Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 31
Текст из файла (страница 31)
з 1.3), что ведет к появлению сквозного тока в двухтактных ключевых генераторах по схеме с переключением напряжения и фильтровой нагрузкой. При построении ключевых генераторов с фильтровой нагрузкой по однотактной схеме надо учитывать то, что для реализации эпюр токов и напряжений, представленных на рис. 2.16, надо обеспечивать не монотонное нарастающее или падающее нагрузочное сопротивление на частотах высших гармоник согласно (2.34), а чередующееся Уьх(пы1) ч 0 и Яех(пьЛ) -~ оо при переходе с и гармоники на гармоники п + 1, и+ 2 и т.д.
С этой целью в выходной цепи транзистора включается четвертьволновый отрезок длинной линии, выполняющий 'роль формирующего контура. В двухтактном генераторе с последовательным фильтрующим контуром в импульсах токов отсутствуют нечетные гармоники, а в импульсах 135 Ркс. 2.17 напряжения — четные.
Поэтому к сопротивлению нагрузки в однотакт- ной схеме предъявляется следующее требование: Уки(иш) /0 для и = 2,4,б,... 1 „(пьс) 1 со для и = 3,5,7,... (2.35а) В однотактной схеме рис. 2 17,а выходная цепь связи начинается с параллельной емкости, так что У;, = Л;, и йэ(пас) — с О. Поэтому четвертьволновая линия на частоте первой гармоники осуществляет трансформацию Л,*, в 77е„= Яз/Л;„где Яс — волновое сопротивление линии, а по высшим гармоникам обеспечивает приведенное выше требование, В схеме рис. 2.17,б выходная цепь связи начинается с последовательной индуктивности так, что У, (ьс) = л к, а по высшим гармоникам г',х(пас) — с оо. Однако подключенная параллельно короткозамкнутая четвертьволновая линия обеспечивает необходимое гьк(пьс) -с 0 на четных гармониках.
В двухтактном генераторе с параллельным фильтрующим контуром в импульсах токов отсутствуют четные гармоники, а в импульсах напряжения — нечетные. Поэтому выходная цепь связи в однотактном генераторе должна обеспечивать входное сопротивление Сссссс(ссьс) Г ао длл = 2, 4, б,... 7„„(пьс) (О для и = 3,5,7,...
(2 35б) Для этого в однотактном генераторе по схеме рис. 2.17,в в отличие от схемы рис. 2.17,е выходная цепь связи начинается с последовательной индуктивности, так что г,к(пы) -с оо, а в схеме рис. 2.17,г в отличие от схемы рис. 2.17,бчетвертьволновая линия должна быть закорочена на конце только на основной частоте, а на частотах высших гармоник разомкнута. Поэтому на ее выходе включается последовательный ьС-контур, настроенный на основную частоту. При этом входное сопротивление линии на первой и четных гармониках близко к со, а на нечетных — к О. Ключевые генераторы с формн- ~к руюнгнм контуром.
Перейдем к рассмотрению ключевых генераторов с фор- а мирующим контуром. Такие генераторы в 'с сес Мг большинстве случаев строят по однотакт- 7к ной схеме, которая совпадает со схемой 1к аез обычного генератора с резонансным параллельным или Г-образным ЕС-контуром в коллекторной цепи (см. рис. 2.1,а,б). В Маис данном случае контур выбирается с низкой добротностью Яз - 1 и настраивается на 7ке частоту примерно в 1,5 раза выше рабочей. Такой контур принято называть формирующим. При этом выходная емкость транзистора С „ добавляется к емкости контура либо при работе на максимальных частотах непосредственно является емкостью формирующего контура. Таким образом, в этих генераторах выходная емкость транзистора С,„не является паразитной и не вызывает коммутативных потерь, как в рассмотренных выше схемах ключевых генераторов.
Отметим, что за рубежом такой тип генераторов принято называть генераторами класса Е. В оптимальном ключевом режиме (с точки зрения достижения максимального КПД) транзистор попеременно находится в состояниях отсечки и насыщения. На рис. 2.18 приведены формы импульсов напряжения е (ьс1) и тока ск(сЛ) в таком режиме (кривые 1, 8 соответственно для схем с параллельным и Г-образным формирующими контурами). Для генератора с формирующим контуром характерно большое значение пик-фактора напряжения на коллекторе Пв = йк х/Ех 3 ..
5, зависящее от гзье. Кроме того, при переходе транзистора из насыщения в состояние отсечки коллекторный ток уменьшается не скачкообразно, т,е. появляется активный этап. Однако, как показывают расчеты, потери на активном этапе становятся соизмеримыми с потерями на этапе насыщения только на частотах, близких к максимальной Для достижения оптимального ключевого режима при заданной длительности г„„как отмечалось выше, параметры формирующего контура и сопротивления нагрузки Л,к или Вз должны выбираться вполне определенным образом.
В частности, должно выполняться соотношение 2к/СсВ „= 0,2...1,5. При работе на высоких частотах 135 137 реализация этого соотношения затруднена. С одной стороны, сопротивление Й,„определяется напряжением Е«и колебательной мощностью Ры с другой, минимальная емкость Ст формирующего контура определяется выходной емкостью транзистора С „„. Отсюда появляется одно из ограничений на максимальную частоту такого генератора /эт««< (0 2...1, 5)/2яС«Й««.
Кроме того, ограничение может быть обусловлено усилительными своиствами транзистора. Практически максимальная частота в таких генераторах, выполненных на современных биполярных транзисторах, составляет 100...150 й4Гц. В генераторах с одним формирующим контуром напряжение на нагрузке оказывается существенно негармоническим. Даже в генераторе с Г-образным контуром на рис. 2.1,6 уровень высших гармоник по мощности составляет не менее 5...10 %. При использовании таких генераторов в предоконечном и предварительных каскадах передатчика, когда по частотным свойствам нельзя применять ключевые генераторы с резистивной нагрузкой, негармоническая форма напряжения на нагрузке не имеет существенного значения.
Отметим, что при построении широкодиапазонных предварительных и предоконечных каскадов следует использовать генератор с Г-образным формирующим контуром (см. рис. 2.1,6). Емкость С „и индуктивность коллекторного вывода 7« транзистора вместе с Ь1 и сопротивлением Й„(в Й„трансформируется входное сопротивление следующего каскада) образуют ФНЧ. Параметры этого фильтра подбираются так, чтобы на частоте /, близкой или равной верхней частоте рабочего диапазона /ь, обеспечивался оптимальный ключевой режим. Тогда на более низких. частотах будут происходить отклонения от оптимального режима и несколько возрастать потери мощности в транзисторе. Однако при дальнейшем уменьшении частоты, когда влияние емкости С и индуктивности (Е + Т,т) будет сказываться все в меньшей степени, генератор приближается к генератору с резистивной нагрузкой, в котором импульсы коллекторного напряжения и тока приближаются к прямоугольным.
Кроме того, при Г-образном формирующем контуре заметно меньше пик-фактор по току Пг = 1«ю «/7«а (рис. 2.18), поэтому при ограничениях на 1«с транзисторов можно снимать существенно большую мощность. При использовании ключевых генераторов с формирующим контуром в оконечных каскадах для дополнительной фильтрации высших гармоник в нагрузке необходимо включать дополнительныи фильтрующий контур или более сложную ВФС. В частности, при узкой полосе пропускания (5...10 %) в качестве фильтрующих и одновременно трансформирующих выходных цепеи связи можно использовать ФНЧ в виде Г-, Т- или П-образных цепочек.
При этом в схеме с параллельным формирующим контуром входное сопротивление согласующей и фильтрующей цепи на основной частоте должно быть равно Й,„, а на частотах высших гармоник — достаточно большим по модулю по сравнению с Й „. Поэтому цепь связи должна начинаться с последовательной индуктивности Ьт (рис. 2.19,а). Если допустить, что уровень высших гармоник тока, 138 В ««! «г ~~~н~ш йж~ ()А««дь а) В««ий 7 г«« Рис. 24«9 протекающего через Ьы не должен превышать 5...10 % и аппроксими- руя импульсы напряжения на коллекторе е«(ы1) отрезком косинусоиды с углом отсечки (я — В), то определяем ограничения на Ьт шит/Й,к > 2 4, (2.36) аналогично как на величину емкости С (2.1) в обычном ГВВ с резо.
нансной нагрузкой. В генераторе с Г-образным формирующим контуром входное сопротивление фильтрующей и согласующей цепи связи на основной частоте должно быть равно Й*„. На частотах высших гармоник здесь менее жесткие ограничения на его величину. Поэтому цепь связи может начинаться как с параллельной емкости С1 (рис. 2.19,6), так и с последовательной индуктивности 81 (рис. 2,19,е) ыС|Йе' > 0,5.:.2 в схеме рис. 2.19,6 ыЬ|/Й;, > 0,5...2' в схеме рис. 2.19,е. (2. 37) (2.38) Отметим, что в схеме рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
