книги из ГПНТБ / Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет

При этом потери энергии в элементах трансформирующей схемы должны быть незначительными, т. е. ее к. п. д. дол­ жен быть достаточно большим:

полосных излучений передатчика столь жестки, что вы­ полнить их удается лишь при сложной схеме в коллектор­ ной цепи, состоящей из многих реактивных элементов. Во многих случаях такой фильтр проектируется и устанавли­ вается в тракте антенны в виде отдельного фильтрующего блока. Обычно фильтрующий блок одновременно трансфор­ мирует импеданс антенны в постоянное активное сопротив­ ление, равное волновому сопротивлению типового кабеля. В этом случае уменьшаются потери в соединительном кабеле и упрощается регулировка аппаратуры. Проблеме построе­ ний фильтрующих цепей посвящен ряд работ [24, 25] и ее можно считать самостоятельной.

Здесь будем рассматривать лишь простейшие схемы кол­ лекторной цепи, действие которых сводится к трансфор­ мации активной нагрузки Ru в оптимальное сопротивление £!а и обеспечению необходимой формы напряжения на кол­ лекторе. Однако при сравнении различных вариантов схем будем оценивать их фильтрующие свойства, так как зна­ чительную долю необходимого ослабления гармоник можно получить в этом трансформаторе.

В зависимости от требований к эксплуатационным и энергетическим характеристикам генератора и от сочетания параметров транзистора генераторы работают либо с резо­ нансным трансформатором при гармоническом напряжении

на коллекторе (в недонапряженном или критическом ре­ жиме), либо с нерезонансным трансформатором, т. е. при уплощенной форме напряжения на коллекторе (обычно в ключевом режиме).

Резонансный трансформатор может рассматриваться лишь для недонапряженного или критического режима. Переход в режимы с использованием насыщения транзи­ стора неизбежно приводит к искажениям формы напря­ жения на коллекторе, так как трансформатор теряет свои резонансные свойства из-за шунтирующего действия тран­ зистора.

Применение резонансного трансформатора обеспечивает наилучшую фильтрацию высших гармоник в простейшей

нерезонансном трансформаторе (уплощенная форма на­ пряжения на коллекторе). Нерезонансная нагрузка поз­ воляет также получить более широкодиапазонный генера тор без перестройки его элементов.

Структуры схем в обоих случаях одинаковы, так как Е них используется П-образный фильтр нижних частот Та­ кая схема фильтра наряду с трансформирующими свойст­ вами имеет благодаря параллельным емкостным связям улучшенную фильтрацию высших гармоник в нагрузке Свойства П-образного фильтра общеизвестны (см. напри­ мер, [26]), и в табл. 1.8 приведены основные формулы для расчета одного звена такого фильтра, а также неко­ торых его модификаций.

Режим с гармонической «формой напряжения обеспечи­ вается первым звеном П-образного фильтра при достаточно

повых передатчиках [18]. Увеличение добротности QK свыше 3—5 вряд ли целесообразно, так как при таком уве­ личении сужается полоса пропускаемых частот, схема ста­ новится чувствительной к изменениям реактивных элемен­ тов и реактивных параметров транзистора, ухудшается к. п. д. трансформатора (см. формулу для цт в табл. 1.8), хотя при этом улучшается фильтрация гармоник.

в сопротивление формирующего контура Л?! обычным П- образным фильтром (рис. 1.29, а) или П-образным фильтром с улучшенной фильтрацией (рис. 1.29, б). Иногда для уп­ рощения схемы используется лишь одна Г-образная ячей­ ка П-фильтра (Q = 0 при R0 — Ry). Тогда эта схема пре­ образуется в схему, показанную на рис. 1.29, в, аналогич­ ную схеме обычного П-образного фильтра, или П-образ-

ного фильтра с последовательным контуром (рис. 1.29, г). Значения коэффициента фильтрации по току kt указаны на этих рисунках.

При определении амплитуды тока Л/-ІІ гармоники в на­ грузке / # н необходимый для расчета ток на входе трансфо­ рмирующей схемы определяется по следующим формулам:

пряжения на индуктивности L или /_2 косинусоидальным импульсом с углом отсечки я — в .

Рассмотрим специфические особенности схем оконечных каскадов передатчиков различных диапазонов волн.

Схемы оконечного каскада с дополнительным последо­ вательным контуром (рис. 2 в табл. 1.8 или рис. 1.29, г) типичны для передатчиков декаметровых и метровых диа­ пазонов малой и средней мощности, где отсутствует спе­ циальное фильтрующее устройство в антенне и вся фильт­ рация возлагается на коллекторную цепь. Эти передатчики обычно работают в широком диапазоне рабочих частот, что требует перестраиваемого элемента в фильтре (L или Сф ). С помощью такого элемента настраивается контур, а также компенсируются изменения реактивной части сопротив­

= L - f £-п + ^ф> ч т о в метровом и дециметровом диапа­ зонах (УКВ и ДМВ) облегчает задачу конструктивного вы­ полнения этой индуктивности как сосредоточенного эле­ мента схемы. Пример практической схемы выходного ка­ скада приведен на рис. 1.30.

Усилители, работающие в узком диапазоне частот на метровых и дециметровых волнах, обычно не имеют перест­ раиваемых элементов и выполняются по схемам, показанным

схем. Здесь для уменьшения влияния выводов обычно ис­ пользуется бескорпусный транзистор, а отвод тепла от него

осуществляется через общий корпус, с помощью которого герметизируется и охлаждается весь каскад или даже не­ сколько каскадов (рис. 1.31). Габариты такого устройства незначительно превышают габариты обычного транзистора соответствующей мощности. В диапазоне частот свыше 1 ГГц сосредоточенные индуктивности и емкости трудно выполнить, даже используя такую технологию, и здесь пе-

г г9оз

ЗО-гЗООлФ

_ ЬОмкГ 5ІОмІ500тГ 250м\ \г0вт;ЗНГц

ЗОВ

Рис. 1.30. Пример практической схемы выходного каскада декаметрового пере­ датчика. Заземлен коллектор. Настройка антенны осуществляется емкостью С.

реходят к системам с распределенными параметрами, где реактивные элементы контура и блокировочные элементы (дроссели) выполнены на полосковых линиях.

В мощных транзисторах метрового и тем более СВЧ диа­ пазонов сопротивление индуктивности вывода коллектора и индуктивности общего вывода может стать соизмеримым с сопротивлением нагрузки. В грубом приближении дей­ ствие этих индуктивностей и емкости коллекторного пере­ хода Сй можно учесть, если рассматривать их как линейный Г-образный трансформатор, включенный между внешними клеммами транзистора и коллекторным переходом. На­ грузка, которую нужно подключить к внешним клеммам с учетом действия этого трансформатора, должна быть такой, при которой сопротивление у коллекторного перехода для первой гармоники тока было бы равно расчетному Za(co). Отметим сугубо приближенный характер этой поправки по следующим причинам: трансформатор в данном случае имеет нелинейный реактивный элемент С к , причем значения ин­ дуктивностей выводов редко известны достаточно досто­ верно; при таком пересчете не учитывается действия высших гармоник и обратной связи через индуктивность общего вывода.

Цепи связи между каскадами. Связь между каскадами осуществляется с помощью реактивных четырехполюсников, которые позволяют трансформировать сопротивление входа

0,5-1,8 1,7-ЮпФ

последующего каскада в сопротивление нагрузки, требуемое для получения нужной мощности в предыдущем каскаде.

В отличие от контура оконечного каскада здесь при до­ статочно высоких коэффициентах усиления по мощности Кр целесообразно иметь уменьшенные значения к. п. д. кон­ тура, что обеспечивает большую устойчивость работы уси­ лителей.

Для трансформации импедансов могут быть использо­ ваны высокочастотные трансформаторы с взаимно индук­ тивной связью или связью через длинную линию, а также трансформирующие четырехполюсники из реактивных эле­ ментов,

Применение трансформаторов характерно для широко­ полосных или широкодиапазонных передатчиков вплоть до частот 100—200 МГц. В передатчиках узкого диапазона частот обычно используют более простые в конструктивном отношении четырехполюсники из реактивных элементов. Их применение весьма целесообразно также в диапазоне СВЧ, где реактивные элементы транзистора учитываются как часть элементов согласующего четырехполюсника.

Для этой цели наиболее удобна Т-образная схема со­ гласования (табл. 1.9), в которой индуктивности выводов транзисторов соединяются последовательно с реактивными элементами трансформатора. Число ячеек фильтра при этом остается минимальным, чем объясняется простота расчета и настройки. При рассмотрении цепей межкаскадных свя­ зей требования к фильтрации высших гармоник обычно не учитываются, однако ясно, что возможна неблагоприятная форма возбуждения последующего каскада, при которой к. п. д. его коллекторной цепи будет занижен. С этой точки

нического тока.

При построении многокаскадного усилителя встает важ­ ная проблема обеспечения стабильности его работы при из­ менении параметров транзисторов. Такие изменения воз­ можны при изменении температуры или из-за технологи­ ческого разбрсса параметров. В линейке многокаскадного усилителя эти изменения могут накапливаться, в резуль­ тате чего усилитель может оказаться неработоспособным.

Если каскады работают в перенапряженном режиме, то при изменении параметров транзисторов выходная мощ­ ность практически не изменяется, так "как напряжение на коллекторе выходного каскада определяется величиной на­ пряжения коллекторного питания Е1{. Достаточно лишь иметь запас в величине возбуждения, чтобы при всех изме­