<Полупроводниковые генераторы и модуляторы радиочастотных колебаний> уч. пособие - Грановская Р.А., Шкаликов В.Н. («Полупроводниковые генераторы и модуляторы радиочастотных колебаний» уч. пособие - Грановская Р.А., Шкаликов В.Н.)

621.37 1075) Г1 553, У 677 УДК,' 621.575. 5 (075.З) Полулроводниковыс ГЕИераторы и модуляторы радиочастотных колебаний: Учебное пособие ' Г. 11. немцов, В. Н. 1Ияалнков, Р. А. Грановская и др.; Под род. В. Н. ЕХ1калнкова и Р. Л, Грановской. — м.: мАи, кафедра раднолереданъцви устройств (406), 1998. — 101 с., нл. Рассмотрены основные схемы и параметры генераторов и модуляторов радиочастотных колебаний иа цолупроводииковых приборах, режимы нх работы н методы РВСЧЕТВ, Рецешенты, 8. В, Рощин, Э.

А. Лутии, О. А. Роман 1а'Ц315СЛОВИК Учеб$нъс $$осооею Ъцъсд$$атнзчсе$о для тейретъ$чсской ГЪйдгот<ъВкн студентов к следук)$$$нч 3$ъбо1ъзто1ъным раб$ътам пО дисщ6$лине нраднотщъедаЪО$$$ие уст1ъойстВзн: - «ИОО$$сг$ОЪЪВ$$$$с трананстор$нно Ъенерк$ора с вне$цним Воъбужденнема, — «Исс$ь:д~$ВВ$$$$с ун$$ож$$ъс$$я частоты на $ра$$зксторе»; — нисслсдовзние траЪЪ3$$стор$$ого генератора с амг$$вт$уд$$О$1 НОдуля$$ней>к «Исс:$слцва$$$ъе $астот$$о-нодул$$русмого траЪеннч О1н$ОЪО звтогснсратора с $ир$$ка$$омъ~,' '~Иссъсдо$$$$$$$$е $$0$$оиюво! о ВВ1ъа$$:тор$$0$0 уйВО$$$с$$я часхоъын$ - ОИсс$$сд$ъва$гне $зсжтного модулято1ъа на варакгореэ; Рзссъ$отрс$$ъ$ Вонросы нракпе$ескай реалнъа$цп$ схем н устройств полуировод$$нковых $снсра$ороа н модуляторов радиочастотных колебаЪаш, методм их окспер$$ментального нс- СЛВДОВВЪО$Я Н РЗСЧЕТВ.

11астояшсс Ъоданъ$с составле$$о на основе мЪВ$еръ$алов опублъ$кованных раисе уч$хъных $$особъй: 1. Полупроводниковые генераторы с внешним возбуждением.— под ред, В. Н. 1Пкзлъ$- ко$я . — Ь!.: АЛЛИ. 1936 $.; 2. Управление радио1$астот$$ымн ко$$еба$$$$яъ$$$ генераторов.— под род, Р, Л. 1'раъ$овской - Ь4.; МАЙ, 1987 г.; .1. Л. '1. КО$$драт$,ев. 11.

П. Мъ$хайлов. Ге$$срк$ор$$ые каскал1$ с $астоп$ой н фазовой ма дуля$О$с$1.— М.; МАИ. 1994 г. 11особне нмп$сано коллект$$вом авиъров: 1лааы 1 и 2 "- 1. 11. Земцовым, «ъава 3 9. Н. 111кал$1ковым, глава 4 — - Р. Л. 1'рэ$$овской. глава 5 -- Н. С. Давыдовой„А. Ч. Кондратьс В$зм и 11. Г1. М$$тайловъ$н Подготовка носсбна к ъ$зд$$$$ъао Выполнена 11. С. Давыдовой. Ю Московский АвлацноЪОО,$й инстнтуц кафедра раднопередэ$ощих устройств (406), 199$ г. 1. ТРАИЗИОТОРИЫВ ГЙЮАТОРН ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ 1.1, СТРУХТУРВМ СХЮи И ОСНОВНЫВ ПааатРН ГВНВРАТОИ С ВНКаНйй ВОВВУжЛВНИКй Структурная схема транзисторного генератора с вяекним возбуждением приведена ка рко, 1 1. Генератор состоит из входной цепи высокой частоты (ВЧ) 1, активного прибора - транзистора 2, выходной ВЧ-цепи 3, а также цепей питания коллектора 4 и смещения на базе 5 трелзиОтора.

Этих истОчников, з ТЗкне взаимовлияние каскадов при питании их От общего источнике. Пря необходимости цепи блокировки обеспечивавт изслнцяс пс постоянному тону и непряменив злементов выоокочасто~ ных цепей генератора. Активный прибор генератора - транзистор. преобразует энергии источника питания в знергив высокочастотных' колебаний на выходе генератора за счет разгона носителей заряда в поле источника нмтавня н торможения их в высокочастотном поле у коллектора. Транзистор представляет собой триод, н при вклвчении его мелду четырехполпсникаыи 1 и 3 один из злектродов транзистора окааыъаетси общим для входной я выходной ВЧ-цепей, Поэтому генераторы с внеинны возбуидеянеы на транзисторах могут быть выполнены по одной из трех схем: с общим эмнттером (рис. 1,2,6), общей базой (рис.

1Л,б) и общим коллектороы. Пооледняя схема на практике обычно ке применя6тся. В диапазоне высОнлх частот чащ6 вс6го используется Ох6ма с общим эмиттероы. 11ке Ряс. 1.1 Входная ВЧ-цепь обеспечивает согласование входкого сопротивления тракзкстора х, с внутренним сопротивлением г,. возбудителя. Выходная ВЧ-цапь обеспечивает согласование выходного сопротивления транзистора г„, с сопротивлением кагрузки Е„ . Кроме того, во входной н выходкой ВЧ-ценкх, как правкЛО, Обеспечивается фильтрация колебанкй. При работе генератора в реикме усиления мощности выход«ак ВЧ-цепь обеспечивает вмделение в нагрузке первой гармоники частотм возбуждения„ т.е. колебаний, чаотота которых ранка частоте возбуждения.

В режиме уынокения частоты выходная цепь обеспечивает выделение яе первой, а более высокой, например второй яяи третьей, гармоники, частота которой кратка частоте возбуждения. Генератор, работамщий в теком рекяме, называется уыножятелем частоты. В цепях питания коллектора и смещения яа базе транзистора осу- НССТВЛЯЕТСЯ бЛОКИРОВКа ВЧ токов в целях предотвращения кротекакнк их через источники питания я смещения. Тем саммы устранявтсн потери мощности Вызванны6 рассеянием не внутренних сопротивлениях Рис. 1.г Генераторы о внемним возбуждением предназначены в первую очередь для получения знергки высокочастотных колебекий.

Для процесса преобразования энергии источника питания в энергию ВЧ-колебаний в генераторе с внеиниы воэбуидением характерны следующие энергетические параметры„- 1) выходкая мощность Р - мощность, выделяемая в активной составляющей сопротивления нагрузки: р„ = — †" , где У - амплитуда высокочастотного напряжения на нагрузке, К'„ - активная составляищая сопротивления нагрузки 2) колебательная мащяость .

Р - иощяость, отдаваемая активным прибором и выходяув ВЧ "Цепь: Р а: — Х б' , где ~ , У - 63~- 7,Я М~ л. плитуды первых гармоник тока и напрнкевия в коллекторкой цепи; в случае уынсжителя частоты . = ~ Г у , где .г , У - амплмС4 Я й'М ~. у~ жи Фа туды а -й гармоники тока я 'напрямения в коллекторной цепи; 5 5) потребляемая мощность .~. = '~о К~,. ° гдэ "ио составляющая коллекторного токе, у„', - напряжение пятаякя,гекера- тора. Мощность, потребляемая от источника питания генератора, прс- образуетоя в колебательную мощность не полностью: часть ее расхо- дуется на нагрвввние коллектора транзистора кз-за неполного тор- можения носителей заряда высокочастотным полем, а также вследствие конечкого значения проводимостк кристалла коллектора. Эта часть потребляемой мощности составляет мощность рассеяния на коллекторе «р Р я:2 ° я ~ Е и р 4) электронный КПД ~ = — ', который определяет эФФектявл Рд нвоть преобразования мощности источника питания В колебательную мощность.

Электронный КПЯ с учетом выражений для колебательной н е«я ннн ° потребляемой мощности мокчо вычислить такт »,.-и -; — —- 5) ЮШ выходной ВЧ-це~и ~контурный КПД) «» = ~'~р« , который '«ее»е ' Р, характеризует зффектквностЬ передачи через выходную ВЧ цепь энер- гии высокочастотных кол6баний От транзистора 3 пэгруэку и зависит от потерь в выходной ВЧ-пепи генератора; б) общий КПЛ у «» 7) мощпооть возбуждения,- - мощность, рассвинаемая на актяв- 6» «4'н иой составляющей входного сопротявлснкя тракзистОра: Р~ где»«', - амплитуда напряжения между вводами базы к эмиттера тран- зистора, д - активная составляющая зходного сопротивления тран- зистора; 1; 8) коэффициент усилеякя транзистора по мощности л' „= — ' откоавиие колебательной мощности к мощности возбуждения трэнзйстора; 9) коэффициент усиления генератора по мощности л = ф~» - от- нои6ни6 мощности в нагрузке к входной мсщиости Р» поступающей во входную ВЧ-цепь от возбудителя, Коэф»Ъяциект уоЯЛеяяа ГЕНЕРатора всегда мекьме коэффициента усялеяпя1транзкстора яэ-за неизбежных потерь мощности во ВХОдной и викочкой ВЧ-цепях.

0бозяачин КПЛ вход- ной ВЧ-цепи геператора через р« - — я имея в виду, что «« —, получим к, = к „.~ «»,, Каскадное соединение нескольких генераторов, при котором выход- наи ВЧ-'цепь предыдущего каскада служит входной ВЧ-цепью последую- щего, харвжтвриэуется коэффициентом усиления яа каскад А„„ , опре- деляемым как отжомеикв колвбательяой мощности данного каскада н колебательной мощности предыдущего каскада Р » нн«»она К = — « — = К р"р; Р» л «в.и у»7н» '-не т.г. ЭактраННИВ РВаИИ тРЙНЭИСтОРНЫХ ГВИВРАтОРОВ я' + н Ср«5 «н«н »е у и .= 6' -ц Са,~ Ыея*. »н» к где .,« = ".л ~; «~ - рабочая частота. Эпюры тока я напряжения для этого случая показаны на ~А' рис.

1.5, из которого, в частЯсотие Вклков Что ВС6ГДа Х, < .'1;, „У„< 1« . Следовательйо, электронный КПЛ ганератора в таком режиме не может быть более Я5, 'У, «о Низкие зяач6пмя зл6ктронного КПЛ ограяячпвают использование лиисйного релима мэлсмощнымн РИСИ 1 ° 3 Повременные транзисторные ВЧ-генераторы, используемые в радио- передающий устройствах, могут иметь рабсчив частоты, перекрывающие весь интервал высоких частот. Они позволяют понучэть выходные мощ- кости от десятых долей до сотек ватт, В зависимости от места тран- зисторного генератора в многокаскадком передатчике к нему предъяв- ляются различные требовании как по энергетическим, так и по экс- плуатжрижным параметрвм. Этк требования в имроком интервале рабо- чих частот и мощностей не могут быть обеспечены использоваяяем какого-либо одного режима работы активного прибора - транзистора, Поэтому в транзисторных ВЧ-генераторах применяются рааличкые ре- жимы работы, позволяющие удовлетиорить определенные требования к генератору с учетом свойств~ транзистора в заданном диапазоне ра- бочих часто*.

Рассмотрмк основные релжмы работы транзисторных геквраторов в рэдиопередающих устройствах, Зиыннн~~иеянн нвроянернн»неси ны, нно в нониеннорнон не~и ериииеонор .'н-е"н, и нвнряиеино *~ го»ионн'неоне. При 'яо'О»н каскадами передатчика, например буферными каскадзмв. Лииейные релимы испоиьэуитоя таэже в задающих автогевератсрах, обеспечивав болъиум стабильность частоты по отпоиепию к изменению питающих иапряиаиий.

Ре аб ы с Отсечкой,коллекто ного тока характеризуетсн тем, что ток в коллекторвой цепи транзистора имеет периодический, яо существенно негармонический хараитер. $ Волленторнчй ток в:.этом случае кроме гармоники с частотой возбуидеиин транзистора оодериит еще и спектр высиих гармоник. Он монет быть представлен ридом Фурье = Х + ,'5„Х сою (ма~~+ ~Р ), (1.~) А'ц кк. где Х - амплитуды токов ооответствующих гармоник; ",„- нок~ стояннан Составляющая тока~ п ' номер гармониии~ ~д фазовый угол гармоники (для окиметричнвх импульсов р,„= О). Значемил токов х„, х,, определяются по формулам длн коэ4фициеитов ряда Фуръе: — ~ «„ «« ~« «« >; (1.Ф) — '„«а«««««««~«>1) (1.5) Типичные Формы токи в коллекторной цепи транзистора показаны на рмо.