Рабочие характеристики усилителя мощности

Рабочие характеристики усилителя мощности (генератора) выражают зависимость токов, напряжений и мощностей от питающих напряжений при номинальном сопротивлении нагрузки. По рабочим характеристикам можно найти оптимальные значения питающих напряжений и оценить влияние их нестабильностей.

Рис.1.6. Графики коэффициентов Берга

При рассмотрении режима модуляции генератора рабочие характеристики являются по сути дела статическими модуляционными. По ним можно выбрать рабочую точку в режиме несущей (молчания) и оценить искажения сигнала в режиме модуляции. Расчет рабочих характеристик представляет значительные трудности. В основном эти характеристики получают экспериментально. Примеры статических модуляционных характеристик:

а) зависимость первой гармоники коллекторного тока I_к1 от напряжения смещения на базе Е_б – при модуляции смещением (рис.1.7, а);

б) зависимость тока I_к1 от напряжения на коллекторе Е_к – при коллекторной модуляции (рис.1.7, б);

в) зависимость I_к1 от амплитуды напряжения возбуждения на базе U_б при усилении модулированных колебаний (рис.1.7, в);

г) зависимость I_к1(U_б, Е_к) – при комбинированной модуляции (одновременной модуляции выходного и предоконечного каскада).

Рассмотрим зависимости I_к1 и I_к0 от напряжения смещения Е_б. При изменении Е_б изменяются и амплитуда импульса коллекторного тока, и его угол отсечки θ, поэтому искомые зависимости удобно представить как функции коэффициентов и :

Таблица и графики коэффициентов разложения для косинусоидального импульса даны в прил. 1 и 2. График ₁(cos) имеет наиболее линейный участок при значениях угла отсечки  = 60-120. Обычно выбирают _макс= 110-120. При этом верхняя часть модуляционной характеристики будет почти линейной, а ее нижний загиб может быть скомпенсирован искажениями противоположного характера при усилении модулированных колебаний в последующих каскадах.

Таким образом, модуляционные характеристики при базовой модуляции можно идеализировать в виде отрезков прямых, соединяющих точки максимального и минимального режимов (рис.1.7, а). Относительно линейный участок статической модуляционной характеристики УМ I_к1(Е_б) можно получить в недонапряженном режиме. Лишь в максимальной точке реализуется граничный режим при

где U_  амплитуда модулирующего напряжения при модуляции смещением.

При коллекторной модуляции меняется напряжение коллекторного питания Е_к. Статические модуляционные характеристики УМ при коллекторной модуляции проходят через начало координат и хорошо аппроксимируются отрезками прямых (рис.1.7,б).

Неискаженное усиление модулированных колебаний возможно, если режим транзистора недонапряженный, а Е_б =Е_{б .} В этом случае  = 90= const, а I_к1 = 0,5SU_б. Статическая модуляционная характеристика для этого случая показана на рис.1.7, в.

Для лучшего использования транзистора по мощности и увеличения КПД рекомендуется максимальный режим, соответствующий U_б = U_б макс (рис.1.7, в), выбирать граничным по напряженности. Если одновременно с увеличением U_б таким образом увеличивать Е_к, чтобы в каждой точке статической модуляционной характеристики режим транзистора был граничным, то зависимость I_к1(U_б, Е_к) будет линейной (см. пунктирную линию на рис.1.7, в).

а б в

Рис.1.7. Статические модуляционные характеристики: а – при базовой модуляции; б – при коллекторной модуляции; в – при усилении модулированных колебаний

Для получения комбинированной (двойной) модуляции транзисторного УМ надо синфазно осуществить коллекторную модуляцию и выходного, и предоконечного (одного или нескольких) каскадов. При этом в предоконечном каскаде будет осуществляться обычная коллекторная модуляция, а в выходном – комбинированная (режим усиления модулированных колебаний при одновременной коллекторной модуляции).