Таблица 2.1 - Нормированные значения элементов выходной КЦ
|
|
|
|
|
|
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
|
0,180
0,382
0,547
0,682
0,788
|
0,099
0,195
0,285
0,367
0,443
|
0,000
0,002
0,006
0,013
0,024
|
1,000
1,001
1,002
1,010
1,020
|
|
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
|
0,865
0,917
0,949
0,963
0,966
|
0,513
0,579
0,642
0,704
0,753
|
0,037
0,053
0,071
0,091
0,111
|
1,036
1,059
1,086
1,117
1,153
|
|
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
|
0,958
0,944
0.927
0,904
0,882
|
0,823
0,881
0,940
0,998
1,056
|
0,131
0,153
0,174
0,195
0,215
|
1,193
1,238
1,284
1,332
1,383
|
|
1,6
1,7
1,8
1,9
|
0,858
0,833
0,808
0,783
|
1,115
1,173
1,233
1,292
|
0,235
0,255
0,273
0,292
|
1,437
1,490
1,548
1,605
|
|
|
2.2. ВЫХОДНОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании широкополосных передатчиков средней и большой мощности одной из основных является задача максимального использования транзистора выходного каскада усилителя по выходной мощности. Оптимальное сопротивление нагрузки мощного транзистора, на которое он отдает максимальную мощность, составляет единицы ом [2]. Поэтому между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включается трансформатор импедансов, реализуемый, как правило, на ферритовых сердечниках и длинных линиях [1-4, 14]. Принципиальная схема усилительного каскада с трансформатором импедансов, имеющим коэффициент трансформации сопротивления 1:4, приведена на рис. 2.2,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 2.2,б, где - конденсатор фильтра; - трансформатор; , - элементы схемы активной коллекторной термостабилизации [15]; - транзистор выходного каскада усилителя. На рис. 2.2,в приведен пример использования трансформатора с коэффициентом трансформации 1:9.
б)
а) в)
Рис. 2.2
Согласно [16, 17] при заданном значении нижней граничной частоты полосы пропускания разрабатываемого усилителя требуемое число витков длинных линий, наматываемых на ферритовые сердечники трансформатора, определяется выражением:
, (2.4)
где d - диаметр сердечника в сантиметрах;
N - количество длинных линий трансформатора;
- относительная магнитная проницаемость материала сердечника;
S - площадь поперечного сечения сердечника в квадратных сантиметрах.
Значение коэффициента перекрытия частотного диапазона трансформирующих и суммирующих устройств на ферритовых сердечниках и длинных линиях лежит в пределах 2·104...8·104 [16, 17]. Поэтому, приняв коэффициент перекрытия равным 5·104, верхняя граничная частота полосы пропускания трансформатора может быть определена из соотношения:
(2.5)
При расчетах трансформаторов импедансов по соотношениям (2.4) и (2.5) следует учитывать, что реализация более 1 ГГц технически трудно осуществима из-за влияния паразитных параметров трансформаторов на его характеристики [3].
Требуемое волновое сопротивление длинных линий разрабатываемого трансформатора рассчитывается по формуле [16, 17]:
. (2.6)
Методика изготовления длинных линий с заданным волновым сопротивлением описана в [18].
Входное сопротивление трансформатора, разработанного с учетом (2.4) - (2.6), равно:
. (2.7)
Пример 2.2. Рассчитать , , трансформатора на ферритовых сердечниках и длинных линиях с коэффициентом трансформации сопротивления 1:9, если = 50 Ом, = 5 кГц.
Решение. В качестве ферритовых сердечников трансформатора выберем кольца марки М2000НМ 20х10х5,имеющих параметры: = 2000; d = 6 см; S = 0,5 см2. Из (2.5) - (2.7) определим: N = 3, = 16,7 Ом, = 250 МГц. Теперь по известным параметрам кольца из (2.4) найдем: n=16,7. То есть для создания трансформатора импедансов с = 5 кГц необходимо на каждом ферритовом кольце намотать не менее 17 витков. Длина одного витка длинной линии, намотанной на ферритовое кольцо, равна 3 см. Умножая это значение на 17, получим, что минимальная длина длинных линий должна быть не менее 51 см. С учетом необходимости соединения длинных линий между собой, с нагрузкой и выходом усилителя, следует длину каждой длинной линии увеличить на 2...3 см.
2.3. ВЫХОДНОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР полосового УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании полосовых передатчиков средней и большой мощности, также как и при проектировании широкополосных, одной из основных является задача максимального использования по выходной мощности транзистора выходного каскада усилителя. Однако в этом случае между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включается трансформатор импедансов, выполненный в виде фильтра нижних частот [3, 19, 20]. Чаще всего он выполняется в виде фильтра нижних частот четвертого порядка [19-23]. Принципиальная схема усилительного каскада с таким трансформатором приведена на рис. 2.3,а, эквивалентная схема по переменному току - на рис. 2.3,б, где элементы формируют трансформатор импедансов, обеспечивающий оптимальное, в смысле достижения максимального значения выходной мощности, сопротивление нагрузки транзистора и практически не влияют на форму АЧХ усилительного каскада. Методика расчета оптимального сопротивления нагрузки мощного транзистора дана в [2, 3, 24].
Наиболее полная и удобная для инженерных расчетов методика проектирования рассматриваемых трансформаторов импедансов приведена в [25, 26]. В таблице 2.2 представлены взятые из [26] нормированные относительно и значения элементов для относительной полосы рабочих частот трансформатора равной 0,2 и 0,4 и для коэффициента трансформации сопротивления лежащего в пределах 2...30 раз, где = - входное сопротивление трансформатора в полосе его работы, = - средняя круговая частота полосы рабочих частот трансформатора.
а) б)
Рис. 2.3
Выбор w равной 0,2 и 0,4 обусловлен тем, что это наиболее часто реализуемая относительная полоса рабочих частот полосовых передатчиков средней и большой мощности, так как в этом случае перекрывается любой из каналов телевизионного вещания и диапазоны ЧМ и FM радиовещания [27].
Таблица 2.2 - Нормированные значения элементов трансформатора
|
|
2
|
3
|
4
|
6
|
8
|
10
|
15
|
20
|
30
|
|
w = 0,2
|
|
0,821
|
1,02
|
1,16
|
1,36
|
1,51
|
1,62
|
1,84
|
2,02
|
2,27
|
|
|
|
0,881
|
0,797
|
0,745
|
0,671
|
0,622
|
0,585
|
0,523
|
0,483
|
0,432
|
|
w = 0,4
|
|
0,832
|
1,04
|
1,19
|
1,40
|
1,56
|
1,69
|
1,95
|
2,15
|
2,46
|
|
|
|
0,849
|
0,781
|
0,726
|
0,649
|
0,598
|
0,559
|
0,495
|
0,453
|
0,399
|
|
|
При выбранных значениях нормированные значения элементов определяются из соотношений [23]:
(2.8)
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
(2.9)
Пример 2.3. Рассчитать элементы трансформатора импедансов (рис. 2.3) при w = 0,2, = 20 и предназначенного для работы в FM диапазоне (88...108 МГц) на нагрузку 75 Ом.
Решение. Из таблицы 2.2 для = 20 найдем: = 2,02, = 0,483. По формулам (2.8) определим: = 9,67, = 0,101. С учетом того, что == 3,75 Ом, а == 6.154·108 из (2.9) получим: = 12,3 нГн, = 208 пФ, = 58,9 нГн, = 43,7 пФ.
2.4. Фильтры высших гармонических составляющих полосового усилителя
Выходные каскады полосовых усилителей мощности работают, как правило, в режиме с отсечкой коллекторного тока, так как в этом случае можно получить в нагрузке значительно большую мощность, чем от каскада, работающего в режиме без отсечки, при одновременном обеспечении более высокого коэффициента полезного действия [2, 3, 4, 9, 24]. Однако в этом случае сигнал на выходе усилителя оказывается не синусоидальным и содержит в своем спектре высшие гармонические составляющие, приводящие к большим внеполосным излучениям. В соответствии с требованиями ГОСТ [28, 29], уровень любого побочного (внеполосного) радиоизлучения передатчиков с выходной мощностью более 25 Вт должен быть не менее чем на 60 дБ ниже максимального значения выходной мощности радиосигнала. Указанное требование достигается установкой на выходах усилителей мощности фильтрующих устройств, в качестве которых чаще всего используются фильтры Чебышева (рис. 2.4) и фильтры Кауэра (рис. 2.5) [2, 3, 4, 30].
Рис. 2.4
Рис. 2.5
В таблице 2.3 представлены взятые из [31] нормированные относительно и значения элементов приведенных фильтров, соответствующие максимальному значению затухания в полосе пропускания равному 0,1 дБ.
Таблица 2.3 - Нормированные значения элементов фильтров
|
Тип
|
,дБ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N=5
|
Ч
|
37
|
1,14
|
1,37
|
|
1,97
|
1,37
|
|
1,14
|
|
|
|
|
|
К
|
57
|
1,08
|
1,29
|
0,078
|
1,78
|
1,13
|
0,22
|
0,96
|
|
|
|
|
N=6
|
Ч
|
49
|
1,16
|
1,40
|
|
2,05
|
1,52
|
|
1,90
|
0,86
|
|
|
|
|
К
|
72
|
1,07
|
1,28
|
0,101
|
1,82
|
1,28
|
0,19
|
1,74
|
0.87
|
|
|
|
N=7
|
Ч
|
60
|
1,18
|
1,42
|
|
2,09
|
1,57
|
|
2,09
|
1,42
|
|
1,18
|
|
|
К
|
85
|
1,14
|
1,37
|
0,052
|
1,87
|
1,29
|
0,23
|
1,79
|
1,23
|
0,17
|
1,03
|
|
|
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|