Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Расчет режима транзистора в автогенераторе Цель расчета режима состоит в том, чтобы найти оптимальное сопротивление нагрузки транзистора й„, напряжения смещения , Е,„ и питания Е„ а также определить выходную мощность Р, и электронный КПД автогенератора. Выбор транзистора. Как было отмечено, для увеличения стабильности частоты в задающих автогенераторах выбирают транзи- 144 сторы малой мощности. Чтобы фазовый сдвиг между колебаниями 1„(() и ир (() можно было устранить с помощью корректирующей цепочки, следует выбирать транзистор, граничная частота ), которого больше, чем заданная частота колебаний )р. Расчет корректирующей цепочки.
Цепь коррекции можно рассчитать, воспользовавшись материалом О 1.10: )Хкор = ()ркор)ра)(якор )ра) Скор = 1((оаа )ркор) — 1((оаа )(кор)~ где )с„,р, )са — сопротивления, корректирующие частотные свой- ства трайзистора в открытом и закрытом состояния. Расчет удобно проводить в такой последовательности: 1 1) Я ма Са 4) )(кар '~' (3 5) 1 + ~ Р ) )В 5) 1(кор —" )хкоя )ха: (скор ' Ьа) 5) Скор =1,'(кч Йкор). 2) Ска — О 5Ск' 3) га = хоо!Ска' ((к ~к Шах 5» (1 — ооа О) 1) !ю -.- а, (О) (к „,а„; 2) !ко= во (О) (к мах' 4) ((ах=-()о~ Мох; 145 Здесь тоо =- гоСк, — постоянная времени цепи внутренней обратной связи транзистора.
Эффективность применения корректирующих цепей зависит от соотношения между Й„„р и )с, — требуется выполнение условия )(„„р ( )х„ в противном случае следует выбирать другой транзистор. Как видим, для расчета цепи коррекции нужно знать следующие параметры транзистора: граничные частоты ), и )В =- Г",/В, барьерные емкости эмиттерного С, и коллекторного С„ переходов, постоянную времени т„. Если использовать транзистор с коррекцией (см. рис. 1.22), то крутизна переходной характеристики может быть рассчитана по формуле Зк 1Я„',р (1.53).
Остальные параметры транзистора не отличаются от параметров транзистора без коррекции. В О 1.1О было отмечено, что при работе транзисторов в классах АВ, В, С и использовании корректирующих цепей коллекторный ток имеет форму косинусоидальных импульсов с углом отсечки 8. Поэтому расчет режима транзистора можно проводить по стандартной методике с использованием коэффициентов а или у. Уравнения для расчета режима автогенератора в основном те же, что и для усилителя мощности: о) )(к==-))к,,'7»,; 0) Р,=о,ьг„,и„,; 7) Ра=!па Его а) Рр„о Є— Р,: проверка. Рпаг ( Рапп' 9) Чг" Р1 Ра: )О) )7„~ = поге — У", сок 0=-. п„г,— )кгс Е ск т проверка: ) ысм — оо1! ~)коапп ) ))) $=)7к, Еп, )9) йгр ) )к мак (Сгп Ек): проверка: ~к < О,зйг».
Неравенство с (0,5 3 гр есть условие получения недонапряженного режима при относительно слабой зависимости барьерной ем. кости коллекторного перехода С„от напряжения ик для увеличения стабильности частоты. Здесь, как и в усилителе мощности, приняты обозначения: l„о /к, — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока; (к „„— максимальное значение импульса коллектоРного тока; (74~ У„, — амплитУДы пеРвой гаРмоники напряжения на базе и коллекторе транзистора с коррекцией; )1„— сопротивление нагрузки транзистора, т. е. резонансное сопротивление к<игебательной системы в точках К-З" (см. рис. 1.22); ЄЄ Рп,„— колебательная, потребляемая и рассеиваемая в транзисторе мощности; т)а — электронный КПЛ; и„, — напряжение отсечки на переходной ВАХ транзистора; $ — напряженность режима; $ гр — напряженность граничного режима; 5 гр — крутизна линии граничных режимов на выходных статических ВАХ транзистора.
После выбора транзистора и расчета корректирующей цепочки становятся известными следующие параметры: 5", и„„и 5гр (обычно для маломощных транзисторов 5гр — — 1О ... 30 мА!В). В результате имеем 12 уравнений относительно 16 неизвестных (12 в левой части и („,к, Е„8, ʄ— в правой). Для однозначности расчета требуется ввести еще четыре условия. Чтобы мгновенные напряжения и ток коллектора не превышали допустимых значений ик д„и (к д,п, выбираем 1к,п„и Е, из условий (!.29) и (1.30): Е„( 0,5 ик к„, ю'„,„= 0,8 ю'„и, . Остается выбрать угол отсечки 8 и коэффициент обратной связи К Выбор угла отсечки импульсов коллекторного тока.
При выборе угла 8 следует учесть необходимый запас по самовозбуждению (4.26), а также условие баланса активных мощностей (4.5). Из соотношений (4.26), (4.5) и (4.28) следует, что в стационарном режиме колебаний у, (8) 0,2 ...0,3. По таблицам функции у, (8) 11) выбираем 8 =- 60 ... 75'. Выбор коэффициента обратной связи. Величина Коп =- (4,: :У„, отражает относительное шунтирующее влияние на резонатор входной и выходной проводимостей транзистора. При малых Кое )40 (т.е. относительно больших (/ю) в значительной степени проявляется нелинейность барьерной емкости С„ коллекторного перехода, при больших К„ (больших амплитудах (/ю) возрастает влиянцф входной проводимости транзистора.
Наибольшая стабильность частоты в транзисторном автогенераторе получается при К„= 1 ...3. Обычно в задающих ав)гогенераторах на биполярных транзисторах выбирают К„= 1. Йсли требования к стабильности частоты не жесткие, то с целью уйеличения выходной мощности можно уменьшить К„до 0,3 ...0,5. й 4.10. Расчет внешних цепей транзисторного автогенератора Расчет колебательной системы.
Колебательная система автогенератора (см. рис. 4.22) состоит из контура С,С,С,С. Частота автоколебаний равна резонансной частоте системы мр — — 1/~' ЬС~, где Сх — суммарная емкость контура; 1/Сх — — 1/С, + 1/Сз + 1/С„ С~ —— С, + С;„ С;, — эквивалентная емкость связи с нагрузкой, полученная при пересчете последовательной цепочки С„)т„ в параллельную С;, )г„'.
Легко видеть, что контур подключен к выходным электродам транзистора не полностью, причем Й„ = р'Яр, где г(, — сопротивление контура в точках К-Э" на резонансной частоте; р = (//ю/()„,„„ — коэффициент включения контура в выходную цепь транзистора; (/„,„„ — комплексная амплитуда первой гармоники напряжения на контуре (на индуктивности Е); Яр— резонансное сопротивление контура при его полном включении. Так как (/„, = У„,ям/()ыСэ), (/,~„,, = У„ям/()мС~), где 1„,„„ — комплексная амплитуда первой гармоники контурного тока, то р = Сх/Сэ. Резонансное сопротивление контура Яр —— = р9, где р = врТ. = !/(ырСх) — характеристическое сопротивление; 9 — добротйость нагруженного контура.
Как было отмечено, для увеличения стабильности частоты целесообразно применять ослабленную связь резонатора с нагрузкой. В этом случае Д ж 4/, где 1;)„ — добротность ненагруженного контура, (), = р/г„„ г„„ — суммарные потери в индуктивной и емкостной ветвях контура. Как правило, потери в индуктивности существенно больше потерь в емкостях, поэтому ориентировочно можно принять, что (,), = одурь/гь = 9с, где г), — потери в индуктивности; 0~ — добротность индуктивности. Итак, имеем следующую систему уравнений для расчета элементов колебательного контура: 1) Р=мре; 2) сх — -1/(врР); 3) йр — -Рйо 4) )7к=Р'Лр, 5) Р =Сх/С1 6) Кос="-'С~'С,; 7) 1/Сх =-.
1,'С, +1,,'С~+ 1/См 147 Требуемые значения Я„и К„известны из расчета режима, резонансная частота задана, поэтому в семи уравнениях остается девять неизвестных: четыре элемента контура и вспомогательные величины Сх, р, с1„Вр, р. Таким образом, имеется возможность предварительного выбора двух неизвестных, например индуктивности 1. и ее добротности Д„. Расчет емкости связи с нагрузкой С„. Из предшествующего расчета известна величина Сс = С, + С;,. Как было отмечено, С;, — это эквивалентная емкость, параллельная С„ полученная в результате пересчета последовательно соединенных С„, й„ в параллельно соединенные С;в, )с'„'. Для пересчета можно воспользоваться соотношениями Я„'Я„= Я",,+1, Х;,~Х„=- ) + (!<И, где (~,„= Х„Я„; Х„= (1(ыС„); Х„= !((ссС„).
Чтобы изменения нагрузки не уменьшали стабильность частоты, нужно выполнить условие Я„' )) )1„. На практике достаточно, чтобы )сн = 3)эв ° Зная В„н вычислив 1св можем рассчитать ем- кости С„и С;,; в йв Ссв Н 0св:-=1в1 — — ~, т) с„= 3) Ссв ~ + 1д0» йв свив чсв . св Расчета цепи смещения. На рис. 4.20 изображена схема подачи постоянных напряжений на транзистор. Напряжение смещения (напряжение между базой и эмиттером транзистора с коррекцией) (1 = ' Š— 1  — 1 Л+й в св св вс й+ Как видим, (1,„есть сумма фиксированного смещения от источника коллекторного питания, пересчитанного через делитель ЯсВ„ и автосмещения, образованного протеканием постоянной составляющей тока эмиттера 1 через сопротивление )т,„, а также постоянной составляющей базового тока 1вс через параллельно соединенные сопротивления В„ )(с.
Получим условия для расчета Я„ йв и )с,„. Учитывая, что 1„ 1вв и 1вс--=!„с1В, запишем (4.30) и,„и, 1вс(В,„+г„„)В), где (4.31) (4.32) полученному из расчета режима транзистора. г48 (1 =Е НсЦК +14с)* В„„= В, Рсl(йс+ Йс). В стационарном режиме колебаний напряжение смещения, опре,деляемое (4.30), должно быть равно значению и,„ = .„ и.", е, (4.33) В момент возбуждения колебаний напряжение смещения О,'„" выбирается отличным ог рассчитанного по (4.33) для получения мягкого режима возбуждения: (4.34) где /1в' — начальное значение постоянной составляющей коллекторного тока (см. рис.
4.21, а). В двух уравнениях (4.30) и (4.34) содержится пять неизвестных: УБ, )т,„, )7„„, 1„'с) и У,'„". Для однозначного расчета требуется ввести еще три условия. Найдем связь У,'„" и 1Й. Выбрав начальное смещение Цм) на линейном участке переходной характеристики транзистора с коррекцией и учитывая (1.4), получим (4.35) Примем во внимание, что при изменении внешних условий по- стоЯннаЯ составлЯющаЯ базового тока lьс изменЯетсЯ сильнее, чем постоянная составляющая тока коллектора l„с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
