книги / Радиопередающие устройства

Из анализа колебаний 'второго рода известно, что с увеличе­ нием номера гармоники амплитуда гармонических составляющих уменьшается. Чем больше номер гармоники, на которую настроен выходной контур умножителя, тем меньше амплитуда выходного тока при одной и той же амплитуде импульса / Вых п = а п/вых.макс. Следовательно, и колебательная 'мощность на выходе умножите­ ля будет тем меньше, чем больше 'коэффициент умножения. Умень­ шение значения коэффициента ап происходит приблизительно об­ ратно пропорционально номеру гармоники an Maxc^ai макс/я. Коле­ бательная 'мощность в 'режиме умножения частоты примерно в п раз меньше, чем в режиме усиления по первой гармонике

Поэтому умножение больше, чем в два раза в од­ ном каскаде нецелесообразно. Если необходимо умножение час­ тоты произвести в большее число раз, применяют несколько кас­ кадов удвоителей или утроителей.

Допустим, что умножитель работает на такой достаточно низ­ кой частоте, на которой инерционными свойствами транзистора можно пренебречь и считать, что импульс коллекторного тока имеет форму отрезка косинусоиды. При этом мощность п-й гармониик в коллекторной цепи будет

Рп = 0,5 /вых пt/nn= = 0,5 /вых.макс вп^/нть

где /вых 71 — амплитуда п-й гармоники коллекторного тока; UHn — амплитуда напряжения на коллекторе; an — коэффициент разло­ жения импульса для п-й гармоники,-

Значение ссп изменяется с изменением угла отсечки 0. Макси­ мальное значение колебательной мощности Рп будет при наи­ большем значении ct7i = f(0). Следовательно, угол отсечки 0 нуж­ но выбирать соответствующим максимальному значению an. Наи­

годнейшего значения несколько повышает КПД, но уменьшает генерируемую мощность и поэтому нежелательно. Наоборот, угол отсечки выходного тока в умножителях несколько повышают: а2— до 70°, а3 — до 50°.

Мощность, потребляемая коллекторной цепью транзистора,

/ >0= = /вы х О^вых^-^вых.максССо/'Вых.

Коэффициент полезного действия выходной цепи умножителя

г\= Рп/Р о=0,5ап1а0| = 0,5 g t

При в = 0ОПТ £ =1,26 и практически не зависит от п. Поэтому КПД умножителя при оптимальном значении угла отсечки г)0пт= = 0,63|. Следовательно, КПД умножителя даже при оптимальном угле отсечки ниже, Чем усилителя на том же транзисторе.

Амплитуда п-й гармоники выходного тока умножителя в п раз меньше амплитуды первой гармоники. При этом для получения заданного значения амплитуды переменного напряжения на вы-

В умножителе на полевом транзисторе, у которого вольт-ампер- ная характеристика близка к квадратической параболе, выходной ток содержит только постоянную составляющую и вторую гар­ монику. Такой умножитель обеспечивает в нагрузке гармоничес­ кое напряжение удвоенной частоты в широком диапазоне частот.

Умножители частоты на варикапах и варакторах

Варикапом называют полупроводниковый диод, емкость которого изменяется о изменением величины приложенного к «ему напря­ жения (variren — менять, icapazitat — емкость). Емкость р—п-пе­ рехода складывается из барьерной емкости Св и диффузионной С д. При закрытом переходе основной является барьерная емкость, при открытом — диффузионная. Обе емкости нелинейно зависят от приложенного напряжения. На рис. 1.69 показаны зависимости барьерной Сб, диффузионной С д и результирующей С в = С б + С д емкостей от значения напряжения, приложенного к его электро­ дам. Здесь Свар — емкость варикапа. Варикапами называют ма­ ломощные диоды с нелинейной емкостью, а варакторами — мощные.

Варикап обычно используют в максимальном режиме, и ра­ бочим участком его характеристики C = f(U ) является часть ее, соответствующая закрытому состоянию варикапа. Внутреннее соп­ ротивление варикапа в основном реактивное, потери мощности в нем незначительные и коэффициент передачи по мощности до­ вольно высокий: 0,75 в удвоителе и 0,4 в утроителе. Коэффициен­ том передачи здесь называют отношение мощностей выделяемой и первой гармоник. На варикапах обычно выполняют удвоители и утронтели частоты небольшой мощности. На варикапах выпол­ няются умножители более высокого порядка (n = 10... 15) и на большую мощность.

О ) ю

Применение варакторных умножителей частоты в радиопере­ дающих устройствах ультракоротких волн обеспечивает возмож­ ность применения транзисторов в этом диапазоне. Современные транзисторные генераторы работают на частотах до 10 ГГц. По­ лучение более высоких частот достигается следующим образом. После задающего генератора ставят несколько транзисторных усилителей, 'которые увеличивают мощность колебаний до значе­ ния, несколько превышающего заданную мощность в антенне. А затем включаются варакторные умножители, которые повы­ шают частоту до рабочего значения. Но КПД передатчика при этом понижается. Однако энергетические потери оправдываются получением высоких частот, которых использованием только тран­ зисторов получить нельзя.

Варикап (или варактор) в умножителе частоты можно вклю­ чать по параллельной (рис. 1.70,а) или по последовательной (рис. 1.70,6) схеме. Входной контур умножителя настраивают на пер­ вую гармонику тока, а выходной L2C2 — на вторую или /i-ю. Практическая схема умножителя имеет дополнительные цепи: пи­ тания, фильтрации, настройки, согласования.

а — удвоителя, б — утроителя

*)

и L3 сг СЗ L6 L8

Рис. 1.76. Усилитель мощности радиостанции «Баклан-Рн»

кой транзистора служит индуктивность L4 и входное сопротив­ ление транзистора VT2. Для согласования выхода 'первого каска­ да со входом второго служит индуктивность L5 и конденсатор С5. Питание коллекторной цепи VT1 осуществляется от отдельного источника напряжением +16,5 В.

Второй каскад усилителя выполнен на транзисторе VT2 по схеме с общим эмиттером и работает также в режиме класса А, Режим второго каскада по постоянному току задается резис­ торами R4, R5 и R6. Нагрузкой транзистора VT2 служит индук­ тивность L8 и входное сопротивление третьего каскада. Напря­ жение питания коллекторной цепи осуществляется от источника напряжением £ = + 18 В. Кроме того, в коллекторную цепь вво­

дится модулирующее напряжение от модулятора.

Третий — оконечный — каскад (рис. 1.76) выполнен на тран­ зисторе VT3 по схеме с общим эмиттером и работает в режиме класса С при нулевом напряжении смещения на базе. Питание

Усилитель мощности радиостанции «Ясень-50» состоит из трех широкополосных усилителей и выходного усилителя. Схема пер­ вого широкополосного усилителя (ШПУ1) приведена на рис. 1.77.

Напряжение от возбудителя подается на вход усилителя по коаксиальному кабелю. Ослабление влияния усилителя на воз­ будитель достигается включением на его вход делителя-ослаби­ теля, выполненного на резисторах Rl, R2, R3. Усилитель собран по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT1. Входное напря­ жение через разделительный конденсатор С1 и согласующе-транс- формирующую цепь LI, С2, L2 поступает на базу транзистора VT1. Цепь LI, С2, L2 обеспечивает согласование волнового соп­ ротивления кабеля с входным сопротивлением транзистора VT1. Напряжение смещения на базу транзистора подается с делителя R5, R6, обеспечивая режим работы в классе А. Стабилизация ра­ бочей точки на характеристике транзистора обеспечивается фильт­

Рис. 1.77. Усилитель мощности радиостанции «Ясень-50»

в коллекторной цепи транзистора VT1 выполняет дроссель L4y обеспечивающий широкополосность усилителя <по частоте. Питание 'коллекторной цепи VT1 осуществляется от источника Е = = + 12 В по последовательной схеме через фильтр L3C3R4. До­ полнительная стабилизация напряжения питания обеспечивается стабилизатором VD2 (Д815Е).

1.25. УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ

Причины возникновения паразитных колебаний. Основная за ­ дача усилителя радиочастоты (генератора с внешним возбудите­ лем) — усиление колебаний той частоты, напряжение которой подано на вход этого каскада. Однако в каждом каскаде имеют­ ся обратные связи, через «которые пасть энергии с выхода усили­ теля поступает на его вход. В этом случае при выполнении усло­ вий самовозбуждения — баланса фаз и баланса амплитуд — в усилителе возникают колебания на другой частоте. Усилитель превращается в автогенератор.

Колебания, возникшие в усилителе на частоте, отличающейся от той, которая подана на его вход для усиления, называются паразитными. А те обратные «связи, которые создают условия для возникновения других колебаний, называются паразитными об­ ратными связями. Для обеспечения нормальной «надежной рабо­ ты передатчика его каскады должны работать устойчиво. Устой­ чивостью работы усилителя называется способность его усили­ вать колебания только той частоты, которая подана на его вход, и не самовозбуждаться.

Основной «причиной возникновения паразитных колебаний в усилителе является наличие в его схеме паразитной обратной связи, т. е. связи выходной цепи со входной. Различают следую­ щие виды обратной связи: электромагнитные, через общие про­

зе

вода и источники питания, через междуэлектродные емкости и индуктивности выводов электродов электронных приборов.

Наиболее существенной причиной возникновения паразитных

транзисторных — в зависимости от схемы включения транзистора. Через проходную емкость происходит как прямое, так и об­ ратное прохождение энергии. Проследим это в схеме лампового каскада. Для этого составим упрощенную эквивалентную схему

его, как показано на рис. 1.78.

Прямое прохождение — это прохождение энергии из входной цепи усилителя в выходную его цепь через проходную емкость СасПри наличии во входной цепи переменного напряжения ток /Пр проходит через емкость Сас в выходную цепь и создает на контуре падение напряжения. В контуре выделяется мощность даже при закрытой лампе, т. е. в те моменты, когда мощности на выходе не должно быть. При телеграфной работе это приво­ дит к излучению энергии во время пауз между посылками, а при телефонной работе — к искажению передачи в связи с невоз­ можностью получения 100%-ной амплитудной модуляции. Кроме того, излучение ,на частоте паразитных колебаний создает поме­ хи другим радиостанциям.

Обратная реакция — это прохождение тока / 0бр из выходной цепи во входную через проходную емкость Сас. Значение тока /обр будет тем больше, чем больше емкость и выше частота. На высоких частотах ток /0бр может создавать на катушке связи падение напряжения, достаточное для выполнения условия балан­ са амплитуд. А баланс фаз при определенной настройке конту­ ров, как видно из эквивалентной схемы, выполняется. Таким об­ разом, усилитель превращается в автогенератор и в нем возни­ кают колебания на частоте, называемой паразитной.

Паразитные колебания бывают слабые, средние и сильные.

Слабые колебания не вызывают значительных изменений энер­ гетических показателей передатчика, но создают дополнительную паразитную модуляцию. Средние — уменьшают выходную мощ­ ность и КПД генератора. Сильные — вызывают разрушение элементов схемы (например, пробой конденсатора).

Способы уменьшения влияния проход­ ной емкости в ламповых каскадах. Для повышения устойчивости работы усили­ теля необходимо устранять причины возникновения паразитных обратных связей. Так, электромагнитные обрат­ ные связи устраняются экранированием входных цепей от выходных. В цепи пи­ тания включают развязывающие фильт­ ры. Влияние междуэлектродных емко­ стей ослабляется схемными решениями.