Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 36

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

Текст из файла (страница 36)

При этом величинафильтрации промежуточного контура, то есть контура, включенного между контуром,подключаемым к АЭ, и контуром нагрузки – антенны, зависит от характера связи междуконтурами так же, как от характера связи выходного контура с АЭ.Последним контуром КС генератора является контур нагрузки – антенны. Так каксопротивление антенны имеет, как правило, весьма сложную зависимость от частоты, тоиспользование выражений (11.8), (11.9) для определения фильтрации этого контура можетоказаться некорректным и даст ошибочный результат.

Поэтому фильтрацию антенногоконтура следует определять согласно следующим выражениям:- при индуктивной связи антенного контура с предыдущимZ AK nФn ;(11.10)nR A- при ёмкостной связи антенного контура с предыдущимZ AK nФn  n,(11.11)RAгде Z AK n - модуль сопротивления антенного контура на гармонике при его последовательKA ном обходе; R A - сопротивление антенного контура на рабочей частоте (основной гармонике), равное сопротивлению излучения антенны, если пренебречь собственными потерями в элементах контура (в общем случае следует учитывать в R A все активные сопротивления в цепи антенного контура в последовательной схеме его замещения).Для примера.

Соотношение (11.10) нетрудно получить из рассмотрения цепирис.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:157I1 A МMI1RA; I nA nMI n.Z AK nОчевидно, при этом предполагается, чтокоэффициент взаимной индукции М отчастоты не зависит.*II1; InСогласно последним выражениямZА = RA + jxAL I 1AnAII nR AnR AK A  nA  nK,I1 A I1 Z AKnZ AKnоткуда следует (10.10):Рис.11.2ZKФn  AKn .K A nR AСоотношение (10.11) можно получить из рассмотрения цепи рис.11.3, что предлагается сделать студенту.Если сопротивление антенLCного контура изменяется с чаАнтенный контурстотой как у контура с независимыми от частоты параметрами*I1AI1; InCСВZА = RA + jxAC , L, r , то выражения (10.10),InA(10.11) приводятся, соответственно, к (10.8), (10.9).Реальная фильтрация КСРис.11.3генератора, реализуемой в видепоследовательно связанных колебательных контуров, равна произведению фильтрацийотдельных контуров и может быть определена по формуле:3CАнтенный контурвZ1 Фn  1  2  n ( 2 p1) Q01Q02 ...Q0 ( в 1) Q0 в (1   К 1 )(1   К 2 )...(1   К ( в 1) )(1   Кв ) AKn ,(11.12)RA n где n - номер гармоники; в - число промежуточных контуров, включая контур, подключаемый к АЭ; р - число ёмкостных связей; Q01 ; Q02 ;...Q0( в 1) ; Q0в - ненагруженные добротностиконтуров;  K 1 , K 2 ,... K ( в 1) , Кв - КПД соответствующих контуров.При подсчёте ёмкостных связей нужно подсчитать ёмкостные связи между контурами и связь АЭ с первым (выходным – анодным или коллекторным) контуром, если онаёмкостная.Напомним, что для колебательного контура справедливо соотношение (10.21), согласно которомуQ0 (1   K )  QН ,3Действительно, можно представить для системы связанных контуровK K KKK K1   в  2 в 1 в  Фn1Фn 2    Фn ( в 1)ФnвФnAK ,K A K1 K 2K в 1 K в K Aгде K 1 , K 2 , ...K ( в  2 ) , K в 1 , K в - коэффициенты, определяемые отношением амплитуд n-й и первой гармоникФn в соответствующем контуре; K , K A - коэффициенты, определяемые отношением амплитуд токов n-й и первойгармоникнавыходеАЭивантенномконтуре,соответственно;Фn1 ров.158KKKKK; Фn 2  1 ;   Фn ( в 1)  в  2 ;Фnв  в 1 ; ФnAK  в - фильтрации соответствующих контуK1K2K в 1KвKAгде QН - нагруженная добротность контура.

В настоящей лекции индекс Н в обозначениинагруженной добротности контура для сокращения записи исключён.Соответственно, (11.12) можно записать в виде:вZ1(11.13)Фn  1  2  n ( 2 p 1) Q1Q2 ...Q( в 1) Qв AKn ,RA n где Q1 , Q2 ,... Q( в 1) , Qв - нагруженные добротности соответствующих контуров.На рис.11.4 представлены примеры двухконтурных КС выходных каскадов радиопередатчиков.Антеннак АЭСАнтеннак АЭL1СФ1nL2Ф1nФ2nLСВL1L2ССВФ2nбаРис.11.4В схеме (рис.11.4,а) связь первого контура с АЭ ёмкостная, а связь между контурамииндуктивная. Фильтрация первого контура согласно (11.9)1 Фn1  Q1n 2 1  2  , n фильтрация второго контура согласно (11.10)ZФn 2  AKn .nR AФактическая фильтрация КС по схеме (рис.11.4,а)1 ZФn  Фn1Фn 2  Q1n1  2  AKn . n  RAАналогичный 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 Фn1 определяется, как и в схеме(рис.11.4,а), а фильтрация второго контура Фn 2 определяется (11.11):ZФn 2  n AKn .RAФактическая фильтрация КС по схеме (рис.11.4,б)1 ZФn  Фn1Фn 2  Q1n 3 1  2  AKn . n  RAТакое же выражение следует из (11.13).Схема (рис.11.4,б) в отношении фильтрации лучше схемы (рис.11.4,а), поэтому онашироко используется в выходных каскадах радиопередатчиков.

В несколько изменённомвиде схема (рис.11.4,б) представлена на рис.11.5. Подобная схема широко используется втранзисторных ГВВ, где она известна как П-контур. Нетрудно также видеть, что схема159родственна параллельному колебательному контуру третьего вида (рис.10.2,в), то естьконтуру с неполным включением со стороны ёмкостной ветви. Результирующая ёмкостьконтура, равная последовательному соединению ёмкостей С и ССВ , оказывается меньшенаименьшей из указанных двух ёмкостей.Соответственно, выходная ёмкость транзик АЭLстора С ВЫХ АЭ оказывается обычно подклюL2*ZНCCСВченной параллельно большой ёмкости С ,*ZАчто ослабляет влияние С ВЫХ АЭ на настройкуконтура.Как отмечалось в начале лекции, факРис.11.5тическая фильтрация Фn , обеспечиваемаяКС, должна удовлетворять требованиюФn  Фn НЕОБХ ,где Фn НЕОБХ 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, соответственноулучшается шунтирование полезной нагрузки по гармоникам.

При индуктивных связяхтоки 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 вкаждом 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 большомчисле 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 недостаточноослаблены. На рис.11.6 показан способ их фильтрации посредством шунтирующих цепей,составленных из соединённых последовательно катушек и конденсаторов и настроенных врезонанс на частоты гармоник и потому создающих для них практически короткое замыкание.

Например, цепь C 2 , L2 настроена на вторую гармонику, цепь C3 , L3 - на третью. Дляосновной частоты (первой гармоники) подобные цепи представляют ёмкостное сопротивление, которое должно быть учтено при расчёте сопротивления связи контуров и ёмкостиС12 . В схеме (рис.11.6) ССВ  С12  С 2*  С3* , где С 2* , С3* - эквивалентные ёмкости соответственно цепей C 2 , L2 и C3 , L3 на основной частоте.4Иногда с целью подавления нежелательной гармоники включают последовательно сантенной (нагрузкой) дополнительный параллельный колебательный контур L, C4В общем случае на частоте первой гармоники для цепи из L N , C N :стоте n-й гармоники nLN*куда C N16011 LN . Так как на ча*С N C N1111, то LN  2.

Соответственно,*nC Nn C NC N C N C N /(1  1 / n 2 ) . Очевидно, C N*  C N .11  2  , от n (рис.11.6), настроенный на нежелательную гармонику и представляющий для неё весьмабольшое сопротивление. Для обеспечения хорошего эффекта подобные цепи должны обладать высокой избирательностью, то есть иметь большую добротность.к АЭАнтеннаL1LС1С12С2С3СL3L2Рис.11.6Если известна фактическая фильтрация Фn КС генератора, то на основании (11.3)можно определить мощность интересующей гармоники в антенне (полезной нагрузке генератора):1  RPnA  2 n An P~ A .Фn  1 R AВеличина этой мощности не должна превышать допускаемой нормами PnA ДОП .В широкодиапазонных многокаскадных генераторных устройствах применение КС ввиде многозвенных резонансных цепей требует согласованной перестройки их элементов,что оказывается сложным и нецелесообразным. Так как отфильтровывают обычно высшиегармоники, 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 продольныеили поперечные ветви образуются, соответственно, параллельными или последовательными колебательными контурами (рис.11.7).IВХIНRНUВХUНRНбаРис.11.7Оптимальный коэффициент перекрытия по частоте таких фильтров K f  (1,8...1,9) ,то есть достаточно близок к предельно допустимому.55Максимальная пропускаемая частота ФНЧ, используемого для фильтрации высших гармоник на выходегенератора, не может превышать удвоенного значения нижней рабочей частоты в полосе фильтра, следовательно, предельно допустимый коэффициент перекрытия фильтра K f  2 .161На рис.11.8 показаны условные АЧХ в единицах вносимого затухания (дБ) ФНЧ Кауэра, используемых в генераторе, рабочий диапазон которого  f Н ...

f В  разбит на два поддиапазона:  f Н  f Н 1 ... f В1  и  f Н 2  f В1 ... f В 2  f В  .дБАЧХ ФНЧI-го поддиапазонаII-го поддиапазонаI-й поддиапазонII-й поддиапазонfН = fН1fВ1 = fН22fН1fВ2 = fВ2fН2fРис.11.8Ослабление 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 токуIФI n  n ,I nAгде I n - амплитуда тока n-й гармоники на выходе АЭ; I nA  2 PnA / R An - амплитуда токаn-й гармоники в полезной нагрузке – антенне.Необходимое значение коэффициента фильтрации по токуInInФI n НЕОБХ .I nA ДОП2 PnA ДОП / R AnОчевидно, фактический коэффициент фильтрации по току КС должен быть не меньше необходимого, то есть должно бытьФI n  ФI n НЕОБХ .Для определения фактического коэффициента фильтрации по току КС генератораможно воспользоваться приведенными ранее выражениями при определении фактическойфильтрации Фn .Действительно, так какII nA I1 A I n I1 AKФn  nФI ,K A I1 I1 AI1 I nAI1 nтоIФ I n  Фn 1 ,(11.14)I1 Aгде I1 - амплитуда первой гармоники выходного тока АЭ, известная из расчёта режимагенератора; I1 A  2 P~ A / R A - 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 полученывыражения для определения коэффициентов фильтрации по току при индуктивной и ёмкостной связи АЭ с контуром.

Характеристики

Список файлов книги