Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Поэтому мощность, потребляемая базовой цепью от предыдущего каскада, оказывается сравнительно большой, а коэффициент усиления по мощности Кр ГВВ в ключевом режиме заметно ниже чем Кр ГВВ в ННР. Недостатки ГВВ в ключевом режиме с активной нагрузкой — быстрый рост потерь с увеличением рабочей частоты и низкое значение Кр — ограничивают область их применения. Существенно ниже потери при работе на высоких частотах имеют ГВВ в ключевом режиме с формирующим контуром. Идея такого ГВВ состоит в том, что паразитные элементы С„н 1.„в этом ГВВ входят в состав колебательного контура С„1.„(рис. 2.63), транзистор находится в одном из двух состояний: отсечки или насыщения н открывается и закрывается в те моменты времени, когда напряжение на коллекторе (на емкости С„) равно нулю. Схемы ГВВ в ключевом режиме с активной нагрузкой (см.
рис. 2.60) и формирукнцим контуром (рис. 2.63) одинаковы; различие заключается лишь в том, что во второй схеме элементы С„, Е„, Се образуют колебательный контур, настроенный на частоту, близкую к рабочей. , Рассмотрим кратко работу такого ГВВ в установившемся режиме. Пусть транзистор закрыт, а на емкости С„максимальное напряжение. С течением времени конденсатор С„разряжается на индуктивность 1.„.
В зависимости от внесенного сопротивления потерь в контур Я'„= = (сеЕ„)~Я„разряд может идти по одной из трех траекторий (рис. 2.64,6): 1 — затухание слишком велико; 2 — затухание мало; 3 — оптимальное затухание. При этом затухании в момент ьо когда Ук = Уск оказывается равным нулю, также равны нулю производная ЖУ,/й = 0 и ток в катушке контура 1.„. Ток возбуждения и его частота подобраны так, что в момент г, открывается транзистор, конденсатор С„шунтируется малым сопротивлением г„„и колебательный процесс йрекращается. Появляется ток через индуктивность и нарастает пропорционально времени (рис. 2.64,в). В момент г под воздействием тока возбуждения транзистор закрывается при напряжении на нем ес = гк(!з) г„„.
Начи- !08 с ек а Рнс. 2.63. Схема ГЗВ с формируаниим контуром гк е, Ес к2 Рнс. 2.ба. Эспорм токов и напрвиений в с ГВВ с формируннпим контуром няя с момента тэ, текущий через Е.„ток заряжает емкость С„. В момент тэ емкость С„снова зарядится до максимального напряжения, ток через катушку 1,„упадет до нуля и начнется следующий цикл (рис. 2,64,г).
Рассмотренный ключевой режим ГВВ называют оптимальным. При этом режиме потери в транзисторе оказываются минимальными. Из эпюр на рис. 2.64 видно, что напряжение ек на коллекторе и, следовательно, на нагрузке Я„довольно сильно отличается от гармонического. Для тою чтобы сделать напряжение на нагрузке М„гармоническим, перед ней включают фильтр (в простейшем случае— последовательный колебательный контур, настроенный на частоту ур). Изменение режима ГВВ при этом оказывается незначительным, поскольку вносимое сопротивление в контур Е„СкСш на частоте первой гармоники сохраняется первоначальным, а уровни второй и высших гармоник сравнительно малы. Экспериментальные исследования показывают, что КПД по первой гармонике ГВВ с формирующим контуром в оптимальном режиме практически равен электронному КПД; цк, м т1„ а максимальная рабочая частота такого ГВВ со и (0,2...1,эу/С„М„, т,е.
в 2...15 раз выше, чем для ГВВ с активной нагрузкой. Показатели ГВВ почти не изменяютсявдиапазонерабочихчастоту" м(0,5...0,8э)у' где Г„'„и 1/2к~ńф— резонансная частота формлрующего контура. Существенным недостатком ГВВ с формирующим контуром является довольно высокий пик-фактор напряжения на транзисторе Ук и (3,3...4) Е„, в связи с чем приходится выбирать пониженные значения Е», что несколько снижает Р, и КПД. !09 2.2П. МИНОЖИТКЛИ ЧАСТОТЫ Умножители частоты в передатчиках используют для повышения частоты колебаний в целое число раз.
Они применяются в возбудителях для формирования сетки частот, непосредственно в трактах передатчиков для повышения рабочей частоты, а в передатчиках с ЧМ или ФМ также и для увеличения индекса модуляции. В многокаскадных передатчиках каскад умножения частоты часто включают так, чтобы он делил тракт передатчика на две части. Поскольку при этом каскады до умно- жителя и каскады после него будут работать на разных частотах, то существенно повышается устойчивость всего передатчика. Основными характеристиками умножителей частоты являются: кратность умножения частоты л; рабочая частота или диапазон рабочих частот; степень подавления входного сигнала и побочных частот; энергетические параметры (выходная мощность Р„, коэффициент усиления по мощности Кр, КПД). Ум ножители частоты можно разделить надва класса по типу используемых приборов: 1) умножители на нелинейных активных приборах (лампы, транзисторы); 2) умножители на нелинейных пассивных приборах (диоды, варикапы).
Ламповые и транзисторные умножители частоты по существу являются генераторами с внешним возбуждением и отличаются от рассмотренных выше ГВВ только тем, что выходной контур умножителя настроен на л-ю гармонику частоты возбуждения, а режим ЭП выбирается таким, чтобы получить максимальные полезную мощность Р„и КПД. Для умножителей частоты на лампах можно, например, использовать схему на рис.
2.6; для транзисторных умножителей — схему на рис. 2.54. В этих схемах колебательный контур в выходной цепи должен быть настроен на вторую или третью гармонику входной частоты (в = 2; 3). Более высокая кратность умножения почти не применяется из-за резкого снижения Р„и КПД. Колебательные контуры умножителей должны иметь как можно более высокую рабочую добротность Др, чтобы снизить в выходном колебании напряжения с частотой возбуждения и других гармоник. Иногда для более сильного подавления этих нежелательных компонент вместо одного колебательного контура включают более сложный полосовой фильтр.
Анализ работы ламповых и транзисторных умножителей и расчет параметров их режимов выполняются так же, как и для ГВВ, работающих усилителями. Поскольку напряжение (или ток) возбуждения и напряжение на выходном контуре умножителя могут быть приняты гармоническими, то для получения наибольших полезной мощности Р„ и КПД и = Р„1Ре следует поставить ЭП в граничный режим.
Предположим, что задана необходимая полезная мощность Р„, выбран тип ЭП и, следовательно, установлены его параметры и выбраны номиналы напряжений питания. Тогда амплитуду напряжения л-й гар- моники на выходе ЭП, соответствующую граничному режиму, можно определить из (2.15): Электронный прибор в умножителе частоты обязательно работает с отсечкой выходного тока (классы В, С). Угол отсечки выходного тока, например анодного, для ламповых умножителей имеетразличные оптимальные значения в зависимости от кратности умножения. В э 2.8 было показано, что анодный ток в виде импульсов косинусоидальной формы с отсечкой можно представить в виде ряда Фурье (2.27).
Коэффициенты этого ряда, если анодный ток задан амплитудой импульса 1 и углом отсечки 6, определяются с помощью коэффициентов а„(8); 1„, = а„(6) 1, . Оптимальный угол отсечки 8,, при котором получаются максимальные значения Р„и 1, равен углу отсечки, при котором а„(6, ) принимает также максимальное значение: 6, = 120'/п. (2.76) Таким образом, для умножителя с п = 3 8 = 40~.
Этот же результат получим по рис. 2.19,6. Если для умножителя частоты задана амплитуда напряжения (тока) возбуждения, например (1„то составляющие анодного тока определяются с помощью коэффициентов у„(6): 1,'„= Я (У, — 2)(1,) у„(6). Здесь, каки в предыдущем случае, при оптимальном угле отсечки 8 полезная мощность Р„, амплитуда 1, и коэффициент у„(6) принимают максимальные значения. Знак величин не имеет значения, поэтому в отличие от рис. 2.19, на рис. 2.65 приведены графики абсолютных значений !у„(6)! для п = 2,3,4,5 в зависимости от О,.а также графики я„(6) = = у„(6)/у„(8). Из этого рисунка следует, что графики для !7„(6)! расположены симметрично относительно вертикальной линии при 6 = 900; графики же для я„(8) показывают, что значения я„(8) при 0 < 90' принимают существенно большие значения, чем при 8 > 90'.
Таким образом, для умножителя с п = 3 углы отсечки 8 = 60 и 120' равноценны в отношении полезной мощности, но совершенно не равноценны в отношении КПД: ц, = Р„(Р = 0,5ф (8), поскольку 8 (600) ~ 0,63, а 8~(1200) 0,11, При кратности умножения п = 4 и выше функции !7„(8)! в интервале 0 < 8 < 90' имеют два или более неровных максимума. Для получения максимальной мощности Р„следует выбирать 8 соответствующим наибольшему максимуму !1„(6)!. Однако на практике чаще исходят из условия получения наибольшего КПД и принимают за оптимальный 111 у ЖЦО Го21 о,гг о,оо о,г оо оо гго яго гоо о, трао Рис. 2.65.
Изменение модулей козффнцнеитоа Берга а зааиснмости от угла отсечки угол отсечки, соответствующий крайнему левому максимуму й „(6)~. При этих условиях оптимальный угол отсечки может быть выбран из условия (2.77) Е, = 100'1л. Однако даже при выборе этих оптимальных углов отсечки по мере увеличения кратности умножения и КПД выходной цепи ЭП остается низким (меньше 0,3), полезная мощность Р„снижается для выбранного ЭП почти пропорционально лз.
Некоторое ослабление этого снижения требует резкого увеличения напряжения (тока) возбуждения, при этом существенно снижается коэффициент усиления каскада по мощности, требуется увеличенное нагрузочное сопротивление. Наконец, при увеличении л уменьшается относительная расстройка л/(л — !) и л/(л + !) между выделяемой гармоникой и гармониками, которые следует подавить„требуется более сложный фильтр, увеличение рабочих добротностей контуров. По этим причинам в современных передатчиках применяют умножители сравнительно малой мощности (ватты, доли ватга) и, как правило, в предварительных каскадах с постоянной рабочей частотой и кратностью умножения не выше л = 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
