Практическая работа №5

Тема: Расчет параметров нелинейных преобразователей

Цель: Выработать навыки расчета параметров нелинейных преобразователей

1 Краткие теоретические сведения

1.1 Нелинейное усиление мощности и умножение частоты

Широкое применение в различных радиоэлектронных устройствах (особенно в радиопередатчиках) находят резонансные усилители мощности и умножители частоты. Эффективное средство повышения энергетических показателей резонансно­го усилителя мощности — использование заведомо нелинейного режима работы его активного элемента (режим с отсечкой тока). Естественно, необходимым условием работы таких схем является сохранение формы усиливаемого сигнала с возможно меньшими нелинейными искажениями.

Нелинейный резонансный усилитель мощности. Проведем анализ упрощенной электрической схемы нелинейного резонансного усилителя мощности на биполярном транзисторе (рисунок1, а), к входу которого после­довательно подключены источники гармонического напряжения и постоянного напряжения смещения , а резонансный контур нагрузки настроен на частоту усиливаемого сигнала . Положим, что кол­лекторный ток транзистора имеет форму косинусоидальных импульсов с отсечкой. Временные диаграммы импульсов коллекторного тока , тока первой гармоники и выходного напряжения показаны на рисунке1, б.

Спектральный состав косинусоидальных импульсов коллекторного тока содержит множество составляющих кратных частот, однако наибольшее значение имеет амплитуда первой гармоники. Это объясняется тем, что на резонансной частоте активное сопротивление параллельного контура мак­симально и на нем выделяется усиливаемое напряжение с частотой входного сигнала . Сопротивление же параллельного контура на частотах столь мало, что высшие гармонические составляющие практически не дают вклада в формирование выходного сигнала

Выражение для амплитуды выход­ного напряжения:

(1)

где резонансное сопротивление параллельного контура,

функция Берга для первой гармоники.

Рисунок 1 – Транзисторный резонансный усилитель:

а - схема, б -временные диаграммы токов и напряжений

Функци Берга для нулевой, первой и n – ой гармоник имеют вид

γ ₀ =

= (2)

=

Умножитель частоты. Необходимость в умножителях возникает при разработке высокостабильных источников гармонических колебаний повы­шенной частоты, когда непосредственное генерирование сигналов такого диапазона затруднительно. Умножитель частоты — это устройство, по­вышающее частоту входного сигнала в п раз, где п — целое число — коэф­фициент умножения.

Наличие в спектре коллекторного тока гармонических составляющих с частотами, кратными входной частоте, позволяет использовать нелинейный резонансный усилитель в качестве умножителя частоты. Для этого достаточно в схеме резонансного усилителя (рисунок 1,а) настроить колебательный контур на требуемую частоту. Известно, что при больших значениях n коэффициенты гармоник довольно малы, поэтому важно выбрать такой угол отсечки , при котором соответствующие коэффициенты гармоник макси­мальны. Практически доказано, что оптимальный угол отсечки, дающий наибольшую амплитуду выходного напряжения в умножителях частоты, примерно равен 180º/n.

Принципы действия умножителя частоты и нелинейного резонансного усилителя мощности в основном одинаковы и различия заключаются лишь в выборе угла отсечки тока. По аналогии с выражением (1) ам­плитуда выходного напряжения умножителя частоты при кусочно-линейной аппроксимации характеристики транзистора находится из соотношения

. (3)