Транзисторный генератор с внешним возбуждением

Лекция: Физические процессы в генераторе с ВВ

Учебные вопросы:

1 Общие сведения.

Ламповый генератор с внешним возбуждением

Транзисторный генератор с внешним возбуждением.

1 Общие сведения.

Как видно из структурной схемы радиопередающего устройства, приведенной на рис. 1.7, одним из основных элементов передатчика является генератор с внешним возбужде­нием (ГВВ) —устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию тока высокой частоты. При этом часто­та колебаний, полученных на выходе генератора с внешним возбуждением, не зависит от параметров элементов схемы генерато­ра, а определяется частотой поданных на вход колебаний.

Генератор с внешним возбуждением состоит из следующих ос­новных элементов:

электронного прибора, выполняющего роль регулятора расхода энергии источников питания;

источника питания, являющегося источником энергии колеба­ний радиочастоты;

нагрузки выходной цепи усилительного прибора (роль нагруз­ки в генераторах чаще всего выполняет колебательный контур).

В качестве усилительного прибора в современных радиопере­датчиках используются электровакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды (ЛПД) магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, тиратро­ны и др. Применение того или иного усилительного прибора опре­деляется мощностью и диапазоном рабочих частот. Маломощные генераторы выполняются в основном на биполярных транзисто­рах.

У ламповых и транзисторных генераторов много общего, но каждый из них имеет свои особенности. Поэтому целесообразно рассматривать их в отдельности. Сначала рассмотрим ламповые, а затем транзисторные генераторы.

2 Ламповый генератор с внешним возбуждением

Простейшая принципиальная схема лампового генератора с внешним возбуж­дением приведена на рис. 1.8. В ней имеются следующие электри­ческие цепи: цепь анода — источник анодного питания Е _а, нагруз­ка — колебательный контур, участок анод — катод внутри лампы, соединительные провода; цепь управляющей сетки — источник по­стоянного напряжения смещения Е _с, источник переменного напря­жения U_c, участок сетка — катод внутри лампы и соединительные провода; цепь накала катода — источник напряжения накала, нить накала и соединительные провода.

Физические процессы в схеме генератора с внешним возбуждением протекают следующим образом. Сначала, рассматривая процессы в схеме, будем считать: напряжение катода накала уже включено, катод накален и эмиттирует электронный поток. Затем во входной сеточной цепи включается напряжение смещения Ес, устанавливающее начальное положение рабочей точки на анодносеточной характеристике лампы. После этого включается напряжение источника анодного питания Еа. При включенных двух постоянных напряжениях Еа и Ес протекает только постоянный анодный ток Iао по цепи: +Еа, индуктивная ветвь контура, анод — катод внутри лампы, — Еа. Значение тока Iао можно определить по статической характеристике, как показано на рис. 1.9,а измерить амперметром Ао, включенным в цепь постоянного анодного тока (рис. 1.8).

Напряжение высокой частоты, которое надо усилить, подается во входную — сеточную — цепь лампы. Это напряжение называют напряжением возбуждения. Для простоты анализа его принимают косинусоидальным: uc=Uccos ωt, где Uc — амплитудное значение напряжения возбуждения. Под действием переменного напряжения возбуждения ток в цепи анода будет изменяться ia = Iао + Iа cosωt, где Iао — постоянная составляющая анодного тока, создаваемая источником анодного питания, Iа— амплитудное значение переменной составляющей анодного тока, вызванное действием напряжения возбуждения. Переменная составляющая анодного тока протекает по цепи: анод — катод внутри лампы, через источник питания (через конденсатор Сбл), колебательный контур, к аноду лампы. Колебательный контур, настроенный в резонанс с частотой напряжения возбуждения, оказывает переменной составляющей анодного тока большое (Rэ= 10 кОм) и чисто активное сопротивление Rэ. Поэтому переменная составляющая iа, проходя через контур, создает на нем падение напряжения. Графики напряжений и токов в генераторе с внешним возбуждением, поясняющие принцип его работы, приведены на рис. 1.9. Вследствие усилительных свойств лампы напряжение Uвых=Ua будет намного больше подведенного к сетке напряжения возбуждения. Мощность созданных в контуре колебаний будет также больше мощности колебаний, поданных на вход генератора. Таким образом, в процессе работы генератора происходит усиление подведенных ко входу колебаний по мощности без изменения их частоты. Поэтому такой генератор называют еще усилителем мощности, или генератором с независимым (внешним) возбуждением. Частота колебаний на его выходе не зависит от внутренних параметров схемы, а определяется частотой поданных на вход колебаний.

3 Транзисторный генератор с внешним возбуждением.

В генераторе с внешним возбуждением транзистор можно включать по схемам: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором (рис. 1.10).

В радиопередающих устройствах наиболее часто применяется схема с общим эмиттером, так как она обеспечивает од повременно усиление тока и напряжения и реализует наибольшее усиление мощности. Но для работы усилителя важны не только коэффициенты усиления, но и их устойчивость. В схеме с общей базой усиление по мощности меньше, чем в схеме с общим эмиттером, но устойчивость выше. Схема с общим коллектором в генераторах с внешним возбуждением используется редко из-за низкого коэффициента усиления по напряжению.

Принцип построения схемы генератора с внешним возбуждением на транзисторе такой же, как и на электронной лампе. Простейшая принципиальная схема его приведена на рис. 1.11.

В ней имеются две электрические цепи: входная — источник напряжения смещения ЕБ, источник переменного напряжения возбуждения uБ, участок база — эмиттер транзистора и соединительные провода; выходная — источник питания коллектора Ек, нагрузка (колебательный контур), участок коллектор — база — эмиттер транзистора и соединительные провода.,

Процессы в схеме. Процесс усиления колебаний в этой схеме происходит следующим образом. При включении источника коллекторного питания Ек в выходной цепи протекает слабый начальный ток, называемый обратным током коллектора и обозначаемый Iкэо (где К — коллектор Э — эмиттер, 0 — при IБ = 0, т. е. при разомкнутой цепи база—эмиттер). Напомним, что обратным током перехода транзистора называют ток через какой-либо переход при обратном напряжении на этом переходе, в то время как ток в цепи одного из двух оставшихся свободными выводов равен нулю. Для схемы с общим эмиттером обратный ток коллектора Iкэо определяется при токе базы, равном нулю, как показано на рис. 1.12.

При этом на коллектор подается обратное напряжение, например — 5 В, а цепь эмиттер — база разомкнута: IБ =0. Цепь эмиттер — база можно и не размыкать, но тогда напряжение UБЭ нужно установить так, чтобы IБ =0. Обратный ток коллектора протекает по цепи: +Ек. контур LC, коллектор — база— эмиттер транзистора,—Ек. Значение обратного тока коллектора определяется концентрациями неосновных носителей заряда вблизи коллекторного перехода. Поскольку эти концентраций зависят от температуры, значение обратного тока коллектора также зависит от температуры. Поэтому обратный ток часто называют тепловым. От значения тока эмиттера ток Iкэо не зависит и поэтому называется еще неуправляемым током коллектора. Он имеет значение порядка десятков микроампер. Это незначительная величина. Поэтому обратный ток коллектора во многих случаях можно не учитывать.

Для установления рабочей точки в исходное положение во входную цепь транзистора включается постоянное напряжение смещения ЕБЭ. Таким образом, в исходном режиме к переходам транзистора приложены два постоянных напряжения: смещения Ебэ и питания Ек. При этом в цепях транзистора протекают только постоянные токи. Постоянный ток входной цепи IБ о. протекает по цепи: +Еб, база — эмиттер. — ЕбЭ. В цепи коллектора при этом протекает постоянный коллекторный ток по цепи: +Ек, через катушку индуктивности контура L, коллектор — база — эмиттер транзистора, — Е к.

При включении переменного напряжения возбуждения ив= cos ωt во входной цепи появляется переменная составляющая входного тока, протекающая по цепи: от источника напряжения возбуждения (точка 1, рис. 1.11), база — эмиттер, к источнику возбуждения (точка 2). Транзистор, как известно, является электронным прибором, управляемым током. Это значит, что изменение в небольших пределах напряжения на эмиттерном переходе Uэб вызывает значительное изменение входного I Б, а следовательно, и выходного I к токов. Поскольку рабочий участок вольт-амперной характеристики прямолинейный, то ток базы и ток коллектора будут также косинусоидальными.

Переменная составляющая коллекторного тока iK протекает в выходной цепи: коллектор — база — эмиттер, через источник питания Ек (через Сбл), контур LC, коллектор. На контуре переменная составляющая коллекторного тока создает переменное падение напряжения uK=UKcos ωt, значение которого больше, чем на входе. Таким образом, в транзисторном генераторе с внешним возбужденном осуществляется усиление колебаний по току, напряжению, а следовательно, и по мощности.

Поиск по сайту: