Узкополосные согласующие цепи связи

В качестве таких цепей в транзисторных схемах наибольшее применение находя Г,П и Т-образные четырехполюсники.

На рисунке 1.5 приведена Г-образная согласующая цепочка.

Для данной цепи справедливы следующие соотношения:

, ,

, ,

где , f_р – рабочая частота, f_гр - граничная частота (частота резонанса);

Для наглядности графики изменения входных сопротивлений Г-образного звена приведены на рисунке 1.6.

Как видно из рисунка 1.6 такая цепочка всегда трансформирует меньшее сопротивление (рисунок 1.6, в) в большее сопротивление (рисунок 1.6, а).

Чем ближе к тем больше коэффициент трансформации, но тем уже полоса рабочих частот, обычно .

Коэффициент фильтрации Г-образной цепи

,

где - номер гармоники спектра.

Коэффициент полезного действия

,

где - добротность холостого хода, - сопротивление катушки L по постоянному току.

При последовательном соединении двух Г-образных цепей образуется П-образная согласующая цепь (Рисунок 1.7).

Для схемы рисунок 1.7справедливы следующие соотношения:

, ,

При известных и величиной задаются. Тогда

Условие физической реализуемости

Коэффициент фильтрации

Рисунок 1.8 П-образный фильтр.

,

- задается, тогда

Условие физической реализуемости

Широкополосные согласующие цепи связи

Функции широкополосных цепей связи выполняют трансформаторы на ферритовых сердечниках, а также устройства типа фильтров нижних частот или полосовых фильтров на сосредоточенных элементах L, C либо на распределенных структурах.

На выбор схемы и конструкции широкополосного усилителя влияют два обстоятельства: 1) необходима коррекция АЧХ усилителя в связи с проявлением инерционных свойств транзистора в верхней части диапазона; 2)трудно реализовать обычный трансформатор, особенно мощный, из-за влияния индуктивностей рассеяния и межвитковых и межобмоточных емкостей.

Для уменьшения влияния паразитных емкостей обмоток, а также индуктивностей рассеяния применяются трансформаторы принципиально нового типа, а именно трансформаторы на линиях (ТЛ). В литературе ТЛ иногда называют трансформаторами типа “длинная линия” (ТДЛ), трансформаторами Рутрофа и др.

Трансформаторы типа “длинная линия” – ТДЛ

Как известно, линия, согласованная на концах, имеет весьма широкую полосу пропускания. ТДЛ содержит одну или несколько согласованных линий. Согласованная линия имеет коэффициент трансформации равный 1. Следовательно, чтобы получить коэффициент трансформации, отличный от 1, можно соединить несколько линий. Существует много вариантов соединения отрезков линий, намотанных на ферритовый сердечник и образующих ТДЛ с дискретными коэффициентами трансформации.

Рассмотрим схему трансформации сопротивлений составленную из двух линий, соединенных последовательно по входу и параллельно по выходу (см. рисунок 1.8, а) схема работает в режиме согласования при и , обеспечивает тем самым трансформацию сопротивлений как 4:1. Например, если Ом – выходное сопротивление транзистора, а сопротивление нагрузки Ом, то выбирая линии с Ом получим (т.1 и 6) равное 48 Ом, т.е. Ом, (т.3 и 4) равное 12 Ом.

Рисунок 1.8 ТДЛ с коэффициентом трансформации

по сопротивлению 4:1.

Схему на рисунке 1.8,а можно упростить, заменив нижнюю линию короткозамкнутыми перемычками, так как точки 5-3 и 6-4 в схеме имеют соответственно одинаковый потенциал. В результате схема (рисунок 1.8,а) преобразуется к виду (рисунок 1.8,б). Эквивалентная схема ТДЛ в области низких частот представлена на рисунке 1.8, в, г, его устройство и соединение концов обмотки – на рисунке 1.8, д .

Принцип трансформации сопротивлений, лежащий в основе построения схемы рисунок 1.8,а, можно использовать для получения большого значения коэффициента трансформации. Для этого необходимо соединить последовательно по входу и параллельно по выходу (или наоборот) n одинаковых линий с волновым сопротивлением .

Длина линий выбирается из условия , волновое сопротивление (для схемы рисунок 1.8,а) .

Принципы построения схем

Рассмотрим типовую схему резистивного усилителя класса А рисунок 1.9 с точки зрения требований, предъявляемых к мощным высокочастотным каскадам. Эта схема находит широкое применение в усилителях низкой частоты, а также используется в маломощных усилителях высокой частоты.

Рисунок 1.9 Резистивный уилитель мощности.

Крупным недостатком схемы, приведенной на рисунке 1.9, является отсутствие трансформирующих цепей как на входе так и на выходе, так и между каскадами, что не позволяет реализовать максимальное усиление мощности. Кроме того схеме присущ низкий КПД (вследствие работы в

кл.А).

Для повышения КПД необходимо:1) свести к минимуму число резисторов в схеме, заменив их индуктивными элементами (дроссели, контурные катушки, трансформаторы); 2) принять меры для устранения высокочастотного напряжения на оставшихся резисторах; 3) поставить АЭ в режим с отсечкой тока для повышения КПД; 4) ввести согласующие трансформаторы, позволяющие создать такое сопротивление нагрузки АЭ, при котором достигается максимум КПД, и увеличивается усиление мощности.

Рисунок 1.10 Узкополосный усилитель мощности.

На рисунке 1.10 показан вариант узкополосного усилителя мощности, выполненный с соблюдением указанных рекомендаций. Транзисторы работают с автоматическим смещением от тока эмиттера в классе С, т.е. с отсечкой коллекторного тока. В резисторах цепей автосмещения, шунтированных блокировочными конденсаторами, не теряется ВЧ мощность. Высшие гармоники фильтруются параллельным контуром, который, кроме того, выполняет функцию трансформатора связи с нагрузкой.

Постоянный ток коллектора проходит через контурные катушки, не создавая в них потерь.

Способы подключения источников питания и смещения к транзистору могут быть различными. На рисунке 1.11 и рисунке 1.12 показаны схемы УМ с параллельным и последовательным питанием соответственно.

В схеме (рисунок 1.12) напряжения Ек и Ес подаются на транзистор через контурные катушки L1 и L2. Через них протекают постоянные токи базы и коллектора.

Схема подачи питания Ек или смещения Ес на транзистор через контурную индуктивность, которая в этом случае оказывается включенной по постоянному току последовательно с транзистором, называется схемой последовательного питания. В отличие от этого схему (см. рисунок 1.11), в которой питание осуществляется через дроссели, принято называть схемой параллельного питания.

При выбранных ЦС в виде параллельных контуров схема последовательного питания оказалась проще.

Рисунок 1.11 Усилитель мощности с параллельным питанием

Рисунок 1.12 Усилитель мощности последовательным питанием

К цепям питания относятся также конденсаторы Ср1 и Ср2, называемые разделительными. Их включают с целью предотвратить возможное короткое замыкание источников Ек и Ес через элементы ЦС. Емкости Ср1 и Ср2 выбираются достаточно большими, чтобы падение переменных напряжений на них было мало по сравнению с Uб и Uк (приблизительно на два порядка меньше).

Реальные дроссели (Др1 и Др2) имеют конечное сопротивление переменному току, поэтому часть переменного тока коллектора и базы ответвляется в них и может попасть в источники питания.Включение блокировочных конденсаторов Сбл1 и Сбл2 достаточно большой емкости позволяет создать путь переменному току, минуя источники питания Ек и Ес, и устранить таким образом нежелательные связи между каскадами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: