Динамический режим работы

Уменьшается крутизна

Режим АВ

Для АВ:

Для В:

Для С:

АВ

Если учитывать запаздывание сигнала, то динамические характеристики становятся нелинейными (петлеобразными).

режим С

Все характеристики соответствуют недонапряженному режиму

КПД наилучший при критическом режиме работы. Коэффициент использования источника питания ζ; в критическом режиме ζ_кр. ;

θоптимал. от 60 до 80

γ(θ) – коэффициент формы.

.

.

.

Динамические характеристики в выходной системе координат.

Изменяем нагрузку генератора R_э увеличиваем,

В случае 3 использовать коэффициент Берга нельзя, в этом случае импульс представляют как две полуволны с θ₁ и θ₂. когда провал очень глубокий, то режим сильно перенапряженный.

На проходных динамических характеристиках:

При аппроксимации при недонапряженном режиме пренебрегаем сеточными токами.

С увеличением напряженности ток сетки увеличивается и М.Б больше анодного тока.

Уравнение линейноапроксимированных характеристик транзисторного генератора.

.

Рассмотрим динамический режим:

- основное уравнение ГВВ.

Найдем

.

Эквивалентная схема гвв

, напряжение на аноде можно записать:

, R_э – эквивалентное сопротивление контура,

, R_i – внутреннее сопротивление.

Эквивалентная схема транзисторного генератора

L_б, L_к, L_э – индуктивность выводов;

r_э – сопротивление эмиттерному току (применяется для характеристики многоэмиттерных структур);

r_β – сопротивление, учитывающее потери на рекомбинацию в базе;

r_б – объемное сопротивление базы;

r_к – сопротивление потерь в коллекторе;

С_э – емкость эмиттерного перехода;

С_ка - активная емкость коллекторного перехода;

С_кп – пассвная (статическая) емкость к-перехода;

На высоких частотах начинает оказывать влияние С_кп и С_ка и L_б,к,э.

Для характеристики частотных свойств вводят граничные частоты:

- динамический коэффициент усиления тока (ОЭ)

f_α f_S f_β –

f_α – коэффициент усиления в схеме с ОБ.

К=0,6 – для дрейфовых VT

К=0,82 – для без дрейфовых VT

, f_α – МГц, С_к – пФ, r^’_б – Ом, f_max – ГГц.

,

упрощенные схемы для открытого перехода:

для закрытого перехода:

Эквивалентная схема полевого VT:

VT с изолированным затвором и встроенным накалом - МДП транзистор.

С₁₁, С₁₂, С₂₂ – емкости, образованные слоями;

R_3к, С_3к – R и С затвор – накал.

VT используется до 3f_c или до 0,5f_max.

Использование высших гармонических составляющих I_к и I_а

1. умножители f

2. увеличение КПД, Р_вых

1. Энергетические показатели :

- хуже, чем у обычного генератора

Особенности: 1) появление АМ

2) реакция выхода успи па вход определяется гармониками:

- для удвоителя:

- для утроителя:

2. высокий кпд и Р_вых.

Для увеличения кпд надо:

1) уменьшить R_Э и увеличить i_аmax;

2) увеличить Е_К и увеличить R_Э;

3) можно использовать гармоники.

Надо исказить сигнал так, чтобы мы не перешли в перенапряженный режим и U_m1 увеличивалась.

Θ>90˚

При перенапряженном режиме:

Θ может быть оптимальным, а получение 3ω за счет небольшого перенапряжения: .

Ключевой режим работы генератора:

1. нагрузка в цепи коллектора должна быть широкополосной.

2. на входе генератора лучше подавать прямоугольные импульсы.

3. нужно иметь ВЧ систему фильтрации.

4. амплитуда выходных колебаний должна быть постоянной.

5. повышенные требования к f_гр активного элемента

f_раб < 0,1f_max

f_раб

Высшие гармоники могут быть выпрямлены и отправлены обратно к источнику питания.

Элементы РЧ цепей

основные параметры элементов L, C,R: L, C, R, i_э, i_ср, i_max, Р_{реакт.max}, P_{рассеив.max.}

1) L:

2) С:

3) R:

Колебательные системы генератора

1. 2.

1: .

2: .

1:

2:

Р _вых Р_н;

1. 2.

Расстройка контурных систем

1. изменить ω_вх:

При ς>0 Z – индуктивное

ς<0 Z – емкостное

2.

.

Обобщенный коэффициент расстройки:

.

Для параллельного контура: .

Усложненная контурная система

1. 2. 3.

для 2:

r<<ωL при ω=ω_р:

т.е. меняя коэффициент включения, можно менять R_Э.

Связанные контурные системы

Связь между контурами может носить емкостной, индуктивный или кондуктивный характер.

1. 2. 1 и 2 – индуктивная связь.

3. 3 – кондуктивная.

4. 5. 4 и 5 – с внутренней емкостной связью

В 1 при изменении М (связи) не происходит расстройки контуров.

В 3 при изменении связи расстраивается лишь второй контур.

В 4 расстраиваются оба контура.

Рассмотрим первый: при подаче сигнала первый контур имеет чито активное сопротивление. Во втором контуре L₂ наводится Е₂, при этом имеем: т.к.I_к2 противоположен I_к1, то это увеличивает сопротивление первого контура .

При ω=ω_р

Рассмотрим первый контур 3:

Для увеличения η_к нужно увеличить Х_св или уменьшить R_н или уменьшить r_собст.

Если вторичный контур расстроен, то , т.е. при расстройке в первый контур вносится L_оеZ_вн и наоборот, что приводит к его расстройке.

Особенности настройки контурных систем

Для оценки перестройки вводят коэффициент перекрытия: .

Способы разбивки на диапазон: 1) с равным волновым содержанием Δλ=const;

2) с равным k_П.

1. перестройка контурной системы конденсатором:

. С_min определяется паразитными емкостями.

Введем α=1/k_П; ω=ω_maxβ; β – переменный коэффициент.

β_max=1

β_min=α.

α≤β≤1.

Для простого параллельного контура:

2. перестройка индуктивностью:

Вариометры

Во всей перевозной аппаратуре подстройка осуществляется L, т.к. С имеет свою паразитную емкость под действием вибраций.

Широкополосные трансформаторы

Служат для согласования, организации входных и выходных цепей, широкополосного усиления, делители, сумматоры.

Основные параметры:

Начальная μ=10÷5000;

Коэффициент индуктивности A_L=L/N², N – число витков

Коэффициент затухания 0,3÷0,6 дБ

Намотка осуществляется бифилярным проводом (в 2 провода)

Коэффициент трансформации определяется входным и выходным напряжением, составляет до 4.

Полоса частот: 5 октав.

КСВ:<1,25.

В трансформаторах на относительно низкой частоте энергия передается за счет бегущей волны. С увеличением частоты сильно проявляются паразитные свойства C, L.

Используется для инверсии фазы и преобразования R: К_тр=R_н/R.

Важный параметр – L, для КСВ=1,1 L_{вх опт}=10R/ω_min, иногда L_вх>4R/ω_min/

Более сложные трансформаторы:

при R_н>4R параметры транзистора уменьшаются.

Для подключения симметричной нагрузки:

Преобразователь R:

для подключения синфазного делителя Р_~:

Схемы выходных радиочастотных цепей

Требования:

1. обеспечение требуемого Z_н;

2. обеспечение Δf;

3. подавление внеполосного излучения.

4. Различают простые схемы выхода (1 контур) и сложные (>1 контура).

5. В качестве нагрузки выходных цепей могут использоваться последующие каскады:

При анализе через ток при анализе через напряжение

1. Простые схемы выхода

а) нагрузка емкостная

АЭ частично подключен контур: R_ЭГ≤R_н

Частично подключен генератор и R_н. R_ЭГ >R_н и R_ЭГ < R_н.

Полное включение контура и частичное включение R_н, R_эг ≥R_н.

б) нагрузка индуктивная

R_ЭГ≤R_н R_эг ≥R_н R_эг≤ и ≥R_н

Настройка контуров в простой схеме выхода

После настройки в резонанс нужно меняя L_св ввести генератор в критический режим. L_св меняется изменением точки подключения коллектора к L.

Энергетические характеристики каскада при настройке:

Достоинства: простота схемы и ее настройки

Недостатки: 1) схема боится обрыва в нагрузке, поэтому настройку осуществляют при пониженном напряжении;

2) плохая фильтрация высших гармоник;

3) если элемент связи является фиксированным, то в диапазонном Пд сильно меняется R_э при перестройке контура по частоте.

III Сложные схемы выхода

С индуктивной связью:

С кондуктивной связью:

С емкостной связью:

С комбинированной связью:

Сложную схему выхода можно привести к эквивалентной

т.е.

Настройка сложных схем выхода:

Осуществляется в 3 этапа:

1. связь делают минимальной и настраивают ПК

2. вводится слабая связь и настраивается АК

3. при настроенных контурах определяется Х_св.

Выходные каскады

Основные функции:

1. обеспечение заданной Р_н

2. согласование с нагрузкой

3. подавление внеполосного излучения

4. обеспечение прохождения сигнала без искажений

в РПд с 1,2 фиксир. F основной показатель η и общее число контуров ≤3…4.

В диапазоне КВ приходится часто менять f_раб..поэтому здесь требование – упростить настройку, и число контуров ≤2…3. Чем больше Р~, тем сложнее колебательная система.

К выходным каскадам предъявляются жесткие требования к э/м совместимость до 30 МГц – средняя мощность побочное излучения менее 50мВт.

При Р_раб более 50кВ побочное излучение – 60дБ.

На частоте от 30 до 225 МГц при Р более 25 Вт - Р_поб менее 1мВт, а при Р менее25 Вт – Р_поб -40дБ и менее 25мкВт.

Свыше 225МГц – норм неустановленно.

Коэффициент фильтрации

Коэффициент фильтрации:

Найдем требуемый Ф:

. Обычно R_{ф min}=W КБВ, где W – волновое сопротивление.

R_{ф max}=W/КБВ.

В худшем случае: , где

КБВ₁<0,5…0,8

КБВ_n<0,05…0,1

n=2, 3, 4 – индуктивный характер.

n=1/2, 1/3, ¼ - емкостной характер.

Т.е. если имеем последовательный контур, то связь с последующими осуществляем, снимая напряжение с емкости – для подавления гармоник.

n>1 – емкостной характер.

n<1 – индуктивный характер.

Т.е. для уменьшения гармоник – снимать с L.

Для уменьшения субгармоник – с С.

Найдем Ф для параллельного контура:

Расчет Ф для простой схемы выхода

Для лучшего уменьшения гармоник нужно чтобы связь АЭ с контуром была емкостной, а нагрузка в индуктивной ветви.

Расчет Ф для сложных схем выхода.

1. 3.

1.

2.

2.

3.

3.

4.

4.

5.

5.

Общие рекомендации по повышению фильтрации высших гармоник.

1. нагрузку и элементы связи необходимо включать в L ветвь;

2. использовать сложные схемы выхода с емкостной связью;

3. применять двухтактные схемы;

4. в Пд с фиксированной частотой для уменьшения гармоник применять заградительные и режекторные фильтры, настраиваемые на нужную нагрузку.

Фильтр – пробка для второй гармоники

Режекторные фильтры

В диапазонных Пд используются полосовые фильтры

Схемы входных высокочастотных цепей.

Они должны обеспечить подачу на входной электрод необходимого напряжение возбуждение. Полоса пропускания входных цепей должна соответствовать полосе частот источника.

Должна обеспечивать постоянство нагрузки предыдущего каскада, постоянны напряжение подачи на электрод следующего каскада.

входная цепь должна быть резонансной, чисто активной и согласовала бы каскады.

Z_вых относят к схеме выхода предыдущего каскада.

Для характеристики этой цепи вводят коэффициент трансформации: где U_вх- сигнал на входе, U_вых- сигнал на выходе.

нагрузкой для предыд. Каскада является, кроме Z_вх, (Z_св+Z_вх): .

Z_вх может изменятся в зависимости от режима работы.

Эквивалентная схема с учетом преобразований.

Входные цепи должны обеспечивать стабильность работы; для этого:

- применяют автосмещение, при наличии цепочки автосмещение: если импульсы базового тока  и транзистор будет открываться и амплитуда базового тока , и наоборот. Происходит стабилизация Z_вх;

- использование перенапряженного режима в предыдущем каскаде;

- использование балансного сопротивления; с помощью R_бал изменяют сопротивление нагрузки и для оценки реакции цепей применяется коэффициент полезного действия:

чем меньше n, тем стабильнее работа каскада, тем меньше реакция последующих каскадов на предыдущие.

На практике; _к задаются: (0,20,9).

Для мощных выходных каскадов:  выбирают 0,80,95.

Для каскадов средней мощности: =0,50,8.

Для каскадов малой мощности: =0,20,5.

Для каскадов буферных или АГ: =0,050,1.

Чем ближе каскад расположен к АГ, тем меньше ; т.к. требуется повысить стабильность частоты АГ и ослабить реакцию на него последующих каскадов.

Типичные межкаскадные схемы:

настраиваемые;

ненастраиваемые.

Используются одноконтурные и многоконтурные.

- схема с индуктивной связью:

с увеличением частоты возникает проблема в настройке; т.к. сильно изменяется Z_вх. Применяют дополнительные меры: используют последовательные контурные системы:

- схема с емкостной связью: L и C – последовательный контур.

L_др обеспечивает прохождение постоянного тока к цепи базы.

- схема с емкостным делителем:

- автотрансформаторная схема:

есть коаксиальный отрезок (емкостной характер).

При проектировании радиопередатчика нужно следить за фильтрацией высших и низших гармоник. После умножителей частоты целесообразно включать схемы с индуктивной связью, чтобы снизить уровень изб. гармоник.