Рисунок 1.5 – Амплитудная характеристика АО с двумя транзисторами и общим RЭ
1.3.3 Амплитудный ограничитель с переменным смещением
Функциональная схема АО с переменным смещением представлена рис. 1.7.
Рисунок 1.7 – Схема АО с переменным смещением
Режим работы транзистора определяется тремя источниками питания Е1, Енач и Едоб (Есм = Енач-Едоб); полярность напряжения Едоб обычно обратна полярности Енач. Напряжение Едо6 вырабатывает АД, который детектирует, как правило, входное напряжение uвх. Напряжение Едоб = F (Uвх); чем больше амплитуда входного сигнала, тем больше Едоб. Допустим, что вначале амплитуда входного напряжения мала (рис. 1.8); при этом Едоб≈0; Есм = Енач. АО в этом случае работает как обыч ный усилитель (напряжение на транзисторе uс = Uвх + Есм).
Рисунок 1.8 – Иллюстрация принципа работы АО с переменным смещением
При увеличении напряжения Uвx растет Едоб, и поскольку полярность Едоб обратна полярности Енач, напряжение Есм уменьшается и при больших значениях Uвx наступает отсечка выходного тока iвых. Чем больше Uвx, тем меньше угол отсечки выходного тока транзистора θ. С уменьшением θ при возрастании Uвx увеличивается максимальное значение импульса выходного тока iвыхmax. Таким образом, в АО с переменным смещением при увеличении Uвx, начиная с некоторого значения (Uвx = Uпор, происходит одновременное увеличение iвыхmax и уменьшение θ. На выходе АО включен колебательный контур, выделяющий первую гармонику Im1 выходного тока: напряжение на выходе Uвыx = Im1Rэкв. Амплитудная характеристика АО с переменным смещением показана на рис. 1.9. При коэффициенте передачи АД Кд = Кд opt АХ наиболее близка к идеальной. При Кд >> Кд opt, и увеличении Uвx напряжение Едоб растет быстрее, чем при Кд opt, при этом ток iвыхmax изменяется мало, а угол отсечки уменьшается быстро, по этой причине амплитуда тока Im1 при увеличении Uвx уменьшается и, следовательно, АХ будет иметь спадающий участок.
Рисунок 1.9 – Амплитудная характеристика АО с переменным смещением
1.4 Заключение
1. Напряжение на выходе ограничителя мгновенных значений отличается по форме от входного напряжения.
2. АО обеспечивает постоянство амплитуды выходного гармонического колебания, но не изменяет частоту и фазу входного сигнала.
3. В диодном АО постоянство напряжения Uвыx обеспечивается при Uвx>Uпор за счет шунтирования контура входным сопротивлением диода, которое возрастает по мере увеличения Uвx.
4. В АО с одним транзистором ограничение наступает при Uвx > Unop, когда транзистор начинает работать в нелинейном режиме, характеризуемом появлением отсечки его коллекторного тока. При этом рост амплитуды первой гармоники Im1 замедляется, что ограничивает увеличение Uвыx.
5. Двустороннее ограничение выходного тока АО с двумя транзисторами и общим RЭ обеспечивается благодаря запиранию первого транзистора при большом положительном потенциале на его базе и второго при большом отрицательном потенциале на базе первого транзистора.
6. В АО с переменным смещением смещение на транзисторе зависит от уровня входного сигнала, что обеспечивается включением во входную цепь транзистора АД. При Uвx > Unop наступает отсечка выходного тока АО. С увеличением Uвx амплитуда первой гармоники выходного тока, определяющая Uвых, одновременно увеличивается из-за роста iвыхmax и уменьшается из-за уменьшения θ, этим обеспечивается примерное постоянство Im1.
2. Расчет ограничителей амплитуды
2.1 Исходные данные и задачи расчета
Для радиовещательных и телевизионных приемников промежуточная частота для тракта ЧМС задается ГОСТ [3]. При расчете структурной схемы приемника выбираются: схема и тип электронного прибора; напряжение Unop порога ограничения; амплитуда выходного напряжения Um вых; коэффициент амплитудной модуляции тп входного сигнала помехой; требуемый коэффициент ограничения Когр..
Задачами расчета являются: выбор оптимального режима работы нелинейного элемента; расчет параметров элементов схемы; уточнение амплитуд входного и выходного сигналов.
2.2 Методика расчета диодных ограничителей амплитуды
Вариант схемы диодного ограничителя амплитуды приведен на рис. 2.1. По токам частоты сигнала диоды включены параллельно коллекторному контуру каскада. К первому диоду подводится запирающее напряжение Е31, создающееся на резисторе коллекторного фильтра. Запирающее напряжение второго диода Е32 создается на резисторе R2, который образует совместно с резисторами Rф и R2 делитель напряжения. При Е31 =E32=Е3 сопротивления резисторов должны удовлетворять равенствам:
(2–1)
Емкость конденсатора . рассчитывают по формуле
(2–2)
Cб и C1 рассчитывают по (2–2), вводя соответствующие замены емкостей и сопротивлений.
Рисунок 2.1 – Структурная схема диодного АО
В интервале входных напряжении до 0,3–0.4 В вольт-амперная характеристика диодов наиболее точно аппроксимируется экспонентой. В этом случае входная активная проводимость диодов определяется уравнением
(2–3)
в котором параметр определяется из [3], – амплитуда сигнала на контуре. Если ЕЗ>Umконт, то диоды закрыты и входную проводимость следует считать равной нулю. Когда амплитуда входного сигнала превышает 0,4–0,6 В, вольт-амперная характеристика диодов становится более близкой к линейной и входная проводимость определяется равенством
, (2–4)
в котором – проводимость прямой передачи диода.
Если обозначить амплитуду сигнала, приложенного к диоду,
, (2–5)
то можно составить уравнение, определяющее зависимость амплитуды входного сигнала от :
, (2–6)
где – эквивалентная резонансная проводимость коллекторного контура без учета действия диодов;
, (2–7)
– приведенный коэффициент усиления каскада при закрытых диодах, при котором за выходной сигнал принимается напряжение на всем контуре; – максимальная амплитуда входного сигнала, при которой диоды еще закрыты. Необходимый коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора определяется равенством
. (2–8)
С учетом сказанного можно составить методику расчета амплитудной характеристики каскада, Задаваясь определенным значением определяют амплитуду выходного сигнала на контуре
. (2–9)
Затем по (2–6) вычисляют соответствующую ему амплитуду входного сигнала. Такие расчеты выполняют для от 0 до 0,3–0,4В через 0,05 В. По полученным данным строят амплитудную характеристику и по ней определяют основные характеристики ограничителя амплитуды в соответствии с обозначениями, принятыми на рис. 2.2. Пороговое напряжение Uпор находят по точке П характеристики, соответствующей примерно (0,8–0,9) Uвых mах. Амплитуду исходного входного сигнала вычисляют по формуле:
, (2–10)
полагая mn≈0,5. Коэффициент модуляции сигнала помехой вычисляют по формуле:
, (2–11)
а коэффициент ограничения по равенству:
. (2–12)
Наиболее приемлемые характеристики ограничителя амплитуды получаются, если брать Е3= 0,3 ÷ 1,0 В и обеспечивать наибольшее приведенное усиление каскада. Последнее получается, если эквивалентная проводимость контура будет наименьшей для обеспечения нужной полосы пропускания детектора ЧМС. Чем меньше Е3 и больше , тем меньше порог ограничения, но и меньше амплитуда выходного сигнала.
Рисунок 2.2 – Основные характеристики ОА
2.3 Методика расчета транзисторных ограничителей амплитуды
Схема транзисторного ограничителя амплитуды приведена на рис. 2.3 (первый каскад. Транзистор T1 и два связанных контура). Для уменьшения порогового напряжения и увеличения коэффициента ограничения транзистор работает при пониженном коллекторном напряжении 2–3 В за счет использования делителя напряжения, состоящего из резисторов RKl и RK2. Для достаточно стабильной работы сопротивления этих резисторов определяют из уравнений:
, (2–13)
в которых – коллекторный ток транзистора в рабочей точке A (рис. 2.2). При этом ток, потребляемый каскадом от источника питания, будет . Сопротивление резистора фильтра выбирают равным 0,5–1 кОм, а коэффициент включения контура в коллекторную цепь удовлетворяющим неравенству
(2–14)
Рисунок 2.3 – Электрическая принципиальная схема транзисторного ограничителя амплитуды
– эквивалентная проводимость первого коллекторного контура. Емкость конденсатора фильтра вычисляют по (2–2). Сопротивление базового резистора определяют по формуле:
. (2–15)
Амплитудная характеристика (рис. 2.5) определяется по следующей методике. Выбирается напряжение питания коллекторной цепи EкG,; и на поле выходных характеристик (см. рис. 2.4) строится нагрузочная характеристика 1 по постоянному току. Она проходит через точку Д, которой соответствует напряжение Eк0 на оси абсцисс, под углом α определяющимся равенством
. (2–16)
Рисунок 2.4 – Амплитудная характеристика AO
На этой характеристике выбирают рабочую точку А, соответствующую примерно середине отрезка ГД и находящуюся на характеристике, для которой
, (2–17)
Определяют для нее токи и . Через точку А проводят нагрузочную характеристику для переменного тока 2 с углом наклона а2, соответствующим уравнению
(2–18)
и определяют точки Б и В, а по ним соответствующие им токи и . Переносят точки А, Б и В на входную характеристику транзистора с напряжением UКЭ, наиболее близким к выбранному режиму, и определяют напряжения UБЭ А, UБЭ Б и UБЭ В вычисляют максимальную амплитуду входного сигнала итах.л в линейном режиме, до которой ограничитель практически работает как усилитель и его амплитудную характеристику можно считать прямолинейной. При этих значениях входного сигнала амплитуда напряжения на первом коллекторном контуре определяется равенством
Страницы: 1, 2, 3
