Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Ключевые режимы работы АЗ. На рис. 1.4 представлены варианты зависимостей и„(1) и 1„(г), соответствующие так называемым ключевым режимам. Название связано с тем, что для получения указанных зависимостей АЭ должен работать в режиме ключа, т. е. !7 одну часть периода колебаний быть в открытом состоянии (когда 1„чь О, и„ы О), а другую часть периода — в закрытом состоянии (когда(„= О, а и„велико). Оба режима обеспечивают Рв„~О, т. е. х1, 1. Достоинствами меандровых форм и„(1) и 1„(1) (рис. 1.4, а) являются: минимальные пик-факторы напряжения и тока Р1 = р„=~, просюта реализации.
Для практического осуществления формы напряжения и„(1) н тока 1„(1), изображенных на рис. 1.4, а, нужно к управляющему электроду АЭ подвести напряжение в форме меандра и обеспечить ?хг сит 0 уг тг ?я' «Ф ? и у хг ?и' сит О ж тг ?тг гмг Х а?' ф Рис. 1.4. Зависимости и» и 1и от времеви ддя двух вариаитов идю- чевых режимов работы АЗ постоянную резистивную нагрузку усилителя на основной частоте (первой гармонике) и высших гармониках. В этом случае мгновенное напряжение на коллекторе ии (1) =- Е, — 1„(1) 1т„повторяет форму тока(„(1) и первая гармоника ии сдвинута на и агносительно первой гармоники 1„. Недостатки режима меандров: трудность обеспечения меандровых форм в широком диапазоне частот из-за влияния индуктивностей выводов и межэлектродных емкостей АЭ; передача в нагрузку мощности на высших (нечетных) гармониках. Из-за наличия выходной мощности на гармониках теоретический КПД по первой гармонике оказывается меньше единицы и составляет примерно 81 %. Если ключевой УМ с напряжением и„(1) и током 1„(1) в форме меаидров — выходной каскад передатчика, то необ; ходимо включить фильтр, пропускающий в антенну колебаний первой гармоники и поглощающий высшие гармоники.
На рис. 1.4, б представлен вариант ключевого режима, в котором напряжение и„(1) имеет форму меандра, а ток 1„(1) — поло- 1В жительные полуволны косинусоиды. Достоинством данного режима является отсутствие выходной мощности на гармониках. Объясняется это тем, что в разложении Фурье для и„(1) отсутствуют четные гармоники, а для 1„(1) — нечетные (кроме первой). В результате вся мощность Р, источника питания преобразуется в мощность первой гармоники, т(, 1 и необходимость в выходном фильтре отпадает.
Недостаток режима — увеличенный пик-фактор коллектор- ного тока: Р, =- и. Временнйе зависимости и» (1) и 1„(1), близкие изображенным на рис. 1.4, б, относительно несложно реализуются при возбуждении АЭ гармоническим напряжением нли током и подключением к коллектору формирующей цепи в виде отрезка длинной линии (см.
$1.19). Сравнивая варианты ключевых режимов, отметим, что режим рис. 1.4, а позволяет получить наибольшую мощность м первой гармоники (несмотря на несколько '«~М меньшее значение ц,), что объясняется меньшим значением пик-фактора р; (см. 1„ (! .8)1. Существуют и другие разновидности -а а я гк ~» ключевых режимов, которые, как и рассмотренные, обеспечивают пп = — 80 ... 90%, 1 / но имеет общий недостаток — ограниченный сверху диапазон частот из-за ухудше- ряс. 1д завмсммостм и, ния переключательных свойств АЭ.
В ре- и ь от времени, харакзультате ключевые режимы успешно при- термме хая классов АВ, меняют в УМ на частотах примерно до ВиС 200 МГц. режимы с гармоническим коллекториым иапряжеимем н отсечкой выходного тока. В современных УМ на полупроводниковых приборах, работающих на достаточно высоких частотах, где не удается получить меандровые формы колебаний, наибольшее распространение получнлн режимы с гармоническим выходным напряжением (1.9) и„=ń— Ую сов ы1 (где ы =2п 1', 1' — частота входных колебаний) и негармоническим током (м (1), имеющим вид периодической последовательности импульсов с периодом Т = 1!1, представляющих собой отрезки косннусоиды (рис, 1.5).
Эти режимы похожи на ключевые, поскольку часть периода колебаний коллекторный ток отсутствует. Однако, когда й„чь О, напряжение и„тоже не равно нулю и теоретический электронный КПД т1. ( 1. Достоинством режимов с гармонической формой коллекторного напряжения является отсутствие выходной мощности на гармони- 19 ках основной частоты. Поэтому электронный КПД т1, — это КПД по первой гармонике 51,. В настоящем учебном пособии основное внимание уделено именно таким режимам.
Рассмотрим их энергетические возможности. й 1.4. Энергетические параметры режимов с гармоническим выходным напряжением Запишем аналитическое выражение для тока Е„(О5Е) (см. рис. 1.8., б и приложение 1): сО5 Ы вЂ” с05 В 15 = 55 ПЬах 1 — сО5 В (1. 10) или Е„= Е„(со555Š— со58) при — 8(55Е(8, в остальную часть периода 1„=0, где ЕЛЛ55 — максимальное значение тока 1„; ń— амплитуда косинусоиды (геометрически частью которой являются импульсы тока); 8 — угол отсечки коллектор- ного тока.
Углом олесечки называют половину длительности (размерностью переменной сОЕ) импульса тока. Угол отсечки изменяется в пределах 0 ... 180'. В зависимости от значения 8 различают следующие классы режимов АЭ: А — 8 = 180'! А — 90' ( 8 ( 180',  — 8 = 90', С вЂ” 8 ( 90'. Получим соотношения для расчета электронного КПД и выходной мощности АЭ, работающего в режимах с гармоническим выходным напряжением. Учитывая, что функция Е„(О5Е) — периодическая четная, представим ее рядом Фурье, который для четных функций может быть записан следующим образом: (1.1 1) Е„(55Е)= ~ Е„„созпсОЕ, 5=5 (1.12) Е55 = ~ Ен (О5Е) бСОЕ~ 2Л Е55= — ) 15(5ОЕ) созпмЕ855Е, и= 1, 2, 1' Л (1.14) где п — номер гармоники; Е„„ — амплитуда л-й гармоники тока. Для нахождения амплитуды первой гармоники !м и постоянной составляющей Е„О коллекторного тока нужно рассчитать коэффициенты ряда Фурье (1.12) при л = 1 и и = О.
Из теории рядов Фурье известно, что Подставляя (! .10) или (1.11) в (1.13) и (1.14), после интегрирования получаем !„„=а„з„,„=у„!„, п=0„1„2, ..., (1.15) где (1.16) Мо8 — есоза 6 — а|пасеке ае =- а,= лП вЂ” озЕ) ' л(1 — Е) 2 Мплесозе — лсозлаыл8 а„-— , л~2, л (л — П (1 — Е) (1.17) 7 =сз„(1 — сои О), л=0, 1, 2, (1.18) а 0,0 50 0,0 0,б 02 0,! 0' 0 0' Рнс. П6. Зависимости а- н т-коэффициентов от угла отсечки коллекторного тока 21 а и у — «оэффициинтаз. Из (1.15) следует, что сз и 7 — нормированные коэффициенты ряда Фурье, причем а„представляет собой отношение амплитуды и-й гармоники 7„„к максимальному значению тока б„м, а у„— отношение )„„к амплитуде косинусоиды !и (см.
рис. 1.5). Из соотношений (1.16) — (1,18) видно, что а- и у-коэффициенты— функции угла отсечки О. Графики некоторых из них изображены на рис. 1.6, а, б. Электронный КПД. Подставив (1.6) и (1,7) в (1.2), получим тп = Рит/7но* (1.19) где $ = У„,УЕл — коэффициент напряженности режима, $ ~ 1. В соответствии с (1.15) и (1.16) отношение !и,/1„е — функция угла отсечки (рис. 1.7). Из (1.19) и рис.
1.7 следует, что электронный КПД растет с уменьшением угла отсечки и стремится к 100 % при Е 0 и5=1. Если 8 = 180', то АЭ работает в режиме с гармоническим выходным напряжением и гармоническим выходным током (линейный режим или класс А). В этом случае максимальный теоретический КПЛ составляет 50 %. 60 0 40 г20 0 Рис. 1.7. Зависимость отиошеиии гш/у~а от угла отсечки Колебательная мощность.
Мощность первой гармоники Р, может быть рассчитана по (1.6). Учитывая (1.15), замечаем, что Р,— функция О и максимальна при тех углах отсечки, при которых коэффициенты а, или у, достигают наибольших значений. Из рис. 1.6 видно, что максимум а, соответствует О !20', при этом а,ша„= 0,536, а у, максимален при О = 180' и ?,,„=1. В зависимости от условий работы УМ (заданной величиной является ток (и ша„или амплитуда т'„) наибольшая мощность получается при угле отсечки !20 или 180'.
Выбор оптимального угла отсечки импульсов коллекториого тока. Как видно из изложенного„требования к выбору угла отсечки гм выходного тока АЭ противоречивы: для увеличения электронного КПД угол отсеч- 2,0 ки следует уменьшать, а для получения наибольшей мощности первой гармоиики— устанавливать его в пределах 120...180'. Обычно в тех каскадах радиопередатчика, 64 которые в оснонном определяют суммарную мощность, потребляемую от источника питания, используют режим С или В (О ==.
60 ...90'), при этом получается высокий КПД тц =?О ... 80 % и достаточно высокая выходная мощность. Как правило, это выходные каскады. Если определяющим параметром усилителя является выходная мощность, то применяют режимы АВ и А. Часто выбирают О = 90' (класс В). Коэффициент усиления мощности. Простая аналитическая теория, основанная на допущении о безынерционности АЭ, не позволяет достаточно точно рассчитать его коэффициент усиления мощности Кр. Следует отметить, что в диапазоне высоких частот (ВЧ) не возникает задачи оптимизации режима АЭ на максимум Кр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
