Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты

В радиопередатчиках широко применяются резонансные усилители мощности и умножители частоты.

Для эффективного повышения КПД резонансного усилителя мощности используют нелинейный режим ЭП (режим с отсечкой тока).

Рассмотрим нелинейный резонансный усилитель, выполненный на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и выбором точки покоя за счет фиксированного напряжения на базе (рис. 7.1а). Схемотехнически он не отличается от схемы линейного резонансного усилителя. Отличие заключается в выборе точки покоя транзистора.

а) б)

Рис. 7.1 Нелинейное резонансное усиление

а) схема резонансного усилителя;

б) кусочно-линейная аппроксимация проходной ВАХ транзистора и временные диаграммы, поясняющие формирование импульсов тока

Проведем анализ работы нелинейного резонансного усилителя, используя кусочно-линейную аппроксимацию проходной ВАХ транзистора:

(7.1)

Здесь – крутизна проходной ВАХ, – напряжение начала ВАХ. В режиме покоя на базу подано постоянное напряжение смещения , транзистор заперт. Пусть на вход усилителя подан гармонический . В промежутки времени, когда транзистор открыт

,

а когда транзистор заперт

. (7.2)

В выражении (7.2) введен новый параметр: угол отсечки – фазовый угол, при котором коллекторный ток убывает от максимального значения до нуля (ток “отсекается”).

Процессы, происходящие в усилителе при гармоническом воздействии, наглядно поясняют представленные на рис. 7.1б графики проходной ВАХ и временные диаграммы и . Из временных диаграмм рис. 7.1б, видно, что транзистор работает в режиме отсечки. Коллекторный ток представляет собой четную периодическую последовательность импульсов (длительность импульсов – ) и его можно разложить в ряд Фурье

. (7.4)

Используя как параметр угол отсечки , амплитуды гармонических составляющих запишутся следующим образом:

,

где – коэффициент гармоник

(7.5а)

после интегрирования принимает вид рекуррентного соотношения

. (7.5б)

Для гармоник с номерами =0 (постоянная составляющая) и =1 (основная гармоника) , .

Если нагрузка ЭП, колебательный контур настроен на резонансную частоту , получим нелинейное резонансное усиления с напряжением на выходе равным

. (7.6)

Если нагрузка ЭП, колебательный контур настроен на резонансную частоту , получим умножение частоты гармонического сигнала с напряжением на выходе равным

. (7.7)

Как видно из рисунка 7.2, распределение амплитуд гармоник зависит от угла отсечки. Максимальное значение амплитуда конкретной гармоники достигает при оптимальном значении коэффициента гармоники . Оптимальный угол отсечки определятся из формулы

. (7.8)

Рис. 7.2 Коэффициенты гармоник

С уменьшением угла отсечки короче становится длительность импульсов, увеличивается их скважность и расширяется спектр, что дает возможность повысить кратность умножения частоты. Однако, учитывая то, что оптимальные значения коэффициента гармоники с увеличением номера сильно уменьшаются, на практике выбирают ,4.

Умножители частоты широко применяются в передающих устройствах: во-первых, где требуется высокая стабильность частоты высокочастотных колебаний; во-вторых, при работе с угловой модуляцией для увеличения девиации частоты.

Дата добавления: 2014-11-16; Просмотров: 2314; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!