Частотные модуляторы на реактивных транзисторах

Частотные модуляторы на реактивных транзисторах

На рисунке представлена схема частотного модулятора с реактивным транзистором. Реактивный транзистор изображен на схеме как электронно управляемый двухполюсник, входное сопротивление которого со стороны АГ носит реактивный характер и меняется по закону передаваемого сообщения.

Обобщенная схема реактивного транзистора имеет вид

В состав реактивного транзистора (РТ) входят транзистор VT1 с устройством управления первой гармоникой тока стока путем изменения смещения на затворе и фазовращатель на угол , который поворачивает фазу сигнала, поступающего на затвор, на плюс (или минус) 90⁰ по отношению к фазе входного сигнала, поступающего с АГ. Основными требованиями, которые предъявляются к транзистору, являются высокое входное сопротивление по затвору и малое проявление инерционности носителей заряда транзистора VT1.

Примем как аксиому следующие положения:

1. Фаза первой гармоники тока стока совпадает с фазой сигнала, действующего на затворе транзистора.

2. Ток затвора пренебрежимо мал.

3. Ток на входе фазовращателя существенно меньше тока стока транзистора и в первом приближении его влиянием можно пренебречь.

Все эти допущения вполне оправданы, если правильно выбрать тип транзистора для схемы РТ.

Если фазовращатель РТ повернет фазу на угол , то входное сопротивление реактивного транзистора будет носить индуктивный характер.

Если фазовращатель РТ повернет фазу на угол , то входное сопротивление реактивного транзистора будет носить емкостный характер.

Управлять величиной входного сопротивления РТ (и, следовательно, величиной или ), можно за счет изменения первой гармоники тока стока полевого транзистора.

Основной задачей является получение линейной вольт-фарадной характеристики, под которой следует понимать зависимости

или .

Рассмотрим случай, когда РТ играет роль электронно управляемой емкости .

Если принять во внимание, что , , а также записать выражение для первой гармоники тока стока, воспользовавшись основным уравнением генератора

,

то входную проводимость РТ можно записать в следующем виде

,

где - модуль коэффициента передачи по напряжению фазовращателя на 90⁰. Как следует из формулы, эквивалентная емкость РТ линейно связана с его проводимостью и ее повеление от напряжения полностью определяется поведением функции при изменении смещения. Аналогия с амплитудной модуляцией смещением по управляющему электроду полная.

Вид вольт-фарадной характеристики РТ показан на рисунке.

Линейный участок вольт-фарадной характеристики РТ соответствует изменению угла отсечки от 60⁰ до 120⁰. При этом смещение на затворе меняется в интервале от до

=

где - амплитуда ВЧ колебания, действующая на затворе ПТ.

Середина линейного участка соответствует углу отсечки 90⁰, следовательно, напряжение смещения от фиксированного источника должно быть

,

а максимальная амплитуда модулирующего сигнала не должна превышать

Среднее значение емкости РТ соответствует середине линейного участка вольт-фарадной характеристики транзистора и выражается формулой

Максимальное отклонение емкости РТ от своего среднего значения составляет

Эта формула может быть использована для расчета максимального значения девиации частоты при использовании частотного модулятора с реактивным транзистором.

.

Аналогичные соотношения можно получить для ТР, входное сопротивление которого носит индуктивный характер. Следует только учесть, что в этом случае связь АГ с реактивным транзистором целесообразно использовать индуктивную.

Способы построения фазовращателей на

Разнообразие схем РТ прежде всего определяется разнообразием построения фазовращателей на .

Простейшими фазовращателями на (- ) могут служить схемы, приведенные на рисунке

Простейшие фазовращатели на .

Главными недостатками всех простейших фазовращателей является погрешность в повороте на 90⁰ фазы выходного сигнала и малая величина коэффициента передачи фазовращателя. В частности в фазовращателях на погрешность в повороте фазы определяется соотношениями

соответственно, а коэффициенты передачи по формулам

.

Погрешность в повороте фазы выходного сигнала на приводит к появлению активной составляющей входной проводимости РТ, которая меняется так же, как и реактивная, и вызывает появление сопутствующей паразитной АМ в частотном модуляторе.

Для устранения этого неприятного эффекта применяют или более сложные схемы фазовращателей, или вводят в простейшие фазовращатели элементы коррекции. При этом можно увеличить коэффициент передачи фазовращателя. Примеры фазовращателей показаны на рисунках.

.

.

Выводы

Рассмотренные вопросы работы РТ позволяют сделать следующие выводы.

1. Частотный модулятор с РТ обладает более линейной СМХ благодаря линейности вольт-фарадной характеристики реактивного транзистора. Это позволяет получать большие значения в сравнении с частотным модулятором с варикапом.

2. РТ можно использовать не только как управляемую емкость, но и как управляемую индуктивность.

3. Поскольку управление РТ осуществляется смещением на управляющем электроде, то имеет место полная аналогия требований к работе транзистора с АМ смещением, касающихся источника модулирующего сигнала и его внутреннего сопротивления, нецелесообразности применения автосмещения и ряда других.

4. Недостатками частотного модулятора с РТ являются

а) большая сложность схемы управляемого реактивного элемента,

б) дополнительные энергетические затраты от источника питания

,

в) большая зависимость параметров РТ от температуры,

г) наличие в токе выходного электрода транзистора РТ высших гармоник, которые должны фильтроваться цепью согласования АГ.

Последний недостаток можно ослабить, если использовать режим работы транзистора РТ без отсечки, но установить рабочую точку на середине квадратичного участка проходной характеристики и при изменении смещения не выходить за пределы квадратичной области. Некоторые типы полевых транзисторов имеют достаточно протяженный участок проходной характеристики, близкий к квадратичной функции. При изменении смещения крутизна характеристики меняется линейно от нуля до . Приняв за рабочую точку место, где крутизна проходной характеристики равна

,

будем иметь возможность линейно менять ее на величину и соответствующую ей входную проводимость РТ

.

Изложенный материал показан на рисунке. Предполагается, что

Дата добавления: 2015-08-27