4.5. Комбинированная коллекторная модуляция

Достоинства и недостатки коллекторной модуляции предопреде­ляются работой АЭ в ПР. В ПР высокий электронный КПД сочета­ется с недостаточно линейными модуляционными характеристиками I_к1(E_к), I_к0(E_к) и резкой зависимостью коэффициента усиления по мощности К_Р от Е_к. В пренебрежении реакцией напряжения питания на амплитуду первой гармоники входного тока I_б1 (E_K) и при линей­ной аппроксимации I_к1 (Е_К)

К_р = К_{р max}(E_K/E_{K max}) ² (4.19)

т.е. в режиме молчания К_{Р мол} = К_{Р mах} / (1 + т ) ² уменьшается в 4 раза при т = 1 и лишь незначительно возрастает режиме модуляции:

К_{Р мод} = К_{Р мол} (1+m²_ср / 2) m_ср =0,3…0,5.

Кроме того, в процессе модуляции меняется входная проводи­мость АЭ, что приводит к паразитной амплитудной и фазовой моду­ляции входного напряжения, а следовательно, и радиосигнала на выходе передатчика. Для компенсации этого эффекта ослабляют связь между каскадами (уменьшают КПД цепи связи), что еще больше уменьшает коэффициент усиления.

Качественные и энергетические показатели передатчика можно существенно улучшить, применив комбинированную коллекторную модуляцию. Комбинированная модуляция осуществляется синфазным изменением коллекторного напряжения в двух или трех оконечных каскадах передатчика. При этом в маломощном каскаде осуществля­ется простая коллекторная модуляция, а в последующих — коллек­торная модуляция с одновременным усилением АМ-колебаний.

Рассмотрим выбор и расчет режима оконечного каскада. Коллек­торное напряжение каскада меняется по закону

Е_к(Ωt)= E_{к мол},(1+m cosΩt) (4.20)

на его вход подается высокочастотное АМ-колебание с амплитудой

U_б(Ωt)= U_{б мол},(1+m_в cosΩt) (4.21)

Модуляционную характеристику предвыходного каскада считаем линейной. В этом случае коэффициенты модуляции коллекторного напряжения предвыходного каскада Е_к.п и напряжения U_б совпадают:

. (4.22)

Коэффициенты модуляции т и т_в выберем так, чтобы режим был близок к критическому во всех точках модуляционной характери­стики. Этого можно добиться, если настроить усилитель на критиче­ский режим при максимальном напряжении на коллекторе, а в режиме молчания амплитуду возбуждения подобрать гак, чтобы выполнялось равенство

I_{к1 мол} = I_к1max/(1 + т), т.е. чтобы точки зависимости I_к1 (E_к) в режимах максимальном и молчания точно соответствовали линейной модуляционной характеристике.

Оценим требуемое значение т_ъ. Считаем, что коэффициент т задан и что из расчета в максимальном режиме известны амплитуды I_{к1 max} , U_{б max} и смещение Е_с, т.е. известен косинус угла отсечки

cosΘ _max = -( E_K – E’)/ U_{б max}

С амплитудой возбуждения ток связан соотношением

I_{к1 max} = S U_{б мол} γ ₁(Θ _mол) (4.23)

Необходимый ток в режиме молчания следует получить с помо­щью регулировки амплитуды возбуждения. Предполагая (для упро­щения расчетов), что верхний угол отсечки пренебрежимо мал, запи­сываем

I_{к1 мол} = S U_{б мол} γ ₁(Θ _mол)= I_{к1 max} /(1+m) (4.24)

Исключив из (4.23), (4.24) I_{к1 мах}, получим трансцендентное урав­нение для определения U_{5 мол}:

(4.25)

где амплитуды напряжения дополнительно связаны соотношением

(4.26)

Поскольку обычно углы отсечки Θ_мах, Θ_мол лежат в диапазоне 60...90°, т.е на линейном участке зависимости γ ₁(cosΘ), примем линейную аппроксимацию:

γ₁(cosΘ) = 0,5-(2/π)cosΘ. (4.27)

Подставив (4.27) в (4.25), с учетом (4.26) получим

(4.28)

Отсюда, учитывая, что U_{б тах} / U_{б мол} = 1 + т_в, находим

(4.29)

Полученная оценка свидетельствует о резкой зависимости опти­мального (по критерию линейности модуляционных характеристик) коэффициента модуляции т_в от угла отсечки, причем чем ближе 9_тах к 90°, тем выше требования к линейности модуляционных характе­ристик предвыходного каскада.

Зависимость глубины модуляции (4.29) от угла отсечки

Θ_mах, град........... 70 75 80 85 90

m_в ........................ 0,3 0,505 0,640 0,800 1,000

Решение т_в = 1 при Θ_mах = 90° можно назвать ожидаемым. Дей­ствительно, в этом случае угол отсечки не зависит от амплитуды U_б и при пропорциональном изменении напряжения на коллекторе Е_к в той же пропорции изменяется амплитуда U_K = I_к1 R_K = 0,5S U_б R_k. Это означает, что сохраняется постоянным отношение ζ, = U_K/E_K = ζ_кр , модуляционные характеристики I_к1, U_k(U_б , Е_к) остаются линейными, а режим — всюду критическим (рис. 4.10, а).

Получить аналогичный результат при Θ_мах < 90° не удается. В этом случае режим получается слабо перенапряженным, близким к

критическому, в большей части модуляционных характеристик Е_к < <Е_ктах (рис. 4.10, б), а модуляционная характеристика весьма близка к линейной. Максимальное отклонение h = ∆ I_к1 / I_{к1 мах} зависимости I_к1(Е_К) от линейной при Θ_мах > 75° и ζ_кр > 0,75 не превышает 0,01, т. е. коэффициент гармоник К_г < 0,5 % при т = 1.

Заметим, что выбор коэффициента модуляции т_в не столь крити­чен (см. выше). Дело в том, что искомый оптимум весьма плавный, поскольку даже при т_в = 0, т. е. при простой коллекторной модуля­ции, модуляционные характеристики близки к линейным. К примеру, если при Θ_мах = 90° выбрать т_в = 0,7, то режим при всех Е_к < Е_{к тах} будет слабо перенапряженным, зависимость I_к1 (E_K) — выпуклой, но максимальное отклонение h = ∆ I_к1/ I_{к1 мах} не превысит 0,02.