курсач / материалы / Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

Полная генерируемая мощность

уменьшается в У 2 раз (см. гл. 3).

Коэффициент использования источника питания коллектора

rfleSKp — крутизна линии критического режима (определяется по выходным характеристикам транзистора, см. рис. 8.2); ах = ф (0К) — коэффициент разложения косинусоидального импульса для пер­ вой гармоники, определяется по таблицам А. И. Берга.

где а0— коэффициент разложения, для постоянной составляющей

342

Коэффициент усиления транзистора по току, включенного в схе­ ме с ОБ, на частоте f

А.И. Берга.

Амплитудное значение напряжения возбуждения на базе тран­

схемы с ОЭ.

Напряжение смещения в цепи базы, обеспечивающее угол от­ сечки тока эмиттера,

Для маломощных германиевых транзисторов <р = 0,1...0.2 В; для кремниевых транзисторов ср = 0,5... 1,0 В.

Чтобы проверить правильность расчета амплитуды импульсов тока эмиттера, по статическим выходным характеристикам опреде­

импульс не обеспечивается, необходимо несколько увеличить ИЪ;, и повторить расчет по формулам (8.15) и (8.16). Коэффициент обрат­ ной связи

Исходные данные-, активная составляющая генерируемой мощ­ ности Раг = 5 мВт, частота генерируемых колебаний ) = 210 МГц.

Расчет

1. Выбираем транзистор ГТ313Б. Параметры транзистора: гра­ ничная частота усиления тока базы /гр = 700 МГц. Постоянная

313

времени цепи обратной связи тк = 40 пс. Емкость коллекторного перехода Ск = 2,5 пФ. Коэффициент усиления по току в схеме с об­ щей базой на низкой частоте/i2tB — 0,98. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе Рктах = 100 мВт. Максимальное на­ пряжение между коллектором и эмиттером UK3 max = 15 В. Минимальное напряжение между коллектором и эмиттером t/Kg mln=

. = 0,2 В. Максимальное прямое £/бэтах = 0,65 В.

2. По входным характеристикам транзистора находим напряже­ ние среза ср = 0,35 В.

По выходным характеристикам транзистора определяем Крутиз­ ну линии критического режима SKP = 30 мА/B.

3. Задаемся режимом работы транзистора: напряжение коллек­ тор — эмиттер принимаем ЕП1 = 5 В; ток коллектора /к = 3 мА.

4. Для выбранного режима работы и требуемой частоты генера­ ции рассчитаем параметры, необходимые для энергетического рас­ чета гетеродина.

Предельная частота усиления для схемы с ОБ

/Л21б = 1,6/гр = 1,6 • 700 = 1,1 ГГц.

Граничная частота по крутизне проходной характеристики тран­ зистора

Ml ~/гР —= 700^- =128 МГц, .

Усредненное время движения носителей тока между переходом (время дрейфа)

<др = 1/2лД21б = 1/6,28 • 1,1 . Ю9 = 1,45 • 10~10 с.

Низкочастотное значение параметра У21э = 100 мА/B. Значение параметра |У21| на частоте генерации 210 МГц

| Уи1 = y2J8/V ПНЖГГ2 = 100/V1 4-(210/128)2 = 51 мОм.

5. Выбираем критический режим работы гетеродина. Угол отсеч­ ки коллекторного тока 0к = 90°.

По таблицам А. И. Берга находим коэффициенты постоянной со­ ставляющей и первой гармоники импульсного коллекторного тока сс0 = 0,319, = 0,5.

6. Полная генерируемая мощность согласно (8.1)

Рг = 5/cos 59° = 9,75 мВт,

Фк = —arctg (//Mi) = —arctg (210/128) = —59’.

7.Коэффициент использования коллекторного напряжения (8.2) g=l-2. 9,75 • 10-3/(52 • 30 • Ю-3 • 0,5) = 0,95.

8.Амплитуда переменного напряжения на контуре (8.3) UM

=0,95 • 5 = 4,75 В.

344

9. Амплитуда первой гармоники тока коллектора (8.4) /К1 =

=2 • 9,75 • 10-3/4,75 = 4,1 мА.

10.Модуль эквивалентного сопротивления нагрузки генератора (8.5) Z3 Кр = 4,75/4,1 • 10-3 = ИЗО Ом.

11.Амплитуда импульса тока коллектора (8.6) /ки = 4,1/0,5=

=8,2 мА.

12.Постоянная составляющая тока коллектора (8.7)/к = 8,2 X X 0,319 = 2,6 мА.

13.Мощность, потребляемая от источника питания, (8.8) Рп =

=2,6 • 10-3 • 5 = 13 мВт.

14.Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, (8.9)

Рк — 13 — 5 = 8 МВт < РК max-

15. Угол отсечки тока эмиттера (8.10)

= 9К - ФдР = 90° - 10,8° = 79,2°,

где <ряр = со/Др = 6,28 • 210 • 10е • 1,45 - Ю"10 = 0,19(10,8°). По таблицам А. И. Берга находим аоэ = 0,28, а,., = 0,47.

16. Коэффициент усиления транзистора по току на частоте ге­ нерации (8.11) Л21б = 0,98/}/1 + (210 /1100)2 = 0,96.

17. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера (8.12) /Э1 =

=4,1/0,96 = 4,3 мА.

18.Амплитуда импульса тока эмиттера (8.13) /Эи = 4,3/0,47 =

=9,2 мА.

19.Амплитуда напряжения возбуждения на базе на частоте ге­ нерации (8.14)

20.Коэффициент обратной связи (8.17) «св = 0,225/4,75 = 0,05.

21.Напряжение смещения, обеспечивающее угол отсечки тока эмиттера, (8.15) Еп2 = 0,35 + 0,225 • 0,2 = 0,395 В.

22.Проверяем по (8.16), может ли быть обеспечен импульс эмит-

Расчет колебательной системы автогенератора

! Исходными данными для расчета элементов схемы автогенерато­ ра являются: частота автоколебаний f (или диапазон частот), коэф­ фициент обратной связи /<св, модуль эквивалентного сопротивления контура 2экр и его фазовый угол <рк, добротность ненагруженного контура Qo, напряжение на нагрузке 1/н и ее параметры (обычно про­ водимость gH и емкость Сн).

Для расчета будем использовать эквивалентные схемы колеба­ тельных контуров с учетом входных и выходных параметров тран­ зисторов и параметров нагрузки (рис. 8.3).

345

Для определенности будем полагать, что напряжения даны в дей­ ствующих значениях, тогда t/x = i7Ka//2 и U2 —

Для всех трех схем справедливы соотношения: m6 =

тк — UilUo, tnH — UB/U0, где m6, mK, mH—коэффициенты вклю­ чения контура в цепи базы, коллектора и нагрузки соответственно.

Коэффициент обратной связи определяется как /<Св — U2/U1 ~

— тб/тк, а коэффициент передачи напряжения в нагрузку равен

К.а — Uп !UI = тц!tn к.

Рис. 8.3. Эквивалентные схемы конту­ ров гетеродинов с автотрансформа­ торной (а), трансформаторной (б) и емкостной обратной связью (в).

Из энергетического расчета известны КС8, Za кр и <рк. При этом эквивалентная проводимость контура между точками эмиттер— коллектор, необходимая для обеспечения критического режима, определяется выражением

Величины Ксв и g3 кр позволяют однозначно определить все коэффи­ циенты включения и, следовательно, полностью рассчитать элемен­ ты схемы.

Действительно, для любой из рассматриваемых схем (рис. 8.3), эквивалентную проводимость контура без учета выходной проводи­ мости транзистора g22 можно записать в виде gK = 'g(, 4- m|gu +

346

После этого определяют: m6 = /(CBmK; tnn = Кптк. В вы­ ражение для тк (8.20) входит собственная эквивалентная проводи­ мость контура, определяемая выражением

где С — полная емкость контура, которой обычно задаются в начале расчета; Qo — добротность ненагруженного контура; и — угловая частота автоколебаний, причем при малых расстройках в данном случае можно полагать со & со0.

Для схем на рис. 8.3, а, б полную емкость контура находим как

С = С'о + + т,<С’22 + т1Си + См, (8.22)

где Со — собственная емкость контура; Сп, С22 — входная и выход­ ная емкости транзистора, определяемые мнимыми частями /-пара­ метров на частоте /; Сн — емкость нагрузки; См— емкость монтажа.

Для дальнейших расчетов необходимо знать эквивалентную доб­ ротность контура с учетом вносимых потерь, т. е.

После этого определяют собственную частоту контура ю0, пол­ ную индуктивность L и остальные элементы схемы.

В качестве примера приведем порядок расчета элементов коле­ бательной системы некоторых схем гетеродинов.

Элементы гетеродина с автотрансформаторной обратной связью (рис. 8.3, а) рассчитывают так. Задаются полной емкостью контура согласно (8.22), в которой

tn5 = LJL-,. тк = (La 4- Ls)/L; ms = La/L;

ра по (8.21). При малых расстройках контура можно принять ю «

«(Оо. Добротность ненагруженного контура Qo = 80...200. Эквивалентную проводимость контура между точками эмиттер —

Л7

Собственную емкость контура находят из (8.22):

Если значение емкости Со окажется нереальным — отрицательным или слишком малым, следует применить контур с более высокой добротностью Qo и повторить расчет.

Для определения эквивалентной добротности контура Qe ис­ пользуют выражение (8.23). Собственная частота контура

где а — —tg <р„ аз 20Q, (/ — /0)//0 — обобщенная расстройка кон­ тура.

Теперь рассчитывают полную индуктивность контура

Расчет схемы гетеродина с трансформаторной обратной связью (см. рис. 8.1, а, 8.3, б) аналогичен приведенному. Выражения для коэффициентов включения, коэффициента обратной связи и коэф­ фициента передачи в этом случае имеют вид:

ив-

Индуктивность катушки обратной связи

При расчете элементов схемы гетеродина с емкостной обратной связью (см. рис. 8.1, в, 8.3, в) также вначале целесообразно задавать­ ся емкостью контура (обычно 10 — 200 пФ). В этом случае расчет аналогичен расчету элементов схемы с автотрансформаторной об­ ратной связью.

348

Выражения для коэффициентовтб, тк, тъ, Кея, Кя в этом слу­

Кея = q/c;; ка = с3/(с; + с8).

Из этих соотношений можно определить все емкости контура:

После этого по формулам (8.29), (8.23), (8.30) и (8.31) находят ga, Qa, /о и соответственно.

8.3.ГЕТЕРОДИНЫ ПРИЕМНИКОВ ДЕЦИМЕТРОВЫХ ВОЛН

Вдециметровом диапазоне колебательными системами чаще все­ го служат коаксиальные, полосковые и объемные резонаторы. Ге­

теродины дециметрового диапазона обычно выполняют по схеме с общей базой (рис. 8.4). Частота генерируемых колебаний такого гетеродина в основном определяется коллек­ торным контуром, изменяя параметры кото­ рого, регулируют частоту гетеродина. Сопро­ тивление контура в цепи база —■ эмиттер оп­ ределяет амплитуду и фазу напряжения на базе, т. е. определяет коэффициент обратной связи. Настройкой этого контура можно из­ менять режим генератора и его полезную

(рис. 8.5). Его контур выполнен в виде полуволнового отрезка несим­ метричной полосковой линии I, смонтированной в камере//и вклю­ ченной в коллекторную цепь транзистора и конденсаторов С1—СЗ. Гетеродин настраивается с помощью конденсатора переменной емкости СЗ. Коллектор транзистора находится под нулевым потен­ циалом. Эмиттер подключен к источнику питания через резистор R1; напряжение к базе транзистора подается через делитель R2, R3. Пунктирной линией выделена цепь автоматической подстройки t частоты гетеродина. Контур в цепи база — эмиттер образован дрос-

349

селем Др1 и емкостью база* — эмиттер транзистора. Конденсатор С6 — разделительный.

В первом приближении можно полагать, что частота генерации совпадает с собственной частотой коллекторного контура. Порядок расчета параметров полуволнового резонатора с конденсатором на­ стройки на разомкнутом конце изложен в гл. 3.

ввиде полуволнового отрезка линии.

Всхеме гетеродина с емкостной обратной связью можно исполь­ зовать четвертьволновую КЗ линию (рис. 8.6). Контур такого гете­

родина состоит из линии I и конденсаторов Cl, С2. Гетеродин на­

Рис. 8.7. Схемы умножения частоты на диодах:

а — параллельная; б — последовательная.

страивают конденсатором переменной емкости С2. Применение четвертьволновых резонаторов позволяет сократить размеры блока. Длину I короткозамкнутого отрезка линии рассчитывают по фор­ муле (3.35), а диапазон перекрытия конденсатора настройки — по формуле (3.36).

В дециметровом диапазоне в качестве гетеродина используют также автогенераторы с кварцевой стабилизацией частоты с после­ дующим умножением частоты. Умножители частоты могут быть вы­ полнены на транзисторах. Расчет транзисторных умножителей час-

350

тоты подобен расчету ламповых при определенных углах отсечки: для удвоителей 0 = 60°, для утроителей 0 = 40°. Однако с повыше­ нием частоты колебаний начинают сильнее проявляться инерционные свойства транзисторов и эффективность умножителей падает.

В последнее время для умножения частоты широко используют полупроводниковые диоды (варакторы), емкость которых нелинейно зависит от обратного напряже­

этих схемах служат для разделения 1-й иn-й гармоник. В параллель­ ной схеме (рис. 8.7, а) фильтры Ф1 и Ф2 должны иметь большое со­ противление для всех частот, кроме основной со1 и частоты п-й

Рис. 8.9. Схема гетеродина с умножением частоты.

гармоники. В последовательной схеме (рис. 8.7, б) фильтры должны иметь малое сопротивление для всех частот, кроме <о± и

На рис. 8.8 приведена структурная схема гетеродина с умноже­ нием частоты. Задающий генератор, стабилизированный кварцем, работает на частотеД. Далее следуют два удвоителя частоты на тран­ зисторах и умножитель на варакторном диоде, на выходе которого Выделяется 3-я гармоника. Связь коаксиального резонатора с дио­ дом и нагрузкой индуктивная, с помощью петель связи. Резонатор Подстраивают конденсатором переменной емкости.

Приведем схему гетеродина с умножением частоты, в которой лД = 0,5 ГГц (рис. 8.9). Схема умножителя последовательная. Фильтры Ф1 и Ф2 настроены на частоты и пД. Фильтр Ф2 представ-

351