 |
Прямой метод ЧМ с реактивным транзистором
|
|
|
|
РАЗДЕЛ 9
В настоящее время нашли применение схемы модуляции с реактивными транзисторами. Обычно передатчик с реактивным элементом имеет частотный модулятор, воздействующий на генератор. В качестве реактивного элемента может применяться и биполярный транзистор, так называемый реактивный управитель на транзисторе.
Реактивным управителем называют такую схему, в которой вследствие обратной связи сдвиг фаз между напряжением на базе и на коллекторе осуществляется на 
90°.
Приведем аналогичные схемы для транзисторных управителей, при этом следует учитывать зависимость их параметров от частоты (рис. 9.1).
Рис. 9.1
В реактивном транзисторе участок эмиттер - коллектор эквивалентен некоторому реактивному сопротивлению, величина которого зависит от напряжения на электродах. При изменении напряжения на одном из электродов, например, на базе с частотой модуляции 
меняется реактивность транзистора, а, следовательно, и частота автогенератора.
Реактивный транзистор может представлять собой ёмкостное или индуктивное сопротивление, в зависимости от величины и характера сопротивлений делителя Z1 и Z2 (рис.9.1,а).
Определим эквивалентное сопротивление транзистора на участке коллектор – эмиттер.
Напряжение на базе
где 
- ток делителя.
Так как в качестве реактивных транзисторов применяют транзисторы с малой проницаемостью D и большим внутренним сопротивлением 
, то амплитуда первой гармоники 
совпадает по фазе с напряжением на базе
,
где 
- средняя крутизна.
Эквивалентное сопротивление на участке коллектор - эмиттер при 
где 
- коэффициент обратной связи реактивного транзистора.
Рассмотрим два основных случая работы реактивного транзистора.
|
|
|
1. Пусть. 
. Тогда
т.е. транзистор эквивалентен некоторой индуктивности, которая зависит от параметров делителя и средней крутизны (рис. 9.1.б).
2. Пусть 
. Тогда
т.е. транзистор эквивалентен емкости, которая зависит от параметров делителя и средней крутизны (рис. 9.1,в).
Для неискаженной модуляции изменение крутизны, а, следовательно, девиация частоты 
должны быть пропорциональны амплитуде 
модулирующего напряжения. Следовательно, зависимость 
должна быть также линейной.
Модуляционной характеристикой при ЧМ (рис. 9.2) называют зависимость
где - напряжение модуляции на базе транзистора;
- относительная девиация частоты (рис. 9.2).
|
Обычно девиация частоты пропорциональна изменению тока транзистора 
.
К реактивным транзисторам предъявляются требования возможно большей девиации и возможно меньшей паразитной АМ, возникающей из-за того, что реактивный транзистор вносит в контур автогенератора активное сопротивление, изменяющее амплитуду тока .
Схемы ЧМ с реактивным транзистором не обладают достаточно высокой стабильностью несущей частоты 
, что обусловлено дестабилизирующим влиянием транзистора, т.е. из-за непостоянства коллекторного тока , нестабильности напряжения питания и т.д.
Для ослабления этого дестабилизирующего влияния применяют двухтактную схему модулятора.
Рассмотрим схему включения реактивного транзистора в автогенератор (рис. 9.3).
 |
Эквивалентная схема (по ВЧ) автогенератора с реактивным транзистором.
Для увеличения отклонения частоты автогенератора ток коллектора реактивного транзистора VT1 должен быть соизмерим с током коллектора автогенератора VT2. Кроме того, для увеличения девиации коэффициент включения 
коллекторной цепи реактивного транзистора к контуру АГ желательно брать возможно большим, а коэффициент включения P автогенератора и добротность 
контура по возможности меньшими. Тогда в самом общем случае можно записать
|
|
|
где 
- угол или фазовый сдвиг между током 
и напряжением 
.
В лучшем случае полное значение 
При 
будет появляться паразитная АМ. Поэтому требуется тщательный подбор фазирующей цепи реактивного транзистора VT1.
Реактивный транзистор или реактивный управитель на транзисторе могут работать в двух режимах:
- без отсечки коллекторного тока;
- с отсечкой коллекторного тока.
В первом режиме изменение тока 
реактивного транзистора вызывается изменением крутизны 
транзистора в зависимости от напряжения смещения 
реактивного транзистора. При этом для линейного изменения частоты 
необходимо иметь линейное изменение крутизны 
что соответствует работе транзистора на квадратичном участке статической характеристики транзистора 
.
Другой режим работы транзистора возможен при переменном значении угла отсечки 
, когда статическая характеристика транзистора может быть представлена в виде отрезков двух прямых, один из которых совпадает с осью абсцисс, а другой имеет неизменную крутизну 
. Линейная зависимость от будет выполняться при 
В этом режиме девиация оказывается больше чем в первом режиме.
Величина нелинейных искажений определяется подбором квадратичного участка характеристики реактивного транзистора или диапазоном изменения угла отсечки. . Однако даже при линейном изменении тока реактивного транзистора нелинейные искажения будут заметны.
В действительности, вследствие нелинейности реальных характеристик транзистора, а также из-за паразитной АМ, нелинейные искажения оказываются ещё больше.
С целью повышения девиации частоты (до 30÷40%) и стабильности несущей w, а также с целью уменьшения нелинейных искажений может использоваться двухтактная схема включения реактивных транзисторов
(рис. 9.4).
Рис. 9.4
Напряжение модуляции подаётся на базы транзисторов в противофазе, а коллекторы подключены параллельно контуру автогенератора.
Нестабильность напряжения питания, действует на оба транзистора синфазно, в результате чего уход несущей w устраняется. При этом ослабляется также и паразитная АМ и модуляция фоном переменного тока. Девиация частоты Dw в двухтактной схеме, примерно, в два раза больше, чем в однотактной.
|
|
|
Для повышения крутизны модуляционной характеристики в схемах с реактивными транзисторами следует использовать только фиксированное начальное смещение + базы.
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ) автогенератора
В ряде случаев схемы с реактивными транзисторами не могут обеспечить требуемой стабильности частоты w. Потребность получить более высокую стабильность частоты без кварцевого резонатора приводит к необходимости применения АПЧ, которая заключается в автоматическом изменении частоты генератора в направлении, обратном первоначальному изменению, вызванному дестабилизирующими факторами. Для этой цели вводится частотный дискриминатор, преобразующий изменение частоты генератора в напряжение ошибки, величина и знак которого зависят от отклонения несущей частоты w от номинального значения. Напряжение ошибки воздействует на частотный модулятор, который изменяет частоту автогенератора, возвращая её к первоначальному значению.
Система АПЧ должна реагировать только на медленные изменения частоты, вызванные дестабилизирующими факторами, и не должна срабатывать при изменениях частоты, обусловленной модуляцией с частотой от 
. Для этого на выходе частотного дискриминатора устанавливается ФНЧ с большой постоянной времени, подающей на ЧМ медленные колебания напряжения ошибки, вызванные медленными изменениями частоты генератора.
Приведём структурную схему ЧМ с АПЧ (рис. 9.5).
Рис. 9.5
В данную схему входят:
ЧМ – частотный модулятор;
АГ – автогенератор;
УПЧ – усилитель промежуточной частоты;
ЧД – частотный дискриминатор;
ФНЧ – фильтр нижних частот (с FВЕРХН.=5¸10 Гц);
Схема АПЧ способна лишь уменьшить нестабильность частоты, но не уничтожает изменений полностью. Коэффициент стабилизации обычно
Рассмотренные выше схемы ЧМ с реактивными транзисторами широко применяются на частотах до 60¸70 МГц. При дальнейшем повышении частоты начинает сказываться влияние собственных ёмкостей транзистора, отчего изменяются фазовые соотношения в схеме, и нарушается её нормальная работа.
|
|
|
Вопросы для самопроверки
1. Для чего применяют варикапы в РПУ?
2. Достоинства и недостатки варикапов.
3. Нарисуйте схему автогенератора с управляемым варикапом.
4. Что такое реактивный транзистор?
5. Достоинства реактивного транзистора, по сравнению с варикапом.
6. Нарисуйте схему автогенератора с реактивным транзистором.
7. Для чего применяют схемы АПЧ в автогенераторах?
РАЗДЕЛ 10
|
|
|
