Коллекторная модуляция

В передатчиках средней мощности широко используется коллекторная модуляция, что объясняется ее высокой эффективностью по сравнению с базовой. При коллекторной модуляции последовательно в цепь источника постоянного напряжения Е_к подается модулирующее напряжение U_мод. При однотональном модулирующем сигнале суммарное напряжение на коллекторе равно

u_к=Е_кн+U_ΩcosΩt+U_кcosω₀t=Е_кн[1+(U_Ω/Е_кн)cosΩt]+U_кcosω₀t=

=Е_к(1+mcosΩt)+U_кcosω₀t.

Временные диаграммы при коллекторной модуляции показаны на рис.2.7.

Глубокая коллекторная модуляция (m =1) осуществляется в перенапряженном режиме, а граничный (или слегка перенапряженный) устанавливается в максимальной точке СМХ. Электронный КПД при коллекторной модуляции равен

η_е=P₁/P₀=0,5(I_к1/I_к0)I_к1R_эк/E_к=0,5ξg₁(θ)=const,

т.е. электронный КПД в различных режимах АМ одинаков. Обычно η_еср=η_ен=η_еmax=0,75…0,8. Именно поэтому коллекторная модуляция используется в выходных каскада радиопередающих устройств, определяющих их полный КПД.

В коллекторном токе ВЧ-генератора содержится постоянная составляющая I_к0н и переменная модулирующей частоты I_к.мод=mI_к0н. Средняя мощность, потребляемая коллекторной цепью генератора за период модулирующей частоты, равна

Р_0ср=Е_кнI_к0н+0,5m²Е_кнI_к0н=Р_0н(1+0,5m²).

Рис.2.7. Временные диаграммы при коллекторной модуляции

Следовательно, мощность, отдаваемая ВЧ-генератору источником постоянного напряжения, равна Р_0н , а мощность, отдаваемая модулятором, равна

Р_1мод=0,5m²Р_0н.

При m=1 эти мощности соответственно равны

Р_0ср=1,5Р_0н; Р_1мод= Р_1макс=0,5 Р_0н.

Эквивалентное сопротивление нагрузки модулятора равно

R_мод=U_к.мод/I_к.мод=mE_кн/mI_к0н=const.

Как видим, сопротивление R_мод не зависит от глубины модуляции, что обуславливает малые нелинейные искажения. При модуляции возрастают средняя мощность АМ-колебаний Р_1ср=Р_1н(1+0,5m²), подводимая мощность и мощность, рассеиваемая на аноде. Так как КПД остается постоянным, средняя мощность, рассеиваемая коллектором, равна Р_к.ср=Р_0.ср–Р_1срР_кн(1+0,5m²). Следовательно, при коллекторной модуляции средний режим определяет тепловой режим коллектора. В максимальном режиме при m=1 коллекторное напряжение нужно выбирать из условия Е_к.макс=Е_кн(1+m)<Е_доп, где Е_доп – максимально допустимое напряжение источника коллекторного питания. Вследствие этого в максимальном режиме транзистор при коллекторной модуляции отдает практически такую же мощность, как и при базовой.

Однако в чистом виде коллекторная модуляция каскадов практически не используется из-за возрастания напряженности режима вблизи E_к =0, резкого возрастания базовых токов и нелинейности СМХ. Недостатком коллекторной модуляции также является большая мощность модулятора.

Комбинированная модуляция

Комбинированная модуляция осуществляется изменением коллекторного напряжения сразу в двух или трех оконечных каскадах передатчика. При этом в выходном каскаде одновременно происходят коллекторная модуляция и модуляция возбуждения (усиление АМ-колебаний). Если модулируется два каскада, то коллекторные напряжения в выходном и предвыходном каскадах выбираются такими, чтобы во всех точках статической модуляционной характеристике режим по напряженности был близок к граничному (критическому). Этого можно добиться, если при максимальном напряжении на коллекторе настроить усилитель на граничный режим, а в режиме молчания амплитуду возбуждения подобрать так, чтобы I_к1мол=I_к1мах / (1+m), т.е. точки I_к1(Е_к) в режимах максимальном и молчания точно соответствовали линейной модуляционной характеристике.

В транзисторных радиопередатчиках обычно используются комбинированные виды модуляции: комбинированная коллекторно-базовая за счет автосмещения в базовой цепи; тройная коллекторная модуляция с принудительной коллекторной модуляцией оконечного и предоконечного каскадов и автоматической в базе оконечного; а также автоматическая коллекторная модуляция, аналогичная автоанодной модуляции. Угол отсечки коллекторного тока в максимальном режиме выбирают в пределах 80°<θ<90°.