Автогенераторы, СЧ и модуляции

молчания– на середине линейного участка IK1(UВХ). При θмах<90° в

максимальном режиме ηЭmax ≈ 0,7, а в режиме молчания ηамол ≈ 0,35.

Рис. 9.3. Статические модуляционные характеристики при усилении модулированных колебаний, а также при m =mвх (линейное усиление) (а) и т > твх

(углубление модуляции) (б).

Наиболее тяжелым для АЭ является режим молчания. Необходимо

следить, чтобы Ррас мол ≤ РКmax.

АЭ выбирают так, чтобы он развивал мощность не меньше максимального

значения (9.14).

Расчет режима АЭ следует начинать с максимального. Это известный расчет АЭ в КР на заданную мощность Р1max. Некоторая особенность состоит в выборе угла отсечки θмаx и определении коэффициента модуляции mвх

напряжения возбуждения. Для реализации т = 1 в цепи коллектора нужно иметь

119

Значения Uвх мах известны из расчета режима максимальной мощности, а

Uвх min = Е' – Ес. Затем рассчитывают режимы молчания и модуляции, как и при модуляции смещением.

При усилении модулированных колебаний постоянная составляющая

Iвхмод входного тока меняется в зависимости от коэффициента модуляция mвх,

поэтому необходимо применять фиксированное смещение от источника с малым внутренним сопротивлением.

постоянным напряжением в цепи коллектора (или анода) Еп мол, определяющего режим молчания:

Выясним особенности работы АЭ при коллекторной модуляции с помощью СМХ, т. е. зависимостей показателей, определяющих режим, от напряжения ЕП при постоянных значениях остальных питающих напряжений и сопротивления нагрузки. Как видно из идеализированных СМХ (рис.9.4а), в

ПР токи IК1, IКо возрастают пропорционально напряжению ЕП, а в HP почти не меняются. Однако ПР характеризуется большими входными токами Iвх1, Iвх0,

поэтому большими мощностями возбуждения Рвх1 и рассеяния Рвх рас, что приводит к тяжелому режиму АЭ и низкому коэффициенту усиления по мощности. В некоторой степени удается ослабить напряженность режима и уменьшить входной ток, если вместо внешнего смещения использовать автоматическое

Ес = – Iвх0·Rc за счет входного тока. При этом СМХ токов IК1, IКо в ПР становятся ближе к линейным.

120

Модуляция получается комбинированной, так как в ПР меняются два питающих напряжения: принудительно Еп и автоматически Ес. Для уменьшения частотных искажений при модуляции автосмещение должно быть безынерционным, т.е. удовлетворять неравенству Ωмах·Сбл·Rc<<1, где Сбл–

емкость блокировочного конденсатора, шунтирующего резистор Rc. В то же время эта цепь автосмещения должна иметь малое сопротивление для

высокочастотных составляющих входного тока, т. е. щ·Сбл ·Rс >> 1.

Рассмотрим энергетические соотношения при коллекторной модуляции,

считая СМХ токов в ПР линейными. Для принятой идеализации

коэффициент использования коллекторного напряжения

ЕП в области HP (рис.9.4б). Коэффициент формы коллекторного тока

Еп так же, как о от Еп.

Зависимости Р0(Еп), Р1(Еп) и Ррас(Еп) в ПР имеют вид парабол. В HP мощность Р1 неизменная, а Р0, Ррас увеличиваются линейно с ростом Еп

линейные и проходят через начало координат, то коэффициенты модуляции по току и по напряжению одинаковые, следовательно:

Мощность, потребляемая от источника Епмол, определяется постоянной составляющей коллекторного тока, усредненной за период модулирующего сигнала, но IК0 мод=IК0 мол и поэтому

т. е. того же порядка, что и мощность, потребляемая от источника постоянного напряжения Еп мол.

Необходимость иметь мощный модулятор – существенный недостаток коллекторной модуляции.

В максимальном режиме мощность рассеяния наибольшая, однако, этот режим при модуляции кратковременный и нагрев определяется мощностью,

усредненной за период модуляции Ррасмод, поэтому следует проверять выполнение условия:

В электронных лампах допускается кратковременное превышение номинального коллекторного напряжения.

122

Для транзистора из соображений надежности опасны даже кратковременные превышения мгновенных значений напряжения UКЭ и тока

Iк по сравнению с максимально допустимыми значениями. Поэтому номинальная мощность транзистора должна соответствовать мощности в максимальном режиме:

P1НОМ = Р1МАХ, Еп ном = Еп мах.

При расчете каскада с коллекторной модуляцией исходными являются мощность Р1мол, коэффициент модуляции т и тип АЭ. Известны также несущая ω0 и модулирующие Ωmin...Ωmax частоты и требования к качеству преобразования сигнала информации в радиосигнал, т. е. допустимые амплитудные, частотные и нелинейные искажения.

Расчет начинают с режима максимальной мощности.

Модулятором в радиопередающих устройствах называют выходной каскад усилительного тракта, в котором мощность сигнала информации доводится до уровня РΩ, соизмеримого с Р0мол и Р1мол. При такой большой мощности необходима работа с высоким КПД, чтобы не ухудшить промышленный КПД всего передатчика. Добиться в этих условиях малых нелинейных искажений очень трудно. Наилучшие результаты получаются,

если модулятор выполнить по двухтактной схеме, при этом АЭ работают в

HP с углом отсечки коллекторного тока θМ=90°. Выход модулятора, как правило, делают трансформаторным. Если ηт=РΩ/Рм1 – КПД модуляционного трансформатора, то КПД модулятора:

123

UMН зависит от глубины модуляции т и принимает наибольшее значение UMН мах для m = 1, а при т < 1 UMН = m·UMН мах. Поэтому можно записать:

Порядок величины Рм0 оценим, положив ηт=0,9; ηм мах=0,7. Из (9.25)

получим Рм0 ≈ т∙Р0 мол. Важно подчеркнуть, что мощность, потребляемая коллекторной цепью АЭ модулятора, пропорциональна коэффициенту модуляции т. В режиме молчания т = 0 и Рмо = 0.

Рис. 9.5. Влияние коэффициента модуляции на энергетические соотношения при коллекторной модуляции

Общий КПД коллекторных цепей модулируемого каскада и модулятора

определяют как:

где Р0ист– мощность, потребляемая от источника коллекторного питания модулируемым каскадом (генератором) и модулятором:

124

С ростом т общий КПД падает. Для среднестатистического значения коэффициента модуляции mср ≈ 0,3 общий КПД ηобщ ср≈0,56. Это значение заметно выше, чем при модуляции смещением и усилении модулированных колебаний, поэтому коллекторную модуляцию, несмотря на большую мощность модулятора, выгодно реализовать в выходном каскаде передатчика.

Схема модулируемого каскада составляется по тем же правилам, что и немодулированного. Варианты могут отличаться типами АЭ, схемами питания цепи коллектора, цепями согласования и т. д. Особенность состоит только в том, что в цепи коллектора последовательно с постоянным напряжением Е подают напряжение UΩ с выхода модулятора и в некоторых дополнительных требованиях к блокировочным элементам.

В ламповом УМ с двухтактным модулятором (рис.9.6а) для уменьшения массы и габаритных размеров модуляционного трансформатора его включают так, чтобы по обмоткам не протекали постоянные составляющие токов, создающие подмагничивание сердечника.

Рис. 9.6. Эквивалентные схемы лампового усилителя мощности, модулируемого на анод (а), и выходной цепи модулятора (б)

125

модулятором (рис.9.7), напряжение подается через вторичную обмотку модуляционного трансформатора. При небольших мощностях легче сконструировать трансформатор с подмагничиванием и обойтись без шунтирования его вторичной обмотки дросселем.

Рассмотрим особенности прохождения боковых частот при коллекторной модуляции. Как отмечалось, УМ работает в ПР и при изменениях нагрузки ведет себя как генератор напряжения UH = ξкр·Еп . Эквивалентная схема на рис.9.8

подчеркивает, что ток IК1 зависит от напряжения источника питания Еп и

сопротивления ZH в коллекторной цепи, а амплитуда напряжения ξкр·Еп

источника от ZH не зависит. Это приводит к тому, что в одноконтурных ЦС ток в антенне имеет тот же коэффициент модуляции, что и напряжение Uн, т.е. ЦС как

ЦС. Для высших частот модуляции Ω→Ωмах нагрузка модулятора становится комплексной Za в место Ra и уменьшается по модулю. В результате частотная характеристика тракта от модулятора до антенны получается примерно такой же, как и при модуляции смещением. Для двухконтурных ЦС частотные характеристики могут иметь подъем на высших звуковых частотах.

9.5. Комбинированная модуляция Недостаток коллекторной модуляции состоит в том, что АЭ работает в

ПР, который отличается малым коэффициентом усиления по мощности КР.

Кроме того, за период модулирующей частоты меняется входная проводимость АЭ, что приводит к паразитной фазовой и амплитудной модуляции напряжения на выходе предоконечного каскада и напряжения возбуждения выходного каскада, а следовательно, и радиосигнала на выходе передатчика. Для уменьшения этого явления выбирают слабую связь между каскадами, что, в

127

свою очередь, приводит к еще большему падению общего коэффициента усиления. Применение автосмещения за счет входного тока ослабляет напряженность режима, но не устраняет необходимость использования ПР.

Значительно лучше соотношения получаются, если одновременно,

синфазно осуществлять коллекторную модуляцию не только в выходном, но и в одном-двух промежуточных каскадах (рис.9.9). При этом в самом маломощном каскаде реализуют обычную коллекторную модуляцию, а все последующие каскады работают в режиме усиления модулированных колебаний при одновременной коллекторной модуляции. Особенности работы АЭ с двойной модуляцией обсудим с помощью СМХ.

При комбинированной модуляции одновременно меняются напряжения возбуждения UBX и коллектора Еп, а постоянными поддерживают напряжение смещения Ес и сопротивление ЦС с нагрузкой RH. Выясним сначала ход СМХ

IK1(UBX,Еп) при Ес,RH = const. Построить СМХ можно по-разному,

рассматривая или режим усиления модулированных колебаний с меняющимся

Eп, или режим коллекторной модуляции с переменным UBX. Проще за исходный принять первый режим.

Рис.9.9. Структурная схема передатчика с комбинированной модуляцией

Рис. 9.10. Статические модуляционные характеристики.

128