3.5.1. Базовая и эмиттерная модуляции смещением

3.5.2. Базовая модуляция возбуждением (УМК)

3.5.3. Коллекторная модуляция

3.5.4. Анализ и метод расчета двойной коллекторной модуляции

3.5.5. Расчет транзисторного генератора с тройной модуляцией

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 е_{кэmах доп}, е_{эбmах доп}, I_{кmах доп} и др.), тогда как у ламп нормируется прежде всего допустимое напряжение анодного питания, а мгновенное напряжение е_атахможет 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 иэмиттерная 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 θ_к ≈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 θ_К. Однако удобнее использовать θ_к ≈ 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:

Е_к= Е_кн+ U_кΏcosΏt = Е_кн(1+m_к cosΏt)

I_к1= I_кн+ I_кΏcosΏt = I_кн(1+m_к cosΏt),

где Е_кн и I_кн напряжение на коллекторе и амплитуда первой гармоники коллекторного тока в режиме несущей частоты, U_кΩ и I_кΏ – амплитуды модулирующего напряжения и низкочастотной составляющей коллекторного тока звуковой частоты, m_к= 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:

Р_{тр.треб} = Р_~mах > К_пз∙ Р_~н(1 + m)²/η_к, (3.32)

где η_к КПД колебательного контура, а К_пз=1,051,15 – коэффициент производственного запаса, Р_~н – 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 е_КЭдоп. Максимальное мгновенное напряжение на коллекторе при модуляции равно:

е_{кmax мах}=E_кн(1+m) + ξU_кн(1+m).

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

е_{кmax мах} ≤ (1+m)Е_кдоп. (3.33)

Напряжение на коллекторе в максимальном режиме равно:

Е_кmax = Е_кн (1+m), (3.34)

где Е_кн напряжение на коллекторе в режиме несущей частоты.

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

Е_кн ≤ , (3.35)

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

Р_{~н.треб.} = К_пз Р_~н (1+m), (3.36)

Если бы было принято

Е_к.макс ~0,5Е_кдоп, (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 θ_макс в максимальном режиме принимают равным:

θ_макс,≈80÷100⁰ (3.38)

Меньшие значения угла отсечки θ_макс (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 I_б1min 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 І_к1(Е_к) 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 R_бC_б, на которой создается низкочастотное напряжение с амплитудой Е_бΏ. 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 U_б модулируемого каскада, в котором к тому же сохранена и цепочка автоматического базового смещения R_бC_б.

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 m_б=0,75÷0,8. Регулировка глубины модуляции m_б позволяет минимизировать нелинейные искажения.

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

| E_кнес.| ≤ , (3.39)

где величина 1/К_Ώ характеризует степень недоиспользования транзистора по коллекторному напряжению, Е_к._доп допустимое напряжение между коллектором и эмиттером для схемы с ОЭ, K_Ώ≈1,1÷1,25.

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

P_~max = P_~н(1+m)² (3.40)

P_к0max= |Е_кmax|I_к0max= P_к0н(1+m)² (3.41)

P_{пот.к.max} = P_к0max – P_~max = P_пот.к.н(1+m)² (3.42)

η _к.max= P_~max / P_к0max= 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_~τ (3.44)

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

P_0ср= P_0τ=Р_0н(1+ ), (3.45)

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

Р_к0н=I_к0н |Е_кн| = (3.46)

Здесь η_к – 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:

Р_к.пот.τ= Р_{к.пот.н.}(1+ ) (3.47)

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

Мощность модулятора должна быть равна:

Р_~Ώмод =0,5m² ·Р_к0н (3.48)

Средняя мощность, потребляемая модулируемым генератором в режиме модуляции, слагается из мощности Р_конес, 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 η_к <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_~н+ (3.49)

(так как Р_к.0н= Р_~н + Р_к.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:

|Е_б|=I_б0R_б,

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

R_б= , (3.50)

где Е_б – 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:

Е_бmax=– I_б0(max)R_б= – I_б0minR_б (3.51)

Здесь I_б0(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 I_б0 и I_mб1 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 U_mб= 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=Р_~макс при угле отсечки коллекторного тока, определяемым (3.38). При коллекторном напряжении в режиме несущей частоты Е_к.н, определяемым (3.39), требуемая мощность транзистора определяется (3.36); если Е_к.н определяется (3.37), то требуемая мощность транзистора определяется (3.32). Зная верхнюю рабочую частоту f_в, требуемую мощность в нагрузке Р_{~ треб} = Р_{~ max}, E_кmax, θ_к.макс и ξ_к._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:

R_б= . (3.52)

Если в точке максимального режима модуляции напряжение смещения Е_бмакс, 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 θ_кмакс до величины, при которой смещение Е_б.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 m_к=1, то точку минимального режима принято называть нулевой точкой модуляции. При m_к<1 минимальный режим не совпадает с режимом нулевой точки. Основной целью расчета минимального режима является определение составляющих тока базы I_б0 и I_mб1, последний определяет мощность возбуждения, т.е. мощность предыдущего предыдущего каскада. Кроме того, знание величин этих токов позволяет определить и данные минимального режима при m_к<1.

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

Е_к=е_кmin≈Е_б.в≈0; U_кm= U_{кm min}=0; I_к0 = I_{к0 min}=0,

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

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

е_б=Е_б + U_mбcosωt,

где

Е_б= – I_б0R_б (3.53)

Поскольку в нулевой точке е_кmin≈Е_б.в≈0, то для расчета базовой цепи в нулевой точке в качестве динамической характеристики базового тока i_б=φ(e_б) при е_к –const., можно использовать характеристику i_б=φ(e_б) при е_кmin = Е_кmin ≈ Е_б.в ≈ 0; эти характеристики обычно приводятся в справочниках и могут быть аппроксимированы прямой линией (рис.3.26^б.). При этом базовый ток определяется формулой:

i_б = S_б(e_б –E_б0)

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

i_бmax= S_б(E_б – E_б0 + U_mб),

a)

б)

Рис.3.26

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

сosθ_бmin = – ' (3.54)

тогда:

i_бmax= S_бU_mб(1 – cosθ_бmin), (3.55)

т.е.:

S_бU_mб = (3.56)

Для мощных транзисторов можно принять [6]:

Е_б0 ≈ Е_б.в (3.57)

Составляющие тока базы определяются выражениями:

I_б0=α_б0i_бmax (3.58)

I_б1=α_б1i_бmax ,

где α_б0 и α_б1 – коэффициенты разложения косинусоидального импульса базового тока.

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

b_0б= φ₁(θ_min),

где

b_0б= α_б0(1– cosθ_бmin). (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 θ_бmin, после чего вычисляются составляющие импульса базового тока по формулам:

I_б0min0=S_бU_бmax b_0б0

I_б1min0=S_бU_бmax b_{1б1 ,} (3.61)

где

b_1б= α_б1(1– cosθ_бmin).

Напряжение смещения на базе в нулевой точке:

Е_бmin0 = – R_бI_б0min, (3.62)

Мощности в цепи базы:

мощность возбуждения:

Р_б~возб=0,5U_бmI_б1min (3.63)

мощность рассеяния на базе:

Р_{б.min пот.0} = Р_б~возб – |Е_бmin0|I_б0min (3.64)

Р_{б.min пот.0} = Р_б~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:

I_к0н= ; I_m1н= ;

U_mкн= ; Е_кн= ;

P_~н= ; Р_к0н=|Е_кн|I_кн= ; (3.65)

Р_пот.к.н= Р_к0н – P_~н= ;

Е_бн= − I_б0нR_б;

Р_~б.н=0,5U_mбI_mб1н;

Р_пот.б.н = Р_п.б.н |E_б.н.۰I_б0н.|;

Р_пот.н= Р_п.к.н+ Р_п.б.н;

Расчет минимального режима

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

I _к0min= I _к0н(1m_к)

I _mк1min= I _mк1н(1m_к)

U_mкmin=R_эI _mк1min= U_mкн(1m_к)

Е_кmin= E_кн(1m_к)

ξ_к=

Р_к0min= Р_к0н(1m_к)²

Р_к~min= Р_к~н(1m_к)² (3.66)

Р_к0min= Р_к0н(1m_к)²

Р_{к.пот.min}= Р_к.пот.н(1m_к)²

η_кmin=η_кн=η_кmax

I_б0min=2I_б0н I_б0max

I_б1min=2I_б1н I_б1max

Р_~бmin=0,5U_mбI_б1min

Р_{пот.б.min}= Р_~бmin |Е_бminI_б0min|

Р_пот.min= Р_{к.пот.min}+ Р_{б.пот.min}

Расчет режима модуляции

При двойной коллекторной модуляции, когда амплитуда напряжения возбуждения U_mб =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:

Р_пот.б.τ= Р_пот.б.н (3.67)

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

Р_пот.б.τ≈ Р_{пот.б.н.} (3.68)

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

Р_пот.Στ= Р_пот.к.τ+ Р_пот.б.н ≈ ≤ Р_{пот..доп} (3.69)

Здесь P_{пот..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.}= Р_~бmin / η_к.пок (3.70)

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

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

Р_~Ώ= Р_~м= Р_~Ώк.м1/η_тр=m² Р_к0н/2η_тр, (3.71)

в которой обозначены:

Р_к0нес= Р_к0молч мощность питания коллекторной цепи в режиме несущей частоты;

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

Р_~Ώк.м1=0,5Е_кΏI_кΏ= (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 U_бmconst., 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:

U_mб= U_mбн(1+m_бcosΏt),

поэтому найденное при аналитическом расчете значение U_бmmax 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 m_бпред – предельную величину глубины модуляции предоконечного каскада:

m_б.пред≈ ≈0,95÷1, ( 3.72)

где ≈ 0,25Е_б.в. (см.(3.57)).

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

Расчет режима нулевой точки

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

U_mбmin0= U_mбmax (3.73)

Дальнейший расчет выполняется и полном соответствии с описанным выше расчетом аналогичного режима при двойной коллекторной модуляции с U_mбconst., но при U_mб= U_mбmin0 . Далее, по формулам (3.60), (3.61), (3.63) и (3.64) рассчитываются все необходимые данные базовой цепи. Такой метод расчета применяется при m_б< m_бпред и в этом случае обеспечивает достаточно высокую точность. При больших значениях m_б (m_б>0,6÷0,7), когда токи I_б0min и I_б1min 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 i_б= φ(е_б) при е_к = Е_кmin ~Е_бв~0. Очевидно, что при больших m_б за счет малых токов I_б0min и I_б1min, а также изза стремления к нулю величии U_mбmin0 и Е_бmin0, аппроксимированная прямая будет отличаться от реальной для данного случая. Для повышения точности расчета режима нулевой точки необходимо принимать:

S_б ≈ (0,2÷0,5) S_к , (3.74)

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

S_б≈ S_ккр (3.74а)

Таким образом, при m_б>0,60,7, весь порядок расчета в пулевой точке сохраняется, но только в формулах (3.58) (3.61) следует использовать S_б из (3.74) (3.74а). Заметим, что при m_б≥0,9 базовые токи I_б0min0 и I_б1min0 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 m_б ≤(0,3÷0,5). При больших значениях m_б появляется некоторая нелинейность (вогнутость) модуляционных характеристик составляющих тока базы I_б0 и I_mб1 в их нижней части. Поэтому при m_б >0,5 с целью уточнения в формулы для I_б0н и I_mб1н следует ввести некоторый коэффициент, меньший единицы:

I_б0н ≈(0,80,9) (3.75)

I_б1н ≈(0,80,9) (3.76)

U_mбн= , (3.77)

после чего продолжать расчет Е_бн, Р_~б и 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):

Р_Σпот.τ=Р_пот.к.τ + Р_пот.б.τ≤ Р_{Σпот.доп.} ,

где:

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

Р_{пот.к.τ.} мощность рассеяния на коллекторе (из 3.47);

Р_{пот.б.τ.} мощность рассеяния на базе (из 3.67);

Р_{Σпот.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 Р_{треб.пок}=Р_{~max пок} сни жается в несколько раз, а дополнительная мощность Р_Ώ.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).