Принцип работы усилителя модулированных колебаний (УМК) и предварительные расчеты

Оконечный каскад представляет собой транзисторный резонансный уси­литель мощности высокой частоты собранный по схеме с общим эмиттером.

Как было сказано в разделе 2, чтобы достичь требуемого коэффициента модуляции, необходимо после базовой модуляции в предоконечном каскаде осуществить дополнительную модуляцию в оконечном каскаде, являющимся не просто усилителем высокочастотных колебаний, а усилителем модулиро­ванных колебаний. Режим усиления модулированных колебаний можно рас­сматривать как один из методов модуляции, где модулирующим фактором является напряжение возбуждения. При изменении напряжения возбуждения меняется амплитуда и угол отсечки импульса коллекторного тока так же, как при изменении напряжения смещения, что делает этот вид модуляции похо­жим на модуляцию смещением. Энергетические соотношения в режиме уси­ления модулированных колебаний такие же, как при модуляции смещением, поскольку активный элемент работает в недонапряженном режиме, поэтому транзистор выбирается с номинальной мощностью, не меньшей мощности в максимальном режиме. Особенности усилителя модулированных колебаний по сравнению с каскадом обычного генератора с внешним возбуждением за­ключаются в выборе базового смешения. При Eб=E'б угол отсечки коллектор­ного тока равен 90⁰ и не меняется при изменении амплитуды возбуждения. СМХ при этом представляет собой прямую, проходящую через начало коор­динат. В этом случае происходит линейное усиление модулированных коле­баний, причем глубина модуляции на выходе такая же, как на входе.

При выборе отличного от E'б смещения, угол отсечки коллекторного тока изменяется в процессе модуляции. СМХ в этом случае может быть представ­лена в первом приближении прямой, сдвинутой относительно начала коорди­нат вправо. При этом глубина модуляции на выходе получается большей чем на входе, т.е. такой режим позволяет осуществить углубление модуляции, что и требуется в нашем случае. Если глубина модуляции на входе m_вх, а на вы­ходе требуется m_вых>m_вх то угол отсечки коллекторного тока для максимального режима можно вычислить по формуле [2,3,4]:

Данный угол отсечки следует использовать при дальнейших расчетах УМК на максимальную мощность.

Выбор транзистора

Электрический расчет УМК начнём с выборе транзистора. Как было ска­зано выше, он должен обеспечивать номинальную мощность на выходе, не меньшую мощности в максимальном режиме, т.е. 295 Вт ( 2.1). Исходя из максимальной мощности, а также рабочей частоты усиливаемых колебаний по справочнику [5] подбираем усилительный элемент. По всем параметрам нам для данного каскада подходит высокочастотный транзистор большой мощности структуры n-p-n КТ9131 А. Также могут подходить и другие тран­зисторы, например, 2Т980А. Однако данный транзистор обладает недоста­точно малым сопротивлением насыщения, из-за чего невозможно при тре­буемой выходной мощности обеспечить критический режим работы. Приве­дем, требуемые для дальнейших расчетов, усредненные характеристики вы­бранного транзистора, взятые из [5].

— максимальный постоянный ток коллектора.................................................23 А;

— максимальный ток коллектора в импульсе ..................................................30 А;

— максимальное напряжение коллекторного перехода ............................ ~ 100 В;

— максимальная средняя мощность на коллекторе................................Р = 400 Вт;

— предельная частота коэффициента передачи

тока в схеме с ОЭ.................................................................................... 170 МГц;

— ёмкость коллекторного перехода при напряжении

на нем Uc = 50 В.................................................................................. С= 800 пФ;

— статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ........................(10+60);

— высокочастотное сопротивление насыщения…………………………..0,08 Ом;

— сопротивление базы...................................................................................0,52 Ом.

Нужно заметить, что следует отличать понятия предельной частоты fт, коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ и граничной частоты f_h21э ко­эффициента передачи по току в схеме с ОЭ, которые описаны в [3] или [5]. Предельная частота коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ определя­ется значением частоты, при которой ,а граничная частота коэффи­циента передачи по току в схеме с ОЭ определяется значением частоты, при которой коэффициент усиления по току уменьшился в 1,41 раза по сравнению с его значением, измеренным на низкой частоте. В справочниках, в основном, приводится значение fт.

Как видно, у транзисторов одной марки имеется большой разброс пара­метров, особенно, это касается статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ. Для дальнейших расчётов нам требуется выбрать из указанного в справочнике диапазона возможных коэффициентов передачи один и принять его за средний. В литературе рекомендуется следующая формула [5]: