А) з загальним емітером; б) з загальною базою.

Схема з загальним колектором (ЗК) не має суттєвих переваг і практично не застосовується.

Схема з ЗЕ (Рис.6.1.1, а) забезпечує найбільший коефіцієнт підсилення потужності , а тому має переважне застосування.

В схемі з ЗБ (Рис. 6.1.1, б) суттєво послаблюються зв’язки між вхідними і вихідними комами, але значно менше, ніж в схемі з ЗЕ. Із-за малого схема з ЗБ має обмежене застосування.

Розглянемо класи роботи генераторів з незалежним збудженням. Клас А без відсічки струму колектора (Рис. 6.1.2) застосовують рідко, тому що в цьому класі КПД колекторного кола малий, потужність розсіювання на колекторі відносно велика, струми бази значні.

Рис. 6.1.2. Робота генератора без відсічки струму колектора

Основним достоїнством класу А є малий коефіцієнт спотворень змінної складової колекторного струму. Клас А інколи застосовують в малопотужних каскадах, наприклад, в підсилювачах одно смугового сигналу.

Класи В ( ) і С ( ) з відсічкою струму колектора (Рис.6.1.3) є основними для генераторів, тому що при цьому забезпечується високий КПД кола колектора, відносно мала потужність розсіювання, можуть бути невеликі струми бази, що визначає високий коефіцієнт підсилення каскаду.

Струм колектора протікає через транзистор тільки протягом частини періоду напруги збудження (Рис. 6.1.3). Гармонійний склад імпульсів колекторного струму суттєво залежить від кута відсічки (кут відсічки є половина тієї частини періоду, протягом якого протікає струм в колі колектора. Тривалість імпульса – 2 ).

Рис. 6.1.3. Робота генератора з відсічкою струму колектора

Постійна складова колекторного струму ( ), амплітуди першої ( ), другої ( ) гармонік струму визначаються за наступними формулами:

,

,

,

де – найбільше значення колекторного струму в імпульсі; , , – відповідно коефіцієнти постійної складової, першої, другої гармонік, значення яких для різних кутів косинусоїдальних імпульсів (Рис.6.1.4).

Рис. 6.1.4. Графіки залежності коефіцієнтів розкладання косинусоїдального імпульса в залежності від значення кутів відсічки , , , =f( )

2. Помножувачі частоти

Далі розглянемо будову і роботу помножувача частоти.

Отож, помножувач частоти – це перетворювач, який дає можливість збільшити частоту вхідного сигналу в n разів. Для помноження частоти необхідне поєднання нелінійного і лінійного елементів. На вхід помножувача поступає гармонійний сигнал. Нелінійний елемент спотворює його форму, в результаті чого з’являються вищі гармоніки. Лінійний елемент, який має вибірні (селективні) властивості (коливальний контур), налаштовують на частоту необхідної гармоніки, яка і створює корисний сигнал. Отже, помноження частоти відбувається в n разів, де n – номер гармоніки, на яку настроєний контур. Найбільш вигідно помножувати частоту в резонансному підсилювачі. Роль нелінійного елемента в схемах виконує транзистор, а лінійного елемента – навантажувальний коливальний контур, який настроюють на частоту n .

Амплітуда n-ї гармоніки колекторного струму пов’язана з максимальним значенням імпульсного струму і кутом відсічки співвідношенням:

,

де – коефіцієнт розкладання косинусоїдального імпульса, який залежить тільки від кута відсічки.

З графіку (Рис. 6.1.4) витікає, що максимальне значення коефіцієнта відповідає куту відсічки , а – куту .

Виходячи з вище приведеного, в помножувачах частоти зазвичай вибирають кут відсічки , а в потроювачах частоти – .

З графіку (Рис. 6.1.4) видно, що при коефіцієнт =0,276. Звичайний підсилювач сигналів високої частоти працює при , для якого =0,5. При однакових значеннях змінних складових колекторної напруги помножувача і підсилювача і максимальних значеннях колекторних струмів корисна потужність подвоювача в стільки разів менша потужності підсилювача, в скільки разів коефіцієнт більший, ніж , тобто приблизно в 1,8 рази. В потроювачі частоти енергетичні показники ще гірші, ніж в подвоювачі. Тому в схемах передавачів зазвичай не застосовують помноження частоти більше, ніж в три рази.

Помножувачі частоти на транзисторах відрізняються від транзисторних підсилювачів високої частоти. Особливо це стосується стабільності роботи транзисторного помножувача.

Завдання забезпечення стабільної роботи транзисторного помножувача вирішується більш складно, ніж для підсилювача, тому що склад вищих гармонік в імпульсі струму змінюється більш суттєво, ніж амплітуда першої гармоніки. Як відомо, висока стабільність можлива в схемах, в яких транзистор збуджується від джерела з великим внутрішнім опором, або в каскадах, в яких використовується негативний зворотній зв'язок. Створення джерела з великим внутрішнім опором в помножувачах утруднено, тому що для фільтрації побічних гармонійних складових в них зазвичай використовуються паралельні коливальні контури високої добротності. Такий контур для вищих гармонійних складових вхідного струму має практично нульовий опір і тому може розглядатись як джерело гармонійного сигналу з нульовим внутрішнім опором.

Вхідна напруга помножувача визначається як

,

де – амплітуда напруги джерела збудження;

– коефіцієнт трансформації фільтруючого контура;

– вхідна провідність помножувача (перша гармоніка);

– вихідна провідність джерела збудження (перша гармоніка), яка перерахована до входу транзистора.

Гармонійна форма напруги може бути спотворена через шунтуючу дію нелінійного входу транзистора.

Однак при малих потужностях, при яких зазвичай працює помножувач, вхідний опір транзистора достатньо великий щоб цей ефект не проявлявся.

Під’єднання достатньо великого опору послідовно з джерелом збудження, або еквівалентне цьому застосування глибокого негативного зворотнього зв’язку, аналогічно випадку збудження від джерела струму. Послідовний опір (при ). однак зменшує частину корисної потужності збуджувача. В зв’язку з цим в помножувачах зазвичай використовуються схеми з незначним глибоким зворотнім зв’язком, величина якого вибирається так, щоб забезпечувалась необхідна стабільність роботи помножувача при зберіганні достатньо високого коефіцієнта підсилення потужності.

Отже, помножувач частоти необхідно розглядати як каскад на транзисторі зі зворотнім зв’язком, який збуджується від джерела гармонійної напруги, що спричиняє до значних відмінностей в методиці аналізу і розрахунку для підсилювачів потужності.

Розглянемо типову схему каскада помножувача частоти (варіант з ЗЕ – загальний емітер) (рис.6.1.5) і еквівалентну їй по формі імпульсу струму колектора схему (рис.6.1.6). На відмінність від схеми підсилювача потужності тут в коло емітера введений імпеданс (опір зворотнього зв’язку) і відсутня ємність колекторного переходу, роль якої в помножувачах із-за різних частот на вході і виході каскаду незначна. Елементи С_р і L_др розв’язують кола постійного і змінного струмів і приймаються безкінечно великими.

Рис.6.1.5. Типова схема каскада помножувача частоти (варіант з ЗЕ)

Рис.6.1.6. Еквівалентна схема помножувача частоти

Елементи кола зміщення визначаються за формулами

, , .

Другий розповсюджений варіант схеми помножувача з ввімкненням транзистора за схемою ЗБ (загальна база) (рис.6.1.7) також приводиться до еквівалентної схеми, яка приведена на рис.6.1.6. Різниця між схемами, таким чином, проявляється тільки в різній величині вхідного опору.

Рис.6.1.7. Типова схема помножувача високої частоти (варіант з ЗБ)

Для аналізу помножувача частоти достатньо розглянути два випадки: коли має активний і ємнісний характер. При індуктивному характері імпульс струму згладжується і збіднюється вищими гармоніками. Ємність діє протилежно, загострюючи імпульс і збагачуючи його вищими гармоніками. Проміжне положення займає схема з резистивним зворотнім зв’язком, до позитивних властивостей якого можна віднести простоту і можливість роботи без зміни елементів в широкому діапазоні вхідних частот.

Таким чином, схеми помножувачів (рис.6.1.5; 6.1.7) співпадають зі схемами підсилювачів (рис.6.1.1), однак навіть їх вхідні кола працюють в різних умовах.

По-перше, помножувачі працюють на частотах, де інерційність транзистора проявляється слабко. По-друге, вхідний опір транзистора із-за малості робочих струмів достатньо великий, тому збуджувач не можна вважати джерелом струму навіть для відкритого транзистора. Цими двома обставинами зумовлена відмінність у формі імпульсів помножувачів та підсилювачів.

Переваги, які досягаються при застосуванні помножувачів частоти можуть бути наступними:

1. Помножувачі частоти дозволяють отримати в антені більш високі частоти, ніж частота задаючого генератора. Це суттєво при застосуванні кварцових генераторів в передавачах коротких і ультракоротких хвиль, тому що виготовлення високочастотних кварцових генераторів пов’язане з труднощами.

2. Використання режиму підсилення і режиму помноження частоти в тих же каскадах в різних частинах діапазону хвиль дозволяє отримати більш широкий діапазон хвиль в антені без розширення хвиль задаючого генератора. Наприклад, використовуючи поперемінно помноження частоти в два, в чотири і в вісім разів, можна отримати в антені восьмикратний діапазон хвиль при двократному діапазоні задаючого генератора. Зокрема, при діапазоні задаючого генератора від 4 до 8 МГц маємо в антені:

• при одному подвоєнні частоти від 8 до 16 МГц;

• при двох подвоєннях частоти від 16 до 32 МГц;

• при трьох подвоєннях частоти від 32 до 64 МГц.

3. В передавачах з частотною і фазовою модуляцією помноження частоти забезпечує поглиблення модуляції в стільки разів, в скільки разів помножується частота. Ця обставина має суттєве значення, тому що частотні і особливо фазові модулятори не забезпечують відразу достатню глибоку модуляцію.