книги / Радиопередающие устройства
..pdfво время положительного полупериода протекает по цепи: от верхнего конца катушки связи, к сетке, через промежуток сетка — катод, через конденсатор СбЛисточника смещения, к нижнему кон цу катушки связи. Точки включения амперметров для измерения токов сетки показаны на рис. 1.25,6. Прибором А1 измеряют пере менный ток, прибором А2 — постоянный.
Схема входной цепи транзисторного генератора с общим эмит тером приведена на рис. 1.25. Направления токов во входной цепи
внем зависят от типа транзистора.
Вмощных оконечных каскадах транзисторы работают в режиме
сотсечкой коллекторного тока, для чего .на эмиттерный переход подают запирающее смещение, которое создается на сопротивлении автосмещения в цепи эмиттера в схеме с общей базой (рис. 1.25,а) или в цепи базы в схеме с общим эмиттером (рис. 1.25,6).
1.11. СПОСОБЫ ПОДАЧИ НАПРЯЖЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ
Напряжение смещения на управляющий электрод электронного прибора может быть трех видов: от отдельного источника; автома тическое; комбинированное.
Смещение от отдельного источника можно получить от выпря мителя или от батареи гальванических элементов. В большинстве случаев на управляющую сетку лампы подается отрицательное смещение: минус источника смещения подключается к сетке, а плюс — к катоду (рис. 1.25,а). При таком включении ток от ис точника смещения в цепи сетки не протекает, так как участок сет к а — катод обладает односторонней проводимостью. Ток в цепи управляющей сетки создается источником напряжения возбужде ния. Причем постоянная составляющая / со протекает против ЭДС источника смешения. Поэтому источник смещения не расходует свою энергию, а, наоборот, потребляет ее. Если в качестве источ ника смещения используется аккумулятор, он будет заряжаться,
а не разряжаться. Достоинство такого способа — постоянство |
на |
пряжения смещения, недостаток — увеличение габаритных разме |
|
ров устройства и неэкономичность. Этот способ применяется |
в |
ламповых генераторах стационарных радиопередающих устройств. Для нескольких каскадов выполняется один выпрямитель, от кото рого с помощью потенциометра получают несколько отдельных на пряжений. Уменьшение взаимного влияния каскадов через общий источник смещения достигается применением развязывающих фильтров.
В маломощных ламповых генераторах применяют автоматичес кое смещение за счет сеточного или катодного тока лампы. Если на место источника смещения включить резистор Rc, шунтирован ный конденсатором СбЛ, как показано на рис. 1.25,б,г, то постоян ная составляющая сеточного тока будет создавать на Rc падение напряжения E c = IcoRc, приложенное минусом на сетку, а плюсом на катод. Это напряжение и используется в качестве автоматичес
Рис. 1.26. Схемы подачи напряжения смещения в транзисторном генераторе
В мощных генераторах на биполярных транзисторах часто при меняют нулевое смещение, как показано на рис. 1.26,в,г. Примене ние схемы нулевого смещения упрощает базовую цепь генератора, повышает экономичность питания транзистора и снижает рассея ние тепла в области базы.
В маломощных транзисторах широкодиапазонных каскадов, ра ботающих в режиме класса А, применяют комбинированное сме щение (рис. 1.26,6). Отпирающее напряжение на эмиттерный пе реход подается через делитель R1R2 в цепи базы Е =/?г[£'к/(Ri-t- + R 2 )]- Запирающее — автоматическое, создаваемое постоянной со ставляющей базового / Бо>[#1^ 2 (#!+-Я 2 )] и эмиттерного I3oR9 то
ков: Е 5 э= £ ’к^?2/(^?1 -i-Rz) — [R1R2/(Rt~\~R2 ) ] / Бо — |
эо* |
Для улучшения стабилизации нужно увеличивать эмиттерное и |
|
уменьшать базовое смещение. Это достигается |
увеличением со |
противления резистора R9, а сопротивление резистора ifti выбирать надо так, чтобы второе слагаемое в этой формуле было меньше первого.
1.12. ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧКИ ИСХОДНОГО РЕЖИМА В ТРАНЗИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ
В транзисторных генераторах основное условие устойчивой рабо ты каскада— стабильность положения точки исходного режима. Основной причиной нестабильности положения исходной рабочей точки является изменение температуры окружающей среды. С из менением температуры особенно сильно изменяется значение об ратного тока коллекторного перехода /КБ0, вызывая смещение вы ходных характеристик. В результате рабочая точка при колебани ях второго рода может сместиться в область насыщения или в область отсечки и тогда появятся искажения. При колебаниях вто рого рода смещение исходной рабочей точки приводит к измене нию режима генератора.
Стабилизировать положение исходной рабочей точки означает зафиксировать ее координаты. Температурная стабилизация ре жима работы генератора достигается введением в схему отрица
тельной обратной связи по постоянному току или постоянному на пряжению либо комбинированной. В зависимости от схемы разли чают коллекторную, эмиттерную и комбинированную стабилиза ции.
Коллекторная стабилизация осуществляется с помощью отри цательной обратной связи по напряжению, которая достигается подключением резистора R1 непосредственно между коллектором и базой, как показано на рис. 1.27. С увеличением температуры ток покоя /ко возрастает и падение напряжения на резисторе на грузки R K увеличивается. Напряжение на коллекторе уменьшает
ся: |
и к э = Е к—I KR K. Э то |
уменьшение напряжения на коллекторе |
передается через резистор R1 на базу, вызывая снижение тока ба |
||
зы |
/ Бо» а следовательно, |
и тока коллектора / к, возвращая его |
значение к исходному /ко- |
|
|
|
Цепь коллекторной стабилизации проста и экономична, но вмес |
|
те с тем имеет существенные недостатки, ограничивающие ее при менение. Через резистор R1 осуществляется одновременно и неже лательная отрицательная обратная связь по переменному току, которая уменьшает усиление и входное сопротивление каскада. Кроме того, отрицательная обратная связь по напряжению эффек тивно действует только при больших сопротивлениях нагрузки RKf
т.е. когда существенно изменяется URl и соответственно /ко- Эмиттерная стабилизация обеспечивает более высокую ста
бильность положения исходной рабочей точки. Осуществляется эмиттерная стабилизация с помощью отрицательной обратной свя зи по току через эмиттерный резистор R3 (рис. 1.28). Ток эмиттера / э, проходя по резистору R3, создает на нем падение напряжения, которое действует в противофазе с фиксированным напряжением смещения, снимаемым с резистора R2 делителя R1R2. С увеличе нием температуры возрастает ток эмиттера / э0. а следовательно, и напряжение UR3 —^aRa на резисторе R 3. Результирующее напря жение смещения на базе Е эв = —UR2 -\-URэ уменьшается (потен циал базы повышается). Ток базы из-за этого уменьшится, и со ответственно уменьшится и ток эмиттера /эо-
НЬ
а
R2а
Рис. 1.27. Схема коллекторной ста |
Рис. 1.28. Схема эмиттер ной стаби |
билизации |
лизации |
Отрицательная обратная связь по переменному току устраняет ся шунтированием резистора Ra конденсатором С8. Стабилизирую щее действие цепи R30 3 растет с увеличением сопротивления рези стора Ra и с уменьшением сопротивлений резисторов R1R2. Но с
увеличением R3 надо увеличивать напряжение источника |
питания |
Е к, что не всегда приемлемо. |
|
Комбинированная стабилизация обеспечивает более |
высокую |
стабильность положения точки покоя. В этой схеме одновременно действует отрицательная обратная связь по току и по напряже нию (рис. 1.29). Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току резистор R 3 шунтируют конденсатором С8, боль шой емкости.
Стабилизация режима работы осуществляется следующим об разом. Допустим, что коллекторный ток покоя начинает увеличи ваться. Из-за этого напряжение на R^, возрастает, а напряжение на делителе R1R2 уменьшается. Это вызывает уменьшение напряже ния на резисторе R2. Результирующее напряжение смещения на базе транзистора UB30= UR2—UR3 состоит из двух противополож но действующих напряжений. Поэтому оно уменьшается по двум причинам: из-за уменьшения UR2 и из-за увеличения UR3. В резу льтате уменьшение С/БЭо препятствует увеличению /ко.
Рассмотренные цепи стабилизации с использованием отрица тельной обратной связи по постоянному току используют в резо нансных усилительных каскадах, в которых постоянная составля ющая выходного тока транзистора не зависит от амплитуды вход ного сигнала. В оконечных каскадах, где смещение зависит от ам плитуды входного сигнала, применяют цепь смещения фиксиро ванным напряжением база — эмиттер, а для стабилизации рабочей точки применяют цепи смещения с температурной компенсацией.
Температурная компенсация режима достигается применением в схемах нелинейных элементов, параметры которых зависят от
Рис. 1.29. Схема комбини рованной стабилизации
6)
Рис. 1.30. Схема температурной компенсации разброса параметров транзисторов с терморе зистором (а) с дополнительными резистора ми (б)
|
|
-Еи |
температуры: |
терморезисторов, |
диодов, |
|
|
|
|
транзисторов. На рис. 1.30,а приведена схе |
|||
ОК1 |
|
ма, в которой в делитель R1R2 вместо ре |
||||
|
зистора R2 включен терморезистор, кото |
|||||
|
|
|
рый при нормальной температуре имеет со |
|||
[W. |
|
противление, |
необходимое для |
установле |
||
|
ния начального рабочего режима. С повы |
|||||
т |
2i /I72 |
\ |
шением температуры |
сопротивление термо |
||
HVDt |
с’ \ |
резистора уменьшается. Напряжение меж |
||||
ду базой и эмиттером снижается. Вследст |
||||||
|
|
|
вие этого ток покоя коллектора / ко остает |
|||
|
|
|
ся без изменения. Для компенсации раз |
|||
Рис. |
1.31. Схема термо |
броса параметров транзисторов и получе |
||||
ния требуемой характеристики термочувст |
||||||
компенсации |
с помощью |
вительного элемента |
последовательно и |
|||
диодов |
|
|||||
|
|
|
параллельно |
с терморезистором |
включают |
|
|
|
|
линейные резисторы |
R3 и R4 (рис. 1.30,6). |
||
Но терморезисторы обладают неодинаковой с транзистором темпе ратурной инерционностью. Лучшие результаты компенсации дости гаются включением диода в качестве термочувствительного элемен та, как показано на рис. 1.31. Температурные коэффициенты напря жения эмиттерно-базового перехода и диода, включенного в пря мом направлении, одинаковы. А если подобрать приборы с одина ковым температурным изменением обратных токов, то можно обе спечить более полную компенсацию. Так, с повышением темпера туры падение напряжения на диоде VD1 в схеме на рис. 1.31 уменьшается, а следовательно, снижается и напряжение смещения. Обратный ток коллектора транзистора компенсируется диодом VD2, обратный ток которого противоположен обратному току тран зистора.
1.13. СХЕМЫ ПИТАНИЯ ВХОДНОЙ ЦЕПИ
Входная цепь генератора с внешним возбуждением состоит из трех элементов: источника смещения, источника возбуждения и входной цепи лампы или транзистора. В зависимости от способа соединения этих элементов различают схемы питания входной це пи последовательную и параллельную. Любая схема питания вход ной цепи генератора должна быть составлена так, чтобы для по стоянной составляющей входного тока цепь была замкнута.
При последовательной схеме питания входной цепи все три эле мента ее соединяются между собой последовательно, как показа но на рис. 1.25,а. Достоинство такой схемы — малое число элемен тов схемы.
Впараллельной схеме питания входной цепи все три элемента
еесоединены между собой параллельно (рис. 1.25,г). В этом слу чае для обеспечения нормальной работы входной цепи требуется ввести дополнительные элементы: разделительный конденсатор СР,
предназначенный для того, чтобы не допустить короткого замыка ния постоянного напряжения смещения через катушку связи LCB,
и дроссель радиочастоты LAP, предназначенный для того, чтобы не допустить замыкания источника напряжения возбуждения через конденсатор СбЛ источника смещения.
Сопротивление разделительного конденсатора переменному то ку радиочастоты Хс =1 /соСр должно быть малое и падение напря жения на нем незначительное Ucp= (0,1 ...0,2) t/BX. Поэтому потен циалы точек 1 и 2 по радиочастоте можно считать одинаковыми. Потенциалы точек 3 и 4 также одинаковы, так как сопротивление
конденсатора |
Сс току радиочастоты очень мало. Сопротивление |
дросселя |
очень большое по сравнению с входным сопротивле |
нием лампы или транзистора. Поэтому на дросселе выделяется все напряжение возбуждения. Таким образом, оказывается, что и в параллельной схеме питания входной цепи напряжение смещения
Е с и напряжение возбуждения действуют последовательно. |
Недо |
|
статком схемы параллельного питания является большое |
число |
|
деталей. Но применяется она чаще. |
|
|
Значения блокировочных элементов выбирают из следующих |
||
соотношений: XL бл1 = со£бл1 » 2 вх> ХСР= 1/coCp< Z BX, |
Хс бл1 = |
|
= 1/соСбл1<со£бл1. |
|
|
1.14.СХЕМЫ ПИТАНИЯ НАКАЛА ЛАМП
Вэлектронных лампах малой и отчасти средней мощностей ка тод косвенного накала. В генераторах с общим катодом он сое
диняется с шиной корпуса (рис. 1.32,а). Для выравнивания потен циалов обоих концов нити накала по переменному току включают конденсатор С ш.нак. Между нитью накала и подогревным катодом имеется паразитная емкость С п- К (подогреватель — катод). Для ослабления ее влияния на работу генератора параллельно ей под ключают шунтирующий конденсатор значительно большей емкости Сш.П—К^100 СII—к*
В мощных генераторных лампах катоды прямого накала, пита ются переменным током. В схемах с общим катодом нить накала соединяется с корпусом по постоянному и по переменному потен циалам. При этом если присоединять к корпусу (заземлять) один конец нити накала, то потенциал сетки меняется относительно среднего потенциала катода с частотой 50 Гц, что приводит к по-
Рис. 1.32. Питающие цепи накала
явлению паразитной амплитудной модуляции анодного тока лам пы, называемой фоном.
Появление фона можно пояснить так. К концам нити накала приложено напряжение U„aK. И если, например, левый конец нити заземлен, имеет нулевой потенциал, то потенциал правого конца равен Uкзк. Тогда между правым концом нити и сеткой лампы при ложена разность потенциалов С/нак, воздействующая на анодный ток лампы с частотой 50 Гц.
Устраняют фон созданием искусственной средней точки нити накала. Для этого соединяют с корпусом среднюю точку вторич ной обмотки накального трансформатора (рис. 1.32,6), что приво дит к образованию нулевого потенциала в средней точке нити на кала. Заземление средней точки обмотки трансформатора приво дит к образованию симметричного моста, верхние плечи которого составлены из двух половин нити накала, а нижние — двумя полуобмотками накального трансформатора. При этом между сеткой и катодом из концов нити накала действуют два равных, но про тивоположных по знаку напряжения, уравновешивающих влияние их на катодный ток лампы.
Для потенциалов радиочастоты искусственная средняя точка создается включением конденсаторов Сбл2. Создание искусствен ных средних точек по постоянному и переменному токам обеспе чивает равномерную нагрузку обеих половин нити накала катод ным током.
Если вторичная обмотка накального трансформатора не имеет средней точки, то ее создают включением резисторов ЯНак (рис 1.32,0). Но этот способ менее экономичен, так как на резисторах рассеивается мощность как от источника накала, так и от источ ника анодного питания.
1.15. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПО НАПРЯЖЕННОСТИ
Основной задачей генератора с внешним возбуждением является создание возможно большей мощности колебаний на заданной час тоте при достаточно высоком КПД. Полезная колебательная мощ ность Р~ создается в выходной цепи генератора, которая состоит из трех элементов: источника питания, электронного усилительно го прибора (лампы или транзистора) и сопротивления нагрузки (контура). Напряжение источника питания и расходуемая им мощ ность распределяются в выходной цепи между двумя элемента ми — электронным прибором и нагрузкой. Это распределение оп ределяется соотношением сопротивлений электронного прибора и нагрузки, а при выбранном электронном приборе — только эквива лентным сопротивлением нагрузки, роль которой выполняет коле бательный контур. Изменение сопротивления R3 вызывает измене ние токов, напряжений и мощностей в цепях электронного прибо ра, т. е изменение режима работы генератора по напряженности. Зависимость какого-либо параметра генератора от сопротивления
48
нагрузки называют нагрузочной характеристикой генератора. Ос новными параметрами генератора являются: колебательная мощ ность Р ~ , КПД т|, подводимая мощность Ро, анодные (коллектор ные) токи и выходное напряжение. Нагрузочные характеристики можно построить с помощью динамических характеристик генера тора, взятых при различных значениях сопротивления R3.
Динамической характеристикой генератора называется зависи мость мгновенных значений тока в цепи любого электрода элект ронного прибора от напряжений на всех электродах при одновре менном изменении их и наличии сопротивления нагрузки в выход ной цепи. Динамические характеристики генератора строятся на статических характеристиках электронного прибора и называются
Рнс, 1.34. Нагрузочные характеристики ГВВ
в соответствии с названием той системы, в координатах которой они построены: проходные, выходные или входные. Если статичес кие характеристики линейны, то и динамические также будут ли
нейны. |
|
|
|
Построим динамические характеристики генератора |
при |
раз |
|
личных сопротивлениях нагрузки R3 в выходной |
цепи |
ее |
(рис. |
1.33). При R3 = 0 динамическая характеристика представляет со |
|||
бой прямую линию, проходящую перпендикулярно |
оси |
абсцисс |
|
через точку с координатами /Вы х = 0 , еВых=Еа. |
|
|
|
Так как нагрузки в выходной цепи нет, то изменения тока iBUx не вызывают изменения распределения напряжения в выходной цепи. И для всех значений 1ВЫх напряжение на аноде лампы или на коллекторе транзистора будет постоянным, одинаковым и равным Е а или Ек. При некотором небольшом сопротивлении нагрузки R'B с увеличением тока в выходной цепи (ia, iK) переменное напряжение на нагрузке U'a возрастает, а следовательно, остаточное напряже ние на аноде или коллекторе уменьшается. Динамическая харак
теристика |
2 — R'a при |
этом будет |
наклонена |
под углом |
а — |
= arctg# ' |
3. Переменное |
напряжение |
на нагрузке |
U'a= I 'aR'3, |
ко |
лебательная мощность Р~,= 0,51'aU'a. С увеличением сопротивле ния нагрузки R3= R " 3 динамическая характеристика 3 будет на клонена больше, чем при R'3. Колебательная мощность при этом увеличится, так как увеличивается колебательное напряжение на
нагрузке |
U"a> U 'a, а ток / а или |
/ к уменьшается |
незначительно |
Если |
сопротивление нагрузки |
выходной цепи |
R3 еще больше |
увеличивать, динамическая характеристика пройдет с большим наклоном (R'"3). Надряжение на нагрузке U '"a уменьшится незна чительно, но ток в выходной цепи спадет резко 1"'а< .1 'а. Поэтому колебательная мощность Р '" ~ = 0,5 I'"aR '"3 уменьшится Р '"
< Р " ~ .
Таким образом, при увеличении сопротивления нагрузки R3 ко лебательная мощность Р ~ сначала возрастает, достигая некоторого максимального значения Р ' маКс, а затем уменьшается. Сопротивле ние нагрузки R3, при котором создаваемая генератором колеба тельная мощность максимальна, называется оптимальным и обозначается Рэ.опт.
В зависимости от сопротивления нагрузки различают режимы работы генератора по напряженности: оптимальный, недонапря- о/сенный и перенапряженный.
Режим работы генератора при оптимальном значении сопро тивления нагрузки называется оптимальным, критическим или гра ничным. Динамическая характеристика, соответствующая оптима льному режиму, пересекает статическую в точке ее верхнего изло ма, т. е. в точке перехода от вертикального участка характеристи ки к горизонтальному при заданном или выбранном максимальном напряжении на управляющем электроде (точка Б на рис. 1.33) ^с.макс ИЛИ £б .макс* Эта точка (Б) называется точкой критичеекого режима. На рис. 1.33 видно, что при различных значениях выбран