3664 РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДИАПАЗОННОГО ВЫХОДНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

1. Введение

 

Методические указания предназначены для выполнения упражнения по курсу «Устройства генерирования и формирования радиосигналов» по теме: «Разработка и расчет схем колебательной системы диапазонного выходного усилителя мощности».

Основная цель данного упражнения – познакомить студента с правилами построения и методикой расчета колебательной системы усилителя мощности, способного работать в широком диапазоне частот.

Упражнение выполняется в течение двух практических занятий, которые связаны между собой единым заданием.

Первое занятие посвящено разработке схемы согласования  диапазонного резонансного усилителя и включает в себя пять этапов:

1) выбор схемы промежуточного контура при работе на фидер;

2) оценка к.п.д. промежуточного контура;

3) разбивка диапазона перестройки на поддиапазоны и определение коэффициента перекрытия поддиапазонов;

4) выбор поддиапазона, с которого начинают расчет промежуточного контура;

5) выбор частоты в пределах поддиапазона, на которой должен обеспечиваться критический режим.

Второе занятие включает в себя собственно расчет перестраиваемого по частоте промежуточного контура в поддиапазонах.

Упражнение выполняется студентами в дисплейном классе. Задание выдается датчиком случайных чисел, что исключает возможность использования чужих результатов. Расчеты связаны с большим количеством вычислений, требующих много времени. Использование ЭВМ позволяет сократить необходимое для расчетов время.

Методические указания могут быть также использованы студентами при самостоятельной проработке материала по данной теме, при выполнении курсовых проектов или при подготовке к экзаменам.

 

2. Общие сведения

 

Выходной усилитель многокаскадного передатчика предназначен для получения заданной колебательной мощности в антенне.

Колебательная система такого усилителя обеспечивает:

1) согласование требуемой нагрузки активного элемента с входным сопротивлением фидера, канализирующего ВЧ энергию к антенне;

2) фильтрацию побочных и внеполосных излучений, основную долю которых составляют высшие гармоники выходного тока.

С учетом указанного назначения колебательная система выходного усилителя мощности диапазонного передатчика может выполняться либо в виде широкополосных неперестраиваемых по частоте фильтров, либо в виде узкополосных фильтров с перестройкой в рабочем диапазоне частот. Выбор той или иной схемы фильтра обусловлен конкретными требованиями к передатчику в целом.

На рис. 1 показана функциональная схема выходной цепи диапазонного усилителя мощности, работающего на антенну. Она содержит антенну, фидер, согласующее устройство (СУ), полосовой фильтр (ПФ).

Согласующее устройство предназначено для согласования волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением антенны, которое может значительно изменяться в рабочем диапазоне частот. Наличие согласующего устройства позволяет говорить о работе выходного усилителя на сопротивление нагрузки, равное волновому сопротивлению фидера rф (rф) с КСВ не более КСВдоп.

Контур выделяет рабочую полосу частот и одновременно трансформирует входное сопротивление фидера к выходным зажимам (клеммам) активного элемента с величиной, обеспечивающей генерирование максимальной колебательной мощности.

Настоящее упражнение предполагает расчет выходного диапазонного усилителя мощности с перестраиваемым узкополосным фильтром в виде промежуточного колебательного контура. Для улучшения фильтрации высших гармоник могут быть использованы два и более промежуточных контуров.

Антенный контур, в состав которого входит импеданс антенны и который включен за фидером, в настоящем упражнении не рассматривается.

На рис. 2 показана эквивалентная схема выходного усилителя с одним промежуточным контуром при работе на фидер. Выполняя упражнение, предполагаем, что в рабочем диапазоне частот входное сопротивление фидера равно волновому, т.е. .

 

 

 

 

 

 

Uг

~

СУ

ПФ

Ri

К антенне

 

Рис. 1. Функциональная схема коллекторной цепи

выходного усилителя, работающего на антенну

 

Zнпк

 

Rвх ф = rф

Zсв ф

Zсв а

Rк

Uвх

Рис. 2. Эквивалентная схема выходного усилителя

с одним промежуточным контуром при работе на фидер

 

Lсв

L1

L1

С1

С1

Ссв

r = rф

r = rф

Rк

Rк

а                                                         б

L1

L1

 

С1

С1

Ссв

Lсв

r = rф

r = rф

Rк

Rк

в                                                         г

 

Рис. 3. К расчету схем выходного каскада при работе на фидер

 

3. Выбор схемы промежуточного контура

при работе на фидер

 

В диапазонных усилителях изменение мощности, которое вызывается изменением эквивалентного сопротивления колебательной системы при ее перестройке, желательно иметь возможно меньшим.

Анализ показывает, что если отношение реактивного сопротивления связи с транзистором  Хсв а к реактивному сопротивлению связи с фидером Хсв ф (рис. 2) не зависит от частоты, то в диапазоне волн эквивалентное сопротивление промежуточного контура Rк меняется незначительно.

Проиллюстрируем это положение на примере схем рис. 3.

В общем случае резонансное сопротивление промежуточного контура определяется по формуле

,

где - полное сопротивление потерь в контуре;

rпк – собственное сопротивление потерь промежуточного контура;

- вносимое сопротивление в промежуточный контур.

Обычно rвн >> rпк, поэтому можно считать, что r = rвн. Таким образом, резонансное сопротивление контура

.

Отсюда видно, что если отношение не зависит от частоты, то Rк также от частоты не зависит.

Определим для каждой из схем рис. 3,а,б резонансное сопротивление контура.

Для схемы рис. 3,а:

.

Для схемы рис. 3,б:

.

Таким образом, в первом случае (рис. 3,а) сопротивление нагрузки от частоты не зависит. Во втором же случае (рис. 3,б) сопротивление нагрузки генератора зависит от частоты в четвертой степени и при перестройке контура в диапазоне волн будет изменяться значительно.

 

Теперь рассмотрим схемы рис. 3,в,г.

Для схемы рис. 3,в:

.

В этой схеме частота перестраивается элементом С1, поэтому в формуле заменим С1 на реактивности, не зависящие от частоты.

На резонансе ,

т.е. , отсюда ,

тогда ,

т.е. зависит от частоты в четвертой степени.

Для схемы рис. 3,г:

.

На резонансе , тогда

,

т.е. от частоты не зависит.

Из анализа приведенных схем видно, что отношение не зависит от частоты в том случае, если реактивные сопротивления элементов настройки и связи контура с фидером имеют разные знаки, а реактивное сопротивление третьего элемента имеет тот же знак, что и сопротивление элемента связи с фидером.

На основании изложенного критерия предлагается выбрать из схем, изображенных на рис. 4…12, все схемы, в которых мощность по диапазону меняется незначительно.

Примечание. Варианты схем задаются в программе датчиком случайных чисел для каждого студента индивидуально.

 

 

 

 

 

Lн

r = rф

2

4

6

3

5

1

Сн

Сн

Сн

С1

С1

Ссв

Ссв

L1

Ссв

Lсв

Lсв

Lсв

Lн

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

L1

L1

L1

r = rф

9

8

7

Сн

С1

Ссв

Ссв

С1

Lсв

Lн

L1

Lн

r = rф

r = rф

 

 

Рис. 4. Варианты схем выхода усилителя

 


Сн

С1

 

6

5

4

3

2

1

Ссв

Ссв

Ссв

С1

С1

L1

Lсв

Lсв

L1

Ссв

С1

Сн

Сн

Lн

Lн

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

9

8

7

Ссв

L1

Lсв

Lсв

L1

L1

Сн

Lн

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

 

Рис. 5. Варианты схем выхода усилителя


Lн

С1

 

6

5

4

3

2

1

Сн

Сн

Сн

Сн

L1

L1

Lсв

Lсв

Lсв

Lсв

Lн

Ссв

Ссв

С1

С1

С1

С1

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

9

8

7

Сн

L1

L1

Lсв

Ссв

Ссв

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 6. Варианты схем выхода усилителя


С1

L1

 

6

5

4

3

2

1

L1

Lсв

С1

Cсв

Cсв

Cсв

Cсв

Cсв

Сн

L1

L1

L1

Сн

Сн

Сн

Lн

Lн

Lн

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

9

8

7

Lсв

Сн

Lсв

С1

Cсв

r = rф

Lн

Rк

r = rф

L1

r = rф

Rк

Rк

 

Рис. 7. Варианты схем выхода усилителя

С1

С1

 

6

5

4

3

2

1

L1

L1

Lсв

Ссв

Ссв

Lсв

Ссв

Ссв

Lн

Сн

Сн

Сн

Сн

Lн

Lн

С1

С1

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

8

9

7

L1

L1

Lсв

Lсв

Lсв

Сн

Lн

С1

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 8. Варианты схем выхода усилителя

L1

Сн

 

6

5

4

3

2

1

Ссв

Lсв

Lн

Lн

Ссв

Lн

С1

С1

С1

С1

С1

Lсв

Lсв

Lсв

L1

Сн

Сн

Сн

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

9

8

7

Ссв

Lн

Lн

С1

Lсв

Lсв

L1

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 9. Варианты схем выхода усилителя

Сн

2

4

5

6

3

1

С1

Сн

С1

С1

Сн

Сн

Сн

Ссв

Ссв

Ссв

Ссв

Lсв

Lсв

L1

Lн

Lн

L1

L1

L1

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Lсв

9

8

7

С1

Сн

Ссв

Lсв

Lн

L1

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 10. Варианты схем выхода усилителя


6

5

4

3

2

1

Ссв

Ссв

Ссв

С1

С1

С1

С1

Сн

Сн

Сн

Lсв

Lсв

Lсв

L1

Lн

Lн

Lн

Lн

L1

L1

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

9

8

7

Ссв

С1

Lсв

Lсв

Lн

Lн

L1

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 11. Варианты схем выхода усилителя

Ссв

6

5

4

3

2

1

С1

Ссв

Ссв

С1

С1

Сн

Сн

Сн

Сн

Сн

Сн

Lсв

Lсв

Lсв

Lн

Lн

L1

L1

L1

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

Rк

7

8

9

Ссв

Ссв

С1

Lсв

L1

Lн

L1

r = rф

r = rф

r = rф

Rк

Rк

Rк

 

Рис. 12. Варианты схем  выхода усилителя


В упражнении предлагается рассчитать одну из четырех наиболее распространенных схем, которые представлены на рис. 13 (задается в программе индивидуально).

В выходных усилителях на биполярных транзисторах широко используется схема промежуточного контура, показанная на рис. 14. При этом необходимо учитывать, что для оптимальной работы биполярного транзистора требуется низкоомная эквивалентная нагрузка. Кроме того, фидер имеет низкое входное сопротивление (rф = 50…100 Ом). В результате промежуточный контур получается малодобротным (см. рис. 14) и не обеспечивает требуемой фильтрации высших гармоник и других побочных составляющих. Для повышения добротности промежуточного контура коэффициенты включения активного элемента и фидера уменьшают путем введения дополнительной емкости С2 в индуктивную ветвь контура последовательно с L (рис. 15). Перестройку такого промежуточного контура можно осуществлять изменением индуктивности L, либо изменением емкости С2.

 

4. Определение к.д.п. промежуточного контура

 

Фильтрующая способность контура характеризуется коэффициентом фильтрации Фк , величина которого зависит от вида связи активного элемента с контуром:

при емкостной связи

,                                (1)

при индуктивной связи

.                            (2)

Здесь Qхх – добротность ненагруженного контура;

hпк – к.п.д. контура;

n – порядковый номер фильтруемой гармоники.

Общий коэффициент фильтрации (Фобщ) усилителя со сложной схемой выхода находится как произведение коэффициентов фильтрации антенного (Фак) и промежуточного контуров (Фпк):

Фобщ = ФпкФак.                                                (3)

 

 

Сcв 2

Сcв 1

Lн

4

3

2

1

Lcв 2

Lcв 1

L2

L1

Сн

С2

С1

Lн

Сcв 2

Сcв 1

С2

С1

Lcв 2

Lcв 1

L1

L2

Сн

Рис. 13. Реализация схем выхода

a

 

b

b

a

Ccв

Ccв

C1

C1

L1

L

Rн = rф

Rн

Ri

Ri

~

 

а                                               б

Рис. 14. К расчету фильтра нижних частот

С2

 

L

L

С1

Rн

Rн

Ссв

С1

Ссв

С2

а                                                             б

Рис. 15. К расчету П-фильтра с дополнительной емкостью

 

Обычно для передатчиков различного назначения стандартом задается не Фобщ , а либо абсолютный уровень мощности побочных колебаний в антенне – Рпобочн, либо относительный уровень степени подавления:

 

или

.                             (4)

В связи с тем, что выходной усилитель передатчика всегда работает с отсечкой тока, основную долю побочных колебаний составляют высшие гармоники. Причем в однотактных усилителях наибольшее значение имеет вторая гармоника выходного тока, а в двухтактных – третья гармоника. Если учитывать только эти гармоники, то величины К и Фобщ можно связать соотношением:

,                                (5)

где an и a1 – коэффициенты разложения Берга n-й и первой гармоник импульсов выходного тока активного элемента.

При известных значениях уровня подавления побочных колебаний К и угла отсечки выходного тока q по (5) вычисляется общий коэффициент фильтрации Фобщ. Полагая коэффициенты Фпк и Фак одинаковыми, определяют по (3) коэффициент фильтрации промежуточного контура Фпк, а затем в зависимости от вида связи активного элемента с контуром по (1) или (2) рассчитывают к.п.д. промежуточного контура, т.е. при емкостной связи

,                              (6)

при индуктивной связи

.                             (7)

 

5. Разбивка диапазона перестройки на поддиапазоны

и определение коэффициента перекрытия поддиапазонов

 

В диапазонных усилителях отношение максимальной частоты fмакс к минимальной fмин, в пределах которых осуществляется перестройка колебательной системы, представляет собой общий коэффициент перекрытия

.

В том случае если Кд общ >2, с целью уменьшения изменения мощности по диапазону общий диапазон перестройки усилителя разбивается на частичные диапазоны (поддиапазоны) с коэффициентом перекрытия Кпд = 1,5…1,8, иногда 2. Разбивка на поддиапазоны может осуществляться с неодинаковым или одинаковым волновым содержанием в поддиапазонах.

При неодинаковом волновом содержании коэффициенты перекрытия поддиапазонов должны быть одинаковыми:

.

При одинаковом волновом содержании разбивка общего диапазона волн производится так, чтобы

.

Первый способ разбивки, предусматривающий равенство коэффициентов перекрытия поддиапазонов, позволяет использовать во всех поддиапазонах один и тот же элемент настройки (конденсатор переменной емкости или вариометр), в связи с чем он находит более широкое практическое использование.

Второй способ разбивки на поддиапазоны с одинаковым волновым содержанием значительно сложнее, так как из-за неодинаковых коэффициентов перекрытия поддиапазонов требует применения в каждом из них различных элементов настройки. Такой способ разбивки используется лишь в тех случаях, когда это особо оговаривается в техническом задании.

В данном упражнении предусматривается разбивка общего диапазона волн на поддиапазоны с одинаковыми коэффициентами перекрытия. В этом случае ,

где м – число поддиапазонов.

Отсюда               .

При Кпд = 1,5…1,8  lg Кпд = 0,176…0,256. Учитывая, что м – целое число, одновременно находим м и lgКпд в пределах 0,176…0,256, соответствующих целому м:

целое число.

Если в пределах значений lgКпд = 0,176…0,256 окажется два значения, при которых м получается целым, следует воспользоваться тем из них, при котором м меньше, ибо в этом случае упрощается конструктивное выполнение генераторного каскада. Затем определяется коэффициент перекрытия поддиапазонов

 

и рассчитываются граничные частоты поддиапазонов fi макс = Кпд fi мин.

Обычно после разбивки общего диапазона на частичные последние расширяются на 3…5 % с целью избытка перекрытия. При выполнении упражнения расширять границы поддиапазонов не нужно.

 

6. Выбор поддиапазона, с которого начинают

расчет промежуточного контура

 

При выбранном способе разбивки для плавной перестройки усилителя во всех поддиапазонах используется один и тот же элемент настройки, а при переходе с одного поддиапазона на другой скачком изменяется постоянная индуктивность или постоянная емкость контура (см. рис. 13).  Если учесть, что резонансное сопротивление ненагруженного промежуточного контура

 

и что добротность контура в пределах общего диапазона меняется незначительно (в упражнении можно считать Qхх величиной постоянной), становится ясно, что переход с одного поддиапазона на другой связан с изменением Rхх и, следовательно, с изменением к.п.д. промежуточного контура, так как

.

Чтобы не ухудшать фильтрующие свойства промежуточного контура, значение hпк во всех поддиапазонах должно оставаться меньше того, которое получено, исходя из степени подавления побочных колебаний. В связи с этим расчет промежуточного контура должен начинаться с поддиапазона, в котором hпк максимален (при сравнении hпк удобно их значения оценивать, например, на средней волне каждого поддиапазона).

Для ускорения работы по выбору поддиапазона рекомендуется использовать табл. 1.

Выбору подлежит поддиапазон, в котором  hпк максимален.

 

Таблица 1

 

1-й поддиапазон

м-й поддиапазон

wср-мин

wср-макс

Элемент плавной настройки - вариометр

Rхх-мин,                hпк-мин                       Rхх-макс,              hпк-макс

Элемент плавной настройки – конденсатор переменной емкости

Rхх-макс,              hпк-макс                       Rхх-мин,               hпк-мин

7. Выбор частоты в пределах поддиапазона, на которой

должен обеспечиваться критический режим

 

Перестройка контура в пределах поддиапазона приводит к изменению сопротивления нагрузки и режима работы активного элемента. Поэтому исходя из условия минимального изменения мощности по поддиапазону, а также учитывая необходимость сохранить на всех волнах поддиапазона режим, свойственный заданному виду модуляции, предлагаем следующие рекомендации по выбору частоты, на которой должен быть установлен критический режим:

- в усилителях с амплитудной модуляцией, осуществляемой в недонапряженном режиме (модуляция на базу или управляющую сетку смещением, усиление АМ-колебаний или однополосного сигнала), выбирается крайняя частота поддиапазона, на которой сопротивление промежуточного контура максимально;

- в усилителях с амплитудной модуляцией, осуществляемой в перенапряженном режиме (анодная или коллекторная модуляция, модуляция на защитную сетку), выбирается крайняя частота диапазона, на которой сопротивление промежуточного контура минимально;

- в усилителях с угловой модуляцией при перестройке режим должен оставаться слабо перенапряженным, следовательно, выбирается крайняя частота поддиапазона, на которой сопротивление минимально.

При всех перечисленных видах модуляции для выбора крайней частоты поддиапазона, на которой обеспечивается критический режим, можно воспользоваться табл. 2.

 

Таблица 2

 

Выбранный поддиапазон

wмин

wмакс

Элемент плавной настройки – вариометр

Rк-макс                                                   Rк-мин

Элемент плавной настройки – конденсатор переменной емкости

Rк-мин                                                   Rк-макс

 

Исключение составляют комбинированные виды модуляции (например, анодно-экранная, тройная анодная и др.), которые могут осуществляться как в недонапряженном, так и в перенапряженном режимах. Поэтому при разработке выходного усилителя с комбинированными видами модуляции крайняя частота поддиапазона, на которой следует установить критический режим, выбирается с помощью табл. 3 по максимальному значению hпк.

Таблица 3

 

Выбранный поддиапазон

wмин

wмакс

Элемент связи с фидером – конденсатор

Хсв. ф-макс,          hпк -макс                     Хсв. ф-мин,           hпк-мин

Элемент связи с фидером – катушка индуктивности

Хсв. ф-мин,           hпк-мин                        Хсв. ф-макс,         hпк -макс

 

Итак, вами в рамках первого занятия данного упражнения выполнены этапы по разработке схемы промежуточного контура, определению максимального значения hпк, обеспечивающего заданную фильтрацию, выбраны поддиапазон и частота в поддиапазоне, на которой устанавливается критический режим.

Базируясь на полученных данных, переходим к выполнению следующей, т.е. второй, части упражнения, которая посвящена расчету схемы промежуточного контура.

 

8. Расчет элементов перестраиваемого по частоте

промежуточного контура в поддиапазонах

 

Выполняя расчет промежуточного контура, вы должны следить за величинами к.п.д. промежуточного контура и колебательной мощности в фидере, значения которых при переходе от одного поддиапазона к другому, а также внутри каждого поддиапазона меняются.

На всех частотах hпк не должен превышать значения, ранее полученного вами исходя из уровня мощности побочных колебаний (hпк. макс). В противном случае не будет обеспечиваться заданная степень подавления высших гармоник.

Колебательная мощность в фидере Рф, в свою очередь, не должна опускаться ниже ее минимального уровня (Рф. мин), также определенного техническим заданием. (Допускается изменение мощности по диапазону на 3 дБ.)

Поэтому значения hпк и Рф необходимо использовать в расчетах с определенным запасом, по сравнению с заданными. Введем начальный запас по этим величинам и определим их исходные значения:

hпк. исх = 0,9 hпк. макс,           Рф. исх = 1,2 Рф. мин.

Далее расчет контурной системы лампового усилителя мощности (рис. 13) проводят по пунктам раздела 8.1, а расчет контурной системы транзисторного усилителя мощности (рис. 15) – по пунктам раздела 8.2.

8.1. Расчет элементов промежуточного контура

лампового усилителя мощности

 

Расчет начинает выполняться на крайней частоте первого (выбранного) поддиапазона, на которой устанавливается критический режим (см. раздел 7). Обозначим эту частоту – f(1-1)(w(1-1)=2pf(1-1)). Такие же индексы на этой частоте будут иметь и другие параметры, значения которых изменяются по поддиапазону.

1. Принимаем на  частоте f(1-1)

hпк (1-1) = hпк исх ; Рф (1-1) = Рф исх .

2. Добротность нагруженного промежуточного контура

Qн (1-1) = Qхх(1-hпк (1-1)).

3. Мощность, отдаваемая активным элементом в критическом режиме,

Ркр = Рф (1-1)/ hпк (1-1).

4. Коэффициент включения контура

для вариантов схем рис. 13 (1 и 2): р = 1;

для вариантов схем рис. 13 (3 и 4)

.

5. Волновое сопротивление контура

.

6. Собственное сопротивление потерь промежуточного контура

.

7. Вносимое сопротивление в промежуточный контур со стороны фидера

.

8. Сопротивление связи с фидером

.

Здесь же определяем величину реактивности связи с фидером:

для вариантов схем рис. 13 (2 и 3) ;

для вариантов схем рис. 13 (1 и 4) .

9. Сопротивление другого неперенастраиваемого элемента промежуточного контура

.

Тогда для схем рис. 13 (2 и 3) ;

для схем рис. 13 (1 и 4) .

10. Сопротивление элемента настройки

для схем рис. 13 (2 и 3) ;

для схем рис. 13 (1 и 4) .

Переходим к расчету на другой крайней частоте этого же поддиапазона, которую обозначим f(1-2)(w(1-2)=2pf(1-2)).

11. Элемент настройки

для схем рис. 13 (2 и 3) ;

для схем рис. 13 (1 и 4) .

12. Сопротивление элемента связи с фидером

для схем рис. 13 (2 и 3) ;

для схем рис. 13 (1 и 4) .

13. Вносимое сопротивление в контур со стороны фидера

.

14. Волновое сопротивление промежуточного контура

для схем рис. 13 (1 и 4) ;

для схем рис. 13 (2 и 3) .

15. Собственное активное сопротивление потерь контура

.

16. Сопротивление нагрузки активного элемента

.

17. Мощность, отдаваемая активным элементом,

.

18. К.п.д. промежуточного контура

.

19. Мощность в фидере

.

Сравним значения hпк (1-2) и hпк макс, а также Рф (1-2) и Рф. мин. Если окажется, что hпк (1-2) > hпк. макс или Рф (1-2) < Рф. мин, или то и другое одновременно, то в первом случае, не меняя Рф. исх, уменьшаем hпк. исх на 0,02; во втором случае, не меняя hпк. исх, увеличиваем Рф. исх на 0,1 Рф. мин; в третьем случае проделаем то и другое одновременно и в каждом из этих случаев повторим весь расчет, начиная с п.1.

Это необходимо проделывать до тех пор, пока не получим hпк (1-2) £ hпк. макс и Рф (1-2) ³ Рф. мин.

На этом расчет первого поддиапазона заканчиваем и приступаем к расчету второго поддиапазона. При переключении поддиапазонов скачком изменяется или емкость промежуточного контура (если настройка осуществляется вариометром), или индуктивность промежуточного контура (если настройка осуществляется конденсатором переменной емкости). Элемент настройки прежний.

Расчет второго поддиапазона начинаем выполнять на частоте f(2-1), на которой так же, как и в первом поддиапазоне на частоте f(1-1), должен быть установлен критический режим.

20. Емкость (или индуктивность) элемента настройки принимаем равной полученному значению на частоте f(1-1) (см. п. 10 расчета):

Lн (2-1) = Lн (1-1) или  Сн (2-1) = Сн (1-1).

21. Волновое сопротивление контура

или .

22. Добротность нагруженного контура

.

23. К.п.д. промежуточного контура

.

Далее расчет проводим аналогично, как и на частоте f(1-1), начиная с п.6, а именно:

24. .

25. .

26. , тогда

или .

27. , тогда

или .

28. Мощность в фидере

.

Вновь сравним hпк (2-1) с hпк. макс, а также Рф (2-1) с Рф. мин. Если hпк (2-1) и Рф (2-1) не согласуются с заданными значениями, вновь изменим hпк. исх и  Рф. исх так же, как это было сделано при расчете первого поддиапазона на частоте f(1-2). Повторяем расчет с самого начала (начиная с п.1) до тех пор, пока и на этой частоте не получим hпк (2-1) £ hпк. макс и Рф (2-1) ³ Рф. мин.

Перейдем к другой крайней частоте этого поддиапазона – f(2-2). Расчет на этой частоте проводится подобно тому, как и на частоте f(1-2) первого поддиапазона (см. пп. 11…19). При этом в расчетных формулах в индексе первая цифра “1” должна быть заменена на “2”.

Снова оцениваем значения hпк (2-2) и Рф (2-2). Если и на этой частоте не обеспечиваются заданные значения hпк. макс и  Рф. мин, надо вновь увеличить запас по соответствующей величине (как это делалось на частоте f(1-2) либо на частоте f(2-1)) и повторить расчет с п.1.

Аналогично рассчитывается контур во всех остальных поддиапазонах (если они есть).

 

8.2. Расчет элементов промежуточного контура

с дополнительной емкостью транзисторного усилителя мощности

 

Расчет начинаем выполнять также на крайней частоте первого поддиапазона f(1-1), на которой устанавливается критический режим (см. раздел 7). Такие же индексы на этой частоте будут иметь и другие параметры, значения которых изменяются по поддиапазону.

1. Принимаем

hпк (1-1) = hпк исх и  Рф (1-1) = Рф исх .

2. Добротность нагруженного контура

Qн (1-1) = Qхх(1-hпк (1-1)).

3. Волновое сопротивление контура r(1-1) принимается равным 20…30 Ом для f ³ 30…50 МГц и 100…200 Ом при f £ 30 МГц.

4. Сопротивление емкости С1:

, тогда .

Емкость С1 включает в себя выходную емкость транзистора Свых. Для уменьшения влияния Свых на настройку контура при замене транзистора желательно иметь С1 ³ 2Свых. Если это условие не выполняется, нужно уменьшить r(1-1).

5. Собственное активное сопротивление потерь

.

6. Вносимое сопротивление в контур со стороны фидера

.

7. Сопротивление связи с фидером

,

тогда .

8. Сопротивление емкости С2:

,

тогда .

9. Индуктивность контура

.

10. Мощность, генерируемая в критическом режиме,

.

Переходим к расчету на другой крайней частоте первого поддиапазона f(1-2).

11. Сопротивления связи:

с фидером ;

с транзистором .

12. Вносимое сопротивление в контур со стороны фидера

.

13. Волновое сопротивление контура:

при настройке вариометром ;

при настройке конденсатором .

14. Емкость или индуктивность элемента настройки

, где ,

или .

Необходимо помнить, что перестройка контура конденсатором приводит к значительному изменению нагрузки генератора.

15. Собственное активное сопротивление потерь

.

16. К.п.д. контура

.

17. Сопротивление нагрузки

.

18. Мощность, генерируемая транзистором

.

19. Мощность на входе фидера

.

Если на этой частоте hпк (1-2) и Рф (1-2) не обеспечивают заданные hпк. макс и  Рф. мин , увеличиваем запас по к.п.д. и мощности (как это делалось в п. 19 раздела 8.1) до тех пор, пока не получим   hпк (1-2) £ hпк. макс и Рф (1-2) ³ Рф. мин. Такую же проверку будем проводить на каждой рассчитываемой частоте.

Далее приступаем к расчету второго поддиапазона на частоте f(2-1), на которой так же, как и в первом поддиапазоне на частоте f(1-1), должен быть установлен критический режим.

20. Расчет величины элементов L и С2 зависит от выбора элемента настройки.

Если элемент настройки – конденсатор С2, а скачком изменяется L при переходе от одного поддиапазона к другому (рис. 15,а), на крайней частоте f(2-1) значение С2 остается прежним, а индуктивность L определяется так:

, где .

Если же элемент настройки – катушка индуктивности L, а скачком изменяется С2 (рис. 15,б), на крайней частоте f(2-1) значение L(2-1) остается прежним, равным L(1-1), а емкость С2 определяется так:

, где .

21. Волновое сопротивление

.

22. Добротность нагруженного контура

, где .

23. К.п.д. контура

.

24. Мощность в фидере

.

Анализируем на этой частоте hпк (2-1) и Рф (2-1) (см. п. 19)

На другой крайней частоте второго поддиапазона f(2-2) расчет ведется подобно тому, как и при расчете на частоте f(1-2) первого поддиапазона (см. пп. 11…19).

 

Библиографический список

 

1. Радиопередающие устройства / Под ред. М.В. Благовещенского, Г.М. Уткина. М.: Радио и связь, 1982. 408 с.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 2003. 560 с.

3. Проектирование радиопередающих устройств / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 2000. 652 с.

 

Оглавление

1. Введение………………………………………………………….1

2. Общие сведения………………………………………………….1

3. Выбор схемы промежуточного контура

при работе на фидер…………………………………………..……4

4. Определение к.п.д. промежуточного контура………..………15

5. Разбивка диапазона перестройки на поддиапазоны

и определение коэффициентов перекрытия поддиапазонов..….17

6. Выбор поддиапазона, с которого начинают расчет

промежуточного контура…………………………………………19

7. Выбор частоты в пределах поддиапазона, на которой

должен обеспечиваться критический режим……………………20

8. Расчет элементов перестраиваемого по частоте

промежуточного контура в поддиапазонах……………………..21

8.1. Расчет элементов промежуточного контура

лампового усилителя мощности…………………………………22

8.2. Расчет элементов промежуточного контура с

дополнительной емкостью транзисторного

усилителя мощности……………………………………………...25