4. Ключевой режим работы активного элемента. Ключевые гвв
Генераторные транзисторы в современных передатчиках работают, как правило, с полным использованием по мощности, особенно в выходных каскадах. Требование высокой надежности работы транзисторов в этих каскадах сводится прежде всего к выбору режимов, в которых токи и напряжения заведомо ниже максимально допустимых, а мощности рассеяния минимальны. Последнее требование – минимизация мощности рассеяния на транзисторах главным образом относится к БТ, однако и для ПТ оно не может быть излишним.
Р
еализация
этих условий возможна, например, в ГВВ
на БТ по схеме на рисунке. Если в цепь
базы подать большой ток возбуждения
,
то при сравнительно большом
,
транзистор будет находиться практически
только в одном из двух состояний: отсечки
или насыщения. Такой режим работы ЭП
называется ключевым.
На рисунке транзистор заменен ключом
Кл с последовательно включенным
.
В этой схеме в установившемся режиме
через дроссель Lк течет
неизменный по величине ток Iк0.
При замыкании ключа ток
устремляется через транзистор, на
котором создается падение напряжения
.
При размыкании ключа на коллекторе
транзистора возникает напряжение
.
Последовательность импульсов коллекторного тока:
.
Амплитуда первой гармоники коллекторного
тока при θ = 90° имеет максимум и равна
.
При этом от ГВВ можно получить наибольшую
мощность на первой гармонике. Максимум
же КПД по первой гармонике получается
при θ ≈ 65°.
Рассмотрим случай, когда угол отсечки коллекторного тока θ = 90°.
Потребляемая коллекторной цепью мощность от источника питания
.
Рассеиваемая на транзисторе мощность равна мощности потерь на сопротивлении:
,
где коэффициент 1/2 учитывает, что θ = 90°.
Для коллекторной цепи КПД
и называется электронным.
П
ри
использовании ГВВ с ЭП в ключевом режиме
в передатчиках необходимо, чтобы
колебания в нагрузке были гармоническими,
а нагрузка ЭП была бы резистивной, т. е.
одинаковой для всех гармоник коллекторного
тока (см. рисунок).
Режим возбуждения транзистора, работающего в ключевом режиме, выбирается обычно из условий получения θ = 90° и прямоугольной формы импульса iК .
1. Потери из-за инерционности транзистора обусловлены тем, что переход транзистора из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно, строго говоря, занимает некоторое время
2. Коммутативные потери в ГВВ на транзисторах в ключевом режиме возникают из-за наличия в схеме ГВВ паразитных элементов Сп и Lп.
5. Нагрузочные колебательные системы гвв и цепи согласования
Выходная колебательная система (ВКС) – пассивная структура, являющаяся нагрузкой оконечного каскада и предназначенная для передачи выходного сигнала в антенно-фидерный тракт или в линию передачи. Цепь согласования (ЦС) – пассивная структура, предназначенная для передачи сигнала от одного или нескольких каскадов к последующим и обеспечивающая их взаимное согласование. ВКС+ЦС=НКС – нагрузочная колебательная система.
;
.
Основные функции НКС:
1) согласование выходного сопротивления предыдущего каскада с входным следующего;
2) частотная селекция или избирательность – пропускание полезных спектральных составляющих и подавление побочных составляющих (высших гармоник, субгармоник, комбинационных частот).
ВКС как правило работают на постоянное
сопротивление. В случае ЦС сопротивление
потребителя RП
в течение одного периода рабочей частоты
может изменяться от бесконечности в
закрытом режиме до минимума в насыщении.
При расчете можно считать
,
где
.
К
лассификация
НКС.
1. По взаимосвязи RН и RП: 1) трансформирующие: RНRП применяются в межкаскадных ЦС; 2) схемы инвертирующего типа: RН1/RП применяются и для межкаскадного согласования, и для согласования с антенной (ВКС).
2. По избирательным свойствам: 1) широкополосные; 2) узкополосные (добротность>10).
3. По типу базовых элементов: 1) апериодические (широкополосные): а) резистивно-емкостные; б) дроссельные; в) трансформаторные; 2) резонансные: внутренняя классификация определяется способами подключения к контуру RН и RП; 3) фильтровые (узкополосные и широкополосные): а) однозвенные; б) многозвенные.
1
)
апериодические: а) резистивно-емкостные
ЦС
б) базовая схема (дроссельная) в) трансформаторная схема
2) резонансные
1)
2)
3)
4)
1), 2) – автотрансформаторные; 3) – трансформаторная; 4) - внешнеемкосная
При автотрансформаторном и внутриемкостном
вариантах связи согласование АЭ (RН)
и RП (внешней
RН) с контуром
обеспечивается за счет их неполного
включения в контур. Коэффициент включения:
,
где
,
- сопротивление потерь, Q
– добротность ненагруженного контура.
Для схем 3 и 4
,
.
3) фильтровые строятся на основе ФНЧ и ФВЧ на LC-элементах.
Условие использования фильтровых ЦС
.
1
)
Г-образное звено
,
,
Пусть
- добротности одинаковые
Т.о. можно получить любую требуемую полосу частот.
2) Т-образная схема
3) П-образная схема
;
;
;
- характеристическое
сопротивление
;
;
;
;
h – коэффициент
улучшения фильтрации
;
;
- конечная (нагруженная) добротность