Характеристики генераторных ламп и транзисторов.

Современные радиопередатчики содержат несколько каскадов, выполняющих различные функции. Большинство из этих каскадов имеют в своем составе активный элемент (электронный прибор, нагрузку, источник питания и цепь возбуждения), по которой от источника возбуждения (возбудителя) к электронному прибору подается радиочастотный сигнал, необходимый для функционирования этого каскада. Такой каскад имеет название генератора с внешним возбуждением (ГВВ).

ГВВ в передатчиках могут выполнять разнообразные функции: усиливать ВЧ колебания (усилитель); повышать их частоту в целое число раз (умножитель частоты); изменять амплитуду ВЧ колебаний по закону НЧ колебаний (амплитудный модулятор).

В качестве активного элемента, преобразующего энергию постоянного тока в энергию ВЧ колебаний, в ГВВ применяют радиолампы (триоды, тетроды, пинтоды), лампы бегущей волны (ЛБВ), пролетные клистроны, биполярные и полевые транзисторы. Как правило, ГВВ возбуждаются гармоническими колебания (тока или напряжения) и должны создавать на нагрузке также гармоническое напряжение.

Рассмотрим для примера схемы однотактных каскадов ГВВ на лампе и транзисторе.

Рисунок 1.Схемы генераторов с внешним возбуждением.

Входная цепь ГВВ на транзисторе содержит источник возбуждения, разделительный конденсатор С_р, резистор R_б, для прохождения постоянной составляющей базового тока. Первая гармоника тока базы проходит от источника возбуждения через C_р1 и промежуток база-эммитер. Коллекторная цепь питается от источника с напряжением E_K. Чтобы постоянная составляющая коллекторного тока I_K0 не создавала падения напряжения на сопротивлении нагрузки, для нее создана цепь через дроссель L_K. Переменная составляющая коллекторного тока выделяется на дросселе и течет через C_р2 в нагрузку. Для выделения на нагрузке гармонических колебаний необходимо, чтобы транзистор не искажал форму колебаний, т.е. работал в режиме класса А. Если транзистор должен работать в режиме класса В, то используют двухтактную схему ГВВ.

На рисунке 1,б представлена схема ГВВ на генераторном триоде. Здесь имеется входная цепь (элементы C_p, L_g, C_б1), цепь анодного питания (источник с напряжением Е_К, катушка колебательного контура L_K) с переменной составляющей анодного тока течет через лампу, колебательный контур L_KC_K и C_бл. В таком ГВВ, если колебательный контур настроен на рабочую частоту и обладает высокой добротностью, лампа может работать в режимах классов А, В, С. На колебательном контуре будут выделены почти все гармонические колебания с частотой, на которую он настроен. В зависимости от приложенного к электронному прибору напряжения возбуждения и смещения может изменяться характеристика протекающего через него тока.

Для классификации характеристик тока электронного прибора введены режимы классов работы:

1)режим класса А – ток через электронный прибор протекает непрерывно;

2)режим класса В – ток через электронный прибор протекает примерно в течении полупериода ВЧ колебаний;

3)режим класса С – часть периода, в течении которого течет ток меньше половины периода;

4)режим класса Д – ток в виде последовательности прямоугольных импульсов (электронный прибор работает в режиме класса ключа);

5)режим класса Е – ток в виде треугольных импульсов течет в течении полупериода.

В ГВВ с мощностью от долей вата и выше электронные приборы работают в режиме большого сигнала с отсечкой тока на части периода ВЧ колебаний, поэтому характеристики электронных приборов для режимов, используемых в передатчиках, оказываются нелинейными.

Рассмотрим статические характеристики генераторных ламп и транзисторов. Эксплуатационные возможности электронных приборов в справочниках характеризуют двумя способами. Во-первых, приводятся таблицы постоянных параметров для одного какого-либо режима и предельно допустимых параметров (тока, напряжения, рассеиваемых частот). Во-вторых, даются статические характеристики, т.е. зависимость токов в цепях различных электродов от приложенного напряжения.

Различают три вида статических характеристик: входные, выходные, проходные.

К первым относятся: для ламп – СХ тока сетки от напряжения на сетке; для биполярных транзисторов – СХ тока базы от напряжения на базе.

Ко вторым относятся: для ламп – СХ тока анода от напряжения на аноде; для транзисторов – СХ тока коллектора от напряжения на коллекторе.

К третьим относятся: для ламп – зависимость тока анода от напряжения на сетке; для транзисторов – зависимость тока коллектора от тока базы.

В технике ламповых приборов выходные СХ часто изображают в анодной системе координат, а проходные СХ – в анодно-сеточной системе координат. Входные характеристики часто изображают и в той и в другой системе, это оказывается возможным, т.к. напряжение на остальных электродах служит СХ параметрами. СХ различных электронных приборов имеют существенные различия, как по форме, так и по значениям токов и напряжений, действующих на электродах. При анализе СХ ламп и мощных биполярных и ламповых транзисторов можно отметить две общие закономерности: 1)области, в которых напряжение на управляющем и выходном электродах малы, отличаются резкой нелинейностью СХ;

2)в области, где напряжение на управляющем и выходном электродах велики, графики СХ становятся почти линейными.

Часть поля характеристик, где имеется выходной ток больше нуля, называются активной областью. Часть поля выходных характеристик ниже оси ординат, где выходной ток равен нулю, называются областью отсечки.

Кратко отметим особенности характеристик отдельных приборов.

Для триодов: СХ , для различных значений l_a имеют почти одинаковую форму, но начинаются при различных значениях напряжений на различных сетках.

Для тетродов: выходные СХ сравнительно пологие (малая проницаемость экранирующей сетки), но круто обрываются вблизи , Еg₂ – напряжение на экране сетки.

Для генераторных пентодов: выходные СХ похожи на триодные, но идут значительно положе, из-за малой проницаемости экранирующей сетки.

Для биполярных транзисторов: выходные СХ очень похожи на пентодные, они при малых и средних значениях тока коллектора почти горизонтальные.

Для полевых транзисторов: выходные СХ очень похожи на выходную характеристику пентодов.

СХ электронных приборов содержат основные сведения для выбора режима и расчета их параметров, однако это справедливо для диапазонов рабочих частот, в которых характеристики не зависят от частоты. Для нормальной работы ГВВ необходимо, чтобы рабочая частота была значительно ниже граничной частоты. Под граничной частотой понимают частоту, на которой коэффициент усиления, коэффициент передачи равен 1.