Выделение и противопоставление двух режимов: недонапря-женного и ключевого - вызвано их качественным различием в способе управления током коллектора

В недонапряженном режиме на этапе, когда транзистор находится в активном состоянии, амплитуда и форма тока коллектора 4 («О определяются током возбуждения током базы 1б(«0 в схеме с ОЭ и током эмиттера hiat) в схеме с ОБ - и слабо зависят от напряжения коллекторного питания и от коллекторной нагрузки. В таком режлме транзистор близок к генератору тока

сложной формы /кп (рис. 7.16), амплитуды гармоник которого

определяются током базы (б {at) или током эмиттера tg({u/).

В ключевом режиме транзистор эквивалентен ключу К с последовательно включенным сопротивлением насыщения

Гнас (рис 7 Is) Поскольку НЗ

этапе насыщения транзистор представляет сравнительно малое сопротивление Гнас-0, амплитуда и форма коллекторного тока определяются напряжением коллекторного питания

и коллекторной нагрузкой и .---# „

мало зависят от амплитуды то- ГМ ка возбуждения (б (со) или h{(i)t). Цепь возбуждения определяет только моменты замыкания и размыкания ключа.

Различие в способе управления током коллектора определяет и ограничивает области применения того и другого режимов Ключевой режим можно использовать только в генераторах, работающих с по- Рис 7 I Статические характеристики и стоянной амплитудой ВЧ коле- упрощенные эквивалентные схемы тран-

бании, например, при усиле- зистора

т1д/1 алл " flJ выходные характеристики в схеме с

НИИ ЧМ И ФМ колебании, при оэ, б) аквивалентная схема в недона-импульсной, телеграфной ра- пряженном режиме, в) эквивалентная боте (амплитудной, частотной, схема в ключевом режиме фазовой), а также при коллекторной амплитудной модуляции и амплитудной модуляции nsvie-неиием связи генератора с нагрузкой. Наоборот, ключевой режим нельзя использовать при усилении амплитудномодулированных и ОМ колебаний, а также при осуществлении базовой или эмиттер-нои амплитудной модуляции

В ключевом режиме обеспечивается более высокий КПД кол-

лекторной цепи, меньше рассеивается мощность на коллекторе «транзистора, а значит, обеспечивается большая надежность рабо-tbi транзистора, требуется менее мощная система охлаждения и тем самым могут уменьшиться габариты и масса всего устройства. Пожалуй, самым важным преимуществом ключевого режима является малая зависимость выходной мощности от параметров транаистора и от амплитуды возбуждения. По этой причине клю чевой режим выгодно отличается от недоиапряженного режима при работе генератора в тяжелых температурных условиях, а также в условиях массового производства, когда недопустимы спе-вдальный подбор и отбраковка транзисторов по усилительным па-раметра!м и дополнительная регулировка аппаратуры.

Однако для ключевого режима характерны меньшие значения коэффициента усиления по мощности % и существует ограничение его применения, обусловленные влиянием выходной емкости транзистора Ск. Оба эти обстоятелмтва ограничивают возможность реализации ключевого режима областью сравнительно низких частот, верхняя граница которых составляет (0,1-0,2)/т.

На более высоких частотах возможно применение перенапряженного режима, который по стабильности выходной мощности блшок к ключевому режиму, но отличается меньшим значением КПД коллекторной цепи.

По типу нагрузки генераторы можно разделить на два класса-генераторы с широкодиапазонной нагрузкой и генераторы с узкодиапазонной, в частности с резонансной, нагрузкой.

На низких частотах /0,01/т, которые для современных мощных высокочастотных генераторных транзисторов типа КТ-904, КТ-907, КТ-909 находятся в пределах до 1-10 МГц, можно не учитывать влияние выходной емкости и индуктивностей выводов транзистора, реактивную составляющую входного сопротивления транзистора и считать нагрузку близкой к резистивной. Основное преимущество генераторов с резистивной нагрузкой в от-еутствии подстроечных и перестроечных элементов, при этом диапазон рабочих частот генератора может достигать от единиц килогерц до единиц мегагерц.

На средних частотах /л0,1[т необходимо учитывать: во-первых, влияние коллекторных емкостей транзисторов, паразитных емкостей монтажа, паразитных емкостей согласующих трансформаторов (которые обозначим С); в01ВТорых, индуктивности выводов транзистора и соединительных проводав, индуктивности рассеяния согласующих трансформаторов (которые обозначим L); в-третьих, частотную зависимость коэффициентов усиления транзистора а(йз) или р(сй) и действие обратных связей. По этим причинам становятся коиплексными входные я нагрузочные сопротивления транзисторов. Однако правильное конструирование меж-каокадных цепей связи, когда емкости С, индуктивности L и реактивные составляющие входных и нагрузочных сопротивлений транзистора оказываются элементами диапазонных согласующих фильтров, применение специальных трансформаторов на отрезках

длинных линий (см. гл. 3) позволяет при необходимости выполнять диапазонные неперестраиваемые генераторы на частотах до 100-200 МГц.

На высоких частотах ffj влияние емкостей С, индуктивиостей L и реактивных составляющих входных и нагрузочных сопротивлений транзисторов проявляется еще сильнее. В результате нагрузка становится узкодиапазонной, резонансной.

В ряде случаев, например при проектировании узнодиапазон-ных передатчиков или передатчиков, работающих на фиксированной частоте ш, нет необходимости применять шпрокодиапазонные цепи связи. В этих случаях даже и в диапазоне низких частот обычно применяют резонансные узкодиапазонные цепи связи. При этом можно использовать простые в конструктивном отношении резонансные L- и С-согласующие цепи, обеспечивающие большие коэффициенты трансформации. При этом можно обойтись без применения подстроечных элементов, несмотря на значительный разброс параметров транзисторов и других элементов генератора.

В выходных каскадах передатчиков в качестве нагрузки обычно используются антенны с относительно большой реактивной составляющей входного сопротивления. По этой причине, а также из-за необходимости фильтрации высших гармоник на выходе оконечного каскада обычно устанавливают перестраиваемые резонансные контуры, обеспечивающие для генератора постоянное резистивное сопротивление нагрузки на основной частоте ш и реактивное сопротивление нагрузки на частотах высших гармоник. При иапользовании достаточно широкодиапазонных антенн выходная колебательная система может выполняться неперестраи-ваемой с полосой пропускания не выше октавы сйв/(йн<2. Такое ограничение вызвано необходимостью фильтрации второй гармоники в нагрузке передатчика. Действительно, если полоса пропускания будет больше октавы (йв/йЗн>2, то при работе генератора на нижней частоте шн вторая гармоника 2(йн будет попадать в полосу пропускания выходной колебательной системы. Правда, в некоторых генераторах, например в двухтактных, вторая гармоника может быть значительно ослаблена (до 20-40 дБ). Если такое ослабление второй гармоники в нагрузке передатчика достаточно, то полоса пропускания выходной колебательной системы может быть больше октавы 2<(йв/йЗн<3 и уже будет ограничена необходимостью фильтрации третьей гармоники.

В более широкодиапазонных передатчиках на выходе устанавливают на отдельные поддиапазоны переключаемые широкодиапазонные фильтры с полосой пропускания, не превышающей октавы.

Таким образом, выделены два режима работы транзисторных генераторов (недонапряженный и ключевой) и два типа нагрузок (широкодиапазонная и узкодиапазонная). В последующих разделах рассматривается раздельно проектирование генераторов в недонапряженном (критическом) и в ключевом (перенапряженном) режимах при разных нагрузках.