Лекция 11 (1084991), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для примера. Соотношение (11.10) нетрудно получить из рассмотрения цепи рис.11.2.

Действительно, пренебрегая собственными потерями в реактивных элементах антенного контура L, C и считая его настроенным на частоту , можем записать для токов основной (первой) и высшей гармоник:

.

Очевидно, при этом предполагается, что коэффициент взаимной индукции М от частоты не зависит.

Согласно последним выражениям

,

откуда следует (10.10):

.

Соотношение (10.11) можно получить из рассмотрения цепи рис.11.3, что предлагается сделать студенту.

Е сли сопротивление антенного контура изменяется с частотой как у контура с независимыми от частоты параметрами , то выражения (10.10), (10.11) приводятся, соответственно, к (10.8), (10.9).

Реальная фильтрация КС генератора, реализуемой в виде последовательно связанных колебательных контуров, равна произведению фильтраций отдельных контуров и может быть определена по формуле:³

(11.12)

где n - номер гармоники; в - число промежуточных контуров, включая контур, подключаемый к АЭ; р - число ёмкостных связей; - ненагруженные добротности контуров; - КПД соответствующих контуров.

При подсчёте ёмкостных связей нужно подсчитать ёмкостные связи между контурами и связь АЭ с первым (выходным – анодным или коллекторным) контуром, если она ёмкостная.

Напомним, что для колебательного контура справедливо соотношение (10.21), согласно которому

,

где - нагруженная добротность контура. В настоящей лекции индекс Н в обозначении нагруженной добротности контура для сокращения записи исключён.

Соответственно, (11.12) можно записать в виде:

(11.13)

где - нагруженные добротности соответствующих контуров.

На рис.11.4 представлены примеры двухконтурных КС выходных каскадов радиопередатчиков.

В схеме (рис.11.4,а) связь первого контура с АЭ ёмкостная, а связь между контурами индуктивная. Фильтрация первого контура согласно (11.9)

,

фильтрация второго контура согласно (11.10)

.

Фактическая фильтрация КС по схеме (рис.11.4,а)

Аналогичный результат вытекает из (11.13).

В схеме (рис.11.4,б) связь первого контура с АЭ и связь между контурами ёмкостные, соответственно, фильтрация первого контура определяется, как и в схеме (рис.11.4,а), а фильтрация второго контура определяется (11.11):

Фактическая фильтрация КС по схеме (рис.11.4,б)

Такое же выражение следует из (11.13).

Схема (рис.11.4,б) в отношении фильтрации лучше схемы (рис.11.4,а), поэтому она широко используется в выходных каскадах радиопередатчиков. В несколько изменённом виде схема (рис.11.4,б) представлена на рис.11.5. Подобная схема широко используется в транзисторных ГВВ, где она известна как П-контур. Нетрудно также видеть, что схема родственна параллельному колебательному контуру третьего вида (рис.10.2,в), то есть контуру с неполным включением со стороны ёмкостной ветви. Результирующая ёмкость контура, равная последовательному соединению ёмкостей и , оказывается меньше наименьшей из указанных двух ёмкостей. Соответственно, выходная ёмкость транзистора оказывается обычно подключенной параллельно большой ёмкости С , что ослабляет влияние на настройку контура.

К ак отмечалось в начале лекции, фактическая фильтрация , обеспечиваемая КС, должна удовлетворять требованию

,

где определяется (11.4).

Если последнее условие не выполняется, то следует увеличить число промежуточных контуров, причём предпочтительнее с ёмкостными связями.

Физически лучшая фильтрация с использованием ёмкостных связей объясняется тем, что сопротивление ёмкости уменьшается с ростом номера гармоники, соответственно улучшается шунтирование полезной нагрузки по гармоникам. При индуктивных связях токи высших гармоник устремляются в ветвь с полезной нагрузкой, так как сопротивление индуктивной ветви возрастает с номером гармоники, а сопротивление ветви нагрузки, как правило, уменьшается, поскольку в ней оказывается ёмкостный элемент, сопротивление которого уменьшается с ростом номера гармоники.

Несмотря на то, что увеличение числа промежуточных контуров улучшает фильтрацию, на практике редко применяют более двух промежуточных контуров, поскольку в каждом промежуточном контуре теряется некоторая часть колебательной мощности генератора. Увеличение числа промежуточных контуров понижает общий КПД генератора, усложняет его настройку и повышает стоимость устройства. Кроме того, при большом числе контуров возможны не предусматриваемые (паразитные) связи между ними, которые значительно понижают эффект фильтрации. Во избежание этого приходится экранировать промежуточные контуры.

На практике часто выясняется, что какая-то одна или две гармоники недостаточно ослаблены. На рис.11.6 показан способ их фильтрации посредством шунтирующих цепей, составленных из соединённых последовательно катушек и конденсаторов и настроенных в резонанс на частоты гармоник и потому создающих для них практически короткое замыкание. Например, цепь настроена на вторую гармонику, цепь - на третью. Для основной частоты (первой гармоники) подобные цепи представляют ёмкостное сопротивление, которое должно быть учтено при расчёте сопротивления связи контуров и ёмкости . В схеме (рис.11.6) , где - эквивалентные ёмкости соответственно цепей и на основной частоте.⁴

Иногда с целью подавления нежелательной гармоники включают последовательно с антенной (нагрузкой) дополнительный параллельный колебательный контур L, C (рис.11.6), настроенный на нежелательную гармонику и представляющий для неё весьма большое сопротивление. Для обеспечения хорошего эффекта подобные цепи должны обладать высокой избирательностью, то есть иметь большую добротность.

Если известна фактическая фильтрация КС генератора, то на основании (11.3) можно определить мощность интересующей гармоники в антенне (полезной нагрузке генератора):

.

Величина этой мощности не должна превышать допускаемой нормами .

В широкодиапазонных многокаскадных генераторных устройствах применение КС в виде многозвенных резонансных цепей требует согласованной перестройки их элементов, что оказывается сложным и нецелесообразным. Так как отфильтровывают обычно высшие гармоники, то в широкодиапазонных генераторах на выходе включается несколько переключаемых фильтров нижних частот (ФНЧ). Наилучшие характеристики по массогабаритным показателям обеспечивают так называемые ФНЧ Кауэра, у которых продольные или поперечные ветви образуются, соответственно, параллельными или последовательными колебательными контурами (рис.11.7).

Оптимальный коэффициент перекрытия по частоте таких фильтров , то есть достаточно близок к предельно допустимому.⁵

На рис.11.8 показаны условные АЧХ в единицах вносимого затухания (дБ) ФНЧ Кауэра, используемых в генераторе, рабочий диапазон которого разбит на два поддиапазона: и .

Ослабление побочных компонент выходного тока АЭ КС генератора можно охарактеризовать и несколько другим способом, чем рассмотрено выше. В частности, фильтрацию побочных компонент выходного тока АЭ можно оценить коэффициентом фильтрации по току

,

где - амплитуда тока n-й гармоники на выходе АЭ; - амплитуда тока n-й гармоники в полезной нагрузке – антенне.

Необходимое значение коэффициента фильтрации по току

.

Очевидно, фактический коэффициент фильтрации по току КС должен быть не меньше необходимого, то есть должно быть

Для определения фактического коэффициента фильтрации по току КС генератора можно воспользоваться приведенными ранее выражениями при определении фактической фильтрации .

Действительно, так как

,

то

, (11.14)

где - амплитуда первой гармоники выходного тока АЭ, известная из расчёта режима генератора; - амплитуда первой гармоники тока в полезной нагрузке – антенне (находится из исходных данных к генератору).

На основании (11.14) с использованием (11.8) и (11.9) легко могут быть получены выражения для определения коэффициентов фильтрации по току при индуктивной и ёмкостной связи АЭ с контуром. С использованием (11.10), (11.11) могут быть получены соотношения применительно к антенному контуру при индуктивной и ёмкостной связи его с предыдущим контуром.

В заключение отметим, что аналогично может быть рассмотрен вопрос о фильтрации побочных компонент выходного тока АЭ и в генераторе – умножителе частоты. Отличие только в том, что в умножителе частоты наиболее интенсивными являются гармоники выходного тока АЭ ниже выделяемой, то есть субгармоники. Так, в умножителе частоты на три наиболее интенсивными будут первая и вторая гармоники (субгармоники по отношению к выделяемой), а высшие гармоники (четвёртая, пятая и т.д.) оказываются существенно слабее, так как определяющие их коэффициенты разложения остроконечных косинусоидальных импульсов заметно меньше. Для лучшей фильтрации субгармоник следует применять индуктивную связь АЭ с контуром и индуктивные связи между контурами, а полезную нагрузку связывать с ёмкостной ветвью. Это обусловлено тем, что сопротивление индуктивности для субгармоник меньше, чем сопротивление ёмкости (для высших гармоник всё наоборот).

Характеристики

Список файлов лекций