КОЛЛЕКТОРНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Модулирующее напряжение U cos t включают последовательно с источником EПМОЛ - напряжением в цепи коллектора (или анода), определяющего режим молчания:
где m=U /EПМОЛ. |
EП ( t)= EПМОЛ+ U cos t= EПМОЛ(1+mcos t) (18) |
|
|
iА |
|
|
iБ |
iК |
|
iC |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
IБ n |
|
|
|
I |
|
|
Uω |
|
|
|
|
|
|
|
||
Uω |
А n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СБЛ С |
СБЛ А |
|
|
СБЛ Б |
СБЛ К |
|
|
|
-ЕБ |
|
U |
||
-ЕС |
I |
|
U |
IК Ω |
||
Ω |
Ω |
Ω |
||||
|
А |
|
|
|
||
|
СБЛ Ω |
IА0Н |
|
СБЛ Ω |
IК0Н |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
+Е |
|
|
+ЕКН |
|
а |
|
АН |
|
б |
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 1. Схемы генераторов с анодной и коллекторной амплитудной модуляцией
1
iА
IMA МАКС =
=IMA НОМ
Анодная модуляция (m = 1)
θМАКС = 90°
ГВВ
θ = 90°
(m = 0)
ЕА
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЕА НОМ |
2Е |
|
||||
|
(EПМОЛ) |
А НОМ |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
Рис.2. |
|
|
|
|
|
На рис.2 показаны ДХ анодного тока лампы при использовании её в ГВВ без модуляции в оптимальном режиме и для максимального режима при использовании этой лампы в генераторе с анодной модуляцией. Как видно из ДХ, при анодной модуляции лампа переиспользуется по напряжению в 2 раза.
2
Определим СМХ при изменении напряжения ЕП при постоянных значениях остальных параметров (UВХ, ЕС, , RН - const).
Применяем ПР (рис. 5, а), в ПР токи IК1, IК0 возрастают пропорционально напряжению ЕП, а в HP почти не меняются. ПР характеризуется большими IВХ1, IВХ0, значит большими PВХ1 и РВХРАС. и тяжелым режимом АЭ и низким KP.
НР
ПР НР
ПР НР
Рис. 5. Статические модуляционные характеристики усилителя мощности при коллекторной модуляции токов (а), КПД (б) и мощностей (в)
3
Рис.5.2. Временные диаграммы анодных напряжений и тока при анодной модуляции
* параметры с нижним индексом т соответствуют режиму молчания |
4 |
|
Можно ослабить режим и уменьшить входной ток IВХ1, если использовать
автоматическое смещение Ес=–IВХ0Rс за счет входного тока. Можно подобрать такую
величину RC в цепи сетки, при котором СМХ IА1(ЕА) будет близка к прямой линии, и для её построения достаточно воспользоваться двумя точками:
IА1 = IА1МАКС и IА1 = 0.
СМХ постоянной составляющей анодного тока IА0(ЕА) также спрямляется. Кроме того, автоматическое смещение уменьшает сеточный ток (рис.6.). Модуляция получается комбинированной, так как в ПР меняются два напряжения: принудительно
ЕП и автоматически ЕС.
IА1, IС0 
IС0МАКС РЕЖ
IС0МОЛ
IС0МИН РЕЖ
0
IА1
ПР НР
Без авто- смещения
С автосмещением
IС0 |
ЕА |
ЕАМОЛ ЕА МАКС |
|
Рис. 6 а |
1 |
|
2 МАКС СС |
|
|
LБЛ |
RC |
|
CС |
СБЛ Ω |
|
|
|
–ЕИСТ СМ |
|
Рис. 6 б |
||
R |
|
1 |
C |
|
СС |
|
|
|
Для уменьшения частотных искажений при модуляции
U автосмещение должно быть ВОЗБ безинерционным, т. е.
CСRС<<1/ МАКС,
для ВЧ составляющих входного тока СС RС>>1/
где СС – емкость, шунтирующая RC. Емкость СБЛ должна иметь
малое сопротивление для наинизшей модулирующей частоты МИН
CБЛ RС>>1/ МИН.
5
Энергетические соотношения при КМ. Считаем СМХ токов в ПР линейными. Коэффициент использования коллекторного напряжения
=UН/EП=IKRН/EП=сonst в области ПР и
пропорционально 1/EП в области HP (рис. 5, |
НР |
б). |
|
Коэффициент формы коллекторного тока |
|
g1( )=IK1/IK0=const, |
ПР НР |
и КПДЭ=0,5g1( )
меняется от EП так же, как от EП (сonst в области ПР). Зависимости Р0(EП), Р1(EП) и РРАС(EП) в ПР имеют
вид парабол I .
ВHP мощность Р1=const, а Р0, РРАС растут линейно
сростом EП (рис. 5, в).
НР
ПР НР
6
Для лучшего использования АЭ рекомендуют максимальный режим совмещать с
КР, а режим молчания – с серединой линейного участка СМХ IKl(Eп). |
|
|
|||
При m=1 следует брать: |
IА1МАКС |
|
IА1 |
|
|
|
|
|
|||
EП МАКС=EП КР, |
|
ПР |
|
|
|
|
|
НР |
|
||
EП МОЛ=0,5 EП МАКС. |
|
|
|
|
|
IА1МОЛ |
|
РТ |
|
|
|
Угол отсечки IK в КР выбирают =70...90°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД в максимальном режиме высокий Э МАКС~0,7 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
и при модуляции не меняется. |
|
ЕПМОЛ ЕП КР |
ЕА |
||
|
|
||||
Это важное преимущество КМ по сравнению с модуляцией смещением и |
|
||||
усилением модулированных колебаний. |
|
|
|
|
|
Определим мощности, отдаваемые источником питания EПМОЛ и модулятором в |
|||||
цепь коллектора. |
|
|
|
|
|
Поскольку характеристики IК1(EП), IК0(EП) линейные и проходят через начало |
|
||||
координат, то коэффициенты модуляции по току и по напряжению равны, |
|
||||
IK1=IK1МОЛ+mIK1 МОЛ cos t=IK1 МОЛ (1+m cos t); |
|
|
|
|
|
IK0=IK0 МОЛ +mIK0 МОЛ cos t=IK0 МОЛ (1+m cos t); |
(19) (20) |
7 |
|||
Мощность потребляемая от ЕПМОЛ определяется постоянной составляющей IK, усредненной за период модулирующего сигнала, но IK0МОЛ=IK0 МОД и поэтому
Р0ИСТ=Р0 МОЛ=IK0 МОЛ ЕП МОЛ |
(21) |
Мощность, потребляемая от модулятора, равна |
|
Р =0.5I U =0.5m2 Р0МОЛ, |
(22) |
т. е. того же порядка, что и мощность, потребляемая от источника постоянного
напряжения EПМОЛ. |
|
|
|
|
|
|
|||
Недостаток коллекторной модуляции – необходим мощный модулятор. |
|||||||||
При модуляции Э=const, поэтому мощности Р0МОД, РРАСМОД связаны с |
|||||||||
мощностями в режиме молчания так же, как Р1 МОД |
с |
Р1 МОЛ: |
|
||||||
Р |
0МОД |
= Р |
0МОЛ |
(1+0.5m2) |
Р |
= Р |
0 МОЛ |
(1+m)2 |
|
|
|
|
0МAX |
|
|
|
|||
РРАС МОД = РРАС МОЛ (1+0.5m2) |
РРАС МAX =РРАС МОЛ (1+m)2 |
(23) (24) |
|||||||
В максимальном режиме РРАС МAX наибольшая, однако этот режим при модуляции кратковременный и нагрев определяется мощностью, усредненной за период модуляции РРАСМОД, поэтому следует проверять выполнение условия
РРАС МОД РА,К МAX |
(25) |
|
8 |
Выбор АЭ различен для ламп и VT.
В электронных лампах допускается кратковременное превышение номинального анодного напряжения до 4 раз. Поэтому для ламп выбирают ЕПМОЛ=ЕПНОМ. При этом в максимальном режиме ЕПМАКС=ЕПНОМ(1+m), т.е. при m=1 напряжение на аноде составляет 2 ЕПНОМ, а пиковое 4 ЕПНОМ.
При напряжении ЕПМОЛ=ЕПНОМ средняя мощность РРАСМОД, рассеиваемая анодом лампы, равна 0,75PА MAX.
Для транзистора опасны даже кратковременные превышения мгновенных значений напряжения UКЭ и тока IК по сравнению с максимально допустимыми значениями.
Поэтому номинальная мощность транзистора должна соответствовать мощности в максимальном режиме: Р1НОМ=P1МАКС, EПНОМ=ЕПМАКС.
Мощность НЧ сигнала P ,, которую должен обеспечить модулятор, нагруженный
на коллекторную цепь АЭ, соизмерима с Р0МОЛ и Р1МОЛ.
При такой P необходим высокий КПД модулятора, чтобы не ухудшить общий КПД всего передатчика.
9
Минимум нелинейных искажений обеспечивается, если модулятор выполнить по двухтактной схеме, и при этом его АЭ работают в HP с углом отсечки IK М=90°. Выход модулятора делают трансформаторным. ( М=0,5 g1( М) Т М )
Мощность PM0, потребляемая модулятором, с учетом КПД трансформатора Т=0,9 и КПД модулятора М МАКС=0,7 равна
PM0 mP0МОЛ.
Т.е. в режиме молчания при m=0 и PM0=0. Общий КПД (модулятор + модулируемый):
|
[общ] |
P1[мол] |
|
|
|
P1[мол] |
|
|
|
|
P1[мод] |
|
; |
|||||||||||
|
P [ист] |
P |
[мол] P |
|
0 |
P [мол](1 m) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
M |
|
|
0 |
|
|
||||
|
С учетом Р |
0ИСТ |
=Р |
0МОЛ |
=I |
K0 МОЛ |
Е |
П МОЛ |
и Р =0.5I |
|
U |
|
=0.5m2 Р находим |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0МОЛ |
|
|
||||||||
|
[общ] |
P [мол](1 0.5m2 ) |
|
'Э |
[мол](1 0.5m2 ) |
; (26) |
||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
P [мол](1 т) |
|
|
|
|
|
|
(1 т) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
P [мол] |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
'Э [мол] |
|
1 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
P0 [мол] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Общий КПД зависит от глубины модуляции, так, с увеличением m КПД падает.
10
Для среднестатистического m=0.3 ОБЩCР 0.56, что выше, чем при модуляции смещением, поэтому КМ несмотря на большую мощность модулятора, реализуют в выходном каскаде РПУ.
Особенность модулируемого каскада в том, что в цепи коллектора последовательно с постоянным напряжением ЕПМОЛ подают напряжение U с выхода модулятора и в дополнительных требованиях к блокировочным элементам.
Рис. 7. Влияние коэффициента модуляции на энергетические соотношения при КМ
11