В статье рассматривается схемотехника и простейшая классификация составных активных приборов. Приведены основные задачи, возлагаемые на цепи согласования и коррекции.
Ключевые слова: составные активные приборы, транзистор, цепи согласования и коррекции.
С помощью применения составных активных приборов (САП) в генераторных и радиопередающих устройствах эффективно решаются задачи снижения массогабаритных показателей аппаратуры посредством уменьшения количества усилительных каскадов, а также каскадов умножения частоты.
Для создания устройств, использующих САП, можно использовать различного рода составные транзисторы (биполярные, полевые, гибридные). Составной транзистор (СТ) — это сложный активный прибор, который получается путем составного соединения двух и более одиночных транзисторов (ОТ). В качестве входного электрода может использоваться входной электрод (база, эмиттер) первого одиночного транзистора. Выводы синфазно работающих цепей выходных электродов всех ОТ структуры САП соединены вместе и выступают в качестве его выходного электрода, подключенного к нагрузке. Отличительной особенностью таких составных приборов является необходимость подбора транзисторов таким образом, чтобы они имели близкие граничные частоты. [1]
К примеру, при реализации генераторного СТ можно воспользоваться как двумя одиночными (соответствующими по мощности и частоте) полевыми или биполярными транзисторами, так и комбинацией входного одиночного полевого транзистора и более мощного выходного биполярного транзистора (такой вариант называется гибридным СТ). [2]
Рассматривая случай сдвоенных СТ с использованием БТ и учитывая три известных способа включения транзистора, можно выделить девять возможных структур сдвоенных БСТ. Они приведены на рисунке 1. Стоит отметить, что в качестве входного выбирался транзистор с проводимостью типа n-p-n, а также учитывалась фазировка выходных токов обоих ОТ.
Рис. 1. Схемы возможных структур сдвоенных БСТ
Стоит отметить, что САП может включать и более двух ОТ, что, безусловно, зависит от предъявляемых требований. Например, строенные СТ могут быть реализованы с помощью трех биполярных транзисторов (БТ) с включением по составной схеме типа общий эмиттер (ОЭ) — ОЭ — ОЭ или общий коллектор (ОК) — ОЭ — ОЭ. [4] Как и сдвоенные, строенные САП могут быть на основе биполярных (БСТ), полевых (ПСТ), а также комбинации биполярных и полевых транзисторах (ГСТ). Разновидностью сдвоенных и строенных СТ являются сложные БСТ (а также ПСТ и ГСТ). Варианты таких структур приведены на рисунке 2, а простейшая классификация СТ приведена на рисунке 3.
Рис. 2. Сложные БСТ: а) сдвоенные; б) строенные
Рис. 3. Классификация СТ
Анализируя схемы структур сдвоенных СТ (СТ2) и строенных СТ (СТ3), видно, что в СТ2 первый, а в СТ3 первый и второй ОТ работают на разделенную нагрузку. В качестве ее первой основной части выступает входное сопротивление следующего за этим транзистором более мощного ОТ структуры. Второй частью является общая выходная нагрузка каскада. Выходной ОТ работает только лишь на выходную нагрузку.
Поскольку сдвоенные и строенные СТ имеют достаточно большие значения коэффициентов усиления по току, данные структуры позволяют получить большие коэффициенты усиления по мощности.
Все вышесказанное относится к САП, работающим на низкой частоте в линейном режиме. Переход в генераторный режим с отсечкой выходного тока вызывает необходимость применения в структурах режимных цепей: режимных резисторов, диодно-дроссельных цепочек, диода Куликова, режимных транзисторов. [1, 2]
С увеличением частоты увеличивается фазовый сдвиг между выходными токами транзисторов в структуре САП, а также появляются сложности в обеспечении оптимального уровня возбуждения второго более мощного выходного БСТ. Безусловно, требуется применять меры по обеспечению нужного уровня возбуждения VT2 и фазированию указанных токов в общей нагрузке для чего используются межтранзисторные цепи коррекции фазы. [3] Наиболее простое решение данных задач заключается в ведении между общим электродом (истоком) полевого и входным электродом (базы) биполярного транзисторов соответствующей цепи согласования и коррекции (ЦСК).
Рис. 4. Схема ГСТ с цепью согласования и коррекции: а) общий вариант; б) конкретный вариант на RLC-элементах
Итак, выделим две основные задачи ЦСК. Первая, как было сказано выше, связана с обеспечением согласования выходного сопротивления истока ПТ и входного сопротивления (на участке база-эмиттер) БТ (на рисунке 4, а Z’ вых и Z’ вх соответственно). Оптимальное согласование, обеспечивающее максимальную отдаваемую в нагрузку мощность, достигается при комплексно-сопряженном согласовании внутреннего сопротивления источника сигнала (т. е. цепь истока ПТ) с сопротивлением нагрузки (т. е. цепь базы БТ). В данном конкретном случае (рисунок 4, а) необходимо, чтобы выходной импеданс ПТ VT1 по цепи истока и нагрузка от VT1, являющаяся базовой цепью БТ VT2 с внешними RLC-элементами ЦСК, были комплексно сопряжены.
Вторая задача, тоже возлагаемая на ЦСК из RLC-элементов, заключается в том, чтобы в процессе прохождения ВЧ или СВЧ сигнала через элементы цепи коррекции осуществлялось такое ускорение фазы тока усиливаемого сигнала, которое способно было бы обеспечить фазу выходного тока I’’ от БТ, одинаковую с фазой тока I’ от ПТ (рисунок 4, б). В результате будет реализовано эффективное суммирование указанных токов, а значит, и максимальное значение тока I ст в выходной цепи ГСТ.
Таким образом, различные структуры составных транзисторов обладают отличающимися энергетическими параметрами, которые определяют область их применения. Грамотный выбор необходимой структуры позволит обеспечить требуемые параметры разрабатываемой аппаратуры.
Литература:
- Судаков Ю. И. Мощные кварцевые автогенераторы на биполярных составных транзисторах. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1988.
- Судаков Ю. И. Расчет мощных кварцевых автогенераторов на биполярных составных транзисторах. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1989.
- Судаков Ю. И. Гибридные составные транзисторы и эффективная миниатюризация радиопередающих и генераторных устройств (Анализ конкурентноспособных схем. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1991.
- Судаков Ю. И. Основы проектирования мощных кварцевых автогенераторов на составных транзисторах. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1989.
