схема транзисторного АГ на основе индуктивной трёхточки с добавлением фазокомпенсирующей ёмкости СФ и векторная диаграмма для неё, поясняющая идею компенсации фазы средней крутизны коллекторноготока в схеме.ICIK1ICIC Ф СФ*UМБIK1СВХRВХСIL2SUL1L2 U*MKUM ВХIK1ICФL1****UМБ = -UM ВХ*UMKIL2I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j SРис.20.5При построении векторной диаграммы за опорный принят вектор выходного напря*жения U MK .

Через индуктивность L2 протекает ток IL2, который отстаёт по фазе от выход*ного напряжения U MK . Из-за наличия потерь в ветви по причине неидеальности индуктивности, а также возможной связи её с полезной нагрузкой АГ, отставание по фазе токачерез индуктивность от напряжения на ней менее 90°. Ток через левую ветвь IC , носящую*ёмкостный характер сопротивления, опережает по фазе напряжение U MK .

Из-за потерь вветви, обусловленных собственными потерями в индуктивности L1 и потерями во входной*цепи транзистора RВХ, ток IC опережает по фазе напряжение U MK на угол менее 90°. Этотток обусловливает напряжение на ветви, образованной соединением L1, СФ, СВХ, RВХ, которое обозначено UL1. При индуктивном характере результирующего сопротивления указанного соединения элементов L1, СФ, СВХ, RВХ напряжение UL1 опережает по фазе ток IC.Ток IСФ через фазокомпенсирующую ёмкость СФ опережает по фазе напряжение UL1. Этотток протекает через входное сопротивление и, соответственно, обусловливает на входетранзистора напряжение UМ ВХ, которое отстаёт по фазе относительно тока.

Входному*напряжению UМ ВХ равно по величине напряжение U MБ , находящееся с ним в противофазе. Соответственно, комплексная амплитуда первой гармоники коллекторного тока328***I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j Sи отображается на диаграмме вектором IК1, повёрнутым в сторону вектора выходного*напряжения U MK на угол средней крутизны –  S . При полной компенсации фазы среднейкрутизны первая гармоника коллекторного тока оказывается в фазе с выходным напряжением.

Соответственно, между коллектором и эмиттером ощущается чисто активное сопротивление.Из векторной диаграммы (рис.20.5) наглядно видна связь положения вектора UМ ВХ,*соответственно и вектора напряжения U MБ , относительно векторов IC, UL1, IСФ. Из диаграммы просматривается, что в АГ на основе индуктивной трёхточки возможна компенсация фазы средней крутизны коллекторного тока в меньших пределах, чем при использовании ёмкостной трёхточки (сравните векторные диаграммы рис.20.3 и рис.20.5).На рис.20.6 представлена схема обращённого АГ на основе индуктивной трёхточки свключением фазокомпенсирующей индуктивности LФ и векторная диаграмма, поясняющая компенсацию фазы средней крутизны коллекторного тока в схеме.IСIK1IL Ф*UМБIK1IСLФСВХRВХСUС1*UМБ = -UM ВХIL*L UMKIL ФSIK1С1*UMKUM ВХ***I K 1  U МБ S СР  U МБ Se  j SILРис.20.6При построении векторной диаграммы за опорный принят вектор выходного напря*жения U MK .

Через индуктивную ветвь контура протекает ток IL, отстающий по фазе отвыходного напряжения. Через ёмкостную ветвь протекает ток IС, опережающий по фазевыходное напряжение. Из-за потерь в каждой ветви сдвиг по фазе между выходнымнапряжением и током по величине меньше 90°. Ток в ёмкостной ветви IС обусловливаетнапряжение на соединении элементов С1, LФ, СВХ, RВХ, которое при ёмкостном характеререзультирующего сопротивления соединения указанных элементов отстаёт по фазе относительно тока IC. Обозначено это напряжение UC1. Этому напряжению соответствует токILФ через фазокомпенсирующую индуктивность, который отстаёт по фазе от напряжения.Ток ILФ создаёт падение напряжения на входном сопротивлении UМ ВХ, которое отстаёт по*фазе от тока.

Напряжение U MБ равно по величине UМ ВХ, но находится в противофазе к*последнему. Как видно из векторной диаграммы, напряжение U MБ опережает по фазе вы*ходное напряжение U MK более, чем на 90°, что позволяет компенсировать фазу среднейкрутизны коллекторного тока, превышающую – 90°.Применение фазокомпенсирующих элементов в АГ затрудняет конструктивную реализацию схем, поэтому подобные схемы редко применяют на частотах выше(100…150) МГЦ. Чтобы облегчить конструктивную реализацию индуктивных элементов сповышением частоты, индуктивный элемент цепи, в том числе и фазокомпенсирующуюиндуктивность в обращённых схемах, выполняют в виде последовательного соединенияиндуктивного и ёмкостного элементов, что повышает требуемое значение индуктивностии этим делает возможной её реализацию.

Характеристики

Список файлов книги