- •Часть 1
- •1. Общие сведения о возбудителях
- •2. Автогенераторы
- •3. Кварцевая стабилизация частоты
- •4. Синтезаторы частот
- •5. Амплитудная модуляция
- •5.1. Общие соотношения при амплитудной модуляции
- •5.2. Модуляция смещением
- •5.3. Усиление модулированных колебаний
- •5.4. Коллекторная модуляция
- •5.5. Комбинированная коллекторная модуляция
- •5.6. Расчет усилителя мощности при коллекторной и комбинированной модуляции
- •5.7. Схемы выходных каскадов при коллекторной и комбинированной модуляции
- •Библиографический список
- •Часть 1
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5.2. Модуляция смещением
В модулируемом каскаде (рис. 18) пропорционально модулируемому напряжению меняется напряжение смещения на входном катоде АЭ ес = ес мол + UΩ cosΩt. Схему каскада составляют по следующим правилам, вводя дополнительно последовательно с источником постоянного напряжения EC M0J1 источник модулирующего напряжения UΩ.
Модуляция смещением осуществляется в недонапряженном режиме. В этом случае модуляционные характеристики Iк], Iк0 (Ec) пропорциональны зависимостям коэффициентов разложения γ1(- cosΘ), поскольку величина (- cosΘ) = (ес- E')/U6 при постоянном Uб пропорциональна смещению ес (рис. 4.3). График γ1 (-cosΘ) имеет линейный участок, на котором
(-cosΘ) = -0,5...0,5. Ему соответствует интервал углов отсечки Θ= 60... 120°.
Режим молчания выбирается в середине линейного участка, т.е. при (- cosΘ) = 0 или ес = е'. При этом, как следует из рис. 4.3, коэффициент модуляции коллекторного тока т = (Iк] mах - Iк] мол)/ Iк] мол = 0,6. При менее жестких требованиях к линейности можно расшить границы вариации смещения до значений |cosΘ| < 0,58. Тогда коэффициент модуляции увеличивается до т = 0,7.
Рис. 18. Схема усилителя мощности при модуляции смещением
Зависимости нормированных мощностей р0 = P0/(su6EK), р1= P1 /(su6EK), и электронного КПД коллекторной цепи ηэ = P1/P0от нормированного смещения (-cosΘ) показаны на рис. 18.2. Мощность, потребляемая от источника питания, Р0 = Iк0Ek пропорциональна постоянной составляющей тока Iк0= suбγ0(-cosΘ).
После нормировки при постоянных ес и u6 зависимость P0 (Ec) принимает вид
. (5.9)
Колебательная мощность P0= пропорциональна амплитуде первой гармоники Iк1 в квадрате, т.е. на линейном участке модуляционной характеристики Iк1 (Eс) зависимость P1 (ес) близка к параболической. Уравнение для нормированной колебательной мощности запишем в виде
, (5.10)
где
Выразим через коэффициент использования коллекторного напряжения в критическом режиме ζкр = uk кр /ек. Учитывая, что , получаем и соответственно
. (5.11)
Графики на рис. 18.2 построены в предположении, что критический режим наступает при Θкр = 180° и ζкр = 0,8. В этом случае KПД режиме молчания ηэ мол = 31,4 %, а в максимальном режиме, соответствующем (-cosΘ) = 0,5 (Θ = 120°), ηэ тах = 42,5 %.
Для более эффективного использования АЭ по мощности целесообразно настраивать усилитель на критический режим в максимальной точке линейного участка модуляционной характеристики Iк1 (ес), например при (-cosΘKp) = 0,5 (Θкр = 120°). Этого можно добиться двумя способами: снижением напряжения питания (как показано на рис. 18.1) или увеличением высоты импульса тока iк.м при постоянном Ек. В первом случае зависимости Iк1 , Iк0 (Ec) изменяются только в перенапряженном режиме (штриховые линии на рис. 18.1), мощность P1 остается неизменной, а мощность Р0 уменьшается из-за снижения напряжения питания (назовем новое значение ек.н). Можно показать, то при ζкр = 0,8 в исходном режиме и переходе в КР при Θ = 120° получим ек/екн =1,19 (см. задачу 4 в контрольных вопросах к этой главе). Это означает, что электронный КПД возрастет в 1,19 раза и составит 50 % в КР и 37 % в режиме молчания.
Во втором случае, чтобы настроиться в КР при прежнем значении Ек, увеличим высоту импульса тока iк м в точке Θ=120° до значения iк.м.кр соответствующего Θ = 180° в исходном режиме. В этом случае значения и остаются прежними, а электронный КПД согласно (4.8) увеличивается в раза и достигает 39 % в режиме молчания и 53 % в максимальном (критическом) режиме.
В процессе модуляции постоянная составляющая тока коллектора и силу слабой нелинейности модуляционной характеристики Iк0 мод (Ec) практически не меняется, так что можно принять Iк0 мод = Iк0 мол и соответственно Рк0 мод = Рк0 мол. В то же время колебательная мощность за счет мощности боковых составляющих увеличивается и, следовательно, согласно принципу баланса мощностей на то же значение уменьшается мощность, рассеиваемая на коллекторе:
, (5.12)
Таким образом, мощность, рассеиваемая на коллекторе в режиме молчания, больше, чем при модуляции, и в этом режиме следует проводить оценку теплового режима АЭ. Электронный КПД при модуляции повышается:
(5.13)
однако при среднестатистическом значении тср = 0,3...0,5 это увеличение незначительно.
Низкое значение КПД в режимах молчания и модуляции является существенным недостатком модуляции смещением. Это обусловлено тем, что при молчании режим недонапряженный и коэффициент использования коллекторного напряжения в 1,6... 1,7 раза меньше критического. Кроме того, в критическом режиме усилитель работает при угле отсечки 120°, не оптимальном в энергетическом отношении.
При выборе АЭ по номинальной мощности, как упоминалось ранее, исходят из значения мощности Р1 тах = Р1 мол(1 + т) 2 . Здесь т = 0,6...0,7 — максимальная глубина модуляции коллекторного тока при модуляции смещением. В максимальной точке модуляционной характеристики выбирают режим критический, рассчитывают все показатели режима и проверяют выполнение условий по максимально допустимым значениям тока коллектора (iк.м < iк.доп) и напряжения между коллектором и эмиттером (ек.э.max = Ек max + Uк.кр < ек.э.доп).
В режиме молчания оценивают мощность рассеяния на коллекторе и сравнивают ее с допустимой: Ррас.мол = Р0 мол – Р1 мол < Рк.доп. В минимальном режиме определяют модуль обратного пикового напряжения на эмиттерном переходе и проверяют соотношение
Нагрузкой выходного каскада модулятора служит входная цепь АЭ модулируемого каскада. Поскольку гармоника входного (базового) тока модулирующей частоты IΩб в десятки раз меньше выходного тока Iк1 мол, а напряжение на входе UΩ на порядок меньше амплитуды напряжения на коллекторе Uк.мол , мощность модулятора составляет несколько процентов Р1 мол. В этом достоинство модуляции смещением по сравнению с рассматриваемыми далее системами коллекторной и комбинированной модуляции.