3.2. Исследование транзисторного Генераторас внешним возбуждениемсо сложной схемой выхода(Лабораторная работа №2)

Цель работы: изучить принципы построения и работы выходных колебательных систем ГВВ; исследовать нагрузочные и настроечные характеристики усилителя мощности со сложной НКС.

Основные теоретические сведения

Рекомендуется предварительно ознакомиться с основными теоретическими сведениями к лабораторной работе №1 «Исследование транзисторного ГВВ с простой схемой выхода» (с. 23-27).

Сложная схема выхода обычно представляется в виде системы двух связанных контуров – антенного с элементом настройки Х_Н и промежуточного (коллекторного). В качестве элемента связи между контурами могут выступать конденсатор (как, например, в схеме, представленной на рис. 3), катушка индуктивности или взаимная индуктивность между катушками двух контуров.

Сопротивлением связи между контурами Х_СВ определяется сопротивление Z_BH, вносимое антенным контуром в промежуточный:

Z_BH=X_CB²/Z_АК, (12)

где Z_АК=r_АК+jX_АК – комплексное сопротивление антенного контура с составляющими r_АК=r_А+r_Н+r_СВ и X_АК=X_А+X_Н+X_СВ.

При настройке антенного контура в резонанс, когда Х_АК=0, вносимое сопротивление Z_ВН=r_ВН=X_СВ²/r_АК будет чисто резистивным.

Эквивалентное сопротивление настроенного в резонанс промежуточного контура определяется выражением

R_ПК=р²ρ_ПК²/(r_ПК+r_ВН)= р²ρ_ПКQ_Н, (13)

где ρ_ПК и r_ПК – характеристическое сопротивление и сопротивление потерь промежуточного контура, а Q_Н=ρ_ПК/(r_ПК+r_ВН) – добротность нагруженного промежуточного контура.

Вводя понятия КПД промежуточного _ПК=r_ВН/(r_ПК+r_ВН) и антенного η_АК=r_А/r_АК контуров, можно найти мощность Р_А, отдаваемую в антенну, при известной мощности Р₁, отдаваемой АЭ в промежуточный контур, по формуле

P_А=P₁η_ПКη_АК. (14)

Преимущества сложной НКС перед простой заключаются в существенно лучшей фильтрации высших гармонических составляющих, в возможности получения более широкой полосы пропускания (при одинаковой добротности контуров) и в более простой процедуре настройки схемы. Обычно используют следующий порядок настройки сложной НКС.

Вначале устраняется связь между контурами, и промежуточный контур настраивается в резонанс. Поскольку при Х_СВ=0 вносимое сопротивление в соответствии с (12) становится равным нулю и эквивалентное сопротивление промежуточного контура согласно (13) существенно возрастает, АЭ ГВВ переходит в заведомо перенапряженный режим. Поэтому настройку контура в резонанс можно контролировать, измеряя постоянную составляющую коллекторного тока.

Установив связь между контурами минимальной, но обеспечивающей возможность регистрации тока в антенне (антенном контуре), изменением сопротивления Х_Н антенный контур настраивается в резонанс по максимуму тока в контуре. Если на первом этапе не было возможности установить нулевую связь между контурами, то при настройке антенного контура произойдет расстройка промежуточного контура за счет изменения реактивной составляющей вносимого сопротивления. В этом случае может понадобиться повторная настройка сначала промежуточного контура (при уменьшенной связи), а затем антенного контура.

Изменением связи между контурами добиваются максимального значения тока в антенне, достижение которого и будет означать окончание процедуры настройки НКС ГВВ.

Необходимо иметь в виду, что АЭ ГВВ в результате подбора оптимальной связи переходит в слегка недонапряженный режим. Как уже отмечалось, при отсутствии связи между контурами АЭ ГВВ работает в перенапряженном режиме, отдавая некоторую мощность, которая целиком поглощается в промежуточном контуре. В антенный контур мощность, естественно, не поступает. При увеличении Х_СВ мощность Р₁, отдаваемая АЭ, возрастает, достигая максимума при Х_СВ=Х_СВкр, когда ГВВ будет работать в граничном режиме. При дальнейшем увеличении связи ГВВ переходит в недонапряженный режим, что сопровождается снижением мощности Р₁. Но часть этой мощности Р_А, поступающая в антенный контур, зависит от КПД промежуточного контура, который монотонно растет с увеличением Х_СВ за счет роста r_ВН. В результате максимум мощности Р_А достигается при оптимальной связи, для которой Х_СВ=Х_СВoпт, причем Х_СВопт>Х_СВкр. При этом ГВВ работает в недонапряженном режиме.

Если работа генератора в недонапряженном режиме по каким-либо причинам нежелательна или недопустима, например, при амплитудной модуляции на выходном электроде (см. п. 3.4. Исследование коллекторной амплитудной модуляции), связь между контурами необходимо снизить до Х_СВкр или сделать еще меньше. Об изменении режима работы генератора можно судить по изменению (в процессе настройки Х_СВ) постоянной составляющей коллекторного тока транзистора.

Литература для самостоятельной подготовки: [1; 2, гл. 1.1-1.6, 2.3; 4, гл. 2.1-2.9, 2.12-2.14, 2.16, 3.1-3.3, 3.9; 6; 7(5), гл. 1-5].