Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

[2.5, рис. 1.19,6)). Частотные ограничения в ключевых генераторах обусловлены не столько менывим коэффициентом усиления по мощности, сколько влиянием выходнои емкости транзисторов, приводящей к дополнительным коммутативным потерям. Для наиболее высокочастотного ключевого генератора с формирующим контуром, в котором выходная емкость непосредственно может являться емкостью этого контура, максимальная частота в случае Биполярных транзисторов может составлять 100...150 МГц [2.5]. Поэтому на частотах выше 100...150 МГц следует применять генераторы с реэонанснои нагрузкои, работающие в перенапряженном режиме.

По энергетическим характеристикам они приближаются к генераторам, работающим в граничном режиме, и их расчет можно проводить в соответствии с рекомендациями, изложенными в ~ 2.3 и 2.4. Интенсивное развитие мощных полевых МДП-транзисторов, а также исследование их работоспособности в ключевых ГВВ показали, что они практически не уступают по уровню мощности биполярным, но применительно к ключевым ГВВ по многим важным параметрам их превосходят, Более того, можно говорить о "переводе" ключевых ГВВ с биполярных на полевые МДП-транзисторы и отсюда о переходе от одних к другим практическим схемам. Неоспоримым преимуществом биполярных транзисторов применительно к ключевым ГВВ остается их высокочастотность, поскольку благодаря меньшим напряжениям на коллекторе, чем на стоке, при тех же рабочих токах коллектора (стока) влияние выходной емкости в них оказывается существенно ниже.

Так как ключевые ГВВ работают на частотах не более 30...150 МГц, биполярные транзисторы включают только по схеме с ОЭ, что обеспечивает значительно больший коэффициент усиления по мощности, чем в схеме с ОБ. Полевые МДП-транзисторы включают по схеме с ОИ, Ключевые ГВВ разделяются на три класса: генераторы с резистивной нагрузкой, в том числе с колебательной системой в виде "вилки" фильтров (диплексера), генераторы с фильтровой (резонансной) нагрузкой и генераторы с формирующим контуром. Каждый класс ключевых ГВВ сперва рассматривается при использовании в них биполярных транзисторов, а затем обсуждаются особенности применения в них полевых МДП-транзисторов.

Ключевые генераторы с резистивной нагрузкой. В ключевом режиме при резистивной нагрузке йн формы коллекторного тока и напряжения на коллекторе близки к прямоугольным (рис. 2.11,а), т.е, одновременно импульсы з (ы() и е (ы() содержат высшие гармони- КИ. ПОЭтОМу В Ян ПОМИМО МОщНОСтИ ПЕрВОй Р( ВЫдЕЛяЕтСя МОщНОСтЬ 124 125 1к 1»ыа 1» 1»о р .гп высших гармоник ~ Р„. к=э Режим входной цепи выбирают так, чтобы транзистор попеременно по полпериода находился в состоянии насыщения и в состоянии отсечки. Тогда формы импульсов коллекторного напряжения е»(ы1) и тока 1»(ы$) представляют меандры — длительности этапов насыщения г„, и отсечки тем равны х. Отметим, что форма и амплитуда импульсов входных тока га(ы1) и напряжения еа(ы1) не имеют существенного значения, поскольку транзистор работает в режиме двустороннего ограничения.

Необходимо лишь, чтобы в коллекторной цепи формировались импульсы с достаточно крутыми фронтом и срезом. При этом рассеиваемая на коллекторе мощность Р„, усредненная за период колебаний Т = 2»/ы, определяется только потерями на сопротивлении насыщения на этапе насыщения Р»ж = г» 1 га»е/2х. Отсюда видно, что 2 при и»»» — ~ 0 мощность Р» „, — О. Длительности этапов насыщения т„», и отсечки г»ы могут немного различаться.

Это приводит к некоторому изменению относительных мощностеи первой и высших гармоник Р,/Рд, 2 Р„/Рш а также пик- »=0 факторов тока Пт = 1 „, /1а и напряжения Пп = Е»п»»/Е» на коллекторе транзистора. Однако в оконечном каскаде передатчика важно добиваться того, чтобы формы импульсов напряжения на нагрузке генератора были близки к меандрам. При этом минимальна (теоретически отсутствует) вторая гармоника, что, в свою очередь, резко снижает требования к уровню фильтрации, которую должна обеспечивать выходная фильтрующая система, и тем самым упрощается ее построение (см.

з 3.10). В связи с этим в оконечных каскадах применяют только 126 двухтактные ключевые генераторы. в которых благодаря симметрии работы плеч обеспечивается (поддерживается) близкая к меандрам форма напряжения на нагрузке (хотя импульсы г»(ы1) и е»(ыг) в каждом транзисторе могут заметно отличаться от меандров).

Практически в двухтактных генераторах достигается ослабление второй гармоники на -(20...40) дБ вместо — (10... 15) дБ в однотактных генераторах при г„„, отличном от х на 5...10 %. Кроме того, в двухтактной схеме иэ-за поочередности работы транзисторов существенно линеаризуется нагрузка на предыдущии каскад. Для симметричного возбуждения обоих транзисторов оконечного каскада предоконечный каскад также строят по двухтактной схеме. Отсюда следует, что весь радиочастотный тракт целесообразно выполнять на ГВВ по двухтактным схемам.

Поскольку в ключевом режиме формы тока и напряжения на входе и коллекторе транзистора негармонические, это предъявляет более высокие требования к полосе пропускания согласующих трансформаторов, которые должны пропускать до семи-десяти гармоник рабочей частоты. Поэтому в ключевых генераторах уже на частотах выше 1... 2 М Гц в качестве согласующих трансформаторов используют трансформаторы на отрезках длинных линий. Возможны три варианта построения коллекторнои цепи двухтактных ключевых генераторов с резистивнои нагрузкои. В первом используется такая же схема, как в двухтактных генераторах на транзисторах, работающих в недонапряженном режиме (см. ~ 2.2), показанная на рис. 2.12,а.

Здесь в коллекторной цепи специальный трансформатор обеспечивает короткое замыкание на частотах четных гармоник. Однако поскольку при работе в ключевом режиме в меандрах отсутствуют четные гармоники, то во втором варианте этот трансформатор исключается (рис. 2.12,6). Наконец, в третьем варианте в схеме на рис. 2.12,в в среднюю точку трансформатора включают балластное сопротивление йа. Соответственно их называют: двухтактный генератор с переключением напряжения (ПН), двухтактный генератор с переключением тока (ПТ) и двухтактный генератор с мостовои схемой сложения мощностей (М) [2.5).

При г„, '= г,. = х по энергетическим показателям все три генератора одинаковы. Однако при изменении частоты возбуждения (в широкодиапазонных генераторах), при изменениях напряжения коллекторного питания (при регулировке выходной мощности, при осуществлении коллекторной АМ) из-эа конечного времени рассасывания неосноаных носителей в коллекторных переходах могут наблюдаться заметные отклонения импульсов г»(ыт) от меандров. Кроме того, в импульсах 1»(и1) и е (ы1) могут появляться фронты и срезы заметной длительности, В генераторе ПН при длительности этапов насыщения меньших х (недокрытиях), сохраняется ключевой режим работы транзисторов.

На рис. 2.11,6 приведены эпюры г»(И) и е»(ы1). В то же время при гаь, > э (перекрытиях) имеют место интервалы времени, в течение которых оба транзистора одновременно находятся в "проводящем" состоянии. В результате появляются значительные "сквознью" токи, об- 127 а) а) Ряс. 2.12 Рис. 2.12 условленные тем, что источник коллекторного питания замыкается на достаточно малые сопротивления г„„, обоих транзисторов.

Из-эа больших сквозных токов транзисторы из насыщения переходят в активное состояние, и в них резко возрастают потери. В генераторе ПТ при г„„< х (недокрытиях) в интервалы времени, когда оба транзистора находятся в состоянии отсечки, появляются значительные выбросы в напряжениях на коллекторах, обусловленные протеканием токов 1„е блокировочных дросселей Ьвэ через барьерные емкости С закрытых транзисторов. В итоге это также приводит к сник жению энергетических показателей и, главное, может вызывать пробой транзисторов. Наоборот, при г„, > х (перекрытиях) в генераторе ПТ сохраняется эффективный ключевой режим работы транзисторов.

Эпюры эх(ы1) и е„(~Л) для этого случая приведены на рис. 2.11,в. Двухтактныи генератор с мостовой схемой допускает работу (т.е. сохраняет ключевой режим транзисторов с высокими энергетическими показателями) как при т;„, > х, так и при г„„, < х, но в отличие от однотактного генератора, появляющиеся при г„„, не равном х, четные гармоники выделяются в Лв „. Возможны два варианта построения входной цепи двухтактного генератора: схемы параллельного и последовательного возбуждения транзисторов по входу (рис. 2 13).

Предыдущий каскад, в качестве которого наиболее подходит двухтактный генератор ПН, обеспечивает прямоугольные импульсы напряжения У х. Благодаря низкому выходному сопротивлению источника возбуждения в схеме рис. 2.13,а транзисторы 'слабо влияют друг на друга. Как показывают расчеты, в этой схеме обеспечивается более высокий Кр. Кроме того, при коллекторной АМ в процессе модуляции оказываются меньше броски токов и интервалы инверсного состояния транзистора, и вследствие этого получается лучше амплитудная модуляционная характеристика генератора.

Характеристики

Список файлов книги