Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Характер искажений огибающей двухтонового сигнала показан на рнс. 7.25. Прн линейной АХ усилителя (крнвая 1) огибающая двухтонового сигнала имеет внд коммутированной синусоиды (сплошная линия). Прн нелинейности АХ нз-за влияния нижнего сгиба статических характеристик (крнвая 2) импульсы огибающей несколько сужаются (штриховая линия). Искажения нз-за влияния верхнего сгиба АХ (крнвая 3) проявляются как расширение импульса огибающей н уплощенне нх вершин (штрнхпунктирная линия). Этн искажения огибающей двухтонового сигнала можно наблюдать на экране осциллографа, подключенного к нагрузке усилителя.
Прн анализе спектра выходного сигнала с помощью спектроаналнзатора можно заметить, что прн искажении огибающей на его экране кроме двух составляющих исходных сигналов (А„А,) появляются дополнительные спектральные компоненты Аэ, Ав (см. рнс. 7.24,б). Измерение этих компонент н получениеКНИ третьего К = 20 1ой(Аэ!А,) н пятого КвП, = 20!ой(А!А,) порядков лежит в основе работы всех измерительных приборов, использующих двухтоновый метод. Рис. 7.27 Варианты модуляционных характеристик и искажений огибающей о У с н/д 374 Оценить нелинейные искажения двухтонового испытательного сигнала можно и аналитически, если известен режим работы ЭП и заданы аналитически его статические характеристики.
Наиболее прост анализ для усилителей на тетродах и пентодах с малой проницаемостью сеток, для которых анодный ток является функцией только напряжения на управляющей сетке; 1, =Яе). Представив эту зависимость в виде степенного ряда 1, = ~а,е', 7-о и подставив в него е, = Е, + и,х, получим после преобразования следующее уравнение: !а ЬО Ь!иах ЬР ах Ьзи ах (7.! 8) Здесь Ьу =)(Е„а1, а„...),/= О, 1,2, ...
Подставляя в (7.18) иах хх Уесозае! для получения амплитудной характеристики и (7.17) для оценки искажений, а также проводя необходимые преобразования и опуская все составляющие вне узкой области вблизи первой гармоники е5е, получаем для гармонического сигнала (7.19) ! 1 1 созе!9! где у„,= ~А . !(7ец ', идлядвухтоновогосигнала 7-1 (7.20) !а! 5х а! ЭхСОЗ ЕЕ! !де 7,1, = 2 В, !соз(2у — !)Ьп / 1 Между коэффициентами А ., и В ., имеется функциональная однозначная связь через коэффициенты 3„, например 9 100 А1 = ЬЪ. В! = Ь1( 0 + )бьзио + 256Ь5(ЯО + -' (7. 21) 10 1О 7 х А5 = 1бЬ5' В5 — 25бЬ5('5о + 5(б4) Ь,У о + " Поэтому, найдя аналитически коэффициенты Ь, или А...
можно по ним вычислить коэффициенты В, (7.21), а затем и коэффициенты нелинейных искажений: Кз з, = В,/В, и К5Л, = В5/Вг 375 Рис. 7.26. К расчету коэффициентов не- линейных искажений т / в Ц,, в йе //вваа Отсюда следует, что если амплитудная характеристика У, = 7„Я„ж жЯУ,) задана графически (например, получена экспериментально, рис. 7.26), то, представив ее аналитически в виде ряда (7.
!9), можно найти А.. рзатем Вт/, по(7 21)идалееопределитьКзз,иКз . Всеуказанные операции можно проделать предварительно в общем виде, а для вычисления коэффициентов Кэт, и Кээ, воспользоваться окончательными формулами, которые для йримера, приведенного на рис. 726, имеют вид 1 75(//з (//2 Кз = 20!ой 0,75Уд — З,ОУ,2+ 3,75Уп Кт/2, = 20!ой 2,45(/ы+ 9,47 У,2 — 2,17Уп Детальное исследование искажений в реальных усилителях с лампами различных типов с помощью компьютерного моделирования [!8] показало, например, что при заданных неизменных параметрах Е„(/„ Я, Еы имеется оптимальноезначение Е, = Е„„„при котором К имеет минимум (рис.
7.27,а). Этому минимуму соответствует наиболее линейная АХ (рис. 7.27,6), Минимум К, обнаруживается и при варьировании напряжением Е, (рис. 7.27,в) Объясняются эти минимумы К,2, тем, что, например, при Е, = Е,, крутизна АХ как при больших э' //к // //, а сса еат ду д/ ~а ест Ф Рис. 7.27. Зависимости искажений от параметров режима 376 Рнс. 7.28. К расчету искажений в ыногокаскмнон уснцнтеле г вв /евз сигналах (колебания класса В), так и при малых (колебания класса А) оказывается приблизительно одинаковой. Оценка нелинейных искажений в многокаскадном усилителе, каким является групповой тракт передатчика с ОМ, представляет в общем случае сложную задачу.
Однако, как увидим ниже, для современных высококачественных передатчиков трудности этой задачи существенно уменьшаются, поскольку коэффициенты Кз 2, и К лля таких передатчиков должны быть малы (меньше -30 дБ). Рассмотрим для примера двухкаскадный резонансный усилитель (рис. 7.28), колебательные контуры которого настроены на частоту входного сигнала, а коэффициенты усиления каскадов равны единице. Допустим, что для каскадов усилителя справедливо условие К» » Кз з„тогда АХ каскадов (/2 = Ь', (/+ Ь з(Р„' (/з = Ь", (/з + Ь" з(/ з.
По этим АХ можно вычислить сквозную АХ всего усилителя, а затем с учетом (7.21) найти расчетную формулу Кз/зг Аз/А, 0,25~(Ь'з/Ь'2)(), + (Ь "з/Ь'))Ь 1 () ~) С з/2 + з/з Первое слагаемое в скобках представляет собой нелинейные искажения в первом каскаде, второе — во втором каскаде. На рис. 7.29 приведены АХ первого и второго каскадов (кривые 1 и 2) и сквозная АХ для обоих каскадов (кривая 3) . Если Ь' и Ь" имеют одинаковые знаки (рис. 7.29д или в), то относительные искажения суммируются; если же у Ь' и Ь" разные знаки, то результирующие искажения могут быть меньше, чем искажения в каждом каскаде (рис.
7.29,б). Анализ искажений в мощных усилителях показал, что эти искажения обусловлены наличием в ряде для /„, аппроксимирующем динамическую характеристику ЗП, членов с нечетными степенями выше первой. Вслед- У ГХ) / УГХ) / У ГХ) / Р / г7 Рнс. 7.29. Модулацнонные характеристики 377 стане этого в современных лампах так называемых суперлинейных серий коэффициенты аэ, аэ путем выбора рациональной конструкции удается сделать очень малыми. Значения К, и К в усилителях с такими лампами не превышают-(38...45) дБ. 7.11.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМ И РЕЖИМОВ УСИЛИТЕЛЕЙ С ОМ Все усилители в однополосных передатчиках разделяются на две группы: предварительные и мощные оконечные. Основными требованиями для первых усилителей являются высокая линейность, широкополосность, максимальная надежность. Получение этих характеристик достигается, как правило, за счет снижения энергетических показателей, В мощных оконечных усилителях выбор между высоким КПД и высокой линейностью усиления решается компромиссным путем!!4,! э1. Предварительные усилители.
В современных высококачественных передатчиках предварительные усилители выполняются, как правило, на пентодах или тетродах, работающих в классе А, без сеточных токов. Рабочая область выбирается на максимально линейной части характеристики эв теЯе,) (см. рис. 7.22). Анодная нагрузка, как правило, выполняется резистивной или для лучшей широкополосности — в виде звена полосового фильтра — эквивалента длинной линии (рис. 7.30). Иногда в предварительных усилителях используются лампы с удлиненным нижним сгибом характеристики 1и =Яе), котопзая достаточно точно аппроксимируется трехчленом 1в = ав + а,е, + азе,.
При подаче на сетку такого усилителя напряжения е,=Ее+ + У,созтпо1 ток в анодной цепи будет состоять из постоянной составляющей 1„= ав + а~Ее + азЕ~, + 0,5аз~У, первой гармоники, пропорциональной напряжению возбуждения, 1„= (а, + 2а Е,) У, и второй гармоники 1, = 0,5а (1з. Если за рассмотренным усилителем следует второй усилитель с лампой такого же типа, то для предупреждения появления нелинейных искажений колебания второй гармоники на выходе первого усилителя ивин етв.
ее Рис 7 ЗО Широкополосный усилитель е эквивалентом длинной линии 378 ~ак Ес ест Рис. 7.31. Усилитель с переключаемыми филь~рами следует подавить. Для этой цели усилители собирают либо по двухтактной схеме, либо анодные нагрузки подключаются к лампам через переключаемые фильтры (рис. 7.31) с перекрытием по полосе пропускания, несколько меньшим октавы (1,6...1,8). Эти усилители даже без специальнык мер повышения линейности АХ обеспечивают К -40 дЬ. Предварительные усилительные каскады мощных многоканальных передатчиков выполняются в последнее десятилетие, как правило, на биполярных и полевых транзисторах. Предпочтение отдают полевым транзисторам с изолированным затвором.
Для повышения линейности АХ в этих каскадах используются: работа в классе А, двухтактные схемы, трансформаторы для подавления четных гармоник в коллекторных цепях, неполное использование транзисторов, автоматическое смещение. Наконец, транзисторы для этих каскадов выбираются с наиболее высоким значением еэ, и, как правило, включаются по схеме с ОЭ. Мощные усилители.
В современных маломощных передатчиках мощный усилитель строится, как правило, на транзисторах по двухтактной схеме с ОЭ. В передатчиках средней мощности для оперативной связи выходные усилители выполняются либо полностью на транзисторах, либо на лампах в виде УРУ. Транзисторные усилители мощностью 1... 1О кВт собираются из модулей с максимальной мощностью 250...5000 Вт каждый (на рис. 7.32 обозначено: 1 — предварительный усилитель, 2 — устройство распределения мощности). В модуле, как правило, работают 4 — 40 транзисторов, включенных по схеме с ОЭ (или ОИ) при В = 90'. Для симметрирования формы импульса коллекторного тока (рис.
7 33 а) к входу транзистора по ВЧ подключается резистор тт (рис. 7.33 6), сопротивление которого находится из условия т = Я,тт С,l(тт„+ Ял) (см. рис. 2.511). Для поддержания угла отсечки В = 90' прн изменении Уь на базу подается комбинированное смещение. Фиксированное (приоткрывающее) смещение обеспечивает равенство В = 90' при малых амплитуд х входных сигналов: Ев = Е' = Е,„Я 1(11 + Я ). Автоматическое смещение (подзапирающее за счет паденйя напряжения иа сопротивлениях Яы Я, Я ) поддерживает равенство В = 90' при больших сигналах, когда 1 достаточно велик: Еь = Е,„Ц1(К, + ет,) — 1вЯ, + Я,Я,/(Я, + Кэ)).
Эти 379 Рис. 7.32. Структурная схема транзисторного аыходного каскада меры позволяют улучшить линейность АХ транзисторных усилителей, работающих в области низких и средних частот (оз < Зоз„Щ. В выходной цепи усилителя применяются схемы сложения мощности отдельных модулей 7 — 9 (см. рис. 7.32), устройство для фильтрации гармоник 10 и устройство согласования усилителя с антенной П. Очень важным дополнением к мощному транзисторному усилителю является не показанное на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
