Контрольные вопросы

1. Каково назначение радиопередатчика в системе передачи информации?

2. Какой процесс называется «модуляцией»?

3. Перечислите основные технические характеристики радиопередатчиков.

4. Назовите границы диапазона «высоких частот»

5. Дайте определение понятию «КПД» радиопередатчика.

Глава 2 Энергетические характеристики усилителей мощности (гвв)

Преобразование энергии источника питания Р₀ в колебательную мощность Р₁ осуществляется в генераторах с внешним возбуждением и эффективность этого процесса характеризуется коэффициентом полезного действия  Р₁ / Р₀.

Рассмотрим, как происходят процессы преобразования в обычном резистивном усилителе, схема которого изображена на рис. 2.1. Вопросы температурной стабилизации режима транзистора здесь не рассматриваются.

Рис. 2.1

Предположим, что напряжение на базе определяется соотношением

e_Б=E_Б+U_Бсos t.

где Е_Б – напряжение смещения (задаваемое делителем R1, R2), U_Б – амплитуда напряжения возбуждения

Ток коллектора определим с помощью статической характеристики i_к(e_Б) транзистора.

i_к= I_к0+I_к1сos t,

где I_к0, I_к1 – постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники коллекторного тока.

Рис. 2.2

Напряжение между коллектором и эмиттером е_к найдем с помощью закона Кирхгофа

е_к=(E_П – I_к0 R_к) – I_к1R_ксos t.

Мощность, потребляемая генератором от источника питания:

Р₀ = I_к0Е_П.

Колебательная мощность в нагрузке усилителя Р₁:

Р₁ = 0,5 I_к1U_к = 0,5 I_к1²R_к = = 0,5 U_к²/R_к.

Здесь U_к – амплитуда напряжения на коллекторе. Мощность, выделяемая в сопротивлении нагрузки от протекания постоянной составляющей тока, Р_R = I_к0²R_к.

Мощность, выделяемая на коллекторе (тепловые потери в транзисторе):

Р_S = P₀ – P₁ – P_R.

Коэффициент полезного действия:

где = U_к/Е_П – коэффициент использования напряжения источника питания.

Из рис.2.2 видно, что I_к1<I_к0, U_к < 0,5Е_П, тогда КПД  <

Пример: пусть Е_П = 50 В, I_к0 = 2 А, I₁ = 1,8 А, R_к = 10 Ом. Из соотношений, приведенных выше, получаем Р₀ = 100 Вт, Р₁ = 16,2 Вт, Р_R = 40 Вт, Р_S = 43,8 Вт. Режим преобразования энергии в таком усилителе очень неэффективен, прежде всего, вследствие большой потери мощности Р_R в сопротивлении нагрузки.

Энергетические характеристики усилителя можно существенно улучшить. Если постоянную составляющую тока I_к0 пропустить через индуктивность, сопротивление которой для постоянного тока равно нулю (рис. 2.3), то потери Р_R = 0. Для переменного тока I_к1 сопротивление дросселя L выбирается много больше R_к.

Рис. 2.3

Для схемы, изображенной на рис.2.3, временные диаграммы будут совпадать с диаграммами рис.2.2, только постоянное напряжение питания на коллекторе транзистора будет равно Е_к. Увеличим сопротивление нагрузки R_к в два раза. При этом мощность, потребляемая генератором от источника питания Р₀ в сравнении с резистивным усилителем не изменится, а колебательная Р₁ возрастет в два раза за счет удвоения амплитуды напряжения U_к.

Р₀ = I_к0 Е_к = Р₀; Р₁ /Р₀ =0,5 x < 0,5.

Дальнейшее повышение КПД возможно при использовании режима с отсечкой тока коллектора. При этом увеличивается соотношение между I_к1 и I_к0, то есть так называемый коэффициент формы импульса тока g₁(). Временные диаграммы тока коллектора для этого варианта режима изображены на рис. 2.4, где q – половина ширины импульса тока коллектора в угловом измерении.

Разложим периодическую последовательность импульсов в ряд Фурье:

I_к(t)= I_к0 + I_к1 cosωt+ I_к2 cos2ωt +

Величина токов I_к0 , I_к1 ,I_к2 зависит от высоты импульса и угла отсечки θ. Разумеется, в режиме отсечки коллекторного тока при использовании резистивной или комбинированной нагрузки (рис.2.3) напряжение на коллекторе будет повторять форму коллекторного тока, только в инвертированном виде. Для генерации гармонического напряжения нагрузка усилителя должна быть избирательной. Для тока I_к1 сопротивление нагрузки должно быть равным расчетному, а для постоянной составляющей I_к0 и токов высших гармоник – близким к короткому замыканию. Роль такой нагрузки может играть параллельный колебательный контур (рис.2.5).

Если принять угол осечки равным 90⁰, то амплитуда тока первой гармоники равна половине высоты импульса коллекторного тока, а отношение I_к1 /I_к0 = 1,57. При одинаковом максимальном значении коллекторного тока в режиме с осечкой и без отсечки в нагрузке выделяется одинаковая колебательная мощность, но КПД усилителя возрастает минимум в 1.57 раза.

Рис. 2.5

Рис. 2.4

Режим c отсечкой выходного тока – это основной режим мощных генераторов с внешним возбуждением. Только в этом режиме есть возможность получить КПД более 50 %. Отрицательным моментом этого выбора следует считать наличие в выходном токе гармоник основной частоты, что делает необходимым использование на выходе радиопередатчика специальных устройств для их подавления.