- •Предисловие
- •Глава 1 Общие сведения о радиопередающих устройствах
- •1.1 Общие сведения.
- •1.2. Краткие сведения из истории радиопередающих устройств.
- •Глава 2 Активные элементы генераторов и их характеристики.
- •2.1 Основные обозначения и термины, применяемые в теории генераторов.
- •2.2 Статические характеристики основных активных элементов.
- •2.3. Идеализация статических характеристик активного элемента.
- •2.4. Уравнения идеализированных характеристик коллекторного тока аэ.
- •Таким образом, на границе ао и он еу и ек связаны определенным соотношением:
- •Глава 3
- •3.1 Колебания I и II рода.
- •3.2. Гармонический анализ импульсов коллекторного тока.
- •Таким образом:
- •3.3 Форма коллекторного напряжения.
- •3.4 Динамические характеристики активного элемента
- •3.5 Классификация режимов генератора по напряженности
- •3.6 Основные расчетные соотношения для критического и недонапряженного режимов
- •Энергетические соотношения в генераторе с внешним возбуждением
- •Выбор угла отсечки коллекторного тока
- •Критический коэффициент использования коллекторного напряжения
- •3.10 Порядок расчета коллекторной цепи гвв в недонапряженном и критическом режимах
- •Расчет входной цепи гвв
- •Расчет сеточных цепей генераторного тетрода
- •Расчет входной цепи генератора на
- •Расчет входной цепи генератора на полевом транзисторе с изолированным затвором
- •3.12. Нагрузочные характеристики генератора с внешним возбуждением
- •3.13. Работа генератора с внешним возбуждением на расстроенную нагрузку
- •3.14 Ключевые режимы генератора с внешним возбуждением
- •3.14.1 Последовательный резонансный инвертор
- •3.14.2 Генератор «с вилкой фильтров» на выходе
- •1.14.3. Генератор в режиме класса «е»
- •Умножители частоты
- •Транзисторные умножители частоты
- •Варакторные умножители частоты
- •Глава 4 Схемотехника генераторов с внешним возбуждением
- •4.1 Общие принципы построения схем
- •Схемотехника ламповых генераторов
- •Схемы анодной цепи генератора.
- •4.2.2 Схемы сеточных цепей
- •Емкость блокировочного конденсатора определяется неравенством .
- •Схемы питания цепей накала мощных генераторных ламп
- •Два варианта схемы с общей сеткой приведены на рисунке 4.16. В схеме с общей сеткой катод должен быть изолирован относительно земли по высокой частоте и соединен с нею по постоянному току.
- •Совместная работа генераторных ламп на общую нагрузку
- •А налогично для второй лампы получим
- •4.3 Схемотехника транзисторных генераторов
- •4.3.1 Схемы широкодиапазонных генераторов
- •4.3.2 Схемы узкополосных генераторов
- •4.4 Сложение мощностей генераторов высокой частоты
- •4.4.1 Синфазные мостовые схемы сложения мощностей
- •4.4.2 Квадратурные мосты сложения и деления мощностей
- •4.4.3 Широкополосные мосты на трансформаторах
- •4.4.4 Сложение мощностей генераторов с разными
- •4.5 Колебательные системы выходных ступеней радиопередающих устройств
- •4.5.1 Одноконтурная колебательная система
- •4.5.2 Колебательные системы на отрезках линий
- •Глава 5. Возбудители
- •5.1 Общие сведения об автогенераторах
- •5.2 Амплитудные условия в автогенераторе
- •5.3 Фазовые условия в автогенераторе
- •5.4 Стабильность частоты автогенератора
- •5.6 Кварцевые автогенераторы
- •5.6.1 Кварцевый резонатор
- •5.6.2 Схемы кварцевых автогенераторов
- •5.7 Диапазонно-кварцевая стабилизация частоты
- •5.7.1 Компенсационный метод синтеза частот
- •5.7.2 Декадный синтезатор частоты
- •5.7.3 Применение автоподстройки частоты в
- •6 Устойчивость работы генератора с внешним возбуждением
- •6.1 Устойчивость генератора с внешним возбуждением на
- •6.2 Паразитные колебания в генераторе
- •7 Радиопередатчики с амплитудной модуляцией
- •7.1 Общие сведения об амплитудной модуляции
- •7.2 Коллекторная амплитудная модуляция
- •7.3 Усиление модулированных колебаний
- •8 Однополосная модуляция
- •8.1 Общие сведения об однополосной модуляции
- •8.2 Методы формирования однополосного сигнала
- •8.2.1 Способ многократной балансной модуляции
- •8.2.2 Фазоразностный способ формирования
- •8.2.3 Раздельный способ усиления мощности составляющих однополосного сигнала
- •9 Передатчики с угловой модуляцией
- •9.1 Общие сведения об угловой модуляции
- •9.2 Спектр сигнала с угловой модуляцией
- •9.3 Методы получения частотной модуляции
- •9.3.1 Прямые методы чм
- •Список литературы
Варакторные умножители частоты
В умножителях этого типа для генерации гармоник частоты возбуждения используется нелинейность емкости р-n перехода специальных диодов, получивших название «варикап» и «варактор». В варикапе используется нелинейность барьерной емкости закрытого перехода, которая относительно не велика, и, следовательно, не велики значения накапливаемых зарядов и пропускаемых токов. Соответственно мала преобразуемая варикапом мощность. Поэтому на практике для умножения частоты используют варакторный режим диода, в котором он работает с частичным отпиранием р-n перехода. В таком режиме к барьерной емкости перехода добавляется диффузионная емкость, которая на несколько порядков превышает барьерную. В результате существенно возрастает преобразуемая варакторным умножителем мощность.
Эквивалентная схема варикапа представлена на рисунке 3.40. Здесь L – индуктивность выводов диода; RS - сопротивление материала кристалла и контактов; Rу – сопротивление утечки; СБ – барьерная емкость перехода; Rр – сопротивление рекомбинации (активная составляющая сопротивления открытого перехода); СП – емкость патрона (корпуса диода); СД - диффузионная емкость открытого перехода. Ключ S моделирует переход диода из закрытого состояния в открытое. Сопротивление утечки диода обычно составляет величину порядка 106 Ом и практически не влияет на работу варактора. Сопротивление RS резко меняется при переходе напряжения на диоде (е) через 0 . RS0 - сопротивление RS в открытом состоянии перехода; RSЗ - в закрытом. Зависимость RS, СД и СБ от напряжения на диоде представлена на рисунке 3.40. В рабочем для диода диапазоне частот индуктивностью выводов обычно можно пренебречь; тогда для минимизации потерь в диоде соответственно в закрытом и открытом состояниях необходимо выполнить условия
RSЗ<<1/ωСБ и Rр >>1/ωСД
Рисунок 3.40 – Эквивалентная схема варактора
Таким образом, диапазон рабочих частот варактора определяется интервалом
(3.54)
Кроме того, для уменьшения потерь из-за конечного времени восстановления ( tB ) необходимо выполнить условие
(3.55)
Заметим, что этим условиям удовлетворяют только специальные диоды, предназначенные для преобразовательных устройств. Например, детекторные диоды должны обладать в основном активной проводимостью ( т.е. для них не выполняется условие 3.54), а выпрямительные диоды из-за большого времени восстановления не могут быть использованы на высоких частотах (3.55).
При выполнении условий (3.54 - 3.55) диод можно в первом приближении считать нелинейной ёмкостью с малыми потерями.
Рассмотрим схемы варакторных умножителей частоты, представленные на рисунке 3.41. В первой схеме варактор непосредственно заземлён, что позволяет упростить проблему охлаждения, т.к. в качестве радиатора здесь может быть использован корпус устройства. В этой схеме параллельно диоду включена дополнительная емкость Сдоп, которая обычно определяется емкостью патрона диода, но возможно и подключение внешней ёмкости. Ёмкость Сдоп позволяет увеличить ток через диод и соответственно преобразуемую мощность. Однако в диапазоне СВЧ увеличение этой емкости часто приводит к появлению в рабочем диапазоне паразитного резонанса, частота которого определяется дополнительной ёмкостью совместно с индуктивностью выводов. На практике установлено, что паразитный резонанс можно вывести из рабочего диапазона частот, если
Сдоп<CБ (3.56)
Рисунок 3.41 – Схемы варакторных умножителей
Во второй схеме умножителя с последовательным включением диода условия теплоотвода естественно усложняются, т.к. оба электрода не имеют заземления. Роль дополнительной емкости в этой схеме выполняют конденсаторы С1 и С2.
Если условие (3.56) не выполняется, целесообразно перейти к последовательной схеме, где Сдоп может быть больше CБ [ ] .
Фильтры во входной и выходной цепях обеспечивают согласование с источником возбуждения на входе и с нагрузкой на выходе. Вторая функция фильтров – разделение цепей входной и выходной частоты. Как правило, это достаточно сложные узкополосные фильтры.
При проектировании варакторных умножителей следует учитывать возможность появления параметрических колебаний с частотами N-ω/2. Для их устранения необходимо исключить во входной и выходной цепях образование паразитных контуров с соответствующими резонансными частотами. Эта проблема становится особенно сложной при использовании в схеме умножителя многозвенных фильтров.
Определённые сложности возникают в варакторных умножителях при умножении колебаний с меняющейся амплитудой. Вследствие нелинейности емкости варактора, её среднее значение, определяющее настройку колебательной системы, зависит от амплитуды входных колебаний и приводит к нелинейности амплитудной характеристики. На динамической характеристике возможно появление участков с отрицательным сопротивлением и как следствие паразитной генерации. Для стабилизации средней емкости в схемах умножения применяют комбинированное, либо автоматическое смещение за счет постоянной составляющей тока диода.
Мощность и к.п.д. умножителя можно поднять путем включения в колебательную систему холостых (ненагруженных) контуров настроенных на промежуточные гармоники частоты возбуждения. Например, при утроении частоты холостой контур настраивается на вторую гармонику.
Наиболее эффективны в схемах умножителей частоты « диоды с накоплением заряда» (ДНЗ), которые отличаются от обычных «диодов с нелинейной емкостью» (ДНЕ) очень малым, практически мгновенным временем восстановления, что обуславливает широкий спектр гармоник и соответственно большие мощности выходных колебаний при больших кратностях умножения.
В заключение настоящего раздела приведём пример схемы утроителя частоты с холостым контуром и автоматическим смещением (рисунок 3.42)
Рисунок 3.42 – Варакторный умножитель частоты
Вариант схемы варакторного умножителя с частичным отображением топологии печатной платы представлен на рисунке 3.43 [ 5 ].
Рисунок 3.43 – Умножитель частоты высокой кратности
СВЧ диапазона.