Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 99

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

Текст из файла (страница 99)

Если D = 0, то отпадает необходимость врешении трансцендентного уравнения (24.11), так как оно перестаёт быть таковым.Вопросы теории АМ смещением ламповых и транзисторных генераторов давно и хорошо разработаны. При этом для общего анализа используются обобщённые СМХ, уравнения которых записываются на основании (24.10) и (24.11).Согласно (24.10) обобщённый параметрI 1 ( ).y  A1 (24.10/)RSU MC1  oe  1 ( )RiСогласно (24.11) обобщённый параметрE /  ЕС cosx С.(24.11/)RoeU MC1 1 ( )RiНетрудно видеть, что значения параметра y заключены в пределах 0…1. Нулевое значениеимеет место при θ = 0 и не зависит от отношения Roe/Ri. Максимальное значение y = 1имеет место при θ = 180°, причём только при Roe/Ri = 0.

При значениях Roe/Ri, отличных отнуля, максимальное значение y при θ = 180° оказывается меньше единицы. Значения параметра x заключены в пределах –1…+1. При этом значение –1 соответствует θ = 0 и независит от отношения Roe/Ri. Значение +1 имеет место при θ = 180°, причём только при14Очевидно, можно воспользоваться эквивалентной схемой рис.9.4, заменив в ней комплексную нагрузкуэквивалентным сопротивлением настроенного контура Roe.15См. лекцию 4, ф. (4.15а).399Roe/Ri = 0.

При значениях Roe/Ri, отличных от нуля, максимальное значение x при θ = 180°оказывается меньше +1.Как следует из (24.10), также из (24.10/), если UMC = const и S = const, то амплитудапервой гармоники анодного тока (аналогично коллекторного тока) при модуляции смещением линейно зависит от сомножителя 1 ( ).Roe1 1 ( )RiТак как, как правило, Roe/Ri < 1, а при использовании в модулируемом генераторе тетродаили пентода, или биполярного транзистора можно считать Roe/Ri ≈ 0, то линейность рассматриваемой СМХ практически оказывается обусловленной тем, насколько коэффициент 1 ( ) линейно зависит от смещения ЕС (или ЕБ в транзисторном генераторе). Как отмечалось (см. лекцию 5), коэффициент  1 ( ) имеет линейный участок в пределах значенийнижнего угла отсечки 60° ≤ θ ≤ 120°.

При этом оказывается также, что в пределах указанных значений нижний угол отсечки анодного (коллекторного) тока практически линейнозависит от смещения.16 Соответственно рассматриваемая СМХ на этом участке оказывается практически линейной.Выражения (24.10/) и (24.11/) позволяют установить зависимость y(x) при θ = const.Действительно, согласно (24.11/)1x.Roe cos 1 ( )1RiСоответственно, согласно (24.10/) ( )y 1x  kx ,(24.12) cosгде k – постоянный коэффициент при θ = const.Как видим, зависимости y(x) при θ = const представляют прямые линии, выходящиеиз начала координат под углом, тангенс которого равен k.

При θ = 180° k = 1, при θ = 90°k = ∞ ( в этом случае прямая линия совпадает с осью y), при θ = 0 k = 0 и прямая совпадаетс осью x, но направлена в противоположную оси сторону.Рассмотренные СМХ представлены наθ = 120° θ = 180°yрис.24.9. При проектировании генератора с1Roe/Ri = 0модуляцией смещением заходить в областьзначений θ > 120° нецелесообразно, так какRoe/Ri = 0,5появляются нелинейные искажения иуменьшается КПД анодной (коллекторной)0,5Roe/Ri = 1цепи. Для получения 100% модуляции знаθ = 60°чение θ должно доходить до нуля. При этомнеизбежны нелинейные искажения.

При инженерных расчётах этими искажениями пренебрегают и считают СМХ линейной во всей1 х–1Рис.24.9её нижней части.Во многих случаях оказывается возможным снять СМХ вида IA0(EС) в случае лампового генератора и IК0(ЕБ) в случае транзисторного генератора. Эти СМХ также легко могутбыть описаны аналитически, если учесть, что постоянная составляющая выходного токаАЭ и амплитуда его первой гармоники при кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ лампы или транзистора связаны соотношением16К такому выводу можно прийти, если разложить зависимостьвать любое из выражений (4.15) для cos θ.400 1 ( )в ряд по степеням cos θ и использо-I A0, K 0 I A1, K 1 1 ( ) 0 ( ) I A1, K 11 ( ),(24.13)где IА1 (точно также и IК1) определяется выражением (24.10).

В рассмотрение можно ввести обобщённую СМХI А0, К 0 1 ( ) 0 ( )y0 .(24.13/)RRSU MC , МБ 1 ( )[1  oe  1 ( )] 1  oe  1 ( )RiRi/СМХ (24.13) и (24.13 ) являются более нелинейными в области рабочих значений угла θ, чем СМХ по первой гармонике (24.10) и (24.10/). В то же время при инженерных расчётах они также полагаются линейными, что практически не отражается на результатахэнергетических расчётов различных режимов модуляции.В большинстве случаев исходным параметром для расчёта генератора с модуляциейсмещением является мощность в режиме несущей частоты P~Н.

Заданным также являетсякоэффициент модуляции m. Если значение m не оговаривается, то принимают максимальное допустимое значение m = 1. АЭ выбирают из условия обеспечения мощности в максимальном режиме (24.7), то есть номинальная колебательная мощность лампы или транзистора должна удовлетворять условиюP~ НОМ  P~ МАКС  P~ Н (1  m) 2 .(**)Если по условию задания указана мощность P~Н в полезной нагрузке, то при определенииноминальной мощности АЭ необходимо учесть КПД контура (цепи согласования).

В этомслучае лампа или транзистор должны отдавать больше мощность, так как часть её будеттеряться в контуре (цепи согласования).Если выбрать АЭ на меньшую мощность, чем указано выше (**), например, на P~СР,то возникнут нелинейные искажения в верхних точках модуляции.Иногда бывает задан АЭ для модулируемой ступени. В этом случае, очевидно, номинальная колебательная мощность заданной лампы или транзистора может рассматриваться как мощность, достижимая в максимальном режиме. Может встретиться и другойспособ задания: задан АЭ и задана мощность возбуждения последующего каскада.

Очевидно, в этом случае максимальная мощность возбуждения последующего каскада должнарассматриваться как мощность максимального режима модулируемого генератора. Приэтом во всех случаях необходимо учитывать потери мощности в цепи согласования припередаче её от одного каскада к другому.Так как линейная часть модуляционной характеристики находится в области недонапряжённого режима, то в качестве расчётного режима для максимальной мощности принимается критический режим.Расчёт режима максимальной мощности ведётся по методике расчёта ГВВ в критическом режиме на мощность P~МАКС (см.

лекцию 7). При этом (здесь и далее приведём соотношения в терминах лампового генератора) коэффициент использования напряженияанодного питания8P1 1 МАКС   КР   1  ~ МАКС2 .2 2 1S КР Е АНапряжение питания анода (коллектора) принимается равным номинальному, либо ниже,если номинальная мощность лампы существенно больше требуемой (**). Для транзисторов последнее, очевидно, не является актуальным.Нижний угол отсечки анодного (коллекторного) тока в режиме максимальной мощности θМАКС выбирается в пределах θМАКС ≤ 120°, то есть вблизи верхней границы линейного участка СМХ.

Чтобы использовать весь линейный участок модуляционной характеристики, следует принимать θМАКС = 120°. Однако, чем больше угол отсечки, тем хужеКПД анодной (коллекторной) цепи генератора. Кроме того, в ламповых генераторах приθМАКС = 120° смещение в верхней точке модуляционной характеристики может оказаться401положительным, что осложняет работу некоторых схем модуляторов.17 Поэтому на практике часто принимают θМАКС = (90…100)°. Принимать меньшие значения θМАКС нецелесообразно, так как при этом сокращается рабочий участок линейной части СМХ.Если работать только на линейном участке СМХ в пределах 60° ≤ θ ≤ 120°, то, очевидно, получить 100% модуляцию невозможно.

Для получения 100% модуляции (m = 1)необходимо использовать весь нижний участок модуляционной характеристики приθ < 60°. При этом возникают, хотя и небольшие, нелинейные искажения, уменьшить которые можно применением отрицательной обратной связи.После определения  КР дальнейший расчёт режима максимальной мощности ведётсяв обычном порядке (см. лекцию 7):18 определяют UМА МАКС, IА1 МАКС, IМА МАКС и т.д.

При использовании лампы с ограниченным током эмиссии необходимо проверить условиеI МА МАКС  0,8 I ЭМИССИИ ;в случае использования лампы с оксидным катодом, для которой ограничивающей является величина IА0 ДОП, необходимо, чтобы выполнялось условие0,61I А0 МАКС при m1  I А0 ДОП .Последнее условие соответствует случаю 100% модуляции (m = 1) и учитывает эффективное значение «постоянной» составляющей анодного тока при модуляции (рис.24.10):1IА0I А0 ЭФ  I А2 0 Н  (mI А0 Н ) 2 .2IА0 МАКСmIА0 НIА0 НПри m = 1I А0 ЭФ  I А0 Н 1  0,5  1,22 I А0 Н 17 1,22I А0 МАКС 0,61I А0 МАКС .2У транзистора необходимо,Ωtчтобы выполнялось условиеРис.24.10I МК МАКС  I МК ДОП .Напряжение возбуждения при модуляции смещением остаётся неизменным и определяется при расчёте режима максимальной мощности:I A1 МАКСU MC  DU МА МАКС .S 1 ( МАКС )Напряжение смещения ЕС МАКС, необходимое для построения СМХ IА1(ЕС) и расчётарежима сеточной цепи определяется выражением:ЕС МАКС  ЕС/  (U MC  DU MA МАКС ) cos МАКС .После расчёта режима максимальной мощности рассчитывается режим несущей частоты.Режим несущей частоты обычно рассчитывается, исходя из линейной зависимостиIA1 и IA0 от смещения ЕС, то есть исходя из идеализированных СМХ, согласно которым:I A1 МАКСI A0 МАКСU MА МАКСI A1 Н ;I A0 Н ;U MА Н .(24.14)1 m1 m1 mПри этом получаетсяIА0 МИНПри заходе смещения в положительную область резко возрастает сеточный ток, нагружающий модулятор.При модуляции вниз сеточный ток прекращается и нагрузка модулятора оказывается другой.

Таким образом, модулятор оказывается работающим на сугубо нелинейную нагрузку. В генераторах на биполярныхтранзисторах ток базы существует в течение всего периода модуляции, соответственно нагрузка модулятораполучается более постоянной.18Для улучшения линейности модуляции для расчётов может быть принято  МАКС   КР .402P0 Н  I A0 Н E A P0 МАКСН ;U MA Н МАКСЕА1 m1 mКПД анодной цепи в режиме несущей частотыP0 МАКС  А МАКСPP А Н  ~ Н  ~ МАКС2.P0 Н (1  m)(1  m) 1  mПри m = 1A Н . А МАКС.2Обычно максимальный КПД анодной цепи, соответствующий критическому режиму,примерно равен 0,7. Следовательно, в режиме несущей частоты  А Н  0,35.

Как видим, вэнергетическом отношении режим несущей частоты является чрезвычайно неэффективным.Мощность, рассеиваемая на аноде лампы (коллекторе транзистора) в режиме несущей частоты,2PA Н  P0 Н  P~ Н  P0 Н (1   А Н )  P0 Н3или(1   А Н )PA Н  P~ Н 2 P~ Н .А НСледует отметить, что с точки зрения теплового режима анода (коллектора) режимнесущей частоты является наиболее тяжёлым и поэтому должно быть выполнено условиеPA Н < PA ДОП.Действительно, в режиме максимальной мощности при 100% модуляции рассеиваемая на аноде (аналогично на коллекторе) мощностьPA МАКС  P0 МАКС  P~ МАКС  P0 Н (1  m)  P~ Н (1  m) 2 P (1  m) 1 P~ Н (1  m)  (1  m)  ~ Н1   А Н (1  m). A НA НПри 100% модуляции получаем2 P  0,3PA МАКС  ~ Н 2 P~ Н .0,35Как видим, рассеиваемая на аноде (коллекторе) мощность в максимальном режиме непревышает рассеиваемую мощность в режиме несущей частоты. Если учесть, что максимальный режим кратковременный, а режим несущей частоты более длительный (например, при передаче речи паузы между словами, предложениями, фразами), то он и оказывается более тяжёлым с точки зрения теплового режима лампы или транзистора.Если принять модуляцию симметричной и линейной, при этом «постоянная» составляющая анодного (коллекторного) тока19 изменяется по закону (см.

рис.24.10)I A0  I A0 Н (1  m cos t ),то средняя потребляемая от источника анодного (коллекторного) питания за период модуляции мощность21P0 СР Е А I A0 Н (1  m cos t )dt  E A I A0 Н  P0 Н .2 0Соответственно, средняя рассеиваемая за период модуляции мощность, учитывая (24.9),19Среднее значение тока за период несущей (высокой) частоты (см. лекцию 5).403m2m2)  PA Н P~ Н  PA Н ,22то есть средняя мощность, рассеиваемая на аноде (коллекторе) за период модуляции,уменьшается по сравнению с режимом несущей частоты (режим молчания) на величинумощности боковых частот (полос).Средний за период модуляции КПД анодной (коллекторной) цепиm2P~ Н (1 )P~СРm22 А СР   А Н (1 ).P0 СРP0 Н2Так как среднестатистическое значение m = 0,3…0,5, то средний КПД анодной (коллекторной) цепи, характеризующий энергетическую эффективность модулируемой ступени,невелик и равен А СР  (1,05...1,1) А Н .Последнее соотношение показывает, что энергетическая эффективность модулируемой ступени практически определяется эффективностью режима несущей частоты.

Характеристики

Список файлов книги