CC BY
26
Конструювання радіоапаратури
УДК 621.326
КЕРОВАНА ЧОТИРИТАКТНА ТРАНЗИСТОРНА ІНДУКТИВНІСТЬ
Гаврасієнко П. О., магістрант; Кичак В. В. магістрант;
Овчарук А. А. магістрант
Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, Україна
Стан досліджень
Частотні та фазові модулятори на основі керованої реактивності знайшли широке розповсюдження в техніці зв’язку. Збільшення швидкості передачі інформації в каналах зв’язку безпосередньо пов'язане з розширенням смуги частот, а відповідно і індексу модуляції, що вимагає розширення динамічного діапазону девіації частоти.
Як показують результати досліджень [1,2], використання варикапів в частотних модуляторах при простоті реалізації вимагає додаткових заходів по лінеаризації модуляційних характеристик і, особливо, щодо стабілізації центральної частоти. Застосування в якості керованих реактивностей транзисторних елементів [3] дозволяє розширити діапазон девіації, але лінеаризація модуляційних характеристик в однотактних схемах досягається в основному обмеженням діапазону девіації. Встановлення потрібного режиму по постійному струму транзисторів реактивності вимагає використання додаткових елементів живлення, блокування і фільтрації, що зменшує надійність пристрою. Використання додаткових джерел живлення також знижує енергетичну ефективність пристрою в цілому і обмежує область використання таких пристроїв тільки низько потужними вузлами електронних засобів. Це обмеження обумовлює використання енергетично невигідного режиму роботи класу А, що в свою чергу збільшує температурну нестабільність генератора в цілому.
Мета досліджень
Чотиритактний режим роботи активних елементів характеризується високим рівнем придушення парних гармонік і збільшенням коефіцієнту корисної дії майже в три рази по відношенню до режиму класу А. Зменшення рівня парних гармонік і постійної складової вихідного струму дозволяє зменшити рівень нелінійних спотворень і зміщення центральної частоти, а зменшення втрат на вихідному електроді - збільшити температурну стабільність генератора. Чотиритактна структура виключає необхідність використання зовнішніх додаткових джерел живлення. Таким чином метою досліджень є розробка і аналіз транзисторного реактивного елемента, керованої індуктивності, з чотиритактною структурою.
Результати досліджень
В якості керуючого елемента в частотних модуляторах можуть викори-
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№47
137
Конструювання радіоапаратури
стовуватись реактивні каскади на транзисторах. В літературних джерелах вже розглядалося створення керованої індуктивності на транзисторі [2, 4], яка містить транзистор VT, між вхідним (база) і спільним (емітер) електродами якого ввімкнено конденсатор C, а між вхідним і вихідним (колектор) ввімкнено резистор R. Спільний електрод транзистора приєднано до спільного виходу пристрою, вихідний електрод транзистора до високочастотного входу Uro, на який подаватиметься коливання-носій. Керуючий електрод транзистора з’єднано з керуючим входом UQ, на який надходить низькочастотний сигнал.
Для розширення діапазону девіації еквівалентної індуктивності запропонована двотактна схема [5, 6]. Подальшим розвитком такої структури є використання чотиритактної транзисторної індуктивності. Тобто до існуючої двотактної структури, яка містить два транзистори протилежного типу провідності VTj і VT4, між вхідними і керуючими електродами яких включено по резистору R} і R2 і до керуючих і спільних електродів підключено по конденсатору C1 і C2 , додаємо третій та четвертий транзистори протилежного типу провідності VT2 і VT3, чотири діода VDX - VD4 і два дроселя L і L2. Схема керованої індуктивності наведена на рис. 1.
Рис. 1. Керована чотиритактна транзисторна індуктивність
При використанні керованої індуктивності на біполярних транзисторах вихідним електродом є колектор, керуючим - база, спільним - емітер. При виконанні на польових транзисторах вихідним електродом є стік, керуючим - заслін, спільним - витік.
До виходів пристрою Uro прикладається високочастотна гармонічна напруга, яка може бути подана, наприклад, від автогенератора:
u(t) = Um cos ®t. (1)
В пристрої, що пропонується, забезпечується безперервність струму
138
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№47
Конструювання радіоапаратури
між виходами Uro при живленні від джерела сигналу (1) і напруги модуляції:
e(t) = Em cos Q t
яка забезпечує зміщення на бази всіх транзисторів для будь-якого сполучення цих напруг. Можливі сполучення і стан транзисторів і діодів відповідно до них наведено в табл. 1 («1» відповідає відкритому стану елементу, «0» - закритому стану).
Таблиця 1. Стан транзисторів і діодів при різних значеннях напруги
N u (t) e(t) VTX VT2 VT3 VT4 VDX VD2 VD3 vd4
1 + + 1 0 0 0 0 1 0 0
2 - + 0 1 0 0 1 0 0 0
3 + - 0 0 0 1 0 0 1 0
4 - - 0 0 1 0 0 0 0 1
Номінали резисторів Rx і R2 вибрано так, що еквівалентний опір R кожного з них буде більшим за реактивний опір X конденсаторів Q і С2 з ємністю С:
R >> X = -^. ю-C
В цьому випадку струм через подільника RC для кожного транзистора співпадатиме з напругою u (t), що прикладена між виводами пристрою Uro, по фазі. За рахунок реактивного опору конденсаторів Q і С2, напруга на них відставатиме на кут близький до 90°:
UC = к - Um cos ®t,
де к = x/Jx1 + R2 - коефіцієнт передачі подільника RC на частоті ю.
Завдяки зсуву напруги UC, яка подається на вхідні електроди всіх тран-
зисторів, струми вихідних електродів кожного транзистора у відкритому стані також будуть зсунутим на 90° по відношенню до напруги, що прикладена до вихідних електродів:
ibux = S ' UC = S ' к - Um C0S Ю’
де S - крутість передаточної характеристики, яку можна вважати реальним числом при роботі транзисторів на частотах нижче граничної.
Таким чином, струм ibux між виходами пристрою Uro буде запізнюватись на 90° по відношенню до напруги, що прикладена до тих же виходів. Тобто при такому схемному рішенні і прийнятих співвідношеннях пристрій по реакції еквівалентний індуктивності Le. В активному режимі:
4 = .Ш. = Um = 1 .
Є Wux |Ю S ' к ' Um Ю S ' к-Ю
Зміна значення індуктивності Le здійснюється подачею напруги моду-
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№47
139
Конструювання радіоапаратури
ляції на входи модуляції UQ, яка змінює зміщення на керуючих електродах всіх транзисторів. Дроселі L і L2 використовуються для виключення впливу високочастотної вхідної напруги на входи напруги модуляції UQ. За рахунок того, що транзистори мають протилежну провідність, активні режими кожного з них відповідатимуть протилежним напівперіодам напруги модуляції згідно таблиці.
При симетрії плеч та ідентичності параметрів всіх транзисторів, що легко реалізується в ІС, в навантаженні, яке підключається до виходів ию пристрою компенсується постійна складова струмів вихідних електродів і парні гармоніки частот модуляції, що дозволяє зменшити зміщення центральної частоти автогенератора та збільшити стабільність частоти. Зменшення рівня парних гармонік частот модуляції веде до зменшення нелінійних спотворень в сигналі, що передається і відповідно в сигналі, який отримується після демодуляції.
Введення другої пари транзисторів VT2 і VT3 та чотирьох діодів дозволяє забезпечити живлення транзисторів від джерел високочастотного та модулюючого сигналів. Це виключає необхідність використання зовнішніх додаткових джерел живлення для даного пристрою, тобто він є енергетично і економічно ефективним.
Сукупність цих факторів дозволяє розширити галузь застосування пристрою. Ці обставини підтверджують виконання поставленої задачі.
Висновки
1. Для зменшення зміщення центральної частоти автогенератора та збільшення стабільності частоти необхідно забезпечити ідентичність параметрів транзисторів різного типу провідності.
2. Використання чотиритактної структури забезпечити живлення транзисторів від джерел високочастотного та модулюючого сигналів, що виключає необхідність використання зовнішніх додаткових джерел живлення.
Література
1. Кичак В.М. Нассир Мансур Абухамуд, Трухачёва Н.В. Методы линеаризации модуляционной характеристики частотного модулятора // Вісник хмельницького національного університету. - 2010. - №3. - С. 177-181.
2. Ульяничев И.А., Малюнас К.С. Линеаризация закона управления частотой генератора с варикапами // Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника. -1980. - №4. - С. 41-49.
3. Кичак В.М., Нассир Мансур Абухамуд, Дрючин О.О. Оптимізація вибору режиму керованої реактивності // Вісник Хмельницького нац. ун-ту. - 2010. - №3. - С. 232-237.
4. Пашев А.М., Касимов Ф.Д., Филинюк М.А., Негоденко О.Н. Физико-технические и схемотехнические основы негатроники. - Баку: ЭЛМ, 2008. - 433 с.
5. Гаврасієнко П.О., Дрючин О.О., Кичак В.М., Костюк Ю.М. Керована двотактна індуктивність // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -2010. - №2. - С. 83-85.
140
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№47
Конструювання радіоапаратури
б.Кичак В.М., Дрючин О.О., Гаврасієнко П.О. Керована індуктивність // Патент на корисну модель № 54809. Україна, МПК (2009) Н03Н 11/00. № u201006148; заявл. 21.05.2010; опубл. 25.11.2010; Бюл № 22, 2010. - 2010. - 3 с.
Гаврасієнко П. О., Кичак В. В. Овчарук А. А. Керована чотиритактна транзисторна індуктивність. Розглянуто можливість реалізації функції індуктивності у вигляді чотиритактної структури на базі транзисторів різної полярності та проведено її аналіз. Застосування такої структури при симетрії її плеч суттєво зменшує рівень другої гармоніки та нелінійних спотворень і виключає необхідність використання зовнішніх додаткових джерел живлення. Запропонована індуктивність відрізняється високою стабільністю та може широко використовуватися під час проектуваня радіоелектронних пристроїв.
Ключові слова: транзисторна індуктивність, температурна стабільність, нелінійні спотворення
Гаврасиенко П. О., Кичак В. В. Овчарук А. А. Управляемая четырехтактные
транзисторная индуктивность. Рассмотрена возможность реализации функции индуктивности в виде четырехтактной структуры на базе транзисторов разной полярности и проведен ее анализ. Применение такой структуры при симметрии ее плеч существенно уменьшает уровень второй гармоники и нелинейных искажений и исключает необходимость использования внешних дополнительных источников питания. Предложенная индуктивность отличается повышенной стабильностью и может широко применяться при проектировании радиоэлектронных устройств.
Ключевые слова: транзисторная индуктивность, температурная стабильность, нелинейные искажения
Gavrasienko P. О., Kichak V. V., Ovcharuk A. A. Regulated four tact transistor inductance. Marketability function of inductance is considered as a four tact structure on the base of transistors of different polarity and its analysis is conducted. Application of such structure at symmetry of it shoulders substantially diminishes the level of the second accordion and nonlinear distortions and eliminates the necessity of the use of additional outsourcings of feed. The proposed inductor has high stability and can be widely applied in the design of electronic devices.
Keywords: inductive transistor, temperature stability, nonlinear distortion
Вісник Національного технічного університету України "КПІ" Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2011.-№47
141
