Понятие колебания и сигнала. Классификация сигналов.Свойства преобразования Фурье, страница 12

 при

Вывод: если изменение угла отсечки осуществлять только изменением напряжения смещения при постоянном U_н и U_m, то максимальная амплитуда k-ой гармоники тока будет при θ=180°/k.

 при

Если стремятся к такому использованию размаха ВАХ нелинейного элемента, то есть стремятся получить амплитуду импульсов тока максимальной, то для изменения угла отсечки придется одновременно изменять и напряжение; тогда нужно будет выразить амплитуду импульсов тока через i_max.

(5)

  (6)

  (7)

  ;   ;

   при

§4. Нелинейное резонансное усиление колебаний.

Изобразим схему резонансного усилителя:

РУ может быть линейным и нелинейным

, в зависимости от работы транзистора.

Чтобы усилитель был линейным, необходимо выбрать напряжение смещения U₀ и амплитуду гармонического воздействия U_m, при которых изменение входного напряжения не выходит за пределы

линейного участка проходной ВАХ.

 - амплитуда первой гармоники

  (без учёта R_i и R_T)

Резонансный коэффициент усиления:

R_oе – резистивное сопротивление контура.

Недостатками линейного резонансного усилителя являются:

а) малая амплитуда выходного сигнала и, следовательно,

малая выходная мощность (так как вынужден работать на ограниченном участке ВАХ).

б) Малый коэффициент полезного действия: (реально около 25%)

;    ;

Нелинейное резонансное усиление: если перейти к нелинейному режиму работы (транзистора), то можно снять ограничение амплитуды воздействия и использовать полный размах ВАХ транзистора. Это позволит существенно увеличить выходную мощность. Для устранения связанных с этим нелинейных искажений выходного сигнала (появление паразитных гармоник в составе тока), можно увеличить добротность контура так, чтобы на нем заметные падения напряжений создавала лишь первая гармоника тока. Для этого необходимо чтобы ω_рез<ω_н, а полоса пропускания была меньше ω_н.

Рассмотрим, что будет при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ.

Как видим, нелинейный резонансный усилитель, при высокой добротности контура, дает отклик на гармонический сигнал гармонической формы.

Анализ нелинейного усилителя.

1)  Амплитуда выходного напряжения такая же как на входе:, где   (1)  ; 

S(γ₁(θ))=S_ср – средняя крутизна транзистора, или крутизна, приведенная к первой гармоники тока.

S_ср= S_ср(θ)=S_ср(U_m) (зависит от амплитуды тока U_m) – это признак нелинейной цепи.

U_вых=S_срU_mR_oе  (2)– это выражение отличается от (1) тем, что S заменена S_ср.

В общем случае нельзя сказать, что U_вых~U_m. так как S_ср тоже зависит от U_m.

Если U_m=const (либо воздействия не модулируется), то S_ср=const и, следовательно, U_вых~U_m (как в линейном усилителе).При этом для нелинейного резонансного усилителя можно использовать квазилинейную схему замещения.

Эта схема квазилинейна, так как в нее входит S_ср (который зависит от U_m, но при U_m=const и, следовательно, S_ср=const).

Эта схема изображена без учета R_i и R₁:

Резонансный коэффициент усиления:

  ;  , при ,

Самый большой Н₀, если θ→180°.

Рассмотрим, что будет с КПД:

В нелинейном режиме можно U_вых сделать близким к Е_пит.

Найдём как зависит  от :

Для увеличения КПД необходимо θ сделать как можно меньше.

, ,    ;   При , ,

Вывод: при воздействии на нелинейный резонансный усилитель немодулированного сигнала ЧМК (ФМК) угол отсечки θ можно выбирать в пределах от 0° до 180° в зависимости от требований: коэффициент усиления, выходной мощности и КПД.

При построении схемы замещения нелинейного резонансного усилителя не учитывалось влияние выходного сопротивления. Чтобы учесть это влияние, то есть влияние выходного напряжения на тока транзистора, нужно ввести понятие управляющего напряжения.

- амплитуда управляющего напряжения,

 - проницаемость,    - коэффициент усиления транзистора.

  ;    R_{i ср} – выходное сопротивление транзистора, приведенное к 1 гармонике тока.

Квазилинейная схема замещения резонансного усилителя:

S_ср и R_{i ср} зависят от U_m.

Рассмотренный подход к анализу нелинейного резонансного усилителя, с применением квазилинейной схемы замещения, называется квазилинейным методом анализа. Условия применимости этого метода: