Транзисторные умножители частоты, страница 5

Напомним, что Ф₁ — фаза первой гармоники коллектор­ного тока, но не фаза напряжения на базе.

Как видно из последнего равенства, входную цепь тран­зистора  можно  представить в виде параллельного соединения активной проводимости и емкости:

Здесь

На рис. 1.26 построены графики зависимостей входной проводимости и емкости транзистора от угла отсечки. Расче­ты произведены для случая, когда амплитуда возбуждения достаточно велика, так что часть времени транзистор рабо­тает в «существенно» активной области, а потому . В этом случае , и входная проводимость и емкость зависят только от параметра инерционности и угла отсечки. Если амплитуда возбуждения недостаточно велика для работы в «существенно» активной области, то расчет вход­ной проводимости и емкости следует проводить по (1.80). Однако порядок величин можно оценить по рис. 1.26 и в этом случае.

Эквивалентные схемы входной и выходной цепей можно представить в виде, изображенном на рис.  1.27.

Входная цепь (левая часть рис. 1.27) состоит из сум­марной емкости , аналогичной емкости С_кΣ, а также из рассмотренных выше проводимо­сти G₁и емкости C₁ (1.80).

Выходная цепь (правая часть рис. 1.27) состоит из гене­ратора тока с комплексной амплитудой (1.77), имеющего выходную проводимость и емкость (1.78). Кроме того, парал­лельно выходной цепи подключается также емкость , равная сумме емкостей коллектор-пере­ход и коллектор-база, поскольку в них также ответвляется часть тока коллектора.

Имея эквивалентные схемы входной и выходной цепей, нетрудно определить эффективность каскада УЧ на тран­зисторах. В случае оптимального согласования эффектив­ность равна

Здесь введен параметр .

Эффективность является функцией угла отсечки, выбором которого можно ее увеличить. Расчеты по­казали, что приближенно оптимальный угол отсечки можно принять θ_опт = 120°/n.

В случае низких частот и больших нагрузок (А, r_к→0) оптимальный угол несколько больше приближенного зна­чения; в случае высоких частот и малых нагрузок (А, r_к→∞) он несколько меньше. Однако во всех случаях при указанном выборе угла отсечки проигрыш го сравне­нию с оптимальным значением оказывается небольшим. Поэтому везде при расчетах примем оптимальное значение равным 120°/n.

График    зависимости .  максимальной    эффективности от частоты показан на рис. 1.28.

Как видно из рисунка, с ростом частоты эффективность УЧ на транзисторах падает. При изменении частоты от нуля до значений, соответствую­щих А = 4, эффективность уменьшается примерно на 10 дб. Следует отметить, что графики рис. 1.28 относятся к норми­рованной эффективности, деленной на произведение . Это произведение может достигать нескольких десятков и даже сотен, поэтому реальная эффективность УЧ на тран­зисторах может быть больше единицы, несмотря на то, что нормированная эффективность много меньше ее. Сказанное особенно справедливо для низких частот, где УЧ, как правило, имеют эффективность больше единицы.  В результате на низких частотах после нескольких каскадов УЧ амплитуда   возбуждения   последующих   каскадов   может оказаться больше допустимой. В этом случае коэффициент связи двух каскадов выбирают меньше оптимального зна­чения. Тогда входная цепь последующего транзистора слабо шунтирует контур, т. е. УЧ на транзисторах можно рас­сматривать, как аналог УЧ на пентоде.