4. Транзисторный генератор с внешним возбуждением по схеме с общей базой

С хема транзисторного ГВВ с общей базой приведена на рис. 2.5. В этой схеме входным током является ток эмиттера I_э, а вы­ходным — ток коллектора I_к. Так как коэффициент усиления по току а в этой схеме меньше единицы, то усиление по мощности в ней меньше, чем в схеме с общим эмиттером. Малое входное со­противление транзистора, включенного по схеме с общей базой, затрудняет согласова­ние ее с предыдущим каска­дом.

Схема с общей базой ред­ко применяется в диапазонах ДВ. СВ и КВ. Она находит применение в диапазоне ОВЧ. так как обеспечивает более устойчивую работу каскада в результате малого значения r_вх транзистора, а также за счет уменьшения внутренней обратной связи в транзисторе, включенном по схеме ОБ.

4. Особенности работы транзисторного генератора с внешним возбуждением на высоких частотах

При работе генератора на низких частотах, когда Ѡраб = 0,З Ѡß импульсы коллекторного и базового токов представляют собой от­резки косинусоиды (кривая 1 на рис. 2.6).

С увеличением рабочей частоты форма импульса коллекторно­го тока искажается: начальная часть импульса растягивается, а его максимум запаздывает (кривая 2 на рис. 2.6). Это запазды­вание тока коллектора учитывается углом сдвига фаз ϕ_др, назы­ваемым углом дрейфа.

Искажение формы импульса коллекторного тока происходит вследствие конечного времени перемещения неосновных носителей заряда через область базы и высокоомную область коллектора. Часть носителей заряда не успевает перейти в область базы и ре- комбинировать за время действия отпирающего напряжения на базе. При изменении полярности напряжения возбуждения остав­шиеся носители выводятся из базы через вывод базы, создавая базовый ток обратного направления (отрицательный выброс i_б на рис. 2.6, кривая 2). С ростом частоты максимум и длительность выброса увеличиваются, т. е. в области высоких частот Ѡраб > 3 Ѡß возрастает вес емкостной составляющей тока базы.

У величение угла дрейфа ϕ_др с увеличением рабочей частоты при­водит « снижению коэффициента усиления по току р в схеме с об­щим эмиттером. Частота, на кото­рой модуль коэффициента усиления ß снижается до единицы обознача­ется через Ѡт.

ГВВ работающие в гармониче­ском режиме имеют следующие недостатки:

■ нузкий КПД коллекторной цени (ƞ = 0,65—0,75) вследствие большой потери мощности в коллекторном переходе. Это происходит потому, что коллекторный ток i_к протекает При напряжении на коллекторе, значительно превышающем оста­точное напряжение;

из-за высокой добротности кон­тура генератор может работать без перестройки только в узком ди­апазоне частот, так как сопротив­ление контура будет активным только для первой гармоники; мощность высших гармоник рассеивается на транзисторе.

2.6. Транзисторный генератор в ключевом режиме

В генераторе с внешним возбуждением в ключевом режиме транзистор попеременно переходит из состояния отсечки i_к=0 в состояние насыщения е_к = е_ост = 0.

Переключение транзистора из одного состояния в другое осу­ществляется очень быстро импульсным напряжением возбуждения прямоугольной формы.)

Упрощенная принципиальная схема генератора, работающего в ключевом режиме, показана на рис. 2.7. В момент времени, ког­да транзистор закрыт, т. е. находится в состоянии отсечки, ток от источника питания Е_к протекает через дроссель L_др и конденса­тор С и резистор нагрузки R_н заряжая конденсатор до напряже­ния, почти равного Е_к.

Когда транзистор открыт и насыщен, через него протекает ток I_к0 от источника питания и ток разряда конденсатора I_с=Е_к/R_H. Максимальный ток в области насыщения I_Kmax=21_к0. В области отсечки напряжение коллектора равно 2Е_к.

П оследовательность импульсов, при которой длительности им­пульсов и пауз между ними равны между собой, называется меан­дром. В меандре первая гармоника оказывается максимальной, а четные гармоники отсутствуют. Напряжение на нагрузке имеет прямоугольную форму с амплитудой Е_к.

Нагрузка в ключевом генераторе подбирается так, чтобы она была активной для всех гармонических составляющих, включая первую. Такая нагрузка создается параллельным включением двух фильтров — верхних (ФВЧ) и нижних (ФНЧ) частот, как показа­но на рис. 2.8. Фильтр нижних частот ответвляет ток первой гар­моники в основную нагрузку, а фильтр верхних частот ответвляет все высшие гармоники в балластную нагрузку R_б. Генератор с та­кой нагрузкой оказывается широкополосным и может работать в диапазоне частот от Ѡ_н до Ѡ_в без перестройки фильтров. Выделе­ние основной (первой) гармоники осуществляется с помощью этих фильтров.

Из рассмотренного видно, что в ключевом режиме мощность источника питания преобразуется в мощность всех гармоник. Мощ­ность первой гармоники выделяется на полезном сопротивлении нагрузки, а мощность всех высших гармоник — на балластном со­противлении. Поэтому мощность потерь в самом транзисторе Р_к оказывается меньше: R_{к нот} = Р₀ – Р₁ - , где Ʃ Р_~вг- суммарная мощность всех высших гармоник.

Это позволяет получить в ключевом режиме выходную мощность в 2-3 раза больше чем в гармоническом режиме, не превышая допустимой для данного транзистора мощности рассеяния.

Достоинством ключевого режима генератора с резистивной нагрузкой является высокий КПД коллекторной цепи, который теоретически составляет ƞ = 0,815. Реально же этот КПД имеет меньшее значение из-за потерь мощности в транзисторе, обуслов­ленных его инерционностью, а также коммутационными потерями.

Переход транзистора из од­ного состояния в другое происходит за .некоторое ко­нечное время. В течение этого времени транзистор находится в активном со­стоянии и потери в нем оказываются значительно больше, чем в состоянии на­сыщения. Кроме того, в ключевом генераторе воз­никают ключевые потери вследствие наличия пара­зитных реактивностей. Эти потери возрастают с ростом частоты, что ведет к пони­жению КПД.

Ключевой генератор с резистивной нагрузкой применяется в транзисторных передатчиках на длинных, средних и коротких волнах.

В ключевом генераторе высшие гармоники молено выпрямить и эту мощность возвратить в цепи питания. Это дает дополнитель­ную возможность повысить эффективность ключевого режима.