3.3.2.4. Модуляторы при анодной модуляции

Как было показано выше, мощность модулятора при анодной модуляции велика, она почти равна мощности генератора, поэтому в генераторе и в модуляторе часто используют одни и те же генераторные лампы. Можно показать что при построении модулятора по однотактной схеме потери на аноде лампы модулятора в режиме молчания почти в шесть раз превышают потери на аноде генераторной лампы, поскольку в этом случае лампы модулятора должны работать в режиме колебаний класса А. По этой причине в передатчиках с анодной модуляцией используют двухтактные модуляторы класса В, в которых модуляторные лампы работают с отсечкой анодного тока, в идеальном случае с углом отсечки q = 900.

При работе модуляторных ламп с отсечкой анодного тока электронный КПД модулятора, который равен hм»0,5 x, намного выше, чем при использовании однотактных схем, где лампы работают в режиме колебаний класса А. Обычно коэффициент использования по анодному напряжению ламп модулятора x £ 0,7 и при q = 900hм » 0,6. Кроме того, работа ламп с отсечкой анодного тока с одной стороны обеспечивает практически полное использование ламп по мощности, а с другой весьма малое потребление мощности в отсутствие сигнала и при малых его уровнях. Последнее особенно важно для оконечных каскадов модуляторов радиовещательных передатчиков, учитывая особенности вещательных программ, при которых максимальные и близкие к ним уровни имеют место только в течение незначительной части времени передачи. Большую же часть времени имеют место уровни, величина которых намного ниже максимального. Кроме того, вещательная передача, особенно речевая, сопровождается более или менее длительными паузами. Таким образом, работа модуляторных ламп с отсечкой анодного тока обеспечивает автоматическое регулирование потребления энергии и, тем самым, обеспечивает высокую экономичность вещательного передатчика в целом.

Использование двухтактной схемы также имеет много преимуществ. Как известно, при полной симметрии двухтактного трансформаторного каскада на его выходе отсутствуют как четные гармоники, так и комбинационные частоты четных порядков, поэтому приходится считаться только с гармониками и комбинационными частотам нечетных порядков, которые при угле отсечки q = 900 отсутствуют, а при q близких к 900 очень малы: при q = 100 1300 амплитуды третьей и пятой гармоник анодного тока не превышают 68% амплитуды основной частоты. Появление на выходе схемы четных гармоник может быть обусловлено только вследствие асимметрии схемы.

Малая чувствительность двухтактных схем к синфазным изменениям в схеме позволяет уменьшить требования к пульсациям выпрямленного напряжения источников питания анодных и сеточных цепей, а также осуществлять питание цепей накала ламп переменным током.

Рис.3.11

Принципиальная схема двухтактного модулятора класса В изображена на рис.3.11а. Модулятор представляет собой мощный двухтактный широкополосный трансформаторный усилитель низкой частоты, у которого выходной – модуляционный трансформатор нагружен активным сопротивлением Rг (см.(3.8)). В этой схеме через вторичную обмотку модуляционного трансформатора протекают постоянная составляющая анодного тока генератора Iа0н и ток звуковой частоты с амплитудой IaW=mIа0н. Постоянный ток Iа0н намагничивает сердечник трансформатора, изза этого приходится увеличивать его размеры. На рис.3.11б изображена схема модулятора, в которой благодаря разделительному конденсатору Ср постоянный ток Iа0н протекает через модуляционный дроссель Lм, а во вторичную обмотку трансформатора он не попадает. С другой стороны, дроссель Lм представляет большое индуктивное сопротивление WLм для тока звуковой частоты, поэтому ток IaW генератора попадает во вторичную обмотку модуляционного трансформатора минуя дроссель Lм. Для правильной работы схемы необходимо выполнение неравенства , где Wн самая низкая модулирующая частота (30, или 50Гц). Эту схему используют в передатчиках мощностью более 10кВт.

Мощность модулятора.

Мощность модулятора определяют на основании следующих соображений. Во избежание деформации формы импульса анодного тока модуляторных ламп их следует недоиспользовать и по току, и по напряжению. У ламп с вольфрамовым катодом принимают iaмmax @ 0,6Ie, а коэффициент использования по анодному напряжению должен быть меньше критического: xм @ 0,8xкрм. При этом требуемая номинальная мощность модуляторных ламп увеличивается приблизительно на 60%. С учетом потерь в модуляционном трансформаторе номинальная мощность модуляторных ламп при глубине модуляции m=1 должна быть равна:

Рном.л.м.= ,

где hТР КПД модуляционного трансформатора, а hг КПД генератора. Если принять hТР =0,95, а hг=0,75, то номинальная мощность модуляторных ламп должна быть равна Рном.л.м.@ 1,25Р~НГ.

Искажения.

Модуляторные лампы работают с углом отсечки анодного тока q»900 в недонапряженном режиме при x » 0,8xкр. Напряжения смещения на сетках ламп всегда подбирают таким образом, чтобы линейные участки динамических характеристик анодного тока ламп обоих плеч в анодносеточной системе координат были расположены на одной прямой линии (рис.3.12).

Рис.3.12

Нелинейные искажения, обусловленные криволинейностью нижних участков характеристик, легко компенсируются отрицательной обратной связью.

Рис.3.13

Неискаженная работа модулятора в значительной степени зависит от модуяионного трансформатора. Кроме частотных искажений, присущих обычному широкополосному трансформаторному усилителю низкой частоты (недостаточная индуктивность холостого хода является причиной спада частотной характеристики на нижних звуковых частотах, а индуктивность рассеяния Ls на верхних), при работе модуляторных ламп в режиме колебаний класса В возникают нелинейные искажения, обусловленные переходными процессами в модуляционном трансформаторе. Эквивалентная схема модулятора изображена на рис.3.13а. Если пренебречь шунтирующим действием индуктивности холостого хода и распределенной емкостью трансформатора, то при работе каждой лампы в течение половины периода (q=900) можно получить эквивалентную схему для одного плеча, изображенную на рис.3.13б (диод символизирует работу в течение одного полупериода). Как известно, ток в такой цепи при включении синусоидальной ЭДС ЕsinWt определяется из уравнения:

L +Ri = EsinWt ,

Здесь R= , где приведенное внутреннее сопротивление лампы модулятора, пересчитанное к работающему плечу схемы сопротивление нагрузки, L индуктивность рассеяния, приведенная к этой половине обмотки, Е=mUgW. Решением этого уравнения является выражение:

,

где первое слагаемое представляет собой составляющую вынужденного тока iвын, а второе свободного тока iсв. Угол j определяет начальную величину составляющей свободного тока и запаздывание составляющей вынужденного тока, он равен:

j = arctg

Форма тока в цепи определяется суммой мгновенных значений iвын и iсв , и, как видно из рис.3.14, она искажена.

Рис.3. 14

Из приведенных выше соотношений следует, что искажения тем больше, чем больше индуктивность рассеяния, чем меньше внутреннее сопротивление модуляторных ламп и чем выше модулирующая частота. По этой причине в таких модуляторах следует использовать лампы с большим внутренним сопротивлением. Теоретически коэффициент нелинейных искажений при ≤ 0,1 (здесь Wв=2pFв верхняя модулирующая частота) и глубокой модуляции составляет около 4%. Конструкция модуляционного трансформатора должна обеспечивать малые величины индуктивностей рассеяния между каждой половиной первичной обмотки и всей вторичной, а также между обеими половинами первичной обмотки. В качестве примера на рис.3.15 изображена схема соединений обмоток трехобмоточного трансформатора, где каждая половина вторичной обмотки расположена между двумя секциями первичной обмотки, что обеспечивает достаточно малую величину индуктивности рассеяния. Подобные трансформаторы применяют в мощных передатчиках с анодной модуляцией.

Рис.3.15

В настоящее время используют также модуляторы класса D, в которых сигнал звуковой частоты преобразуется в последовательность импульсов с широтноимпульсной модуляцией ШИМ. Длительность этих импульсов пропорциональна дискретным значениям напряжения сигнала. Частота следования импульсов (тактовая частота) должна быть значительно выше наивысшей частоты сигнала информации (в 57 раз). Последовательность импульсов с ШИМ усиливают до требуемого уровня мощности усилителем, работающим в ключевом режиме, что обеспечивает высокий КПД. Выделение модулирующего сигнала осуществляется фильтром нижних частот.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.