|
|
нормкурач для чебы ебало. Основные параметры и соотношения. Рассмотрены вопросы оптимизации электрического режима генераторов
Введение
Устройства формирования и передачи сигналов». Изложены принципы построения транзисторных генераторов с внешним возбуждением, проанализированы режимы их работы, приведены основные параметры и соотношения. Рассмотрены вопросы оптимизации электрического режима генераторов, особенности работы на расстроенную нагрузку. Кроме того, приведены и описаны принципиальные схемы генераторов разной выходной мощности, реализующие функции усиления и умножения частоты.
Содержание
Глава 1.Общие сведения о генераторах с внешним возбуждением
используемых активных элементах…... 5
1.1Режимы работы АЭ в ГВВ 7
Глава 2.Напряженность режима АЭ 10
2.1Выбор угла отсечки 12
2.2Оптимизация режима ГВВ 13
2.3Настройка ГВВ 15
2.4Схемы усилителей мощности 16
2.5Схемы умножителей частоты 17
Заключение ……………………………………………19
Литература……………………………………………..20
Глава 1. Общие сведения
о генераторах с внешним возбуждением и используемых активных элементах
Самым распространенным каскадом современных радиопередатчиков является генератор с внешним возбуждением (ГВВ). В его состав входят активный элемент (АЭ), нагрузка, цепи питания и смещения АЭ и цепь возбуждения, по которой на вход АЭ подается радиочастотный сигнал от возбудителя. В качестве возбудителя выступает предшествующий каскад передатчика. Цепи возбуждения и смещения образуют входную цепь АЭ, которая должна решать также задачи входной цепи согласования. В свою очередь цепи питания и нагрузки образуют выходную цепь АЭ, выполняющую функции выходной согласующей цепи. Напомним, что цепи согласования служат, во-первых, для трансформации (согласования) сопротивлений; во-вторых, для формирования совместно с цепями питания и смещения необходимой формы токов и напряжений, обеспечивающих требуемый режим работы ГВВ, и, в третьих, для фильтрации высших гармоник. Обобщенная структурная схема ГВВ
Входная цепь согласования трансформирует входное сопротивление АЭ в сопротивление, равное внутреннему сопротивлению Ri возбудителя (В), а выходная цепь согласования – сопротивление потребителя
Rп (входное сопротивление следующего каскада, фидера, антенны) в оптимальное сопротивление нагрузки АЭ.
В передатчиках ГВВ могут выполнять три разные функции: усиливать радиочастотные колебания (усилители), повышать частоту этих колебаний в целое число раз (умножители частоты) и изменять амплитуду колебаний радиочастоты по закону НЧ-сигнала сообщения амплитудные модуляторы).В качестве АЭ в ГВВ используются электровакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы. В этом пособии рассматриваются принципы работы и
Режимы работы АЭ в ГВВ
Все режимы работы АЭ подразделяются на два крупных класса: режим колебаний первого рода и режим колебаний второго рода. Для реализации первого режима положение рабочей точки в исходном состоянии на проходной характеристике транзистора выбирают на середине линейного участка На рисунке обозначено: Iк0 – постоянная составляющая коллекторного тока; Iк1 – амплитуда первой гармоники тока коллектора; iк – мгновенное значение коллекторного тока.
 iк
В реальных же каскадах, работающих в этом режиме, hmax не может превысить величины 0,4. Поэтому режим колебаний первого рода практически не используется в радиопередатчиках из-за низкой энергетической
Режимы работы АЭ, при которых ток в выходной цепи протекает только часть периода входного колебания, объединяются в режим колебаний второго рода. Для реализации этого режима рабочую точку устанавливают в нижней части проходной характеристики транзистора
Таким образом, при колебаниях второго рода выходной ток транзистора имеет форму периодической последовательности импульсов, длительность и амплитуда которых зависит от значения напряжения смещения Есм по отношению к напряжению отсечки Е/коллекторного тока. Эти импульсы называются косинусоидальными, и они характеризуются
двумя основными параметрами: амплитудой импульса Iк.max и углом отсечки Q. При достижении входным сигналом верхнего изгиба проходной характеристики АЭ переходит в состояние насыщения, и вершина косинусоидального импульса как бы срезается. Режим работы АЭ в этом случае называется ключевым.
Углом отсечки Q называется половина длительности импульса тока размерности wt(в градусах или радианах). В зависимости от значения
Q иногда режимы работы АЭ подразделяют, используя следующие обозначения: А, АВ, В, С и D. А – режим колебаний первого рода или без отсечки. Режимы АВ, В и С относятся к режиму колебаний второго рода, с отсечкой и обозначают импульсные режимы работы. D– ключевой режим.
 i
A
|
AB
|
B
|
C
|
= 180°
|
< 180°
|
= 90°
|
< 90°
|
к
Глава 2.Напряженность режима АЭ
Понятие электрического режима АЭ вводится для изучения и анализа работы ГВВ, классификации рабочих состояний АЭ. В электрический режим АЭ входят его параметры в их взаимосвязи. Одной из характеристик электрического режима является выходного тока. Численной мерой напряженности режима служит коэффициент использования коллекторного напряжения x. Искажение импульсов выходного (коллекторного) тока обусловлено перераспределением суммарного тока АЭ между токами электродов. Так для транзистора, включенного по схеме с ОЭ, эмиттерный ток будет перераспределяться между коллекторным и базовым токами
Линия граничного режима (ЛГР) проводится через точки наибольшейiк кривизны кривых семейства выходных статических характеристик. Справа от нее расположена область, соответствующая недонапряженному режиму и характеризуемая малыми входными токами (в данном случае малым током базы iб) и слабой зависимостью выходного тока от выходного напряжения (iк от uк).
Слева – область, относящаяся к перенапряженному режиму
Линия граничного режима (ЛГР) проводится через точки наибольшейiк кривизны кривых семейства выходных статических характеристик. Справа от нее расположена область, соответствующая недонапряженному режиму и характеризуемая малыми входными токами (в данном случае малым током базы iб) и слабой зависимостью выходного тока от выходного напряжения (iк от uк).
Слева – область, относящаяся к перенапряженному режиму
Граничный (критический) режим – режим переходной. Таким образом, названия режимов (недонапряженный, перенапряженный) указывают прежде всего на уровень мощности рассеяния на входном электроде, на величину входного тока.
Степень искажения импульса выходного тока можно проиллюстрировать с помощью динамической характеристики АЭ, которая показывает, как изменяется ток выходного электрода при изменении всех
Выбор угла отсечки
Коэффициенты gn(Q), an(Q) и g1(Q), как отмечалось выше, определяют полезную мощность и КПД ГВВ. Значения коэффициентов вычислены точно для всего диапазона изменения угла Q. Графики зависимостей коэффициентов разложения для постоянной составляющей и первых трех гармоник от угла отсечки, а также зависимость g1(Q) оптимальных углов отсечки при выбранном критерии (например, достижение максимальной полезной колебательной мощности).
Оптимизация режима ГВВ
Для практического выбора наиболее выгодного режима необходимо представлять, как изменяются токи, напряжения и энергетические параметры ГВВ при изменении исходных параметров. Чаще всего в качестве критерия оптимизации режима ГВВ используют максимизацию одного из энергетических параметров (полезной выходной мощности, КПД или коэффициента усиления мощности) при приемлемых значениях остальных.
Зависимость энергетических параметров от угла отсечки Q была по-
казана в предыдущих разделах. Однако режим работы ГВВ зависит также от питающих напряжений, от напряжения возбуждения Uв и от сопротивления нагрузки Rн. Зависимость от Rн основных энергетических
параметров (P, h, Kp– коэффициент усиления мощности) видна в следующих известных выражениях:
Если рассматривать типовой вариант расчета ГВВ с постоянным напряжением Uв (Q = const) и стабильными питающими напряжениями, то Rн является основным параметром оптимизации режима ГВВ.
Под сопротивлением нагрузки понимается эквивалентное сопротив
ление выходной колебательной системы (контура) ГВВ. Зависимости параметров генератора от сопротивления нагрузки называют нагрузочными характеристиками ГВВ. Их можно построить с помощью динамических характеристик генератора Нагрузочные характерис
Если рассматривать типовой вариант расчета ГВВ с постоянным напряжением Uв (Q = const) и стабильными питающими напряжениями, то Rн является основным параметром оптимизации режима ГВВ.
Под сопротивлением нагрузки понимается эквивалентное сопротив
ление выходной колебательной системы (контура) ГВВ. Зависимости параметров генератора от сопротивления нагрузки называют нагрузочными характеристиками ГВВ. Их можно построить с помощью динамических характеристик генератора Нагрузочные характерис
Настройка ГВВ
До сих пор предполагалось, что АЭ в ГВВ работает с нагрузкой, настроенной на основную частоту. Поэтому можно было говорить об оптимальном режиме генератора в рабочем (штатном) состоянии. Однако на практике можно столкнуться со случаем, когда выходной контур еще не настроен на рабочую частоту или произошла его рас- стройка по каким-либо причинам. Рассмотрим, что происходит с АЭ при работе на ненастроенную нагрузку и как произвести настройку ГВВ.
Представим нагрузку в виде эквивалентной схемы последовательного соединения активного R(w) и реактивного X(w) сопротивлений (рис. 15), т.е. комплексное сопротивление нагрузки Z(w) = R(w) + jX(w).Для данной эквивалентной схемы на рис. 16 показаны графики зависимостей активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки от частоты w. При настройке выходного контура ГВВ на рабочую частоту w0 активная часть R(w0) принимает максимальное значение, а X(w0) = 0.
При расстройке колебательного контура резко меняется режим работы АЭ. Если при настроенном контуре этот режим был критическим или слабоперенапряженным, то с расстройкой контура он становится недонапряженным. Изменение режима объясняется двумя причинами . во-первых, с расстройкой уменьшается активное сопротивление контура и напряжение на нем; во-вторых, про- исходит
Схемы усилителей мощности
Маломощные усилители на биполярных транзисторах предназнач ны для работы в диапазоне частот от 30 МГц до 1000 МГц и применяются в промежуточных каскадах передатчиков. Транзистор в них целесообразно включать по схеме с ОЭ, так как такая схема включения имеет отрицательную обратную связь через емкость коллекторного перехода
Коэффициент усиления мощности такого усилителя достаточно высок и может достигать нескольких десятков. При необходимости снижения коэффициента усиления мощности можно включать небольшое активное сопротивление (порядка нескольких ом) в цепь эмиттера или базы.
Маломощные усилители на биполярных транзисторах по вышеприведенной схеме могут иметь выходную мощность от 1 мВт до 1 Вт и коэффициент полезного действия (50–70)%.
  
к
Схемы умножителей частоты
Эффект умножения частоты основан на нелинейности характеристики транзистора за счет отсечки тока. Маломощные умножители работают в диапазоне до 100 МГц, и тогда можно не учитывать индуктивности выводов транзистора, емкости закрытого эмиттерного перехода и потерь в материале коллектора. Маломощные биполярные транзисторы обеспечивают выходную мощность до 0,1 Вт при удвоении частоты и до 0,01 Вт при утроении. Их КПД составляет 30–40%. Применяют умножители в основном в промежуточных каскадах передатчиков для одновременного усиления сигнала и увеличения его частоты.
Эффект умножения частоты основан на нелинейности характеристики транзистора за счет отсечки тока. Маломощные умножители работают в диапазоне до 100 МГц, и тогда можно не учитывать индуктивности выводов транзистора, емкости закрытого эмиттерного перехода и потерь в материале коллектора. Маломощные биполярные транзисторы обеспечивают выходную мощность до 0,1 Вт при удвоении частоты и до 0,01 Вт при утроении. Их КПД составляет 30–40%. Применяют умножители в основном в промежуточных каскадах передатчиков для одновременного усиления сигнала и увеличения его частоты.
Схема мощного умножителя частоты приведена на рис. 22. Элементы входной цепи С1,С2и L1обеспечивают возбуждение транзистора
гармоническим током, Rэ – сопротивление автоматического смещения. Цепь на выходе умножителя С3, С4, L2, L3 обеспечивает трансформацию выходного сопротивления нагрузки транзистора (обычно сотни ом)
в относительно низкоомное сопротивление потребителя, а также возбуждение следующего каскада гармоническим током.
Заключение
В общем случае в состав ГВВ входят электронный прибор (ЭП), цепи смещения и питания и согласующие цепи связи ЭП с источником возбуждения на входе (ЦСвых) и с нагрузкой на выходе. Источником возбуждения ГВВ в передатчике является обычно предыдущий каскад, а нагрузкой - входное сопротивление последующего каскада или антенно-фидерного устройства.
Цепи питания и смещения обеспечивают подключение источников требуемых напряжений смещения и питания к электродам ЭП и содержат элементы, разделяющие цепи постоянного и переменного токов.
Согласующие цепи выполняют две основные функции: преобразования сопротивлений и обеспечения требуемых форм колебаний токов и напряжений на электродах ЭП и нагрузке ГВВ. При этом ЦСвх преобразует входное сопротивление ЭП в сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника возбуждения, для наиболее полной передачи мощности к ЭП, а ЦСвых преобразует сопротивление нагрузки в некоторое другое сопротивление, которое необходимо для обеспечения наиболее выгодного (оптимального) режима ЭП
В общем случае в состав ГВВ входят электронный прибор (ЭП), цепи смещения и питания и согласующие цепи связи ЭП с источником возбуждения на входе (ЦСвых) и с нагрузкой на выходе. Источником возбуждения ГВВ в передатчике является обычно предыдущий каскад, а нагрузкой - входное сопротивление последующего каскада или антенно-фидерного устройства.
Цепи питания и смещения обеспечивают подключение источников требуемых напряжений смещения и питания к электродам ЭП и содержат элементы, разделяющие цепи постоянного и переменного токов.
Согласующие цепи выполняют две основные функции: преобразования сопротивлений и обеспечения требуемых форм колебаний токов и напряжений на электродах ЭП и нагрузке ГВВ. При этом ЦСвх преобразует входное сопротивление ЭП в сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника возбуждения, для наиболее полной передачи мощности к ЭП, а ЦСвых преобразует сопротивление нагрузки в некоторое другое сопротивление, которое необходимо для обеспечения наиболее выгодного (оптимального) режима ЭП
Литература
1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов : учебник для вузов/Л. А. Богачев и др.; под ред. Г. М. Уткина, В. Н. Кулешова и М. В. Благовещенского. – 2-е изд, перераб. и доп., – М. : Радио и связь, 1994.– 416 с.
2. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: учеб. пособие для техникумов/М. С. Шумилин, В. Б. Козырев, В. А. Власов. – М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.; ил.
3. Радиопередающие устройства связи и вещания/О. Л. Муравьев. – М.: Радио и связь, 1983. – 198 с.
4. Радиостанции подвижной связи: справочник/под ред. И. И. Дежурного, – М.: Связь, 1979. – 198 с.
5. Интегральные микросхемы : справочник/под ред. В. В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1983. – 528 с.
6. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы : справочник/под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – М.: Энергоатом, – издат., 1983. – 744 с.
7. Радиопередающие устройства : учебник для вузов/Л. А. Белов, М. В. Благовещенский, В. М. Богачев и др.; под ред. М. В. Благовещенского, Г. М. Уткина. – М.: Радио и связь, 1982. – 408 с., ил.
8. Полупроводниковые приборы; транзисторы/ под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – М.: Энергоиздат, 1985. – 902 с.
9. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы : справочник/под ред. А. В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1985. 560 с.
|
|
|
Скачать 351.74 Kb.