6.3 Транзисторные пч

Управление крутизной транзистора возможно при различных вариантах включения источников и (рис.6.6).

Рис.6.6

Последовательное включение источников и с переходом транзистора менее предпочтительно, чем включение в цепь различных электродов. Электрическая изоляция цепей сигнала и гетеродина спо­собствует уменьшению взаимосвязи настроек контуров, вследствие изменения реактивных сопротивлений и устранению просачивания колебания гетеродина в антенну РПУ. Для уменьшения взаимосвязи настроек це­лесообразно повысить , либо использовать преобразование на гармониках гетеродина.

В простейших ПЧ наилучшие результаты дает схема с включением сиг­нала в цепь базы (затвора), а гетеродина - в цепь эмиттера (истока). При этом транзистор по сигналу включен по схеме с общим эмиттером, а по гетеродину - с общей базой.

ПЧ на полевом транзисторе представлен на рис.6.7.

Рис.6.7

Рис.6.8

Проходная характеристика полевого транзистора (рис.6.8,а) хорошо аппроксимируется выражением

, (6.21)

откуда крутизна проходной характеристики (рис.8.9,б)

, (6.22)

где - максимальная крутизна при токе насыщения ;

- напряжение отсечки.

Рабочая точка (точка А на рис.6.8,б) может быть выбрана на середине линейного участка, однако этот режим с энергетической точки зрения, как известно, невыгоден из-за малого КПД. Более экономичным режимом работы является режим с отсечкой выходного тока. На рис.6.8,б U_o – напряжение, соответствующее рабочей точке.

Напряжение затвор-исток равно

.

Будем считать, что , тогда

. (6.23)

На границе отсечки тока стока выполняется соотношение

,

откуда находим напряжение смещения , необходимое для получения угла отсечки :

. (6.24)

Из (6.22) с учетом (6.23) и (6.24) получаем

. (6.25)

Представим (6.25) в виде ряда Фурье

, (6.26)

где

(6.27)

представляют собой k-е гармоники изменения крутизны транзистора по закону сигнала гетеродина.

Выражение (6.27) можно записать в следующем виде

, (6.28)

где - функции Берга (рис.6.9).

Анализируя рис.6.9 можно установить, что при преобразовании на гармониках гетеродина максимальное значение амплитуды отклонения крутизны от среднего значения имеет место при некотором оптимальном значении угла отсечки . Следовательно, для получения максимального коэффициента преобразования необходимо соответствующим образом выбирать режим работы смесителя по постоянному току.

Рис.6.9

Оптимальный угол отсечки равен

. (6.29)

При преобразовании на первой гармонике гетеродина , что имеет место при

. (6.30)

Внутренние параметры транзисторных ПЧ связаны с Y-параметрами в усилительном режиме соотношениями:

, (6.31)

, (6.32)

, (6.33)

. (6.34)

Схема ПЧ на двухзатворном полевом транзисторе типа КП306 показана на рис.6.10. Сигнальное колебание через входной широкополосный трансформатор T₁ подводится к первым затворам VT₁ и VT₂. Гетеро­динное колебание через разделительные емкости C_p управляет крутизной транзисторов. Балансировка структуры производится по вторым затворам резистором R₃=100 кОм. Пара транзисторов нагружена на выходной контур, с которого напряжение преобразованной частоты через выходную обмотку трансформатора T₂ подается в тракт промежуточной частоты.

Рис.6.10

Рис.6.11

Схема ПЧ на основе усилительного каскада на биполярном транзисторе показана на рис.6.11. Транзистор VT выполняет роль смесителя. Сигнальное колебание через входной контур поступает на базо-эмиттерный переход VT , к которому со стороны эмиттерной цепи подводится гетеродинное напряже­ние . В результате нелинейного преобразования образуются комбинационные частоты, которые усиливаются и поступают в коллекторную цепь. В контуре L_п.чC_п.ч выделяется полезная состав­ляющая преобразования, а все остальные продукты преобразования, вклю­чая сигнальное и гетеродинные колебания, подавляются. Базовый дели­тель R_б1, R_б2 совместно с R_э1 и R_э2 устанавливают положение рабочей точки VT, соответствующей оптимальному режиму преобразования. Расчет элементов преобразователя не отличается принципиально от расчета усилительного тракта и выполняется с учетом снижения крутизны проходной характеристики.

В радиовещании наибольшее распространение получили ПЧ, на основе транзисторных перемножителей. Схема ПЧ на основе транзисторного перемножителя имеет вид рис.6.12.

Рис.6.12

Транзисторы VT₁ и VT₂ образуют дифференциальную пару, а транзисторVT₃ является источником тока. Режим работы дифференциальной пары задается резисторами R₄, R₃ и VT₃, режим работы которого определяется R₁, R₂, R_э. Трансформаторы T₁ и T₂ обеспечивают подачу перемножаемых колебаний в цепи дифференциальной пары и управляемого источника соответственно. Нагрузкой дифференциального усилителя служит контур L_кC_к, настроенный на промежуточную частоту. Катушка L_к является первичной обмоткой трансформатора T₃, а выходное напряжение снимается через вторичную обмотку трансформатора L_св. Заметим, что выходное напряжение может сни­маться и несимметрично относительно общей точки, т.е. с одного из коллекторов транзисторов дифференциальной пары, однако в этом случае оно будет содержать дополнительные комбинационные составляющие.

При симметричном выходе коэффициент передачи удваивается и в спектре выходного сигнала отсутствует составляющая с частотой сигнала.

Рис.6.13

В качестве смесительных секций преобразователей частоты примене­ние находят и интегральные схемы - дифференциальные каскады типа К175УВ2, К175УВ4 и перемножители К174ПС1, К525ПС1, К525ПС2 и др., основу которых составляет двойной балансный перемножитель (рис.6.13).