2.10. Динамические характеристики регуляторов на пт

Представим регулятор на ПТ в виде нелинейного безинерционного четырехполюсника, динамическая характеристика которого – монотонная кривая с плавно изменяющейся крутизной (рисунок 2.27) С точки зрения максимальной чувствительности регулятора к управляющему воздействию желательно, чтобы нелинейность характеристики была наибольшей.

Рис. 2.27. К оценке динамических свойств регулятора на ПТ

С точки зрения нелинейных явлений желательно чтобы нелинейность динамической характеристики был минимальным. Наиболее удобным критерием при оценке свойств регуляторов, является обобщенный коэффициент нелинейности:

, (2.46)

где К – коэффициент передачи в рабочей точке, K₁ и K₂ – максимальный и минимальный коэффициенты передачи в пределах размаха входного сигнала ( рисунок 2.27).

Оптимальные динамические характеристики регуляторов описываются выражениями:

. (2.47)

При автоматической регулировке:

. (2.48)

При ручной регулировке: где порог срабатывания АРУ, , при , , при ,

Регулировочная характеристика в режиме АРУ должна описываться выражением:

. (2.50)

В режиме ручной регулировке регулировочная характеристика должна описываться экспонентой:

. (2.51)

Представляет интерес сравнение реальных характеристик регуляторов с оптимальными. При использовании в регуляторах ПТ с характеристиками передачи близкими к квадратичной параболе, выражение для регулировочных характеристик полученных в пункте 2.9 и могут быть записаны в виде:

, (2.52)

для регуляторов усиления изменением режима и изменением глубины ООС. (рисунок 2.22, а и 2.22, г)

, (2.53)

для регулятора усиления потенциометрического типа с последовательным включением ПТ (рисунок 2.22, б).

, (2.54.)

для регулятора усиление потенциометрического типа с параллельным включением ПТ (рисунок 2.22, в).

Интегрируя уравнения (2.43 – 2.45) найдем динамические характеристики регуляторов на ПТ. Динамические характеристики регуляторов изменением режима и изменением глубины ООС имеют вид:

. (2.55)

Динамическая характеристика регулятора потенциометрического типа с последовательным включением ПТ описывается уравнением:

. (2.56)

Динамическая характеристика регулятора потенциометрического типа с параллельным включением ПТ имеет форму оптимальной динамической характеристики в режиме АРУ:

. (2.57)

У регуляторов. Динамические характеристики которых определяются выражением (2.55), отсутствуют нелинейные эффекты третьего порядка (т.к. K^I = 0), однако существует опасность возникновения нелинейных эффектов второго порядка, например, вторичной модуляции, коэффициент которой равен:

. (2.58)

Для получения оптимальных характеристик регуляторов, выполненных по схемам рисунка 2.22, а и 2.22, г, в них следовало бы использовать в качестве регулируемых элементов ПТ, имеющие либо логарифмическую (при АРУ), либо экспоненциальную (при ручной регулировке), динамические характеристики.

Синтез динамической характеристики может быть осуществлен при использовании способов описанных в п. 2.6 и п. 2.7.

2.11. Практические схемы и особенности расчета устройств

техники связи с ПТ в качестве регулируемых элементов

2.11.1. Применение ПТ в схемах регуляторов усиления

радиоприемных устройств

Практические схемы регулируемых селективных усилительных каскадов приведены на рисунке 2.28, а – г.

	а)
	б)
	в)
	г)

Рис. 2.28. Практические схемы регуляторов усиления на ПТ

В схеме рисунка 2.28, а регулировка усиления осуществляется изменением крутизны полевого тетрода при подаче управляющего напряжения на второй затвор. Регулятор рассматриваемого типа имеет прочную конструкцию, обладает большим усилением при Е_УПР = 0 и значительным диапазоном регулирования усиления. Регулировку усиления изменением крутизны, в принципе, можно производить и с помощью полевого триода. Однако в этом случае не удается обеспечить постоянства входной и выходной емкостей ПТ в процессе регулировки, а также хуже частотные свойства регулятора.

Для расчета регулировочной характеристики регулятора усиления на полевом тетроде можно воспользоваться приближенным равенством:

, (2.59)

где Е₀ – напряжение смещения второго затвора, Z_Э – эквивалентное сопротивление нагрузки полевого тетрода, S₀ – крутизна тетрода при Е_УПР = U₀ = 0.

В схеме рисунка 2.28, б регулировка осуществляется с помощью аттенюатора потенциометрического типа с последовательным включением ПТ, используемым в качестве управляемого сопротивления. Регулировочная характеристика такого регулятора определяется соотношением:

, (2.60)

где С_Э – эквивалентная емкость, шунтирующая канал ПТ, R_Э – эквивалентное сопротивление нагрузки аттенюатора, К₀ – резонансный коэффициент усиления каскада на транзисторе VТ₂.

При продуманном монтаже значения емкости С_Э в основном определяется емкостью сток-исток ПТ, которая мала. Поэтому такой регулятор обладает очень хорошими частотными свойствами и его целесообразно применять в высокочастотных селективных усилителях.

Коэффициент передачи регулятора рассматриваемого типа сильно зависит от сопротивления источника сигнала Р_Г. Для реализации широкого диапазона регулирования необходимо иметь низкоомный источник сигнала.

Недостатком регулятора (рисунок 2.28, б) является низкое входное сопротивление при максимальном коэффициенте передачи.

Устранить указанный недостаток и увеличить эффективность регулировки позволяет регулятор, изображенный на рисунке 2.28, в. Здесь регулировка осуществляется с помощью двух ПТ VТ₁ и VТ₂. При Е_УПР = 0, транзистор VТ₂ заперт напряжением, снимаемым с делителя R₁, R₂ и регулятор имеет максимальный коэффициент передачи. При увеличении Е_УПР выходная проводимость транзистора VТ₂ растет, а транзистора VТ₁ уменьшается. Следовательно, уменьшается коэффициент передачи регулятора.

Расчет регулировочной характеристики регулятора (рисунок 2.28, в) можно произвести по формуле:

, (2.61)

где G₀₁ и G₀₂ – проводимости каналов транзисторов VТ₁ и VТ₂, соответственно, при U_ЗИ = 0. С_Э1 и С_Э2 – эквивалентные емкости шунтирующие каналы транзисторов VТ₁ и VТ₂, соответственно. К₀ – резонансный коэффициент усиления каскада на транзисторе VТ₃.

В регуляторах приведенных на рисунке 2.28, б и 2.28, в регулируемые ПТ используются при отсутствии постоянной составляющей тока в цепях каналов. Это упрощает схемы и повышает экономичность регуляторов. Однако им присущ недостаток, заключающийся в ухудшении отношения сигнал/шум на выходах регуляторов по сравнению с отношением сигнал/шум на их выходах.

От указанного недостатка, в известной мере, свободен регулятор, схема которого приведена на рисунке 2.28, г. Здесь регулировка усиления осуществляется изменением глубины ООС охватывающей усилительной каскад на транзисторе VТ₁. Регулировка производится изменением проводимости транзистора VТ₃, работающего в крутой области характеристик при отсутствии постоянной составляющей тока в цепи канала. Регулировочную характеристику регулятора (рисунок 2.28, г) можно определить, используя следующее выражение:

, (2.62)

где G₂ – выходная проводимость VТ₂ в рабочей точке, G₀₃ – выходная проводимость транзистора VТ₃ при U_ЗИ = 0, С_Э3 – эквивалентная емкость, шунтирующая канал транзистора VТ₃, Z_Э – эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки транзистора VТ₁.

Достоинством всех рассмотренных выше регуляторов является низкий уровень перекрестной модуляции, что объясняется наличием линейных участков у их регулировочных характеристик. При одинаковой эффективности регулирования, регуляторы на ПТ имеют, обычно, в 5-10 раз меньший коэффициент перекрестной модуляции по сравнению с регуляторами на биполярных транзисторах.

Об эффективности регуляторов на ПТ селективных усилителей, настроенных на частоту 10⁷ Гц можно судить, анализируя данные таблицы 2.5.

Максимальный диапазон регулировки обеспечивают регуляторы с ПТ, имеющими наибольшее отношение крутизны и проводимости канала к емкости сток-исток.

Точность расчета регулировочных характеристик регуляторов селективных усилителей зависит от степени соответствия реальных и идеальных характеристик ПТ и максимальна в случае использования ПТ простой конструкции.

Таблица 2.5. Диапазон регулирования регуляторов усиления на частоте 10⁷ Гц.

Тип регулятора	Тип регулируемого элемента	Диапазон регулирования		Примечания
		Теория	Эксперимент
Регулятор усиления изменением режима Потенциометрический регулятор с включением ПТ последовательно с нагрузкой Потенциометрический регулятор с включением ПТ параллельно нагрузке Потенциометрический регулятор с включением ПТ последовательно и параллельно нагрузке Регулятор усиления изменением глубины ООС	КП306Д КП303Г КП307 КП103К КП903 КП303Г КП305Е КП902 КП103К КП307 КП303Г КП305В КП303Г КП302В КП903 КП303Г КП302В КП103В	34 19,2 41,1 29,2 54 36,1 39,3 42 12,5 18,3 13,2 19 44,5 48,2 63,1 24,3 27,8 21,5	35,2 22,4 41,7 30,3 55,6 36,6 39,8 43,5 12,3 18,1 13,1 18,5 45,6 49,7 65,4 26,4 29,7 22,4	Регулировка по второму (экранному) затвору