Путеводитель в мир электроники. Книга 2

Любой каскад усиления сигнала может работать в одном из режимов, названных буквами латинского алфавита: А, В, С или АВ (существуют еще усилители классов D и Е, но они не используются на высоких частотах, поэтому мы их рассматривать не будем). Отличие между режимами заключается в выборе рабочей точки усилительного каскада. Это поясняет рис. 12.8.

Рис. 12.8.Распространенные режимы работы ВЧ усилителей

Рабочая точка в усилителях класса А смещена таким образом, что через транзистор коллекторный ток протекает всегда. Входной сигнал усиливается без искажений, но коэффициент полезного действия (КПД) в лучшем случае может быть не более 50 %. В таком режиме обычно работают маломощные каскады передатчика.

В режиме класса В смещения рабочей точки у транзисторов нет (точнее, она является нулевой). Транзистор начнет усиливать сигнал, как только входное напряжение превысит уровень 0,6 В (с этим режимом вы уже знакомы по разделу, посвященному усилителям низкой частоты). При использовании двухтактного каскада транзисторы будут работать по очереди (каждый в течение одного полупериода входного сигнала), но в точке перехода напряжения через ноль из-за нелинейности характеристики наблюдаются небольшие искажения. КПД схемы может составить до 78 %. Такой режим работы применяется в мощных выходных каскадах.

Чтобы устранить искажения при переходе напряжения через нуль, иногда используют режим класса АВ — когда на базу подается небольшое приоткрывающее транзистор напряжение (появляется ток покоя). Это выравнивает выходную характеристику, но снижает КПД каскада. Схема для этого режима может быть такой же, как и для каскада в режиме класса А, только соотношение резисторов R1—R2 будет другим.

В высокочастотных усилителях довольно часто применяют режим класса С. Рабочая точка у такого усилителя смещается за пределы области отсечки, и транзистор открывается только при максимальных значениях входного сигнала. Несмотря на то, что сигнал на выходе усилителя сильно искажен и содержит много гармоник, синусоидальная форма восстанавливается благодаря резонансной нагрузке. Ну а так как пока транзистор закрыт — тока в цепи коллектора нет, КПД такой схемы теоретически может достигать почти 90 %.

Режим класса С удобен еще и тем, что его можно использовать для умножения входного сигнала в 2 или 3 раза. Причем в результате исследований была установлена зависимость уровней гармоник сигнала от угла отсечки  выходного тока. Оказалось, что максимальный уровень первой гармоники получается при угле отсечки 120°, второй — 60° третьей — 40° (это используется разработчиками при расчете схемы). Так как амплитуда гармоники с увеличением ее номера значительно уменьшается, умножение более чем в 3 раза в одном каскаде не используется.

Конечно, при работе усилителя никто не измеряет угол отсечки, но, настраивая контур в цепи коллектора на нужную гармонику и меняя угол отсечки (при помощи напряжения задающего рабочую точку), можно получить максимальный уровень сигнала.

Общим требованием к каскадам, работающим в усилителе мощности, является их согласование между собой по импедансу.

Следует также знать, что для увеличения дальности приема в два раза необходимо мощность передатчика увеличить в 4 раза. Того же эффекта можно добиться увеличением чувствительности приемника в 2 раза, то есть энергетически выгоднее увеличивать чувствительность приемника. Но здесь есть ограничение, которое связано с шумами эфира и собственными шумами схемы приемника. Поэтому полезный сигнал в точке приема должен в любых условиях превышать уровень шума в несколько раз.

Особенности настройки передатчиков

Самое лучшее из всех доказательств есть опыт.

Френсис Бэкон

Каждый передатчик имеет свои особенности, но есть некоторые общие правила, которые следует знать, — это ускорит получение нужного конечного результата. Дальнейшее описание практических схем будет подразумевать, что элементарные сведения вы хорошо запомнили. К тому же для настройки передатчиков вам потребуется несколько простейших приспособлений, на которых следует остановиться подробнее.

Прежде всего перед тем, как приступать к настройке ВЧ части, вам нужно приобрести или изготовить самостоятельно отвертку с диэлектрическим жалом. Это позволит прокручивать подстроечные конденсаторы и сердечники катушек, не внося в контур емкость (металлическая отвертка является миниатюрной антенной, которая добавляет небольшую емкость в контур, и, как только вы ее уберете — настройка «уйдет»). Такую отвертку можно сделать из пластинки (шириной 5… 10 мм) любого толстого (3…3,5 мм) диэлектрика (текстолит, стеклотекстолит, заточив напильником конец (жало) как у отвертки, рис. 12.9.

Рис. 12.9.Вид диэлектрической отвертки для настройки высокочастотных каскадов