***** Google.Поиск по сайту:


1.14.2. Широкополосные колебательные цепи генераторов

Устройства генерирования и формирования радиосигналов

1.14.2. Широкополосные колебательные цепи генераторов

Использование широкополосных колебательных систем позволяет решить многие важные задачи. Так, генераторы без резонансных контуров, не содержат перестраиваемых элементов, что упрощает и ускоряет процесс смены рабочей частоты передатчика, что существенно при дистанционном управлении передатчиком, повышает его надежность и удешевляет его эксплуатацию. Генераторы принято считать широкодиапазонными, если коэффициент перекрытия по частоте kf = > 1,8 - 1.9, при этом колебательные системы не подавляют высших гармоник анодного тока. В маломощных предварительных каскадах, построенных по однотактной схеме, АЭ должны работать в режиме колебаний класса А. В мощных каскадах для улучшения энергетических показателей генераторы строят по двухтактной схеме, при этом АЭ работают в режиме колебаний класса В. Выходные и межкаскадные цепи широкодиапазонных генераторов должны быть построены так, чтобы режим работы АЭ не изменялся в заданной полосе рабочих частот Dw = wв - wн. Эти цепи должны трансформировать нагрузочные сопротивления с учетом межэлектродных емкостей и индуктивностей выводов АЭ в активное сопротивление требуемой величины, обеспечивающей оптимальный режим их работы.

Широкополосные усилители на электронных лампах

В ламповых усилителях высокой частоты в тех случаях, когда относительная полоса частот неширока: при £ 0,1¸0,15, где Df = fmax-fmin , а fср -средняя частота диапазона fср = (fmax+fmin)/2, применяют резонансное усиление с одним LC-контуром, имеющим достаточно низкую добротность, либо с цепочкой из нескольких связанных настроенных контуров: как известно, многоконтурная система обладает более равномерной частотной характеристикой, причем, относительная полоса пропускания определяется главным образом добротностью последнего (нагрузочного) контура. Применяют также апериодические усилители с коррекцией (например, реостатно-дроссельные). В таких усилителях используют специальные пентоды с малой выходной емкостью и большой крутизной. На частотах до 30-60 МГц для усиления широкой полосы частот используют усилители с распределенным усилением (УРУ), называемые также усилителями с бегущей волной (УБВ). Маломощные УРУ строятся, как правило, однотактными, их основная задача - усиление напряжения. Когда диапазон УРУ больше октавы (т.е. больше двукратного), для подавления высших гармоник в анодной цепи нельзя использовать неперестраиваемые фильтры, поэтому лампы усилителя должны работать в режиме колебаний класса А, и их КПД крайне низок - менее 20%. Принципиальная схема УРУ, изображена на рис.1.45.

Рис1-43

Рис.1.45

N ламп усилителя подключены к двум искусственным линиям, составленным из однотипных звеньев типа k или m,- анодной - с волновым сопротивлением Wа, и сеточной - с волновым сопротивлением Wс (обычно Wс < Wа). Межэлектродные емкости ламп входят в состав звеньев искусственных линий. Обе линии согласованы. Фазовая скорость волны в них одинакова, т.е. LаCс = LаCс. Усиливаемый сигнал поступает на вход сеточной линии. Для обеспечения режима бегущей волны она нагружена балластным резистором Rс = Wс. Чтобы амплитуды возбуждения Ucm всех ламп были приблизительно одинаковыми, затухание сеточной линии должно быть малым, для этого все лампы должны работать без тока управляющей сетки. Мощность, потребляемая от источника возбуждения Рвозб=0,5 . К концу анодной линии подключена нагрузка R н, а к ее началу - балластный резистор Rб=R н=Wа. Анодный ток каждой лампы в точке подключения разветвляется в линии на две части, образуя прямые волны, бегущие направо к R н, и обратные, бегущие налево - к R б. Поскольку фазовые скорости в анодной и сеточной линиях одинаковы, анодные токи ламп в нагрузке R н синфазны, они арифметически складываются и выделяют на нагрузке половину мощности, развиваемой лампами:Р~1=0,5 , где Ia1 и Uан - анодный ток лампы и амплитуда переменного напряжения на нагрузке, равная амплитуде переменного напряжения на аноде последней лампы: UаN= N×SсрUcmRн. Обратные волны от разных ламп распространяются в направлении балластного резистора Rб в разных фазах, зависящих от частоты, они "догоняют" друг друга. Половина мощности ламп, которая переносится обратными волнами, частично рассеивается в балластном резисторе Rб, а частично - на анодах ламп. Так как обратные волны достигают Rб с разными фазовыми сдвигами, зависящими от частоты, то и соотношение мощностей, рассеиваемых в Rб и на анодах ламп, также будет частотнозависимым.

Особенностью УРУ является то, что все лампы работают в разных режимах. Поскольку амплитуда переменного напряжения на аноде n-ой лампы определяется суммой токов: Uаn= 0,5n×Ia1Rн = 0,5n×Sср Ucm R н, где n - номер лампы, то на аноде последней лампы (при n = N) она максимальна. С уменьшением n амплитуда переменного напряжения Uаn на анодах ламп уменьшается, и если режим последней лампы – критичесеий, то все остальные лампы работают в недонапряженном режиме. Во избежание этого анодную линию делают неоднородной: ее волновое сопротивление к началу линии ступенчато увеличивается, при этом амплитуды переменного напряжения на анодах ламп увеличиваются, и их режим приближается к критическому. Из-за увеличения волнового сопротивления к началу анодной линии при распространении обратных волн в анодной линии на "стыках" образуются отраженные волны, в результате обратные волны превращаются в прямые, которые складываются с прямыми волнами. Закон изменения волнового сопротивления анодной линии может быть выбран так, что в ней будут существовать только прямые волны, и амплитуды переменного напряжения на анодах ламп будут одинаковыми. При этом в резисторе Rб не будет необходимости. Мощность ламповых УРУ достигает единиц киловатт при полосе частот как меньше, так и больше октавы - до трех октав. В современных УРУ используют специально разработанные для них тетроды мощностью от десятков Вт до нескольких кВт, работающие в левой области статических характеристик, т.е. без токов управляющей сетки, обладающие уменьшенной выходной емкостью и большим током эмиссии. В мощных передатчиках УРУ используют в предварительных каскадах и даже в предоконечных каскадах мощных (несколько сотен киловатт) радиовещательных передатчиков с анодной модуляцией. Достоинствами УРУ является их надежность: при большом числе звеньев (а их бывает от 6 до 10) выход из строя одного, или даже нескольких из них, мало сказывается на выходной мощности и коэффициенте усиления. Кроме того, выходная мощность мало зависит от величины Rн: УРУ могут работать на линию с КБВ порядка 0,3-0,5. Мощные УРУ (единицы кВт) строят по двухтактной схеме, где лампы работают в недонапряженном режиме с углом отсечки 900, при этом их КПД достигает 50-55%.

Широкополосные усилители на транзисторах

Транзисторные широкополосные усилители существенно отличаются от ламповых. Из-за относительно низких значений нагрузочных сопротивлений транзисторов шунтирующее действие их выходной (коллекторной) емкости начинает сказываться при частотах выше 50МГц. Однако, из-за низких нагрузочных сопротивлений и, главным образом, из-за низких входных сопротивлений сильно сказываются индуктивности базового и, в первую очередь, эмиттерного выводов. Наконец, уже при частотах выше 10 МГц проявляется инерционность транзистора - с ростом частоты снижается его коэффициент усиления. По этим причинам УРУ в широкодиапазонных транзисторных усилителях не используют. Межкаскадные цепи связи строят с применением широкодиа-пазонных трансформаторов и дополнительных RLC-цепей, корректирующих АЧХ усилителя. Из-за относительно низких значений нагрузочных сопротивлений транзисторов шунтирующее действие их выходной (коллекторной) емкости начинает сказываться при частотах выше 50МГц

Для оценки диапазонных свойств коллекторной цепи широкополосного транзисторного генератора используют параметр a1 [1] (рис.1.46а):

a1 = wвСк Rэ = wвСк Rн (1.26),

При a1< 0,1-0,2, влиянием емкости Ск можно пренебречь. Если a1 больше этих значений, в схему включают дополнительные элементы L2 и C3, образуя фильтр нижних частот. Каждому значению a1 соответствуют вполне определенные оптимальные значения коэффициентов a2 = и a3 =wвС3Rн, которые табулированы. При этом в полосе частот 0-fв входное сопротивление Zвх=Rн= RЭ. Чем больше a1, тем больше отклонение величины входного сопротивления фильтра в полосе прозрачности от заданного значения. При a1> 0,5 -1,0 следует либо уменьшить Rн (при заданных Ск и wв), либо при небольшом коэффициенте перекрытия по частоте (kf < 3-5) перейти к полосовому фильтру (рис.1.46б), для которого параметр a1п равен:

a1п = (wв -wн1Rн = (wв- wн1Rэ. (1.27)

Из (1.26) и (1.27) видно, что a1п < a1 в раз. Для расчета полосовой цепи вычисляют величины a2п= и a3п= (wв -wн3Rн, которые находят из таблиц по значению a1п. Дополнительные элементы L1, C3 и L3, образующие параллельные и последовательный контура, рассчитывают из условия их настойки в резонанс при частоте w0= . Следует заметить, что переход к полосовой схеме не только не усложняет схему, но даже ее упрощает, так как индуктивность L1 используют в качестве блокировочной индуктивности Lбл, а емкость C2 - в качестве разделительной емкости Cр (рис.1.46в).

Рис1-44

Рис.1.46

Кроме того, полосовая цепь позволяет осуществлять дополнительную трансформацию сопротивления (при Rэ ¹ Rн), не ухудшая ее полосовых свойств.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов



***** Яндекс.Поиск по сайту:



© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.