Усиление АМ колебаний

При осуществлении АМ на малом и среднем уровнях мощности ряд каскадов передатчика работают в режиме усиления АМ колебаний. Статической модуляционной характеристикой таких каскадов является амплитудная характеристика, т.е. зависимость первой гармоники тока выходного электрода от амплитуды высокочастотного напряжения на управляющем электроде

.

Совершенно очевидно, что СМХ должна быть линейной во всем динамическом изменении амплитуд. Это требование может быть выполнено только при работе АЭ усилителей в недонапряженном режиме.

Рассмотрим конкретную схему усилителя АМ колебаний, приведенную на рисунке. Она выполнена на биполярном транзисторе n-p-n типа и избирательной цепью согласования.

При использовании испытательного сигнала ВЧ напряжение, действующее на входе усилителя, имеет вид

Амплитуда напряжения на базе меняется от нуля до .

Воспользуемся основным уравнением генератора и установим связь между первой гармоникой тока коллектора и амплитудой .

.

В этом выражении амплитуда присутствует в явном виде и в виде зависимости функции от , поскольку

.

При дальнейшем рассмотрении будем полагать, что напряжение смещения , напряжение коллекторного питания и нагрузка по коллекторной цепи постоянны.

Усилители АМ колебаний могут работать как в линейном (кл. «А»), так и нелинейном классах.

При работе усилителя в классе «А» функция и СМХ принимает вид

.

Это линейная функция. Ее нелинейность появляется только при переходе работы усилителя в перенапряженный режим. Вид СМХ для класса «А» показан на рисунке.

Класс «А»

Достоинством класса «А» является высокая линейность СМХ и максимальный коэффициент усиления каскада по мощности, а недостатком – низкий электронный КПД усилителя.

По этой причине усилители АМ колебаний используются преимущественно в промежуточных маломощных каскадах усиления.

При использовании нелинейных классов работы «АВ», «В», «С» функция меняется. Это приводит к изменению вида СМХ.

Как известно, при работе усилителя в классе «АВ» угол отсечки меняется при изменении амплитуды возбуждения. Диапазон изменения угла отсечки лежит в интервале от до . При этом функция тоже меняется. Характер этого изменения показан на рисунке.

При работе усилителя в классе «С» угол отсечки меняется несколько иначе. Диапазон изменения угла отсечки лежит в интервале от 0 до . При этом функция тоже меняется и характер этого изменения показан ниже.

Только в классе «В», которому соответствует неизменный угол отсечки , функция не меняется при изменении амплитуды ВЧ колебания и принимает значение, равное 0.5. Уравнение СМХ для класса «В» принимает вид

.

На рисунке, приведенном ниже, показаны СМХ при работе АЭ усилителя в перечисленных нелинейных классах.

Из уравнения СМХ и приведенных графиков видно, что высокая линейность СМХ имеет место только в классе «В». По этой причине этот класс работы находит применение в мощных усилителях АМ колебаний. В режиме максимальной мощности, который чаще всего соответствует критическому или слегка недонапряженному режиму, электронный КПД усилителя достигает (70-72)%.

Кроме того, усилители могут работать с предельно большой глубиной модуляции, равной единице. Это позволяет довести информативную мощность излучения передатчика до максимума и обеспечить максимальную дальность связи.

В сравнении с амплитудным модулятором смещением увеличивается на несколько процентов среднее значение электронного КПД усилителя. При речевом модулирующем сигнале .

Класс «АВ» в усилителях АМ колебаний не применяется, т.к. его СМХ существенно нелинейная. Класс «АВ» чаще используется для подавления паразитной АМ. В окрестности критического режима крутизна СМХ усилителя с классом «АВ» близка к нулю.

СМХ усилителя, работающего в классе «С» тоже нелинейная. Однако характерной особенностью СМХ класса «С» является наличие начальной «пятки», за которой следует достаточно продолжительный линейный участок. Наибольшую протяженность линейный участок имеет место при выборе . Эти особенности СМХ класса «С» позволяют строить усилители АМ колебаний с углубление m на (10-15)% на один каскад. Это позволяет довести глубину модуляции АМ колебаний к выходу передатчика практически до единицы. Сказанное демонстрируется рисунком, приведенным ниже.

Следует также сказать, что при построении усилителя АМ колебаний нельзя одновременно применять умножители частоты. Последние имеют весьма нелинейную СМХ, что приводит к существенным искажениям передаваемого сообщения.

Дата добавления: 2015-07-24