6 МОДУЛЯТОР

Для выполнения практических занятий по данной теме студенты должны: знать:

– принцип работы и схему модулятора (Ч1, ; уметь:

– представить сигнал в комплексной форме; - определить квадратурные составляющие на входе модулятора, для

обеспечения заданных изменение амплитуды и фазы выходного сигнала. Схема модулятора приведена на рисунке 1.

Рис. 6.1. Схема модулятора

Входной сигнал cosωt поступает на вход 2 первого аналогового перемножителя. На второй вход перемножителя поступает сигнал I. На выходе перемножителя формируется сигнал U6 =U1I = I cosωt .

На входе 3 второго аналогового перемножителя фаза входного сигнала изменяется на 90°.

U3 = sinωt .

Тогда U7 = Q sinωt .

Комплексная амплитуда сигнала на выходе сумматора:

Uвых = I cosωt + jQ sinωt .

Фаза выходного сигнала:

ϕ = arctg QI .

При заданных значениях Uвых и φ значения I и Q могут быть определены

так:

I = U cosϕ ; Q = U sinϕ .

(1)

Задача:

необходимо сформировать выходной сигнал со следующими изменениями амплитуды и фазы:

43

Рис. 6.2. Необходимые изменения амплитуды и фазы выходного сигнала модулятора

Определим значения I и Q на каждом интервале времени.

1) t0<t<t1

I =U cosϕ = 0.5cos0° = 0.5 ;

Q=U sinϕ = 0.5sin 0° = 0 .

2)t1<t<t2

I =U cosϕ =1cos	π	=					2
	4				2
	π								.
Q =U sinϕ =1sin		=				2
	4				2
3) t2<t<t3
					π
			−								= 0
I =U cosϕ = 0.7 cos
					2
			−		π						= −0.7 .
Q =U sinϕ = 0.7sin
					2

3) t3<t<t4

I=U cosϕ = 0.5cos − π = 0

2

			π		= −0.5.
Q =U sinϕ = 0.5sin −			2
4) t>t4
			π				2
I =U cosϕ = 0.5cos		−			=
			4			4
			π
								2			.
Q	=U sinϕ = 0.5sin	−			= −
							4
			4

44

Рис. 6.3. Изменения вектора J на входе модулятора

Рис. 6.4. Изменения вектора Q на входе модулятора

Задачи.

Нарисовать произвольные изменения амплитуды и фазы выходного сигнала и определить необходимые зависимости векторов J и Q для их реализации.

45

7 ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ

Для выполнения практических занятий по данной теме студенты должны: знать:

– определение выходного каскада усилителя и его основные характеристики;

-основные режимы работы выходных каскадов, их достоинства и недостатки;

-основные схемы построения выходных каскадов.

уметь:

– рассчитать максимальные значения токов и напряжений выходного каскада;

- мощность рассеиваемую на выходных транзисторах.

7.1.1.Выходные каскады в режиме В

Врежиме В ток при отсутствии входного усиливаемого сигнала токи выходных транзисторов равны нулю, рис. 7.1. Рассмотрим расчет выходного каскада, обеспечивающего выходную мощность PН, на сопротивлении нагрузки

RН.

Определим амплитуду напряжения и тока на нагрузке :

UНМ =					;			(7.1)
		2 P R	Н
		Н
UНМ =				≈13,3В;
	2 22 4
IКМ = IНМ				=		UНМ	;	(7.2)
						RН

IКМ = IНМ = 134,3 = 3,33 A ;

Определим напряжение источника питания :

± Е0РАСЧ		>UИП +UОСТ ;	(7.3)

где Uост=1…3 В – остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада;

± Е0РАСЧ ≥13,3 + 2 =15,3В;

Е0 должен иметь запас 10…15%, то есть :

46

Е0≥(1,1…1,2) Еорасч ; (7.4) Е0≥1,1 15,3=16,83 В ;

E0 выбирается из стандартного ряда Е12. Следовательно напряжение отрицательного и положительного источника питания должно быть равно 18 В.

Определим максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторах выходных транзисторов :

		(2 E )2
	PK =				0		;	(7.5)
		4 π2			R	H
P =	(2 18)2			= 8,2Вт;
K	4 3,142		4

Определим желаемый коэффициент усиления по току h21 для выходных транзисторов :

	h	= h	≥	PH	;	(7.6)
				Pn
	21ТРЕБ	21ЗЧ

где Рn=10…20 мВт – выходная мощность предоконечного каскада;

h	=	22	≈ 2200 ;
21ТРЕБ	10 10−3

Выбираем транзисторы оконечного каскада по следующим параметрам :

PКДОП ≥ (1,1...1,2) РК ;	(7.7)
PКДОП ≥1,1 8,2 ≈ 9,5Вт;
IКДОП ≥ (1,1...1,3) Iнм;	(7.8)
IКДОП ≥1,1 3,33 ≈ 3,7А;
UКЭДОП ≥ 2 (1,1...1,3) Е0 ;	(7.7)
UКЭДОП ≥ 2 1,3 18 ≈ 47В;
h21 ≥ h21ТРЕБ ;	(7.8)
h21 ≥ 2200 ;
fh21≥(2...5) fВ ;	(7.9)

fh21 ≥3 100000 =300кГц

По вычисленным параметрам выбираем биполярный транзистор 2Т875А, параметры которого приведены в табл.7.1 :

Таблица 7.1 Параметры биполярного транзистора

47

I kмах	Р кмах	H21Э	Rг n-k	fгр	Iкб0	Uкэмах	Uкбмах
А	Вт			МГц	МкА	В	В
10	100	80	1,5	40	1000	80	100

Как видно из таблицы минимальное отношение тока входного сигнала к току выходного составляет 80, т.е. меньше желаемого, поэтому оконечный каскад может быть собран на составных транзисторах по схеме Дарлингтона (транзисторы VT2, VT4), или по схеме Шокли (транзисторы VT3, VT5, рис.7.1). Одновременное использование этих схем позволяет подбирать ведомые (мощные) транзисторы VT4, VT5 одинаковой структуры, что облегчает их подбор.

Пользуясь параметрами выбранных транзисторов VT4, VT5 определим требования предъявляемые к ним.

Амплитуда тока базы ведомого БТ

	I''		=	I''км4	;	(7.10)
		бм4		h''21
I ''	=	3,33	= 41,6мА;
бм4	80

48

I 'км4 I 'км4

+ UИП

VT2

VT4

RБ4

R9

RH

R10

VT3

VT5

- UИП

Рис.7.1. Оконечный каскад на составных транзисторах Ток базы ведомого транзистора в рабочей точке :

I ''

I ''0б4 = h''0К4 ; 21э

где I’’0к3 – ток покоя выходного транзистора режиме В;

I’’0к4=(0,05…0,15)Iнм;

I ''0к4 = 0,1 3,33 ≈ 0,33А;

I ''	=	0,33	= 4,1мА ;
0б4	80

Ведомые транзисторы непосредственно связаны с ведущими, поэтому :

≈ I ''бм4 ; ≈ 41,6мА;

49

Для уменьшения нелинейных искажений в ведущих транзисторах постоянный ток коллектора у них делают больше постоянного тока базы ведомых транзисторов, включая дополнительные резисторы Rб4, Rб5 :

I '0К4 = (2...5) I ''0б4 ;

I '0К4 = 3 4,2 10−3 = 8,4мА;

Определим Rб4, Rб5 :

Rб4 = Rб5 =		U0бэ4				;
		I '	−I ''
		0к4		0б4
Rб4 = Rб5 =	0,55			=	128,76 ≈ 130Ом(Е24) ;
	(8,4−4,1) 10−3

Определим рассеиваемую на ведущих транзисторах мощность :

	P'	К	=(2...5) Р''К ;
			3 8,2		h''21
	P'К =				= 0,21Вт ;
			80

Выбираем ведущие транзисторы оконечного каскада :

P'КДОП≥(1,1...1,2) P'К ; P'КДОП ≥ 1,1 0,21 ≈ 0,25Вт; I 'КДОП ≥ (1,1...1,3) I 'КМ4 ; I 'КДОП = 1,1 0,042 ≈ 50мА; U 'КЭДОП ≥2 (1,1...1,3) Е0 ;

U 'КЭДОП = 2 1,3 18 = 47, В;

h' ≥h21ТРЕБ ;

21 h''21

	h'21≥	2200	≈ 28 ;
		80

50

7.1.2. СХЕМА ОГРАНИЧИНИЯ ТОКА ВЫХОДНОГО КАСКАДА

Из-за малого выходного сопротивления усилители мощности легко перегружаются и разрушаются. Поэтому целесообразно использовать схемные решения, ограничивающие максимальную величину выходного тока усилителя мощности. Один из способов ограничения выходного тока показан на рис.7.2

		T4
D1	T41
		R9
D2	R10	RH
		T5

Рис.7.2. Схема защиты от короткого замыкания

Транзистор Т41 или Т51 откроется, если падение напряжения на резисторе R10 или R9 превысит значение порядка 0,4 [B]. При этом дальнейшее возрастание базовых токов транзисторов Т4 и Т5 будет предотвращено. Для тока выходного транзистора 4А значения резисторов R9 и R10 найдем из формулы:

R	= R ≤	0,4			;
10	9		Ií max
R	= R =		0,4	= 0,1 Îì .
10	9	4

При коротком замыкании нагрузки и увеличении тока транзистора Т4 увеличивается напряжение на сопротивлении транзистора, когда напряжение резистора достигает 0,4 [B] открывается транзистор Т41, который шунтирует ток базы транзистора Т4. В результате ток базы и ток эмиттера транзистора Т4 больше не увеличивается и не превышает максимально допустимого значения.

Преимущество такой схемы заключается в том, что ограничение максимального тока определятся не сильно изменяющимся напряжением базаэмиттер выходных транзисторов, а напряжением база-эмиттер транзисторов ограничителей. Резисторы R3, R4 служат для защиты транзисторов ограничителя от больших пиковых значений тока базы.

51