книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Двухтактные усилители мощности широко используются в диа­ пазонах длинных, средних, коротких и метровых волн. В большин­ стве случаев они выполняются на триодах.

15. Транзисторные усилители мощности

Схемы транзисторных усилителей мощности принципиально не отличаются от ламповых, но имеют некоторые особенности. Коле­ бательный контур обычно включается в выходную цепь транзисто­ ра не полностью, а частично. Неполное включение контура необ­

общим эмиттером, то для получения режима класса С смещение должно быть положительным. Для получения режима класса В,

ния £б положительное. Поэтому усилитель работает в режиме

ложительным. Ток коллектора свое направление не меняет. Он все время отрицательный. Ток базы может вытекать из транзистора или втекать в него. Поэтому он бывает отрицательный или поло­ жительный.

До момента t\ эмиттерный переход транзистора заперт. Про­ цесса инжекции дырок в транзисторе нет. В цепи базы и коллек­

50

С момента t{ до момента t2 транзистор отперт. При этом потен^ циальный барьер эмиттерного перехода изменяется по закону воз­ буждающего напряжения. Результатом процесса инжекции дырок

Umax

О

О

Рис. 1.34. Графики напряжений и токов в транзисторном уси­ лителе мощности (режим класса С)

являются импульсы коллекторного и базового тока. Их амплитуды пропорциональны. Очевидно, что ток коллектора больше тока базы.

Постоянная составляющая импульсного коллекторного ток-а / к о значительно больше теплового тока / . На схеме ток / к о проходит от +ЕК (т. е. от корпуса) через транзистор, разделительный дрос­ сель L p и на —Ек .

51

через источник напряжения Eg, заряжает его, что позволяет в практических схемах усилителей заменять источник напряже­ ния Ев ячейкой автоматического смещения. Схема ячейки в цепи базы может быть последовательной или параллельной.

Первая гармоника коллекторного тока в положительный полу­ период (обозначена + ^ к „ ) выходит из эмиттера, проходит через

контур, разделительный конденсатор С р и входит в транзистор че­ рез вывод коллектора. Она протекает под воздействием перемен­

Первая гармоника тока базы проходит под воздействием вход­ ного напряжения. Она синфазна с ним. Следовательно, входное сопротивление транзисторного усилителя активно по характеру. Очевидно, что

Если режим работы усилителя недонапряженный или крити­ ческий, то импульсы коллекторного тока остроконечные. Именно такими они изображены на рис. 1.34. В этом случае для расчета энергетических соотношений в транзисторном усилителе можно пользоваться графиками, изображенными на рис. 1.13.

Основные уравнения, применительно к обозначениям на схеме

ина графиках, имеют следующий вид:

1)Потребляемая мощность

ния.

52

3) Мощность тепловых потерь, нагревающая коллектор тран­ зистора:

индексы (применительно к обозначениям в транзисторном усили­ теле) .

Для примера приведем уравнение для амплитуды импульсов

Приведенные уравнения показывают, что методы расчета тран­ зисторных усилителей не отличаются от методов расчета анало­ гичных ламповых усилителей.

§4. АВТОГЕНЕРАТОРЫ ДЛИННЫХ, СРЕДНИХ

ИКОРОТКИХ ВОЛН

1.Общие сведения об автогенераторах

Автоколебательный генератор является устройством, в котором без внешнего воздействия создаются периодические электрические колебания. В передатчике он выполняет роль задающего генера­ тора. Колебания, создаваемые задающим генератором, имеют си­ нусоидальную форму. Их частота и амплитуда должны быть ста­ бильны.

53

В передатчиках длинных, средних и коротких волн наиболее широко применяют одноконтурные автогенераторы. Они бывают ламповые и транзисторные.

Схема автогенератора обязательно содержит элемент обрат­ ной связи между выходом и входом усилительного прибора. Об­ ратная связь может быть трансформаторной, автотрансформатор­ ной или емкостной.

Независимо от вида обратной связи она должна обеспечивать выполнение двух следующих условий:

— переменные напряжения, возникающие на выходном и вход­ ном электродах усилительного прибора, должны быть противофазны; это фазовое условие самовозбуждения, оно означает, что в автогенераторе обратная связь должна быть положительной;

— величина обратной связи должна обеспечивать надежное са­ мовозбуждение автогенератора и установление необходимой ам­ плитуды генерируемых колебаний; для этого коэффициент обрат­ ной связи должен иметь определенное значение; это амплитудное условие самовозбуждения.

Минимально необходимый коэффициент обратной связи назы­ вается критическим. Его величина определяется параметрами уси­ лительного прибора и эквивалентным сопротивлением контура. При критическом коэффициенте обратной связи автогенератор работает в режиме класса А и генерирует колебания с очень ма­ лой амплитудой. Поэтому требуемый коэффициент обратной связи всегда превышает критическую величину.

Ламповый или транзисторный автогенератор имеет ячейку авто­ матического смещения. Она включается так, что напряжение сме­ щения оказывается пропорционально амплитуде генерируемых ко­ лебаний. Ячейка автосмещения обеспечивает установление необ­ ходимого режима работы автогенератора при наличии плавного (мягкого) самовозбуждения. Наиболее часто автогенераторы ра­ ботают в недонапряженном режиме класса С. Угол отсечки анод: ного или коллекторного тока обычно бывает 60—80".

Плавная перестройка автогенератора в заданном диапазоне частот может осуществляться конденсатором переменной емкости или вариометром. Схема питания выходной цепи автогенератора (и ячейки автоматического смещения) может быть последователь­ ной или параллельной.

Частота генерируемых колебаний в ламповых автогенераторах практически равна частоте настройки контура. В транзисторных автогенераторах это верно только приблизительно.

2. Автогенератор с трансформаторной обратной связью

Трансформаторная обратная связь в автогенераторе осуще­ ствляется при помощи специальной катушки индуктивности. Ее называют катушкой обратной связи. Эту катушку обычно вклю­ чают в цепь управляющего электрода усилительного прибора.

54

На рис. 1.35 приведен пример схемы лампового автогенератора

накала лампы подведено необходимое напряжение. Изображенная схема выполнена с последовательным анодным питанием и после­ довательной ячейкой автоматического смещения.

При включении питания автогенератора в колебательном кон­

тания) рабочая точка находится на прямолинейном участке СДХ. Крутизна лампы в это время наибольшая и малейшие колебания, возникшие в контуре, эффективно поддерживаются анодным током.

Некоторое время (весьма непродолжительное) автогенератор работает в режиме класса А. Затем возникает отсечка анодного тока и автогенератор переходит в режим колебаний второго рода. Амплитуда колебаний нарастает по экспоненциальному закону. Их конечное (установившееся) значение зависит от параметров лам­ пы, параметров контура и установленного коэффициента обратной связи.

Коэффициент обратной связи К0.с показывает, какая часть пе­ ременного анодного напряжения подается на сетку лампы. Следо­

55

где R'.— приведенное внутреннее сопротивление лампы.

Рис. 1.36. Графики физических процессов, происхо­ дящих в ламповом автогенераторе с автоматическим смещением, при коэффициенте обратной связи боль­ ше критического

Поэтому в работающем автогенераторе верно уравнение

В этом уравнении только R\ зависит от режима работы авто­ генератора. Наименее возможная величина внутреннего сопротив­ ления лампы равна Ri. Оно получается таким в режиме класса А, т. е. в режиме очень слабых колебаний.

Это обстоятельство позволяет установить минимально необхо­ димый (критический) коэффициент обратной связи, при котором возможна генерация колебаний:

56

Это амплитудное условие самовозбуждения любого автогене­ ратора. Оно определяет требуемую величину коэффициента об­ ратной связи, который должен быть больше критического.

Более определенно необходимая величина коэффициента об­ ратной связи рассчитывается из уравнения (1.58). В это уравне­ ние подставляется желаемое значение/^', которое зависит от угла отсечки анодного тока (см. рис. 1.21). Тем самым точно опреде­ ляется необходимый коэффициент обратной связи.

Пример. Определить коэффициент обратной связи, при котором автогенератор будет работать в режиме второго рода с углом от­ сечки анодного тока 8 — 60°. Лампа имеет крутизну 5 = 4 ма/в и проницаемость D = 0,025. Резонансное сопротивление контура Ra =

= 25 ком.

Ре ш е н и е .

1.По графику (рис. 1.21) определяем приведенное внутреннее

сопротивление лампы при заданном угле 6:

= 5 • Rt = 5 • 10 = 50 ком.

2. По уравнению 1.58 рассчитываем требуемый коэффициент обратной связи:

Следовательно, для получения заданного режима автогенерато­ ра напряжение обратной связи должно составлять 7,5% перемен­

57

в

смещения; в — с последовательным анодным питанием н параллельной ячейкой автомати­ ческого смещения; г — с малым сопротивлением Rg

Основные достоинства трансформаторной обратной связи та­ ковы:

— регулировка обратной связи (т. е. регулировка мощности) мало влияет на частоту генерируемых колебаний;

—регулировка частоты мало влияет на мощность генерируе­ мых колебаний;

—всегда можно применить последовательное питание выход­ ной цепи автогенератора и последовательную ячейку автоматиче­ ского смещения.

Недостаток трансформаторной обратной связи заключается в трудности ее использования на коротких и ультракоротких волнах.

Причиной этого является паразитная емкость между катушка­ ми L K и L g .

58

3. Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью

Автотрансформаторная обратная связь в автогенераторе осу­ ществляется при помощи индуктивного делителя контурного на­ пряжения. Это означает, что элементом обратной связи является часть контурной катуш­ ки. Для этой цели контур подключается к усили­ тельному прибору тремя точками. Такая схема на­ зывается трехточечной.

Пример схемы авто­ генератора с автотранс­ форматорной обратной связью представлен на рис. 1.38, а. Она выполне­ на на триоде с параллель­ ным анодным питанием и последовательной ячей­ кой автоматического сме­ щения. Напряжение об­ ратной связи получается на индуктивности L g .

противофазны. Анодной нагрузкой лам'пы служит параллельный

Настройка контура осуществляется конденсатором переменной емкости.

Определим величину индуктивности L g , при которой выпол­ няется амплитудное условие самовозбуждения; Из схемы следует, что коэффициент обратной связи

Для получения режима колебаний второго рода необходимо иметь обратную связь больше критической. Поэтому требуемая величина индуктивности L g равна

69