3.5. Амплитудная модуляция транзисторных генераторов

В генераторах на транзисторах могут быть использованы те же методы амплитудной модуляции (АМ), что и в ламповых генераторах. Так, аналогом сеточной модуляции смещением являются базовая и эмиттерная модуляции; аналогом УМК в ламповых генераторах в транзисторных генераторах является модуляция изменением амплитуды напряжения (тока) возбуждения на базе; модуляция изменением напряжения коллекторного питания – коллекторная модуляция – является аналогом анодной модуляции, а комбинированные виды коллекторной модуляции подобны двойной анодной и тройной анодной модуляциям.

Транзистор (прежде всего биполярный, который чаще применяется в cхемах с АМ) в условиях его использования при меняющихся значениях токов и напряжений существенно отличается от радиоламп:

  • большой нелинейностью статической характеристики;
  • зависимостью параметров транзистора от уровня токов и напряжений;
  • ограничением допустимых значений напряжений и токов их мгновенными предельными значениям екэmах доп, еэбmах доп, Iкmах доп и др.), тогда как у ламп нормируется прежде всего допустимое напряжение анодного питания, а мгновенное напряжение еатахможет быть значительно больше;
  • заметной зависимостью параметров транзистора от температуры.

Радиовещательные транзисторные передатчики НЧ и СЧ с АМ проектируют на мощность 1...10 кВт (иногда до 50 кВт). При мощности одного транзистора примерно 0,2...0,3 кВт в выходном каскаде передатчика приходится использовать десятки и сотни транзисторов, складываемых с помощью мостов при двухтактном построении блоков и параллельном включении нескольких транзисторов в одном плече блока. При этом возникают дополнительные трудности изза разброса параметров транзисторов, потерь в устройствах сложения и распределения мощности, трудностей согласования малых сопротивлений коллекторной нагрузки, создания выпрямителей, рассчитанных на небольшие напряжения и большие токи, необходимости сложных устройств защиты транзисторов от недопустимых состояний и др. Габаритные размеры транзисторных передатчиков мощностью 10...50 кВт могут оказаться больше, чем размеры равных им по мощности полностью ламповых или комбинированных (лампово–транзисторных) передатчиков.

3.5.1. Базовая и эмиттерная модуляции смещением

При базовой модуляции смещением модулирующее напряжение подается в базовую цепь, а при эмиттерной – в эмиттерную цепь транзистора. Режим работы транзистора при базовой и эмиттерной модуляциях смещением одинаковы, однако, требуемая мощность модулятора при эмиттерной модуляции больше, чем при базовой. Как правило, базовая и эмиттерная модуляции смещением не применяются изза нелинейности модуляционной характеристики, большей, чем у ламп даже при малой глубине модуляции (m≤05÷0,7), и трудных условий работы модулятора. Базовая и эмиттерная модуляции смещением, как и сеточная модуляция смещением в ламповых генераторах, осуществляется в недонапряженном режиме. Для обеспечения линейности модуляционной характеристики угол отсечки коллекторного тока м максимальном режиме принимают равным θк ≈1000÷1200. КПД транзисторного генератора при базовой и эмиттерной модуляциях так же низок, как и при сеточной модуляции смещением. Используют базовую и эмиттерную модуляции смещением большей частью в качестве элемента комбинированной коллекторной модуляции.

3.5.2. Базовая модуляция возбуждением (УМК)

Базовая модуляция возбуждением широко применяется в однополосных радиопередатчиках, при этом особое внимание уделяется линейности модуляционных характеристик. Режим работы транзистора должен быть недонапряженным.. Как известно, линейное усиление колебаний с меняющейся амплитудой возможно, если при изменении амплитуды возбуждения угол отсечки выходного тока остается постоянным, при этом первая гармоника этого тока прямо пропорциональна амплитуде возбуждения. В ламповых генераторах с УМК это имеет место при угле отсечки анодного тока θ = 900 или (реже) 180°. В генераторах на транзисторах при УМК необходимое для заданного угла отсечки напряжение смещения меняется с изменением уровня возбуждения, поэтому постоянство угла отсечки коллекторного тока может быть достигнуто за счет комбинированного смещения при любом выбранном значении θК. Однако удобнее использовать θк ≈ 90°, при котором цепь смещения несколько проще, и к тому же достигается некоторый оптимум энергетических показателей.

3.5.3. Коллекторная модуляция

Самым распространенным методом АМ, применяемым в транзисторных генераторах, является коллекторная модуляция, при которой напряжение питания на коллекторе транзистора изменяется в соответствии с модулирующим сигналом звуковой частоты:

Ек= Екн+ UкΏcosΏt = Екн(1+mк cosΏt)

Iк1= Iкн+ IкΏcosΏt = Iкн(1+mк cosΏt),

где Екн и Iкн напряжение на коллекторе и амплитуда первой гармоники коллекторного тока в режиме несущей частоты, UкΩ и IкΏ – амплитуды модулирующего напряжения и низкочастотной составляющей коллекторного тока звуковой частоты, mк= глубина модуляции в коллекторной цепи.

Обычно модулируемый генератор работает в слабо перенапряженном режиме. Как и анодная модуляция в ламповых генераторах, коллекторная модуляция осуществляется в оконечном каскаде передатчика. Она отличается высокой эффективностью, модуляционная характеристика достаточно линейная при высоком и неизменном КПД на всем ее протяжении. Недостатком коллекторной модуляции, как и анодной, является необходимость в сравнительно мощном модуляторе.

При коллекторной модуляции требуется, чтобы в максимальном режиме транзистор, работающий в слабо перенапряженном или критическом режиме, обеспечивал на выходе мощность Р~max, равную:

Ртр.треб = Р~mах > Кпз∙ Р(1 + m)2к, (3.32)

где ηк КПД колебательного контура, а Кпз=1,051,15 – коэффициент производственного запаса, Р– мощность в режиме несущей частоты.. Для коллекторной модуляции действительны все основные соотношения, полученные для анодной модуляции. Следует, однако, иметь в виду, что в отличие от электронной лампы транзистор не допускает даже кратковременного превышения допустимого напряжения на коллекторе еКЭдоп. Максимальное мгновенное напряжение на коллекторе при модуляции равно:

екmax мах=Eкн(1+m) + ξUкн(1+m).

При ξ≈1 и m=1 екэmax ≈ 4Екн. Известно [5], что транзисторы работают устойчиво при условии, что напряжение между коллектором и эмиттером не превышает величину 2Ек доп, где Ек доп – допустимое напряжение между коллектором и эмиттером. Таким образом, всегда должно выполняться неравенство:

екmax мах ≤ (1+m)Екдоп. (3.33)

Напряжение на коллекторе в максимальном режиме равно:

Екmax = Екн (1+m), (3.34)

где Екн напряжение на коллекторе в режиме несущей частоты.

Если принять во внимание (3.33), т.е. принять Екн равным :

Екн , (3.35)

то мощность, требуемая от транзистора в режиме несущей частоты, должна быть равна:

Р~н.треб. = Кпз Р(1+m), (3.36)

Если бы было принято

Ек.макс ~0,5Екдоп, (3.37)

то при выборе транзистора следовало бы исходить из (3.32).

Независимо от схемы и способа осуществлении коллекторной модуляции для улучшения линейности модуляционной характеристики угол отсечки коллекторного тока θмакс в максимальном режиме принимают равным:

θмакс,≈80÷1000 (3.38)

Меньшие значения угла отсечки θмакс (порядка 700÷850) принимают в генераторах с двойной и тройной коллекторной модуляцией, особенно в тех случаях, когда в схеме используется мощный транзистор.

Одинарная коллекторная модуляция,

Схема генератора с одинарной коллекторной модуляцией приведена на рис.3.23. Подобно одинарной анодной модуляции одинарная коллекторная модуляция имеет ряд существенных недостатков, обусловленных главным образом большими токами базы модулируемого каскада, работающего в перенапряженном режиме. Основными из них являются:

  • необходимость в мощном предшествующем каскаде, поскольку в перенапряженном режиме первая гармоника тока базы модулируемого каскада имеет большую величину;
  • необходимость в отдельном источнике смещения с большим и меняющимcя в широких пределах током потребления, которым является постоянная составляющая тока базы;
  • резкое изменение за период модуляции мощности, требуемой от предыдыдущего каскада, а также изменение входного сопротивления модулируемого каскада.

Рис.3.23

В схеме с ОЭ мощность возбуждения определяется в минимальном ре жиме, когда импульс тока базы и его первая гармоника Iб1min достигают наибольшей величины. Изза меняющегося во время модуляции тока базы модулируемого каскада в схеме рис.3.23 изменяются как входное сопротивление этого каскада, так и сопротивление, вносимое и контур предыдущего каскада, и в такт с модуляцией появляется расстройка его контура. В свою очередь расстройка контура предыдущего каскада неизбежно вызывает паразитную частотную или фазовую модуляцию.

Теоретический анализ статической модуляционной характеристики Ік1к) при коллекторной модуляции затруднен сложностью процессов в транзисторе и зависимостью его параметров от режима. В общем случае статическая модуляциионная характеристика нелинейна, но ее линейность может быть улучшена при использовании двойной и тройной коллекторных модуляций (аналогов двойной и тройной анодной модуляций в ламповых генератора.

Двойная коллекторная модуляция

Двойная коллекторная модуляция (рис.3.24) подобна двойной анодной модуляции: при модуляции одновременно с коллекторной модуляцией в такт с модулирующим напряжением автоматически (но противофазно модуляции на коллектор) изменяется напряжение смещения на базе.

Рис.3.24

Это обеспечивается за счет введения в схему цепочки автоматического базового смещения RбCб, на которой создается низкочастотное напряжение с амплитудой ЕбΏ. Режим транзистора при двойной коллекторной модуляции также перенапряженный, однако благодаря автоматическому смещению в базовой цепи высота импульса тока базы транзистора снижается, и существенно уменьшается мощность возбуждения. Кроме того, при автоматической базовой модуляции изменяется угол отсечки коллекторного тока, при этом происходит углубление основной модуляции на коллектор.

Тройная коллекторноная модуляции

Тройная коллекторноная модуляции (рис.3.25) дает наилучшие результаты. Здесь модулятор воздействует на коллекторную цепь не только оконечного, но и предоконечного каскада, т.е. здесь синфазно с коллекторным напряжением изменяется и амплитуда напряжения возбуждения Uб модулируемого каскада, в котором к тому же сохранена и цепочка автоматического базового смещения RбCб.

Рис.3.25.

Таким образом, в каскаде с тройной коллекторной модуляцией используются две внешние принудительные модуляции коллекторная модуляция питанием коллектора и базовая модуляция возбуждением, и одна внутренняя – автоматическая модуляция базовым смещением. В предоконечном каскаде передатчика обычно используется также коллекторная модуляция с коэффициентом модуляции mб=0,75÷0,8. Регулировка глубины модуляции mб позволяет минимизировать нелинейные искажения.

Коллекторное напряжение в максимальном режиме определяется (3.34), а напряжение в режиме несущей частоты принимается принимается равным:

| Eкнес.| ≤ , (3.39)

где величина 1/КΏ характеризует степень недоиспользования транзистора по коллекторному напряжению, Ек.доп допустимое напряжение между коллектором и эмиттером для схемы с ОЭ, KΏ≈1,1÷1,25.

Основные энергетические показатели максимального (пикового) режима выходной цепи генератора с коллекторной модуляцией определяются формулами

P~max = P(1+m)2 (3.40)

Pк0max= |Екmax|Iк0max= Pк0н(1+m)2 (3.41)

Pпот.к.max = Pк0max – P~max = Pпот.к.н(1+m)2 (3.42)

η к.max= P~max / Pк0max= η к.н. – const. (3.43)

Работа модулируемого (выходного) каскада с постоянным КПД – важное преимущество коллекторной модуляции по сравнению с базовой модуляцией смещением и УМК.

Поскольку генератор с коллекторной модуляцией в максимальном режиме должен отдавать мощность Р~max, определяемую (3.40), то эта мощность является основополагающей при выборе транзистора по колебательной мощности в соответствии с (3.32).

Средняя колебательная мощность амплитудномодулированных колебаний (индекс «τ »), независимо от метода модуляции, равна:

P (3.44)

Средняя подводимая к генератору мощность, отдаваемая источником питания при коллекторной модуляции, определяется формулой:

P0ср= P0τ(1+ ), (3.45)

где mср–средняя глубина модуляции (в настоящее время принимают mср ≈0,3), а

Рк0н=Iк0н кн| = (3.46)

Здесь ηк – КПД коллекторной цепи, величина которого постоянна при всех режимах модуляции (как при анодной модуляции).

Как и при анодной модуляции, мощность рассеяния на коллекторе при коллекторной модуляции проверяется в режиме модуляции:

Рк.пот.τ= Рк.пот.н.(1+ ) (3.47)

(мощность, рассеиваемая на коллекторе в максимальном режиме при mк=1, не опасна дли транзистора, гак как выделяется в весьма короткие – мгновенные промежутки времени, поскольку fв >>F).

Мощность модулятора должна быть равна:

Р~Ώмод =0,5m2 ·Рк0н (3.48)

Средняя мощность, потребляемая модулируемым генератором в режиме модуляции, слагается из мощности Рконес, расходуемой в цепи коллектора источником постоянного коллекторного напряжения питания, и мощности Р~Ώк1, поступающей от модулятора. Ввиду того, что КПД генератора с коллекторной модуляцией не изменяется, подводимая к генератору мощность при увеличении полезной мощности Р~ср за счет мощности боковых частот возрастает только за счет мощности, поступающей от модулятора. Поскольку КПД генератора ηк <1, мощность, подводимая к генератору модулятором, расходуется не только на создание боковых полос радиосигнала, но и на дополнительные потери в транзисторе. С учетом (3.42) и (3.46) получим:

P~Ώк.м1= Р+ (3.49)

(так как Рк.0н= Р + Рк.пот.н )

Таким образом, потери на коллекторе при модуляции возрастают.

3.5.4. Анализ и метод расчета двойной коллекторной модуляции

Преимущества коллекторной модуляции в генераторе с автоматическим смещением в цепи базы.

Напряжение смещения на базе при двойной коллекторной модуляции равно:

б|=Iб0Rб,

где Iбо постоянная составляющая положительного импульса базового тока, а Rб сопротивление автоматического смещения цепи базы. При этом амплитуда напряжения возбуждения Umб остается постоянной во время модуляции. Величина cопротивления резистора цепи автоматического смещения равна:

Rб= , (3.50)

где Еб – требуемое напряжение смещения на базе в максимальном режиме.

При этом наименьшее (обратное по знаку, т.е. запирающее) смещение на переходе база – эмиттер имеет место в максимальном режиме, оно равно:

Ебmax=– Iб0(max)Rб= – Iб0minRб (3.51)

Здесь Iб0(max) постоянная составляющая тока базы в максимальном режиме, где она имеет наименьшее значение, так как почти весь ток эмиттера поступает на коллектор транзистора.

Автоматическое смещение на базе сглаживает изменения базового тока во всех точках характеристик, начиная с максимального режима и кончая минимальным, поэтому величины составляющих Iб0 и Imб1 в телефонной точке (и всех других промежуточных точках) будут меньше чем при одинарной коллекторной модуляции, а это приводит к значительному ослаблению недостатков, характерных для одинарной коллекторной модуляции. Кроме того, двойная коллекторная модуляция с Umб= const. обеспечивает более линейную модуляционную характеристику, а также повышенный КПД генераторного каскада за счет снижения угла отсечки коллекторного тока в режиме несущей частоты.

Расчет режима максимальной мощности

В начале расчета прежде всего производится определение типа транзистора для рассчитываемого генератора. При этом следует руководствоваться исходными (из ТУ) данными. После выбора пригодного типа транзистора разрабатывается полная принципиальная схема модулируемого каскада. Как отмечалось выше, максимальном режиме электронный режим должен быть слабо перенапряженным или в крайнем случае критическим..

Расчет максимального режима производится на колебательную мощность Р~треб~макс при угле отсечки коллекторного тока, определяемым (3.38). При коллекторном напряжении в режиме несущей частоты Ек.н, определяемым (3.39), требуемая мощность транзистора определяется (3.36); если Ек.н определяется (3.37), то требуемая мощность транзистора определяется (3.32). Зная верхнюю рабочую частоту fв, требуемую мощность в нагрузке Р~ треб = Р~ max, Eкmax, θк.макс и ξк.макс можно (и наиболее удобно) произвести расчет коллекторной и базовой цепей в точке максимального режима аналитически. В конце такого расчета определяется величина сопротивления автоматического смещения в цепи базы:

Rб= . (3.52)

Если в точке максимального режима модуляции напряжение смещения Ебмакс, найденное в ходе расчета, окажется прямым по знаку, то, очевидно, его нельзя обеспечить за счет цепочки базового автоматического смещения. В таком случае надо или уменьшить угол отсечки θкмакс до величины, при которой смещение Еб.макс будет обратным по знаку, или выполнить комбинированное смещение базовой цепи модулируемого генератора.

Расчет коллекторной и базовой цепей в максимальном режиме производится по общепринятой методике расчета транзисторного генератора на заданную мощность [1,7].

Расчет режима нулевой точки

Известно, что точка минимального режима является крайней точкой при модуляции «вниз». При этом, если глубина модуляции mк=1, то точку минимального режима принято называть нулевой точкой модуляции. При mк<1 минимальный режим не совпадает с режимом нулевой точки. Основной целью расчета минимального режима является определение составляющих тока базы Iб0 и Imб1, последний определяет мощность возбуждения, т.е. мощность предыдущего предыдущего каскада. Кроме того, знание величин этих токов позволяет определить и данные минимального режима при mк<1.

В точке минимального режима при глубине модуляции m=1, т.е. в нулевой точке:

Еккmin≈Еб.в≈0; Uкm= Uкm min=0; Iк0 = Iк0 min=0,

где Еб.в напряжение сдвига или отсечки коллекторного тока (рис.3.26а).

Напряжение еб – напряжение между базой и эмиттером транзистора в схеме с ОЭ – равно:

ебб + Umбcosωt,

где

Еб= – Iб0Rб (3.53)

Поскольку в нулевой точке екmin≈Еб.в≈0, то для расчета базовой цепи в нулевой точке в качестве динамической характеристики базового тока iб=φ(eб) при ек –const., можно использовать характеристику iб=φ(eб) при екmin = Екmin ≈ Еб.в ≈ 0; эти характеристики обычно приводятся в справочниках и могут быть аппроксимированы прямой линией (рис.3.26б.). При этом базовый ток определяется формулой:

iб = Sб(eб –Eб0)

Амплитуда косинусоидального импульса базового тока, который появляется при подаче на базу косинусоидального напряжения Umбcosωt, равна:

iбmax= Sб(Eб – Eб0 + Umб),

a)

б)

Рис.3.26

а угол отсечки базового тока определяется формулой (рис.3.26в):

сosθбmin = – ' (3.54)

тогда:

iбmax= SбUmб(1 – cosθбmin), (3.55)

т.е.:

SбUmб = (3.56)

Для мощных транзисторов можно принять [6]:

Еб0 ≈ Еб.в (3.57)

Составляющие тока базы определяются выражениями:

Iб0б0iбmax (3.58)

Iб1б1iбmax ,

где αб0 и αб1 – коэффициенты разложения косинусоидального импульса базового тока.

Разделив (3.58) на (3.56) получим, что:

b= φ1min),

где

b= αб0(1– cosθбmin). (3.59)

Подставляя (3.53) в (3.54) и решая полученное уравнение относительно получим трансцендентное уравнение:

(3.60)

Уравнение (3.60) может быть решено либо графически, либо на ЭВМ. (программа KM0 на языке БЕЙСИК и идентификация использованных в ней символов приведены в Приложении 5, эта программа может быть использована для расчета нулевого режима при коллекторной модуляции в генераторах, построенных по схеме с ОЭ на транзисторах типов как npn, так и pnp). В результате решения определяется угол отсечки базового тока θбmin, после чего вычисляются составляющие импульса базового тока по формулам:

Iб0min0=SбUбmax b0б0

Iб1min0=SбUбmax b1б1 , (3.61)

где

b= αб1(1– cosθбmin).

Напряжение смещения на базе в нулевой точке:

Ебmin0 = – RбIб0min, (3.62)

Мощности в цепи базы:

мощность возбуждения:

Рб~возб=0,5UбmIб1min (3.63)

мощность рассеяния на базе:

Рб.min пот.0 = Рб~возб – |Ебmin0|Iб0min (3.64)

Рб.min пот.0 = Рб~возб (3.64а)

Расчет режима несущей частоты (режима молчания)

Учитывая сравнительно высокую линейность модуляционной характеристики при двойной коллекторной модуляции расчет режима молчания можно выполнить по данным расчетов максимального (индекс «max») и минимального режимов, используя следующие соотношения, очевидные из линейной аппроксимации модуляционных характеристик:

Iк0н= ; Im= ;

Umкн= ; Екн= ;

P= ; Рк0н=|Екн|Iкн= ; (3.65)

Рпот.к.н= Рк0н – P= ;

Ебн= − Iб0нRб;

Р~б.н=0,5UmбImб1н;

Рпот.б.н = Рп.б.н |Eб.н.۰Iб0н.|;

Рпот.н= Рп.к.н+ Рп.б.н;

Расчет минимального режима

Расчет минимального режима выполняется в случае, когда mк< 1, т. е. когда точки нулевого и минимального режимов не совпадают. Значение mк, меньшее единицы, обычно принимается в предоконечных каскадах передатчиков и радиоустройств с тройной и двойной коллекторной комбинированной модуляцией, осуществляемой в выходных каскадах. При этом расчет минимального режима выполняется с помощью простых формул линейной аппроксимации модуляционных характеристик в следующем порядке:

I к0min= I к0н(1mк)

I mк1min= I mк1н(1mк)

Umкmin=RэI mк1min= Umкн(1mк)

Екmin= Eкн(1mк)

ξк=

Рк0min= Рк0н(1mк)2

Рк~min= Рк~н(1mк)2 (3.66)

Рк0min= Рк0н(1mк)2

Рк.пот.min= Рк.пот.н(1mк)2

ηкminкнкmax

Iб0min=2Iб0н Iб0max

Iб1min=2Iб1н Iб1max

Р~бmin=0,5UmбIб1min

Рпот.б.min= Р~бminбminIб0min|

Рпот.min= Рк.пот.min+ Рб.пот.min

Расчет режима модуляции

При двойной коллекторной модуляции, когда амплитуда напряжения возбуждения Umб =const., благодаря линейности модуляционных характеристик, данные коллекторной цепи для ре жима модуляции можно рассчитать по формулам (3.44 – 3.47), а мощность потерь на базе – по формуле:

Рпот.б.τ= Рпот.б.н (3.67)

Суммарная мощность рассеяния, выделяемая в корпусе транзистора в режиме модуляции, определяется мощностью Рпот.к.τ по формуле (3.47), а также мощностью рассеяния в базовой цепи Рпот.б.τ. Можно показать, что

Рпот.б.τРпот.б.н. (3.68)

Поэтому для окончательной оценки теплового режима работы транзистора в схеме модулируемого каскада здесь следует пользоваться формулой:

Рпот.Στ= Рпот.к.τ+ Рпот.б.н ≈ ≤ Рпот..доп (3.69)

Здесь Pпот..доп — допустимая мощность рассеяния корпуса транзистора (или корпуса транзистора с радиатором).

Определение исходных данных для расчета предшествующего каскада и модулятора

Для определения мощности, требуемой от предшествующего каскада, можно воспользоваться формулой:

Р~треб.пок.к.= Рmin / ηк.пок (3.70)

где ηк.пок = 0,2÷0,5 КПД контура предшествующего каскада; Рmin – мощность возбуждения модулируемого каскада, отнесенная к его входным зажимам и найденная, как правило, в ходе расчета минимального (или нулевого при mк=1) режима модуляции, поскольку в этом режиме мощность возбуждения имеет максимальное значение. На мощность Pтреб.пок и рассчитывается предшествующий каскад высокочастотного тракта передатчика.

Мощность модулятора (с учетом потерь в модуляционном трансформаторе) рассчитывается по формуле

Р= Р= Р~Ώк.м1тр=m2 Рк0н/2ηтр, (3.71)

в которой обозначены:

Рк0нес= Рк0молч мощность питания коллекторной цепи в режиме несущей частоты;

ηтр = 0,75÷0,95 к.п.д. модуляционного трансформатора:

Р~Ώк.м1=0,5ЕкΏIкΏ= (цифра «1» в индексе отмечает, что здесь принудительно модулируется только выходной каскад).

3.5.5. Расчет транзисторного генератора с тройной модуляцией

Расчет максимального режима

Тройная модуляция транзисторного генератора аналогична тройной анодной модуляции лампового генератора. По исходным данным, определяемым ТУ, сначала производится выбор типа транзистора и разрабатывается полная принципиальная схема. При этом руководствуются положениями, изложеными выше.

Расчет режима максимальной мощности генератора с тройной коллекторной модуляцией совпадает с соответствующим расчетом при двойной коллекторной модуляции с Uбmconst., поскольку и в том, и в другом случаях режим работы генератора слабо перенапряженный, близкий к критическому. При этом следует иметь в виду, что амплитуда напряжения возбуждения теперь также будет изменяться:

Umб= Umбн(1+mбcosΏt),

поэтому найденное при аналитическом расчете значение Uбmmax будет справедливо лишь для максимального режима. При расчете максимального режима тройной коллекторной модуляции дополнительно необходимо рассчитать по (3.52) величину сопротивления резистора цепи автоматического смещения и значение mбпред – предельную величину глубины модуляции предоконечного каскада:

mб.пред ≈0,95÷1, ( 3.72)

где ≈ 0,25Еб.в. (см.(3.57)).

Обычно на практике принимают значение mб≈(0,5÷1)mб.пред.

Расчет режима нулевой точки

Расчет начинается с определения амплитуды напряжения возбуждения в нулевой точке (или в минимальном режиме) по формуле

Umбmin0= Umбmax (3.73)

Дальнейший расчет выполняется и полном соответствии с описанным выше расчетом аналогичного режима при двойной коллекторной модуляции с Umбconst., но при Umб= Umбmin0 . Далее, по формулам (3.60), (3.61), (3.63) и (3.64) рассчитываются все необходимые данные базовой цепи. Такой метод расчета применяется при mб< mбпред и в этом случае обеспечивает достаточно высокую точность. При больших значениях mб (mб>0,6÷0,7), когда токи Iб0min и Iб1min малы, при таком методе расчета относительная погрешность возрастает, поскольку в основу вывода расчетных формул (3.60) и (3.61) положена линейная аппроксимация характеристики базового тока iб= φ(еб) при ек = Екmin ~Ебв~0. Очевидно, что при больших mб за счет малых токов Iб0min и Iб1min, а также изза стремления к нулю величии Umбmin0 и Ебmin0, аппроксимированная прямая будет отличаться от реальной для данного случая. Для повышения точности расчета режима нулевой точки необходимо принимать:

Sб ≈ (0,2÷0,5) Sк , (3.74)

а в ряде случаев, когда в генераторе используются маломощные транзисторы:

Sб≈ Sккр (3.74а)

Таким образом, при mб>0,60,7, весь порядок расчета в пулевой точке сохраняется, но только в формулах (3.58) (3.61) следует использовать Sб из (3.74) (3.74а). Заметим, что при mб≥0,9 базовые токи Iб0min0 и Iб1min0 в нулевой точке очень малы, их можно считать равными нулю, и расчет в нулевой точке приводит к величинам, равным пулю, поэтому расчет нулевой точки может быть снят совсем.

Расчет режима несущей частоты (режима молчания)

Ввиду линейности статических модуляционных характеристик при тройной коллекторной модуляции расчет коллекторной и базовой цепей в режиме молчания можно с достаточно высокой точностью произвести по приведенным выше формулам линейной аппроксимации (3.65). При этом необходимо учитывать (3.77). Кроме того, следует иметь в виду, что расчет базовой цепи по этим формулам справедлив при mб ≤(0,3÷0,5). При больших значениях mб появляется некоторая нелинейность (вогнутость) модуляционных характеристик составляющих тока базы Iб0 и Imб1 в их нижней части. Поэтому при mб >0,5 с целью уточнения в формулы для Iб0н и Imб1н следует ввести некоторый коэффициент, меньший единицы:

Iб0н ≈(0,80,9) (3.75)

Iб1н ≈(0,80,9) (3.76)

Umбн= , (3.77)

после чего продолжать расчет Ебн, Ри др. по формулам (3.65).

Расчет режима модуляции

Для расчета коллекторной цепи в режиме модуляции можно воспользоваться формулами (3.44)(3.47), справедливыми при любом способе коллекторной модуляции. Однако при тройной коллекторной модуляции окончательная проверка мощности рассеяния в транзисторе должна быть произведена не по формулам расчета мощности потерь из (3.67), а по формуле (3.49):

РΣпот.τпот.к.τ + Рпот.б.τ≤ РΣпот.доп. ,

где:

РΣпот.τ – суммарная мощность рассеяния, выделяемая в транзисторе;

Рпот.к.τ. мощность рассеяния на коллекторе (из 3.47);

Рпот.б.τ. мощность рассеяния на базе (из 3.67);

РΣпот.доп допустимая мощность рассеяния в транзисторе.

Определение исходных данных для расчета предоконечного каскада и модулятора

Здесь расчет полностью совпадает с подобным расчетом для двойной коллекторной модуляции. Практика расчетов показывает, что в отличие от других способов коллекторной модуляции, мощность Ртреб.пок~max пок сни жается в несколько раз, а дополнительная мощность РΏ.пок, требуемая от модулятора для модуляции предоконечного каскада, имеет малую вели чину по отношению к основной ее части, равной Р~ Ώ.вк = Р~ Ώ.км1 (3.71).

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.