Лекция 10 (лекции по УГФС), страница 6

доходит до 25, что обеспечивает коэффициент перекрытия по частоте контура, соответственно и генератора,

2.2. Перестройка вариометром

Схема контура показана на рис.10.10, где М - коэффициент взаимной индукции (взаимная индуктивность) катушек.

И ндуктивность катушки контура при перестройке изменяется в пределах

,

где - максимальная взаимная индуктивность катушек вариометра.

Как и при перестройке катушкой со скользящим контактом, при перестройке вариометром ёмкость контура не изменяется:

Сопротивление потерь в катушке индуктивности контура изменяется с частотой по тому же закону, как и при ёмкостной перестройке, так как длина намотки провода катушек вариометра не меняется при перестройке, то есть

.

Следовательно, ненагруженное эквивалентное сопротивление контура

;

КПД контура при сохранении по диапазону перестройки контура

;

мощность в полезной нагрузке генератора

;

полоса пропускания контура

Как и при перестройке контура катушкой со скользящим контактом, полоса пропускания контура при перестройке вариометром остаётся неизменной по диапазону; ненагруженное эквивалентное сопротивление контура, КПД контура и мощность в полезной нагрузке генератора изменяются по диапазону, как и при перестройке контура катушкой со скользящим контактом, но с более резкой зависимостью от частоты (при перестройке катушкой со скользящим контактом зависимости связаны с частотой в степени 3/2, а при перестройке вариометром – в степени 5/2).

Вариометры обычно изготавливают в виде двух катушек с вращающейся или перемещающейся одной катушкой – ротором внутри другой катушки – статора. Взаимная индуктивность катушек вариометра изменяется путём вращения ротора или перемещения спирали, укреплённой на подвижной раме. Вариометры с вращающимся ротором имеют цилиндрическую или сферическую форму намотки, а с перемещающейся спиралью – плоскую. Коэффициент перекрытия по индуктивности

у вариометров невелик: порядка 3 на частотах до 1 МГц и 8…10 на более высоких частотах, но не выше 10 МГц. При дальнейшем повышении частоты между катушками вариометра заметной становится ёмкостная связь, ослабляющая результат магнитной связи, что уменьшает диапазон изменения индуктивности вариометра.

Достижимый коэффициент перекрытия по частоте контура при перестройке вариометром порядка 1,7 на низких частотах и порядка 3 в диапазоне частот (3…10) МГц.

3. Одновременная ёмкостная и индуктивная перестройка контура

Схема контура представлена на рис.10.11. Одновременная перестройка контура ёмкостью и индуктивностью позволяет существенно увеличить коэффициент перекрытия контура по частоте, равный в данном случае

,

где - соответственно коэффициент перекрытия по ёмкости и индуктивности.

Е сли при перестройке сопротивление потерь контура не изменяется: , а ёмкость С и индуктивность L изменяются так, что характеристическое сопротивление контура остаётся постоянным:

то неизменным оказывается ненагруженное эквивалентное сопротивление контура:

Если при этом при перестройке по диапазону путём регулировки связи с полезной нагрузкой сохраняется постоянным нагруженное эквивалентное сопротивление контура, например, , то мощность в полезной нагрузке будет постоянной.

Одновременная перестройка контура ёмкостью и индуктивностью, учитывая необходимость регулировки связи полезной нагрузки с контуром, усложняет настройку контура.

Перестройка контура одновременным изменением ёмкости и индуктивности находит, в частности, применение в ГВВ – выходных каскадах радиопередатчиков с выходной мощностью (20…30) кВт в диапазоне частот (5…30) МГц.

Разбивка рабочего диапазона генератора на поддиапазоны

При перестройке параллельного контура изменением ёмкости С или индуктивности L изменяется его характеристическое сопротивление , что приводит в итоге к изменению КПД контура и мощности в полезной нагрузке генератора. При большом коэффициенте перекрытия диапазона изменение мощности в нагрузке может оказаться недопустимым. Неприемлемыми могут оказаться и другие характеристики генератора, например, низкое значение КПД анодной или коллекторной цепи. Кроме того, в радиопередатчиках требуемый коэффициент перекрытия диапазона часто существенно превышает достижимый коэффициент перекрытия контура по частоте при выбранном способе перестройки.

Если требуемый коэффициент перекрытия диапазона генератора > 1,7, на практике для поддержания относительного постоянства характеристического сопротивления контура  и соответственно нагрузки АЭ генератора широкий рабочий диапазон генератора разбивают на несколько (в генераторах радиопередатчиков обычно на три-шесть) частичных поддиапазонов и при переходе с одного поддиапазона на другой производится скачкообразное изменение ёмкости С или индуктивности L контура. Внутри каждого поддиапазона настройка контура осуществляется одним из рассмотренных выше способов: переменной ёмкостью или переменной индуктивностью. Использование перестройки контура одновременным изменением ёмкости и индуктивности, когда это возможно, позволяет сократить число поддиапазонов, а порой и избежать разбивки рабочего диапазона генератора на поддиапазоны.

Коэффициент перекрытия по частоте в поддиапазоне обычно лежит в пределах . Меньшие значения принимаются в мощных генераторах (до сотен кВт) и на низких частотах (примерно до 5 МГц), большие значения – в маломощных генераторах (до нескольких десятков кВт) и на высоких частотах (до 30 МГц).

Если коэффициенты перекрытия одинаковы во всех частичных поддиапазонах, то

,

где n - число поддиапазонов.

Следовательно,

.

Величину n, определяемую из последнего соотношения, округляют до большего целого числа и находят действительный коэффициент перекрытия поддиапазона

.

На практике обеспечивают примерно 5%-ное (не более) перекрытие границ поддиапазонов. Такой же запас делается на границах перекрываемого диапазона генератора.

Разбивка рабочего диапазона частот на поддиапазоны с одинаковым коэффициентом перекрытия считается менее удачным вариантом. В ГВВ радиопередатчиков предпочтение отдаётся варианту с разными значениями , выбираемыми в указанных выше пределах. При этом значение повышается с переходом на более высокочастотные поддиапазоны. Необходимый коэффициент перекрытия ёмкости или индуктивности контура равен , где - значение коэффициента перекрытия самого высокочастотного поддиапазона.

Н
а рис.10.12 показаны возможные варианты контуров с переключением поддиапазонов.

В схеме (рис.10.12,а) переход от поддиапазона к поддиапазону сопровождается переключением ёмкости контура, при этом на самом верхнем (высокочастотном) поддиапазоне конденсатор контура может отсутствовать. Ёмкость контура в этом случае образуется выходной ёмкостью АЭ с добавлением монтажной ёмкости за счёт проводов, переключателя, межвитковой ёмкости катушки индуктивности (её рабочей части). На поддиапазонах I, II к этой ёмкости добавляется ёмкость соответствующего конденсатора или . В схемах (рис.10.12,б,в) переход от поддиапазона к поддиапазону осуществляется переключением индуктивности контура. На всех схемах показан включенным второй поддиапазон (II).

Согласование АЭ с нагрузкой в полосе частот

Часто требуется обеспечить согласование АЭ с полезной нагрузкой генератора не на одной частоте, пусть и изменяющейся в некотором диапазоне, а в полосе частот. ЦС в виде одиночного параллельного либо последовательного колебательного контура позволяют обеспечить полное согласование полезной нагрузки генератора с АЭ на одной частоте, совпадающей с резонансной частотой контура, и согласование с определённой погрешностью в полосе частот, практически не превышающей единиц процентов резонансной частоты контура. При больших полосах, соответствующих большим расстройкам относительно резонансной частоты контура, эквивалентное сопротивление контура резко уменьшается и приобретает явно выраженный реактивный характер.

Для согласования АЭ с нагрузкой в некоторой полосе частот применяются более сложные цепи. Одним из видов таких цепей являются системы связанных колебательных контуров. На рис.10.13 показана ЦС из двух связанных контуров. Подобные цепи позволяют обеспечить приемлемую степень согласования АЭ генератора с полезной нагрузкой в полосе частот до 15…30%. В таких ЦС практически полное согласование может быть обеспечено не на одной, а на двух частотах. При этом эквивалентное сопротивление системы получается чисто активным на трёх частотах.⁹

П о сравнению с одиночным колебательным контуром система двух связанных колебательных контуров, помимо лучшего согласования, обеспечивает также более высокую степень фильтрации гармонических составляющих тока АЭ ГВВ. В силу этого ЦС в виде связанных контуров чаще используются в ГВВ – выходных каскадах радиопередатчиков.