книги из ГПНТБ / Лапицкий Е.Г. Расчет диапазонных радиопередатчиков

А<1 =

^кО 1 — а

где cxi = 0,4-^0,5 — коэффициент

р а з л о ж е н и я первой гармоники

при

работе в классе А.

4. Определяется амплитуда

колебательного напряжения на

кол­

ние

мощности

возбуждения

следующего каскада,

Um =

2 Рвозб/Лм.

Если

окажется,

что Um<EK,

то рассчитываемый

режим

осущест­

5. Рассчитывается

величина

сопротивления

в

граничном

ре­

жиме Rrp =

Um/IKl.

6. Производится

расчет

цепи

базы.

Сначала

рассчитывается

амплитуда напряжения возбуждения

Ро^бо

а затем напряжение

смещения

Еб0

=

1™-(±--\-гс

Ро \5бо

Другой особенностью

схем

на

транзисторах

является

то,

что

они всегда работают с токами

в цепи базы. Это приводит

к нели­

нейным искажениям

усиливаемых

сигналов и д о л ж н о

учитываться

при расчете каскадов, работающих в режиме

усиления

A M - и

ОМ-

сигналов.

Наконец,

следует

отметить

еще

одну

особенность

транзистор­

ных усилителей, связанную

с

их

входной

проводимостью,

которая

д о л ж н а учитываться

при

расчете

нагрузки

промежуточных

кас­

кадов.

Согласно обозначениям, принятым на рис. 2-4, входная прово­

димость транзистора

определяется

в ы р а ж е н и я м и :

I

£ э - б +

!®сэ-б

Г б +

1

( 1 + '«£э-б) + / ш С э - б ' С

Учитывая,

что

_

5бо

в э

- б

1 —

^ б о

и используя

^введенное

ранее

обозначение

т = г б С э

_ б ( 1 — г б 5 б 0 ) ,

получим

•

= S 6 e + /сот/гб

_

S 6

o +

шЧУгб . .

(1/Уб—

5бо)

1 + / Ш Т

1 + ш 2 т а

1 + со2 т2

£вх = 5 б ; + М

; ? 6

-

(2-98)

1 +

С02 Т2

а реактивная

h

=

сот ( 1 /

r

6 ~ ,

S 6 o ) .

'

(2-99)

1 + С02 Т3

Эти составляющие

подключаются

параллельно

сопротивлению

нагрузки предыдущего каскада

с коэффициентом

включения

Рб^^бт^пк

где 1)бт—амплитуда

н а п р я ж е н и я

возбуждения;

Um—амплитуда

напряжения на

нагрузке

возбуждающего

(промежуточного)

кас­

када .

Величина сопротивления, включаемого в коллекторную

цепь

транзистора, с учетом

активной составляющей входной проводи­

мости д о л ж н а удовлетворять

условию:

J

_ =

J

0

г е

1

, S 6 o

+ e>V-/r6

В

большинстве

практических

случаев

коэффициент

подключе­

ния

цепи базы

к

нагрузке

промежуточного каскада

очень

мал,

Рб = 0,01 -=-0,05, поэтому

можно считать, что Ra~Rrp,

т. е. влиянием

входной цепи транзистора

можно

пренебречь.

где С к — выходная

емкость

транзистора обусловленная емкостью

коллектора .

При малых значениях Rn

= Rrp и емкости

С„ сопротивление на­

грузки остается практически

постоянным в весьма широком диапа ­

зоне частот, вплоть

до десятков мегагерц.

П р и использовании в качестве нагрузки

промежуточных каска­

этих приборов, значительно превышающей крутизну

характеристик

тока

электронных ламп, обеспечивается слабая

связь

их. с

конту­

ром

автогенератора,

что

позво-

J2

ляет

получить

достаточно

высо­

ГЦ

кую

стабильность

частоты.

Расчет любого

автогенера-

[(/,

/JlJrjyCj §t,l\Q^) [}гк }иг

торг

основан

на

условиях

ста­

ционарности.

Д л я

вывода

усло­

з_1

вии

стационарности

и получения

р и с

способа

расчета

автогенератора

на

транзисторе

работающего

в диапазоне частот от сотен

кило­

герц до десятков мегагерц, удобно воспользоваться

гибридной

схе­

мой

замещения

транзистора

(рис. 3-1), параметры

которой до ча­

стоты около 0,5 f a могут считаться

не зависящими от частоты. Вели­

чины

некоторых

параметров

этой

схемы

находятся

из

паспортных

передачи тока базы fT , на основании которой может быть

найдена

предельная

частота

передачи

тока

базы

f p =fT /Po.

Иногда

вместо

частоты

/ т

указывается

предельная

частота

передачи

тока

эмит­

тера fa,

эти частоты

связаны

соотношением

где

а о = р о / ( Р о + 1 ) — к о э ф ф и ц и е н т

передачи

тока

эмиттера,

m —

коэффициент,

зависящий

от

типа

транзистора,

/?г = 0,2-^-0,22 дл я

сплавных транзисторов

и m = 0,6-f-0,8 дл я транзисторов

с перемен­

ной

концентрацией

примесей

в базе

(например,

дл я дрейфовых) .

.Величина

сопротивления

эмиттерного

перехода

гэ

зависит от

р е ж и м а транзистора: от величины тока коллектора

и

от

угла

отсечки. Д л я

маломощных

транзисторов,

р а б о т а ю щ и х

без

отсечки

тока,

26

Гэо = -—Ро,

ом,

(3-1)

Э к в и в а л е н т н ая схема трехточечного

автогенератора

может

быть представлена

в виде, изображенном

на рис. 3-2, на

котором

Уи У2 и

уз — комплексные

проводимости элементов

контура

авто­

генератора. Д л я

узлов

А

и В

схемы имеем

следующие

уравнения:

h+yi01+ys{01-u^

=

o,

i* + y\Ua

+ ya{Qi-U1)

=

0;

кроме

того, для

четырехполюсника

(транзистора)

имеем:

Л== # 1 1 ^ 1 +

1/12^2.

h

= W^i + № 2 ^ 2 .

П о д с т а в л я я сюда значения

токов, по­

лучим

{Ух +

Уз +

Ухх) Uх +

{Ух2 — Уз) U% =

О,

Рис.

3-2

{Угх—Уз)

Ui +

ii/a +

Уа+Уая)

# 2 =

0-

Д л я

того

чтобы получившаяся

система

однородных

линейных

уравнений (относительно величин Ui и с72)

имела

решение,

необ­

ходимо

иметь равным

нулю

определитель

этой системы:

{У1 +

Уз +

Ухх) (У2 +

У3 + У22) — {Ухг—Уз)

{у\х—Уз)

=

0.

Это соотношение и является условием

стационарности

автоге­

нератора, оно преобразуется к виду:

У1У2 + У2У3 + УзУх +

У22УХ + УххУ2 + [Ухх +

У22 +

г/12 +

#21) Уз +

+ г / п У г з — # i 2 # 2 i = 0 .

i/x = jaC1 = jb1,

t/2 = j(i>C2 = jb2, l/y3 = r3 + ix3,

х 3 > 0 .

ответствует наименьшей связи транзистора с контуром.

Н а достаточно

высоких

частотах

первое слагаемое

подкорен­

ного выражения

мало по сравнению со вторым, т. е.

РоФк£2

• +

1 +

£ 2

при этом сумма

двух

последних

членов

левой части (3-5) равна

2 У

(а + 1 +

С ) РофкС

гб[(о+ !)]» + £*]

поэтому самовозбуждение автогенератора имеет место

при ус­

ловии

2 ] / ( с

т + 1 +

£ 2 ) Р о ф к £ 8

< р 0 ( с т + 1 ) —2огфк £а ,

(3-9)

из которого можно

найти верхний

предел частоты генерации:

( 0 +

1)3 Ро

(3-10)

4 ф к

При выбранном типе транзистора предельная

частота

генера­

ции может

быть

повышена за

счет увеличения

о = гэ/гб,

если ра­

ботать с меньшим

током

коллекто­

ра,

см. (3-1),

т. е. с меньшей

мощ­

ностью автогенератора. Оценка для

требуемого

значения

а при задан ­

ной частоте

может

быть

получена

из

того

ж е

неравенства

(3-9):

с + 1 >

£2

(3-11)

V

4 Ф

£2

к

Д л я

заданной

частоты

при

вы­

Рис.

3-3

бранной

величине

г|;

и

известных

параметра х

транзистора

д л я

рас­

чета колебательной системы (элементов Си С2, С0

и L на рис. 3-3)

имеем

три

уравнения, (3-5), (3-6)

и

(3-7),

в

которых

x3 = xL—xu\

r3

= xL/Q,

(3-12)

где xL

= aL

и х0=

1/(<вСо).

С

учетом

этих

соотношений

уравнения

(3-5)

и

(3-6)

прини­

мают

вид:

bib2xL

=

QA/r6,

(3-13)

bxb2xL = by + b2 +

Ьфгх0—В1гй,

(3-14)

(а +

I) Ро -

2офк С» -

к (а +

1 +

Р ) -

- р о

Ф к р

А

k

_Гб_ .

(о + I ) 2 + £ 2

krK

'

} (3-15)

Ро£ +

2 о (а +

1) фкЕ +

Ао£ -

- J - [(а +

О (Ро +

а + 1) +

£ 2 ] Фк£

В-.

(а +

О 2

+ £ 2

Сх

= Со

р / " ( l + * ) a

+ 4 f e ^ ( Q A + S )

—

1—А

(3-16)

2/г

а затем

из (3-7),

(3-12) и

(3-13)) — остальные

параметры

контура.

и;

6)

ма

Й0_,

та

е

120 '

иК-э=5в —

100

-100

-

80

-80

-

ВО

R0 .

40

<

-40 -

1

is =2 Умка

20

<

У

\

ив-э

Ик-э

'

1

О

0,1

Ofi В

0

1

2

3

*

5

В

0,2

0,3

Рис. 3-4

Д л я

того

чтобы

колебательная

система

автогенератора в точ­

ках подключения

транзистора

о б л а д а л а

резонансными свойствами,

необходимо иметь pQ^>2. В рассматриваемом

случае

(Сг

+ С^С,

=

( 1 - М ) С „

C A +

(Ci +

C 2 ) C 0

ACi +

Cl+AJCo'

С о » -

4А (QA +В)

AkA

(3-17)

со (1 +

kf Q(Q-2)

г б

на основании которого

может

быть

выбрана

величина емкости

С0 .

Р е ж и м

триода

рассчитывается

с

помощью характеристик

для"

схемы с

общим

эмиттером

(рис.

3-4). По

выбранной величине

напряжени е

на

эмиттерном

переходе

Ыб-э.мако1 после

чего

можно

определить

амплитуду переменного н а п р я ж е н и я

на

переходе

иб.э

т

= 1 " б - э . м а к с - £ о 1

(3-18)

1 — cos я|)

и постоянное напряжение

на

б а з е *

^60 — м б-э. макс

' Uбт-

Переменное

напряжение

на

входе

транзистора

Uem

отличается

от напряжения

на переходе

С/б-эш

падением напряжени я на

сопро­

тивлении

базы. Д л я определения

Usm

можно воспользоваться од­

ним из уравнений транзистора как

четырехполюсника:

где

f / б т ,

U2=—Uum/k

и

h = /б1 — первая

гармоника

тока

базы. Из этого уравнения

находим

4 l

=

Al =

y\lUl +

2/22^2 = ( — %21 + lliii

UKm,

откуда

Р — — —UKmReIKl

=

& Р о ( Р + 1 ) - ( Р о + И £ 8 ф к

г б

(3-20)

2лб

( 0 + 1 ) « + С»

гк

Д л я ослабления

влияния

изменений температуры

на р е ж и м

автогенератора

с

полупроводниковым триодом

в цепь

эмиттера

браженной на рис. 3-3, Ек

— Е—(R3

+ RK) 1ко,

причем

сопротивле­

ние Яи д о л ж н о быть достаточно велико

по сравнению

с эквива­

лентным сопротивлением

контура

(в

случае

последовательного

изменении температуры

Д / к 0 =

а 0 Д " б + Я б А ' к ,

(3-21)

*

Это соотношение

справедливо

для триода типа п—р—п.

Д л я триодов типа

р—п—р

все знаки нужно

сменить на

обратные.

Awr t

= див

дТ '« = const A T .

Д л я германиевых триодов

коэффициент теплового смещения

составляет ди&/дТ= — (24-2,5)

мв/град

и

мало изменяется

в ин­

тервале температур от —60 до

+ 8 0 ° С [25].

П р и р а щ е н и я коллекторного

тока

для

различных типов

трио­

10—20%,

то

из (3-21) мож ­

но определить

необходимую

величину

сопротивления в

эмиттерной

цепи R3.

Д л я

обеспечения

лучшей

стаби­

лизации в ряде случаев со­

противления

Rij

и R3

выпол­

няются

в

виде

комбинаций

обычных

и полупроводнико­

вых термозависимых

сопро­

тивлений

[25].

П о р я д о к

расчета

автоге­

Рис.

3-5

нератора

на

транзисторе

•может

быть

рекомендован

следующий. Д л я выбранного

типа

транзистора и заданной ча­

стоты на основании (3-11) и

(3-1)

выбираем

величину

параметра

о и амплитуду импульса коллекторного тока

/ к т . Д а л е е

оцениваем

раем

величину k,

близкую к k0,

на основании (3-12) — (3-17)

рас ­

считываем параметры колебательного

контура,

согласно

(3-18) —

(3-19)

определяем

переменные напряжени я на

базе

U^m и

коллек­

торе Ulim=U5m/k,

постоянное напряжени е на базе £VJO и рассчиты­

ваем

постоянные

составляющие

токов

/бо = ао/бт,

Л<о = а и / к т .

По ­

ность,

потребляемая

транзистором, Р0 = 1коЕи,

генерируемая,

по

(3-20).,

и рассеиваемая Рк=Ро—Р.

Резисторы в

цепях

питания и

напряжение источника

питания

рассчитываются

после определе­

ния Ra

из условия температурной

стабилизации

по (3-21).

Д л я

ослабления

влияния последующих каскадов

на

частоту

нашл а применение схема автогенератора с использованием

двух

транзисторов

(рис.

3-5), эквивалентная

генератору с

электронной

связью

на лампах . В этой схеме входная

цепь

транзистора

усилительного

каскада

по схеме

с общей

базой

включена

в

цепь