книги / Радиопередающие устройства

образования энергии, а следовательно, и КПД можно повысить увеличением тормозящего поля с одновременным уменьшением ус­ коряющей части переменного поля. Это можно получить, установив тормозящее поле одинаковым на протяжении всего времени его действия, лучше на протяжении всего полупериода (линия 2 на рис. 1.19). Для этого напряжение на выходном электроде должно иметь форму, показанную линией 2 на рис. 1.19. Получение такого режима достигается подачей на вход генератора напряжения воз­ буждения, прерываемого ключом. Он заключается в следующем. Если возбуждать генератор импульсным напряжением, то в цепи анода (коллектора) ток будет протекать в виде периодической по­ следовательности прямоугольных импульсов. Включенный в выход­ ную цепь, резонансный контур создает активное сопротивление на­ грузки только для первой гармоники. Поэтому при любой форме тока напряжение на контуре (и на аноде или коллекторе) будет изменяться по гармоническому закону. Еще больше повысить эф­ фективность преобразования энергии можно, установив в генера­ торе такой режим работы, при котором и напряжение, и ток в вы­ ходной цепи имеют прямоугольную форму. Такой режим можно получить в транзисторном генераторе с апериодической нагруз­ кой, поставив транзистор в режим ограничения по току.

1.7. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ВТРАНЗИСТОРНОМ ГЕНЕРАТОРЕ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ПРИ РЕЖИМЕ ЕГО РАБОТЫ КОЛЕБАНИЯМИ ВТОРОГО РОДА

Между транзистором и электровакуумной лампой имеются значи­ тельные различия во внутренних физических процессах. Но при анализе процессов в генераторе, связанных с внешней цепью тран­ зисторного генератора, можно воспользоваться теорией ламповых генераторов. Такое обобщение основано на TOM', что и ламповый, и транзисторный генераторы можно рассматривать как активный четырехполюсник, внутри которого имеется источник энергии.

Для получения режима усиления на управляющий электрод — базу — транзистора подается напряжение возбуждения иБ— = U Bcos col В радиопередающих устройствах летательных аппаратов транзисторные генераторы обычно работают в режиме колебаний второго рода с углом отсечки 0 ^ 9 0 °, т. е. в классе В или С. По­ этому для выбора такого режима на базу транзистора подается та­ кое отрицательное постоянное напряжение смещения £ Б, при ко­ тором рабочая точка А располагалась бы в нижней части характе­ ристики коллекторного тока или за ее пределами (рис. 1.20).

Рис. 1.21. Графики напряжении и токов в цепи коллектора н базы транзистора на высоких частотах

частотах оно небольшое (кривые 1 на рис. 1.21), и им можно пре­ небречь. Но на высоких частотах проявляется время пробега в том, что носители заряда (электроны или дырки), инжектированные эмиттером в один и тот же момент времени, рассеиваются и при­ ходят к коллектору в разное время. Это приводит к уменьшению коэффициента усиления по току р. Кроме того, на высоких часто­ тах время пробега /пр становится соизмеримым с периодом коле­ баний напряжения возбуждения. При этом часть носителей заря­ дов не успевает отойти от эмиттера и после смены полярности на­ пряжения возбуждения возвращается обратно на эмиттер. Это уменьшает амплитуду первой гармоники коллекторного тока, уве­

Отличие формы коллекторного тока от косинусоидального ма­ ло влияет на значения первой гармоники /кi и постоянной состав­ ляющей / ко. Определять / Ki и /ко можно, пользуясь коэффициента-

з-1 33

часть напряжения источника питания составляет выходное напря­ жение. В генераторах с независимым возбуждением значение ко­ эффициента I выбирают в пределах 0,8... 0,95. Тогда КПД

Tin = 0,5i(ai/ao).

В качестве примера определим значения КПД при 8=90° и при

6 = 120°:

Т1е=90 = 0,5 5 (0,5/0,28), rie=,2o = 0,5§(a1/ao) - 0,51

0,40

Если принять | = 1, то т|в=9о = 0,78, r)e=i20 = 0,67. Сравнивая значе­ ние КПД при колебаниях второго рода со значением его при коле­ баниях первого рода, замечаем, что КПД выходной цепи генерато­ ра в режиме колебаний второго рода намного больше, чем в режи­ ме колебаний первого рода.

Высокий КПД — важное преимущество генератора, работающе­ го в режиме колебаний второго рода. Поэтому в мощных генера­ торах передающих устройств, особенно летательных аппаратов, используется режим колебаний второго рода.

Рассматривая зависимость (сн/ао) = /(|0 ), видим, что при коле­ баниях второго рода КПД можно увеличить, уменьшив угол отсеч­ ки 0. Но при уменьшении 0, как видно из кривой зависимости ai = = f(0 ) , уменьшается мощность колебаний. Максимальная мощность генератора будет при 0 = 120°. Но КПД при этом не будет макси­ мальным, так как <хо при 0 = 1 2 0 ° имеет большое значение. Выбира­ ют угол отсечки таким, чтобы на выходе генератора была доста­ точная мощность при высоком КПД, а 0 — в пределах 60... 90°.

1.9. СХЕМЫ ПИТАНИЯ ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ ГЕНЕРАТОРА

Выходная цепь генератора состоит из следующих трех элементов: источника питания, усилительного прибора и нагрузки (колеба­ тельного контура). Эти три элемента могут быть соединены меж­ ду собой любым способом, но так, чтобы образованная ими выход­ ная цепь удовлетворяла следующим требованиям:

1. Переменная составляющая выходного тока должна прохо­ дить через нагрузку (колебательный контур), выделяя в нем мощ­ ность.

2. Потери мощности, выделяемой переменной составляющей на других элементах выходной цепи, должны быть по возможности исключены.

3.Потери энергии радиочастоты в цепи постоянного тока ис­ точника питания должны быть исключены.

4.Измерительные приборы должны быть включены в участки Цепи, имеющие нулевой потенциал, чтобы не увеличивать началь­

В схеме параллельного питания выходной цепи генератора все три ее элемента — источник питания, усилительный прибор и кон-

—Е а(—Е к). Ток первой гармоники в выходной цепи на протяже­ нии положительного полупериода напряжения возбуждения проте­ кает от анода лампы через промежуток анод — катод, контур, раз­ делительный конденсатор Ср к аноду. Во время отрицательного полупериода — в противоположном направлении. В транзисторном

исключает наличие на контуре высокого постоянного напряжения. Для переменной составляющей конденсатор Ср вместе с контуром образует делитель напряжения. Падение напряжения на конденса­ торе бесполезное. Поэтому сопротивление конденсатора Ср для первой гармоники выходного тока должно быть по возможности меньше. Но уменьшение сопротивления конденсатора путем увели­ чения его емкости приводит к увеличению его габаритов. Учитывая это, емкость разделительного конденсатора Ср выбирают такой, чтобы падение напряжения на нем не превышало 5% падения на­ пряжения на контуре. Это достигается выполнением условия ХсР^ ^ (0,01 ... 0,05)/?э, где АсР=1 /юСр, откуда Ср=1/(0,01 ...0,05)(оЯэ.

Сопротивление дросселя постоянному току г незначительно. По­ этому падение напряжения от постоянного тока / ао(^ко) на нем настолько мало, что им можно пренебречь. Дроссель высокой час­ тоты для переменного тока оказывается включенным параллель­ но контуру, и поэтому к нему приложено полностью все выходное переменное напряжение. Сопротивление дросселя переменному то­ ку очень большое, поэтому ответвление переменного тока высо­ кой рабочей частоты через дроссель незначительно, но все же есть. Кроме того, индуктивность дросселя уменьшает общую индуктив­ ность контура. Для того чтобы уменьшить ответвление переменно­ го тока через дроссель, а также уменьшить расстройку им контура, индуктивность дросселя нужно выбирать как можно большей. Но с увеличением индуктивности (увеличением количества витков) увеличивается междувитковая емкость. А это приводит к умень­ шению добротности Q и эквивалентного сопротивления R3 контура. Учитывая все это, индуктивность дросселя высокой частоты выби­ рают такой, чтобы через него ответвлялось не больше 0,01 перемен­ ной составляющей выходного тока рабочей частоты. Чаще всего ЕцР^ 10LK.

Схема параллельного питания выходной цепи имеет два преи­ мущества:

1) безопасность в эксплуатации, так как на контуре нет высо­ кого постоянного напряжения;

Рис. 1.24. Входные характеристики лампы и транзистора

скольку характеристики этих приборов имеют более правое рас­ положение.

Рассмотрим работу входной цепи лампового и транзисторного генератора.

1. Если в цепи управляющего электрода (сетки, базы) действу­ ет только постоянное напряжение смещения Е с, то во входной цепи ток не протекает. Для лампового генератора такое состояние схе­

полярность напряжения смещения и его значение зависят от тре­ буемого положения исходной рабочей точки, типа транзистора и режима работы. Оно может быть запирающим, отпирающим и ну­ левым, поскольку характеристики транзистора имеют правое рас­ положение. На рис. 1.24,в показано возможное положение исход­ ных рабочих точек Л, В и С соответственно.

В диапазоне СВЧ транзисторы обычно работают с нулевым смещением на эмиттерном переходе, так как введение запирающе­ го смещения уменьшает усиление транзистора. Но часто бывает необходимо применять одновременно запирающее и отпирающее напряжения смещения.

2. При включении напряжения возбуждения uQX= U cosсо£ в це­ пи управляющего электрода будет действовать результирующее напряжение евх= —Е см-\-ивх= —£ CM+ £/BXCOSCD^. В ламповом гене­ раторе в том случае, когда результирующее напряжение на входе (на сетке) оказывается положительным, в цепи сетки появляется ток, имеющий форму периодической последовательности импуль­ сов. По теореме Фурье он может быть представлен в виде ряда

I c = / c o ~ b ^ c i C O S (0 ^ + / 2C2с CоO/S+ . . .

В транзисторных генераторах на низких и средних частотах изза инерционности транзистора при переходе из состояния отсечки в активное и обратно импульсы тока коллектора iK и напряжения иэ становятся несимметричными (см. рис. 1.21). Однако это не­