ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

Радиопередающие устройства (РПУ) - устройства генерирующие и формирующие радиосигнал. Формирование сигнала (модуляция) осуществляется в соответствии с законом сообщения.

Узкополосным сигналом называется сигнал, у которого полоса пропускания не превышает 15-20% от несущей частоты сигнала.

Моделью узкополосного сигнала является гармонический сигнал:

, где А - амплитуда

– фаза сигнала

- начальная фаза

Существует амплитудная и угловая модуляция:

– амплитудная модуляция (АМ), (рис.1a,1б)

- угловая модуляция:

– частотная (ЧМ), (рис.3)

- фазовая (ФМ).

Импульсная модуляция:

Рис.1a

Частотное представление АМ-сигнала.

рис.1б

Классификация РПДУ по диапазону частот и колебательным мощностям:

· 10кГц - 100кГц – сверх низкие частоты (объекты ниже уровня моря – шахты, подводные лодки и др.), мощности до 100кВт;

· 100-250кГц - диапазон ДВ (применяют вещательные

передатчики мощностью до 2 МВт.(ПСВ-2000);

· 525-1625кГц - диапазон СВ; до 1 МВт;

· 250-525кГц - применяют в радионавигации (суда, самолеты); до 50 кВт;

· 1.5-30МГц - радиовещательные станции мощностью до 200 кВт,а также передатчики магистральных линий связи (телеграф, телефон);

· 35-45МГц - низовая, стационарная или подвижная связь (в пределах города или района) мощностью 10-15Вт, частотная модуляция;

· 48,75-230МГц - частоты телевизионных каналов (метровый диапазон 12 телевизионных каналов), амплитудная модуляция, звуковое сопровождение с частотной модуляцией;

· 66-72МГц - диапазон УКВ;

· 140-160М - низовая связь;

· 430-1000МГц - диапазон ДМВ (430-950МГц выделены для низовой связи);

· 11ГГц - радиорелейная связь, бортовые станции искусственных спутников Земли мощностью 40-200Вт, наземные передатчики на спутники мощностью 4-15кВт, передатчики тропосферных линий связи мощностью 4-15кВт, и др.

· 10^13-10^15Гц - оптические линии связи, в качестве передатчиков, в которых, используют лазеры и светодиоды (на одной оптической частоте можно передать всю информацию радиодиапазона).

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

С точки зрения частот будущее за ВОЛС, а с точки зрения элементной базы - применение полупроводниковых транзисторов, диодов Гана и электронных ламп современной техники.

Совершенствование РПУ связано с изготовлением транзисторов. Транзисторные РПУ дешевле в эксплуатации, применение транзисторов позволяет использовать меньшее напряжение и его не нужно прогревать.

Широкое применение получили приборы СВЧ.

РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С АМПЛИТУДНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ (см.рис. № 1)

Коэффициент модуляции:

Существенным недостатком АМ является то, что в процессе модуляции меняется амплитуда тока, соответственно изменяется и мощность этого колебания.

Если обозначить мощность Pт, то при 100%-ой модуляции максимальная мощность

При модуляции одной частотой ток можно записать:

На практике выяснилось, что

При среднем коэффициенте модуляции mср мощность боковой Pбок составляет 2,25% от Pнес.

Создать стабильный гармонический сигнал можно только при маломощном сигнале при помощи кварца.

Возбудителем или синтезатором передатчика называется задающий генератор, в котором создается нужный сигнал, подлежащий усилению.

Синтезатором называется автогенератор (АГ), формирующий частоту или сетку частот.

Если модуляция осуществляется в возбудителе, то это модуляция на малом уровне мощности, если в промежуточном каскаде, то на среднем уровне, если в оконечном, то на большом уровне.

При АМ, если модуляция на низком уровне мощности, то КПД такого передатчика не превышает 30-40%

При АМ на высоком уровне мощности КПД не превышает 50-60%.

Модуляция на низком уровне мощности применяется во всех передатчиках с ЧМ (КПД = 60 -70%): в телевизионных передатчиках изображения, в однополосных передатчиках (в передатчиках с ОБП).

Moдуляция на высоком уровне мощности применяется там, где требуется высокий КПД.

Электронная лампа была изобретена в 1914г. В 1920г.- первые передатчики.

Догерти - американский инженер - изобрел схему повышающую эффективность АМ (рис.2),

где ОК - оконечный каскад.

Рис. 2

Rн - сопротивление нагрузки.

Схема Ширикса использует для АМ колебания два фазомодулированных колебания со сдвигом фазы на 180гр. Со сложением этих колебаний на общем контуре получаются АМ колебания.

Для повышения эффективности сигнала с АМ была предложена схема автоанодной модуляции. В этой схеме используется усиление АМ колебаний, а повышение эффективности достигается повышением дросселей в анодной и сеточной цепях.

Круглов - Россия - в 1943 г. (автоанодная модуляция).

Используется усиление АМ колебаний, а повышение эффективности достигается применением специальных дросселей в цепях анода и сетки. Кроме того повышение эффективности передатчика достигается применением бигармонического колебания.

РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА С ЧАСТОТНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ (см. рис. 3 a, 3б)

Рис.3 a

рис.3 б

где f_нес.-несущая частота,_{_}

F=1кГц, 2 f=5кГц.

Если

Спектр ФМ колебания шире, чем ЧМ при модуляции тем же

сигналом, поэтому на практике ФМ при модуляции непрерывного сообщения не применяется.

ФМ при дискретных сообщениях (телеграфия) имеет широкое применение.

Теоретически ширина спектра ЧМ бесконечна, однако на практике, приближенно:

Более точная формула:

в АМ , то есть в 31 раз меньше.

В системе АПЧ (автоматической подстройке частоты) передатчика с ЧМ несущая частота является параметром, по которому осуществляется сравнение в АПЧ. Амплитуда несущей частоты определяется функцией Бесселя 0-го порядка от индекса . Известно, что ф. Бесселя 0-го порядка при равна нулю, следовательно в системе АПЧ индекс частотной модуляции должен всегда быть меньше чем 2.4.

Индекс частотной модуляции:

В системе АПЧ уменьшение производится за счет уменьшения девиации частоты при делении частоты делителем.

Допустим , , тогда , а надо (то есть разделить на 1000)

Для деления частоты применяют логические микросхемы, однако необходимо перед подачей сигнала на микросхему преобразовать его в систему "1","0",а после преобразовать в аналоговый сигнал.

Фазочастотная характеристика контура показана на рис. 4.

Рис. 4

На колебательном контуре меняем емкость. То есть в контуре вместо конденсатора варикап, на него подаем сигнал и он меняет емкость.

На практике, если используется фазовый модулятор с контуром, то участок, где фаза изменяется линейно, фаза не превышает 20-30 градусов (Рис.).

¶/9=0.3; 0.3*2кГц=600Гц

Если девиация фазы ¶/9, то для частоты модуляции 1кГц девиация частоты равна ¶/9*1*10^3-300Гц.

В вещательных передатчиках рассматриваемая схема не применяется так как мала девиация частоты.

Широкое применение схема с фазовой модуляцией нашла в передатчике низовой связи, где требуемая девиация частоты составляет 5кГц. В этих передатчиках ставят умножитель частоты.

ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ЛГВВ).

Колебательное напряжение на сетке (гармоническое напряжение возбуждения генератора) в схеме ЛГВВ с последовательным анодным и параллельным сеточным питанием (рис.6), переходной конденсатор , пропускает только переменное напряжение на сетку, блокировочный дроссель блокирует переменное напряжение возбуждения от источника смещения, постоянное напряжение смещения , устанавливает положение рабочей точки на статической характеристике, амплитуда колебаний на аноде , параллельный колебательный контур , - нагрузка генератора. - частота напряжения возбуждения. Блокировочная емкость создает путь для переменной составляющей, не пропуская переменное напряжение в источник питания, а постоянное напряжение через нее подается на анод лампы.

Рис. 5

Рис. 6

В схеме с параллельным питанием анодной цепи и последовательным питанием сеточной цепи (рис.5) недостаток в том, что на дросселе два напряжения: постоянное и переменное. Эта схема низких и средних частот. Чаще применяют дроссель и конденсатор, трансформатор дороже. Вообще существуют 4 вида схем генератора, которые являются комбинацией этих двух.

Осциллограмма работы лампового генератора с внешним возбуждением изображена на (рис.7).

Углом отсечки называется половина части периода в течении которой через лампу течет ток.

Генератор называется моногармоническим, если его форма напряжений и токов гармоническая (или косинусоидальная).

Рис.7

УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

- колебательная мощность на выходе

- амплитуда тока первой гармоники генератора.

- амплитуда напряжения на аноде.

- мощность потребляемая от источника анодного питания.

- постоянная составляющая анодного тока.

- мощность выделяемая на аноде в виде тепла.

Рис.9

Критический режим – это такой режим лампового генератора, в котором величина колебательной мощности и КПД имеют наибольшие величины. В этом режиме вершина динамической характеристики всегда находится на изгибе статической вольт-амперной характеристике (ВАХ). Если вершина динамической характеристики не доходит до изгиба статической, такой режим называется недонапряженный. Если вершина динамической характеристики доходит до изгиба статической и опускается вниз – режим перенапряженный.

В критическом режиме форма анодного тока слегка уплощенная, в ненапряженном режиме форма анодного тока строго косиносуидальна, в перенапряженном режиме в импульсе анодного тока появляется провал. Если режим сильно перенапряжен, то появляется второй угол отсечки.

Рис.10

В сильно перенапряженном режиме резко возрастает сеточный ток и лампа выходит из строя из-за выгорания сетки. В недонапряженном режиме существенно увеличивается мощность, выделяемая в виде тепла и лампа выходит из строя из-за перегрева анода.

Формула позволяет использовать критический коэффициент исп-ия

позволяет найти смещения генератора

- неизвестны

Обычно расчет ведут на известную колебательную мощность, поэтому будем считать известными. В качестве второго параметра задания углом отсечки. Наиболее часто выбирают по причинам:

1) режим класса Б является квазилинейным режимом. В этом режиме при усилении модулированных колебаний коэффициент модуляции остается неизменным. В классе C коэффициент модуляции увеличивается, в классе АВ коэффициент модуляция уменьшается;

2) при величина смещения равна начальному напряжению смещения, что удобно;

3) в классе В величина напряжения возбуждения намного меньше , чем в С с малыми ;

4) величина КПД в В достаточно большая составляет 0,78.

ÊÏÄ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ.

Ïîñòàâëÿåì

Ðèñóíîê 8.

В классе КПД не выше 25% для передатчика класса А не подходит (рис. 9)

Ðèñóíîê 9.

Ðèñóíîê 10.

В классе С , но это не реально так как с уменьшением угла отсечки КПД увеличивается.

Íà ïðàêòèêå óìåíüøåíèå óãëîâ îòñå÷êè äî âåëè÷èíû 20-30 ãð. íå èñïîëüçóåòñÿ, òàê êàê ïðè ýòîì ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò ìîùíîñòü ïðåäûäóùåãî êàñêàäà (âîçáóäèòåëÿ) è ïðîìåæóòêà ñåòêà-êàòîä ãåíåðàòîðà.

ÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÈÅ ÕÀÐÀÊÒÈÐÈÑÒÈÊÈ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ.

1. Статические характеристики электронных ламп.

Ïåðåõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè. Òðè âèäà (ðèñ. 11-13)

Ðèñóíîê 11.

Ðèñóíîê 12.

Ðèñóíîê 13.

- êðóòèçíà õàðàêòåðèñòèêè.

- íà÷àëüíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ.

ÂÀÕ ëàìïû çàâèñèò îò ãåîìåòðèè ýëåêòðîäà. Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 14-16.

Ðèñóíîê 14.

- õàðàêòåðèçóåò íàêëîí õàðàêòåðèñòèê.

- äëÿ òåòðîäà è ïåíòîäà; äëÿ òðèîäà.

Ðèñóíîê 15.

Ýòîò ïàðàìåòð ðåêîìåíäóåòñÿ çàâîäîì èçãîòîâèòåëåì. Ïðîíèöàåìîñòü ïîêàçûâàåò êàê âëèÿåò àíîäíàÿ öåïü ëàìïû íà ñåòî÷íóþ (0,1-0,01).

Ðèñóíîê 16.

(ðèñ.14-16).

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА НА ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ.

Динамическая характеристика – это геометрическое место точек соответствующее перемещениям положения рабочей точки при изменении входного сигнала (рис. 17).

Ðèñóíîê 17.

Динамическая характеристика может быть построена на выходной нагрузке (рис. 18).

Ðèñóíîê 18.

ÀÍÀËÈÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÂÛÐÀÆÅÍÈß ÄËß ÑÒÀÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÂÀÕ.

Рисунок 19

Ðåàëüíûå Ñòàòè÷åñêèå ÂÀÕ îïèñûâàþòñÿ êðèâûìè âòîðîãî, òðåòüåãî è áîëåå âûñîêèõ ïîðÿäêîâ. Èñïîëüçîâàòü àíàëèòè÷åñêèå âûðàæåíèÿ äëÿ ýòèõ êðèâûõ çàòðóäíèòåëüíî, çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò ñëîæíîñòü ðàñ÷åòà ãåíåðàòîðà. Ïîýòîìó íà ïðàêòèêå, äëÿ àíàëèçà ðåæèìà ðåàëüíûõ ñòàòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê (ðèñ. 19).

Â ïåðâîé îáëàñòè (îòñå÷êè)

Âî âòîðîé îáëàñòè (àêòèâíîé)

Â òðåòüåé îáëàñòè (íàñûùåíèÿ) ia -áåðóò èç âûõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê (ðèñ. 20)

Рисунок 20

ВЫРАЖЕНИЕ ДЛЯ ТОКА ГЕНЕРАТОРА

(â àêòèâíîé îáëàñòè)

Рисунок 21.

ÏÎÂÛØÅÍÈÅ ÝÔÔÅÊÒÈÂÍÎÑÒÈ ËÀÌÏÎÂÎÃÎ

ÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ Ñ ÂÍÅØÍÈÌ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈÅÌ.

МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ В МОНОГАРМОНИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРАХ.

Умножим мгновенное значение тока через лампу на мгновенное значение напряжения на аноде и усредним это произведение за период. Полученная мощность является мощностью потерь.

Для повышения эффективности генератора надо уменьшить угол отсечки, либо в генераторе должна быть такая форма колебательного напряжения на аноде, когда при прохождении анодного тока остаточное напряжение на аноде равно нулю. Такое формирование колебательного напряжения на аноде в ключевом режиме и называется меандром.

Установленная взаимосвязь между образующим током () ,постоянной составляющей анодного тока и первой гармоникой анодного тока.

Êîýôôèöèåíò Ãàììà ïðèìåíÿåòñÿ, êîãäà èçâåñòíà êðóòèçíà õàðàêòåðèñòèêè ëàìïû è íàïðÿæåííîñòü âîçáóæäåíèÿ. Èç ëèíåéíîãî âûðàæåíèÿ äëÿ òîêà íàéäåì åãî (òîêà) ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå,

Â âûðàæåíèè äëÿ ïîäñòàâèì âûðàæåíèå

Êîýôôèöèåíò óñò. âçàèìîñâÿçü ìåæäó è åãî ãàðìîíè÷åñêèìè ñîñòàâëÿþùèìè.

Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ îò óãëà îòñå÷êè.

БИГАРМОНИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА

С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ.

В рассматриваемой схеме колебательная система не всегда состоит из двух контуров, но она обязательно является двух частотной, т.е. имеет два резонанса. В бигармоническом режиме важное значение имеет его стабилизация. Под стабилизацией понимается соблюдение фазовых соотношений между первой и третьей гармоникой, т.к. несоблюдение фазовых соотношений приводит к аварийному режиму. На практике стабильность осуществляется двумя способами:

1) работа с углом отсечки 120°.

2) â äîïîëíèòåëüíûé êîíòóð â ñåòî÷íîé öåïè, íàñòðîåííûé íà 3-þ ãàðìîíèêó (1)- ñàìîñòàáèëèçàöèÿ.

Êîýôôèöèåíò Áåðãà äëÿ 3-é ãàðìîíèêè ïðè îòðèöàòåëüíûé è èìååò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå îòðèöàòåëüíîå çíà÷åíèå. Ïîýòîìó ïðè ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó 1 è 3 ãàðìîíèêàìè âûïîëíÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè ïðè íàñòðîéêå êîíòóðîâ â ðåçîíàíñ.

Ñ ïîìîùüþ êîíòóðà â ñåòî÷íîé öåïè ìîæíî èçìåíÿòü ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó 1 è 3 ãàðìîíèêàìè.

Осу. напряжение в бигармоническом режиме.

Ðèñóíîê 21.

Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ïîäáèðàÿ ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó 1 è 3 ãàðìîíèêàìè, ìîæíî ïîëó÷èòü êîëåáàíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà àíîäå ïî ôîðìå î÷åíü áëèçêîå ê ìåàíäðó, ñóùåñòâåííî óìåíüøèòñÿ. Â áèãàðìîíè÷åñêîì ðåæèìå èìååòñÿ âîçìîæíîñòü ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü , ïðè÷åì . Â ýòîì ðåæèìå ýòî íå ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì ìãíîâåííîãî îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà àíîäå è ñâÿçàíî ñ óìåíüøåíèÿ àíîäíîãî òîêà, ò.ê. ñóììèðîâàíèå íàïðÿæåíèÿ ïåðâîé è òðåòüåé ãàðìîíèêè ïðèìåðíî ðàâíÿåòñÿ .

ÀËÃÎÐÈÒÌ ÐÀÑ×ÅÒÀ ËÃ Ñ ÂÍÅØÍÈÌ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈÅÌ

ÍÀ ÒÐÈÎÄÅ.

Ïîëó÷åííàÿ ôîðìóëà ïîçâîëÿåò íàéòè ÊÍ àíîäíîãî íàïðÿæåíèÿ â êðèòè÷åñêîì ðåæèìå ïðè èçâåñòíûõ ñì. êðèòè÷åñêèé ðåæèì íà âûõîäíîé õàðàêòåðèñòèêå

ãäå, - òîê ïåðâîé ãàðìîíèêè â öåïè ñåòêè.

ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ òîêà ñåòêè.

- êîýôôèöèåíòû Áåðãà (Ôóðüå).

- óãîë îòñå÷êè.

Ðèñóíîê 22.

16) - ìîùíîñòü âîçáóæäåíèÿ

17) - ìîùíîñòü ïîòðåáëÿåìàÿ îò èñòî÷íèêà ñìåùåíèÿ

18) - ìîùíîñòü âûäåëÿåìàÿ íà ñåòêå â âèäå òåïëà

Â îäíîïîëîñíûõ ïåðåäàò÷èêàõ ÷àñòî áûâàåò èçâåñòíî ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè êàñêàäà, ïîýòîìó ïðèâåäåííûé àëãîðèòì íåñêîëüêî èçìåíÿåòñÿ

òîò æå àëãîðèòì

Äëÿ íåêîòîðûõ ëàìï ñ ïëàòèíîâûì êàòîäîì âåëè÷èíà òîêà êàòîäà îãðàíè÷åíà ïðåäåëüíûì çíà÷åíèåì. Â ýòîì ñëó÷àå ñ÷èòàþò, ÷òî çàäàííî .

НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАМПОВОГО

ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ.

Нагрузочные характеристики лампового генератора с внешним возбуждением – это зависимости токов, напряжений и мощности генератора от сопротивлений нагрузки (рис. 23,24).

Рисунок 23.

Рисунок 24.

Если , то можем попасть в область перенапряженного режима.

Рисунок 25.

Колебательная мощность увеличивается в недонапряженном режиме и достигает максимума в критическом режиме. Рост происходит из-за амплитуды колебания напряжения на аноде. В перенапряженном режиме с ростом сопротивления нагрузки амплитуда колебательного напряжения растет, а в анодном токе появляется провал, ток уменьшается. Поэтому плотность уменьшается, но незначительно.

При работе на ненастроенном контуре сопротивление нагрузки мало и прибор выходит из строя:

При настройке контура емкостью :

При настройке одним элементом: 2 – индуктивностью,

1 – емкостью.

Рисунок 26.

КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ.

Для перевода лампового генератора с внешним возбуждением в ключевой режим надо увеличить амплитуду напряжения возбуждения. Для того, чтобы быстро преодолеть активную область лампы надо косинусоидальное напряжение заменить на напряжением типа меандр. А в анодной цепи каскада необходимо включить индуктивность, которая за счет ЭДС самоиндукции формирует колебательное движение на аноде в виде меандра (Рис. ).

Если сложить три напряжения , то в момент прохождения анодного тока равно нулю. Соответственно и

Условия устойчивости:

На практике в диапазоне частот указанное соотношение реализовать затруднительно, поэтому такие генераторы работают на одной частоте. Эта частота не превышает 100 кГц в следствии инерционности катушки в анодной цепи. Рассмотренные генераторы нашли широкое применение в устройствах низких частот и термической закалки.

Рисунок 27 .

ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

НА МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЛАМПАХ.

К многоэлектродным лампам относят: пентоды и тетроды (рис. 28 а, б).

На изготавливают пентоды и тетроды. В тетродах 2 сетки: управляющая, экранная, у пентода 3 сетки: защитная, управляющая и экранная.

подается на экран. Защитная сетка соединена с катодом. В некоторых передатчиках на защитную сетку осуществляется АМ, тогда она с катодом не соединяется. Многоэлектродные лампы имеют преимущества:

1) Для этих ламп . Это позволяет развязать анодную цепь от сеточной;

2) имеют левые переходные характеристики;

Наибольшим паразитным свойством в схеме с общим катодом обладает емкость сетка-анод (рис. 28, в), от нее в триодах трудно избавиться.

В многоэлектродных лампах в схеме с общим катодом величина проходной емкости существенно уменьшена из-за экранирующего действия второй сетки.

Рассмотрим алгоритм расчета для триода пригоден для расчета каскада на тетроде и пентоде. Дополнительно рассчитаем цепь экранной сетки по формуле: -максимальный ток экранной сетки.

ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР С ОБЩЕЙ СЕТКОЙ.

Начинает применяться с частотой и выше. В ОВЧ диапазоне трехэлектродные лампы включаются только по схеме с общей сеткой. Верхняя частота работы лампы при этом достигается и выше.

Схема с общей сеткой получила распространение потому, что на частотах решающее действие проходной емкости достаточно для самовозбуждения лампового генератора. В схеме с общей сеткой проходная емкость существенно уменьшается.

В схеме с общей сеткой сетка является естественным экраном, который отделяет входную часть схемы от выходной (рис. 29).

На рис. 29 изображена схема генератора с общей сеткой

создает напряжение смещения

Рисунок 29.

ЭНЕРГЕТИКА В СХЕМЕ С ОБЩЕЙ СЕТКОЙ.

- дополнительная мощность.

1) По сравнению со схемой с общим катодом на выходе схемы с общей сеткой колебательная мощность больше на величину дополнительной мощности . Дополнительная мощность - это часть мощности предыдущего каскада, которая передается через каскад в нагрузку. То есть для схемы с общей сеткой мощность возбуждающего каскада должна быть увеличена.

2) Через входную цепь текут два тока: сеточный первой гармоники и анодный . Следовательно:

Вывод:

3) Влияние этих факторов приводит к тому, что коэффициент передачи по мощности , тогда как в схеме с общим катодом .

СХЕМА С ОБЩЕЙ СЕТКОЙ НА ЧАСТОТАХ ОВЧ ДИАПАЗОНА.

В диапазоне ОВЧ требуемая индуктивность контура составляет 1мкГн и меньше. Индуктивность витка L-1мкГн, поэтому на этих частотах элементы с сосредоточенными параметрами не могут быть реализованы и переходят на элементы с распределенными параметрами (отрезки коаксиальных и длинных линий, которые эквивалентны индуктивности), при этом минимальными размерами обладают короткозамкнутые отрезки. Эквивалентная индуктивность может быть выполнена на короткозамкнутом отрезке длиной меньше четверти длины волны. Емкостью контура является выходная емкость лампы. Перестройка схемы осуществляется изменением длины отрезка.

ДВУХСТОРОННЯЯ КОНСТРУКЦИЯ.

Рисунок 30.

Эта схема получила распространение только для маломощных схем (обычно автогенераторы ОВЧ ). Это связано с тем, что анодный радиатор является элементом выходного резонатора.

Более широкое применение получила односторонняя конструкция (рис. 31), в ней анодный радиатор может быть выведен за пределы резонатора.

Рисунок 31.

СХЕМЫ СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРА.

При параллельном соединении активных элементов (рис. 32) соединяются их аноды и катоды. Сетки соединяются только по высокой частоте, так как всегда имеется разброс характеристик и требуется обеспечивать режим по постоянному току каждому активному элементу индивидуально.

Рисунок 32.

При параллельном включении N-активных приборов можно считать, что имеется один активный прибор, у которого токи увеличиваются в N раз также как и крутизна характеристики, а напряжения остаются такими же. Междуэлектродные емкости так же увеличиваются в N раз.

Необходимо отметить, что электронные лампы имеют высокие питающие напряжения и относительно небольшие токи. Тогда как транзисторы имеют малые питающие напряжения и большие токи. Поэтому внутреннее сопротивление электронной лампы - высокое, а транзистора - низкое.

В электронных лампах при параллельном соединении подбирают режим по постоянному току так, чтобы токи всех ламп были одинаковы. В биполярных транзисторах это неудается, так как внутреннее сопротивление достаточно мало, поэтому биполярные транзисторы параллельно не соединяют.

Имеется большой класс канальных и полевых транзисторов. У них с увеличением тока истока канал сужается, то есть имеется относительно глубокая ОС. Эти транзисторы можно включать параллельно.

КАЖУЩЕЕСЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ

ВКЛЮЧЕНИИ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Кажущееся сопротивление - это сопротивление для каждого активного элемента, включенного параллельно.

- первой лампы (первой гармоники).

- второй лампы.

Если в генераторе две параллельно соединенные лампы, то, при неисправности в одной из них типа Х.Х. (обрыв), общая мощность каскада уменьшается в четыре раза (в два раза из-за потерь мощности лампы и еще в два раза из-за перехода режима работы лампы в недо-напряженный режим, так как кажущееся сопротивление Zк меньшается в два раза).

ГЕНЕРАТОР С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ У КОТОРОГО

ФОРМА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ МЕАНДР.

Ключевой режим в ламповых генераторах практически не применяется, это обусловлено тем, что для электронной лампы требуется достаточно большое напряжение питания.

Рисунок 33.

При использовании лампы в качестве ключа, в эквивалентной схеме имеется емкость Cк (рис. 33 а). И замыкание, и размыкание ключа приводит к перезаряду емкости Cк при этом потери тем больше, чем больше емкость ключа и чем больше величина переключаемого напряжения.

В транзисторной схеме (рис. 33 б) считается, что Rн=Rб =>

Для рассмотренного генератора

Для рассматриваемого генератора , а полезной мощности теряется на фронтах импульса (рис. 33 в). Теоретически КПД=100 можно добиться в ГВВ с напряжением в виде меандра и током имеющим косинусоидальную форму. ФВЧ и в схеме служат для облегчения теплового режима генератора (мощность высших гармоник выделяется на , а не на коллекторе).

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ АКТИВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ГВВ.

К преимуществам двухтактной схемы (рис. 34) относятся:

1) Симметричный выход (можно сразу подключить симметричную антенну).

2) Через схему можно провести плоскость симметрии, что уменьшает влияние элементов друг на друга и повышает устойчивость работы.

3) В нагрузке двухтактной схемы постоянная составляющая и токи четных гармоник вычитаются, а нечетных гармоник складываются.

В общем проводе схемы четные гармоники складываются, а нечетные вычитаются. Поэтому если токи ламп одинаковы, то мощность побочного излучения двухтактной схемы очень мала. Если , то в нагрузке двухтактной схемы отсутствует вторая гармоника (так как четные гармоники вычитаются), отсутствует третья гармоника т.к. при отсутствует четвертая гармоника (четная), в нагрузке схемы при остается только пятая гармоника, но она достаточно мала.

Рисунок 34.

Недостатки двухтактной схемы:

1) Число регулировок в ней больше чем в однотактной схеме, поэтому она труднее поддается автоматизации.

2) В двухтактной схеме частичное включение контура в нагрузку каждого каскада, коэффициент включения .

Найдем кажущееся сопротивление для каждой лампы.

- характеристическое сопротивление

- добротность

- токи лампы.

Если в двухтактной схеме неисправность типа обрыв в одной лампе, то мощность каскада уменьшится в два раза, из-за потери мощности неисправной лампы, а исправная лампа перейдет в перенапряженный режим.

УСТРОЙСТВО СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТЕЙ.

В радиопередающих устройствах широко применяются устройства сложения мощностей. В бывшем СССР практически все передатчики выпускались в виде двух полукомплектов.

Полукомплект - передатчик, мощность которого в два раза меньше требуемой.

Полукомплекты работают на мост сложения, кроме того всегда предусмотрен обход моста. Помимо сложения мощностей на мостах сложения, применяют сложение мощностей в пространстве. Два передатчика работают на одной частоте на разные антенны, от возбудителей или синтезаторов, фазовый сдвиг которой регулируется, тем самым создается элемент ФАР (можно управлять ДН).

ПРИНЦИП РАБОТЫ МОСТОВОГО УСТРОЙСТВА СЛОЖЕНИЯ

МОЩНОСТЕЙ ДВУХ ГЕНЕРАТОРОВ.

Представленная схема (рис. 35) объясняет принцип, но на практике ее применить нельзя так как нельзя обеспечить общую точку для Rн и генератора. На практике применяют Т-образную мостовую схему изображенную на (рис. 36), здесь общая точка обеспечена.

Рисунок 35. Рисунок 36.

Найдем КПД мостовой схемы сложения мощностей :

Следовательно мостовой схемы сложения всегда достаточно высок.

Пример реализации предыдущей схемы на трансформаторе (рис. 37).

Рисунок 37.

ДВУХТАКТНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ.

В современных передатчиках стремятся исключить (насколько это возможно) органы управления и настройки.

Один из элементов, требующий настройки – умножитель частоты.

Умножитель частоты - это ГВВ, контур которого настроен на вторую или выше гармонику.

При переходе с одной частоты на другую контур необходимо перестраивать.

На (рис. 38) изображен умножитель частоты на два, не нуждающийся в перестройке.

Рисунок 38.

- входная цепь согласования транзисторов;

- выходная цепь согласования;

- дополнительное сопротивление коррекции (включение этого сопротивления позволяет добиваться косинусоидальной формы базового тока; - блокировочная цепь;

- ФНЧ.

В рассматриваемой схеме нагрузка включена в общий провод двухтактной схемы, поэтому четные гармоники складываются, а нечетные вычитаются (четвертая срезается).

Нагрузкой является ФНЧ, частота среза которого выбирается такой, чтобы в заданном диапазоне частот пропустить вторую гармонику и не пропустить четвертую.

УСТРОЙСТВА СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ НА СВЧ

КВАДРАТУРНЫЙ МОСТ.

Рисунок 39.

В диапазоне ОВЧ и СВЧ в мостовых устройствах сложения мощностей (рис. 39) применяются элементы с распределенными параметрами (узкополосные мосты сложения). В зависимости от фазовых соотношений между напряжениями на развязанных входах, мостовые схемы сложения классифицируют:

а) синфазно-противофазные, и либо синфазны либо противофазны;

б) квадратурные, и в квадратуре (сдвиг на 90гр.).

в) синфазно-квадратурные (на одной паре развязанных входов напряжения синфазны либо противофазны, а на другой паре в квадратуре).

В этой схеме в нагрузке токи складываются, а в - вычитаются.

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ

ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ШГВВ).

К широкополосным ГВВ относят такие ГВВ, которые без перестройки генерируют напряжение на выходе, при изменении частоты на входе не менее чем на октаву.

- октава

ШГВВ необходимы для того, чтобы обеспечить работу РПУ без перестройки в достаточно большом диапазоне частот, например в ВЧ .

Имеется теоретическое положение (соотношение Боде),которое устанавливает взаимосвязь между входной мощностью и шириной полосы пропускания, которую может обеспечить один усилительный каскад.

Соотношение Боде, справедливо для однокаскадного усилителя.

УСИЛИТЕЛЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ (УРУ).

В УРУ (рис.40) в сеточной и анодной цепях – искусственные длинные линии, элементами которых являются входная и выходная емкости ламп. Поэтому в УРУ емкости не суммируются, как при параллельном соединении ламп.

Рисунок 40.

Для УРУ соотношение Боде: , где n-число ламп в УРУ.

Широкополосность УРУ объясняется тем, что для большинства частот в УРУ всегда выполняются условия: длина линии УРУ меньше четверти волны.

В УРУ, в анодной цепи усиливаются только те волны напряжения, которые синфазны волне напряжения, распространяющейся в сеточной линии (Бриг - РПУ на УРУ).

На основе УРУ могут быть реализованы передатчики (обычно в ВЧ диапазоне) полностью автоматизированные, структурная схема которых содержит УРУ и октавные фильтры на выходе (для ВЧ диапазона - четыре фильтра).

Недостатки УРУ:

1) низкий КПД (для однотактных УРУ теоретический КПД ғ 20%, реальный ғ 8-10%, для 2-х тактных УРУ можно получить КПД примерно 50%);

2) в УРУ лампы работают в неодинаковом режиме (первые лампы работают в недонапряженном режиме, а последние в перенапря-женном). Для устранения этого линию можно сделать неоднородной.

Достоинство УРУ в том, что даже при больших КСВ (несогласованность с нагрузкой) УРУ достаточно долго выдерживает этот режим.

В настоящее время в РПУ основное место занимают транзисторы, а УРУ на транзисторах не применимо, так как выходное сопротивление транзисторов мало, а следовательно и добротность колебательной системы мала, а при малой добротности ширина пропускаемых частот всегда большая.

ГВВ С НАГРУЗКОЙ В ВИДЕ ТРАНСФОРМАТОРА.

Транзисторно-трансформаторные каскады позволяют обеспечить требуемую широкополосность. ГВВ с нагрузкой в виде трансформатора изображен на (рис. 41 а), где - входная емкость нагрузки.

- индуктивность рассеяния первичной обмотки.

- индуктивность первичной обмотки.

- число витков первичной обмотки.

- активное сопротивление первичной обмотки.

Эту схему можно преобразовать (рис. 41 б).

рисунок 41.

Для СЧ, НЧ и ВЧ некоторые элементы схемы можно не рассматривать (рис. 41 в). На (рис. 42) представлен график зависимости Ku(f) коэффициент передачи от частоты.

Рисунок 42.

Вывод:

Обычный трансформатор не может работать в достаточно широкой полосе частот. Это обусловлено тем, что на НЧ мала индуктивность первичной обмотки, а на ВЧ мешает индуктивность рассеяния. Увеличить индуктивность первичной обмотки на ВЧ можно за счет применения сердечников из феррита. Уменьшить индуктивность рассеяния можно путем рационального конструирования трансформаторов, однако полностью избавиться нельзя.

В широкополосных ГВВ избавиться от индуктивности рассеяния можно, применяя трансформаторы-линии. В этих трансформаторах индуктивность рассеяния является элементом длинной линии.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ В РАДИОПЕРЕДАТЧИКАХ.

На НЧ мощность транзисторов примерно равна 1кВт.

В диапазоне 1-2ГГц мощность транзисторов примерно равна 1Вт. В диапазоне 50-100 кГц мощность транзисторов примерно равна 5-20кВт.

К преимуществам транзисторов относятся:

1) отсутствие накала;

2) большое время наработки на отказ (порядка 100 тыс. часов);

3) малые эксплуатационные расходы транзисторных передат-чиков.

Недостатки:

1) Малая единичная мощность транзистора (1кВт на ВЧ, 1Вт на СВЧ).

В настоящее время наибольшее распространение получили биполярные транзисторы, а на втором месте – полевые (МДП).

МОЩНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.

Маломощные ВЧ транзисторы имеют одноэмиттерную структуру, поэтому их входное сопротивление достаточно высокое и они могут управляться генератором гармонического напряжения. Мощные ВЧ транзисторы для получения больших токов имеют многоэмиттерную структуру (большое число элементарных эмиттеров соединено параллельно), поэтому входное сопротивление такого транзистора мало, и управлять им можно только генератором тока.

ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ.

Электронные лампы считаем безинерционным прибором, ее свойства не зависят от частоты (до предельной частоты примерно равной 700 МГц).

В отличие от электронной лампы инерционные свойства транзистора проявляются практически на всех частотах (рис. 43)

Рисунок 43.

- статический коэффициент усиления в схеме с общим

эмиттером ( - в системе - параметров).

-частота, на которой модуль коэффициента передачи равен

- частота, на которой модуль коэффициента передачи равен

единице

Низкие частоты от до . Здесь можно считать, что модуль коэффициента передачи равен коэффициенту передачи.

Средние частоты от до 3, модуль коэффициента передачи равен 0.7 от коэффициента передачи.

Высокие частоты > 3

В отличие от электронных ламп частотные свойства транзисторов проявляются на всех частотах, поэтому вести расчет транзисторного генератора по статическим ВАХ нельзя (можно только в диапазоне НЧ).

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ТРАНЗИСТОРА.

На (рис. 44) изображена схема Джоколетта, где

- индуктивность базового ввода,

- распределенное сопротивление области базы,

- начальное напряжение смещения входных характеристик,

- емкость перехода база-коллектор,

- распределенное сопротивление коллекторного перехода,

- индуктивность ввода коллектора,

- диффузионная емкость перехода база-эмиттер когда

транзистор открыт,

- барьерная емкость когда транзистор закрыт

- ключ эмиттера (разомкнут - транзистор закрыт),

- генератор тока,

- индуктивность ввода эмиттера.

Рисунок 44.

Входные и переходные характеристики (рис. 45)

- контактная разность потенциалов.

рисунок 45.

Области работы транзисторов по статическим ВАХ (рис. 70 б).

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ

ГАРМОНИЧЕСКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ.

Схема генератора на (рис. 46). Осциллограммы работы генератора (рис. 47).

Рисунок 46.

Для транзисторного генератора, возбуждаемого гармоническим напряжением на НЧ, форма коллекторного и базового токов косинусоидальная с отсечкой, поэтому можно вести расчет по статическим характеристикам, используя коэффициенты Берга.

На СЧ и ВЧ в моменты времени, когда напряжение возбуждения становится отрицательным, транзистор сразу не закрывается, в следствии того, что был накоплен в базовой области заряд неосновных носителей. Транзистор закроется только после того, как заряд рассосется. Это приводит к тому, что форма тока iк отличается от косинусоидальной, а iб начинает преобладать емкостная составляющая и уменьшается постоянная составляющая.

На ВЧ вести расчет по статическим характеристикам и использовать коэффициенты Берга нельзя.

Рисунок 47.

1 - на НЧ 2 - на ВЧ

КОРРЕКЦИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ТРАНЗИСТОРОВ.

Упрощенная эквивалентная схема открытого транзистора (рис. 48), где - сопротивление рекомбинации открытого перехода база-эмиттер.

- диффузионная емкость перехода база-эмиттер.

Можно доказать, что для цепи (рис. 49) коэффициент передачи не зависит от частоты, если постоянные времени равны:

Рисунок 48.

Рисунок 49.

Тогда очевидно, что для коррекции частотных характеристик у открытого транзистора нужна схема (рис. 50).

Рисунок 50.

Эквивалентная схема закрытого транзистора (отмечено пунктиром на рис. 50).

- сопротивление заряда

- барьерная емкость

Рисунок 51.

Коррекция применяется для генераторов, возбуждаемых

гармоническим напряжением. При наличии коррекции форма тока

косинусоидальна, расчет ведут по статическим характеристикам

с применением коэффициентов Берга.

Рассмотренная коррекция называется базовой. Кроме нее

применяют эмиттерную коррекцию (рис. 51).

ГЕНЕРАТОР ВОЗБУЖДАЕМЫЙ ГАРМОНИЧЕСКИМ ТОКОМ.

Рисунок 52.

Схема на (рис. 52), осциллограммы работы на (рис. 53), где

- падение напряжения на

- ток генератора.

- управляющий ток.

- отрицательное напряжение смещения.

- напряжение на емкости.

- суммарное напряжение база-эмиттер.

При возбуждении транзистора гармоническим током форма

коллекторного тока косинусоидальная практически во всем

диапазоне частот.

Рисунок 53.

РАСЧЕТ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИ

НА ЭМИТТЕРНОМ ПЕРЕХОДЕ.

Для нахождения напряжения на эмиттерном переходе, необходимо определить заряд, который накапливается на этом переходе.

Для того чтобы проследить как меняется емкость эмиттерного перехода в зависимости от напряжения (рис. 54 а) аппроксимируем зависимость (рис. 54 б).

Переходим к вольт-кулоновской характеристике (ВКХ) p-n перехода (рис. 55 а).

Напряжение на эмиттерном переходе, полученное из ВКХ имеет угол отсечки равен , а в коллекторной цепи угол

отсечки . (рис. 55 б).

рисунок 54.

Рисунок 55.

Формулы для расчета напряжений :

- частота, при которой модуль коэффициента усиления по

току в схеме с ОЭ равен единице.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА МОЩНОГО БПТ.

Задано:

АВТОГЕНЕРАТОРЫ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ.

Автогенератор в радиопередатчике является первичным источником колебания, амплитуда и частота которого определяются только собственными параметрами схемы и должны мало зависеть от внешних условий и их изменений. Требование высокой стабильности частоты АГ однозначно приводит к тому, что мощность на его выходе мала.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АГ :

- частотный коэффициент передачи ОС

К2 - частотный коэффициент передачи цепи ГВВ

ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА АГ

В этой схеме транзистор включен в контур в трех точках (рис. 56).

рисунок 56.

Для соблюдения баланса амплитуд . Это возможно в двух случаях:

индуктивная 3-х точка. емкостная 3-х точка.

- всегда имеют разные знаки.

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ АГ

На (рис. 57) - изображена схема индуктивной 3-х точки.

рисунок 57.

На (рис. 58) - емкостной 3-х точки.

Рисунок 58.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ.

Для передатчиков, работающих в диапазоне частот (вещательные передатчики НЧ, СЧ, ВЧ диапазонов магистральные передатчики ВЧ диапазона и др.). Необходимо обеспечивать стабилизацию частоты в диапазоне частот.

СТАБИЛИЗАТОРЫ ЧАСТОТЫ СОВРЕМЕННЫХ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ.

Синтезаторы бывают цифровые и аналоговые. Обычно цифровые синтезаторы частоты формируют сетку частот.

Сеткой частот называют дискретное значение частот стоящих друг от друга на шаг сетки (1МГц, 1.1, 1.2МГц, 1.3МГц и т.д.)

В настоящее время имеется два класса синтезаторов, отличающихся по принципу работы: синтезаторы, построенные по методу синтеза частот и синтезаторы, построенные по методу анализа частот.

СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АГ

w=1/_L*C, w/w=L/L+C/2C

Стабильность частоты АГ в основном определяется

стабильностью индуктивности АГ и емкости АГ.

Относительная нестабильность частоты АГ

Э=f/f=(f1-f2)/f2=10^(-3)

для колебательного контура из катушки индуктивности L и выпускаемой промышленностью емкости C.

Способы повышения стабильности частоты АГ:

1) Применение термокомпенсационных элементов (например два конденсатора, один с положительным, а другой с отрицательным температурными коэффициентами);

2) Повышение добротности контура;

3) Применение схем АПЧ.

КВАРЦЕВЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР

КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР.

Механические колебания, совершаемые кварцевой пластиной при резонансе имеют очень высокую стабильность. Этим колебаниям отвечает переменное электрическое поле с той же стабильной частотой колебания.

Параметры кварцевого резонатора следующие:

1) эквивалентная индуктивность кварца L 1-1.2мГн;

2) емкость кварца C 0.01-0.02пФ;

3) сопротивление потерь 0.1-1Ом;

Это отвечает добротности 10^5-10^6 .

Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на (рис. 59),

рисунок 59.

где

- емкость кварцедержателя;

- частота параллельного резонанса;

- частота последовательного резонанса.

СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Для передатчиков, работающих в диапазоне частот (вещательные передатчики НЧ, СЧ, ВЧ диапазонов, магистральные передатчики ВЧ диапазона и др.). Необходимо обеспечивать стабилизацию частоты в диапазоне частот.

СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТЫ СОВРЕМЕННЫХ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ.

Синтезаторы бывают: цифровые и аналоговые. Обычно цифровые синтезаторы частоты формируют сетку частот.

Сеткой частот называется дискретное значение частот, отстоящих друг от друга на шаг сетки (1МГц, 1.1, 1.2МГц, 1.3МГц и т.д.).

В радиопередающей аппаратуре наиболее широко используются синтезаторы частот с шагом сетки Гц, где k – целое положительное или отрицательное число, или нуль. При этом значения частот, образующих сетку, описываются соотношением

1.1.

где все независимо друг от друга могут принимать любые целочисленные значения от 0 до 9, а - число значащих цифр в значении максимальной частоты на выходе синтезатора.

Для построения простейшей схемы синтезатора воспользуемся соотношением (1.1.), обозначив в нем 1.2.

Где - коэффициент умножения частоты , принимающий все возможные целочисленные значения

Далее выберем частоту ОКГ так, чтобы выполнялось условие , где - целое число. Подставив в (1.2.), окончательно получим

Структурная схема синтезатора, построенная по методу синтеза частот:

Рисунок 60.

КГ - кварцевый генератор (1МГц),

ПЧ - преобразователь частоты,

ДГ – диапазонный генератор (100-300кГц),

Ф - фильтр (1.1-1.3МГц).

Найдем, чему равна относительная нестабильность частоты возбудителя, построенного по методу синтеза частот:

f/f=fкг/f+fдг/f=fкв.г/f+fдг*fдг/(fдг*f)=

=Экг+Эдг*fдг/f

В синтезаторе частоты по методу синтеза частот относительная нестабильность частоты на выходе определяется нестабильностью частоты диапазонного генератора, умноженное на отношение fдг/fкг, то есть можно получить достаточно низкую нестабильность частоты.

Пример синтезатора по методу синтеза частот представлен на (рис. 60).

fо.г=1МГц; f0=1МГц; ... f 49 0=10МГц

О.Г - опорный генератор;

Фi - полосовые фильтры;

Дi - делители частоты;

П1 - смесители;

МЧ - индикатор частот (датчик сетки частот).

fвых=10/9*f1+fо.г*[(n1-1)/10^(k-1)+(n2-1)/10^(k-2)+...+nk-1]

где

k - число декад;

n - положение переключателя.

Если k=5, fо.г=f1=1МГц и n1=n2=...=n5=1,

то fвых=1,1111МГц

Если n1=n2=...n5=9, то fвых=9.9999МГц

Шаг перестройки 100Гц.

Синтезатор по методу анализа частот изображен на (рис. 61), где

ФД - фазовый детектор;

ТАЧ - тракт анализа частоты, здесь происходит установка нужной частоты;

УЭ - усилительный элемент.

Синтезатор частоты, построенный по методу анализа частот содержит тракт анализа, в котором частота с выхода управляемого генератора подвергается анализу. Анализ заключается в том, что с помощью различных преобразований (сложение, умножение, деление) значение частоты делают равным частоте опорного кварцевого генератора. Таким образом синтезатор по методу анализа представляет собой систему автоподстройки частоты, в которой установка частоты осуществляется в тракте анализа.

Схема синтезатора по методу анализа:

рисунок 61.

где

ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления,

УЭ - управляющий элемент.

Эта схема получила наиболее широкое применение.

КВАРЦЕВЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР В РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ.

Обычно в кварцевых генераторах различают две основные схемы: осцилляторную схему и схему с затягиванием. В осцилляторных схемах (рис. 61а, схема кварцевого генератора, полученная на основе емкостной 3-х точки) эквивалентное сопротивление кварца может быть индуктивным или емкостным либо значительным активным сопротивлением.

рисунок 61а.

В схемах с затягиванием (рис. 61б, кварц в цепи ОС) кварцевый резонатор работает на частоте последовательного резонанса и имеет обычно незначительное активное сопротивление.

рисунок 61б.

ДВУХКАСКАДНАЯ СХЕМА КВАРЦЕВОГО АВТОГЕНЕРАТОРА

СХЕМА БАТЛЕРА.

В схемах с затягиванием КР работает на частоте последовательного резонанса, имеет маленькое чисто активное сопротивление, поэтому обычно устанавл. в цепи положит. обратной связи.

Схема Батлера - двухкаскадная схема, в которой первый каскад включен по схеме с общей базой, а второй по схеме с общим коллектором. Такое включение позволяет получить наилучшее согласование в цепи ПОС. Эта цепь является частотно-избирательной, поэтому связь обеспечивается только на одной частоте последовательного резонанса.

Рисунок 62.

Первый каскад с ОБ, второй каскад с ОК.

Для согласования выхода схемы с общей базой со входом схемы с общим коллектором, применяется частичное включение контура как со стороны коллектора так и со стороны базы.

ВЫХОДНЫЕ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ ЛАМПОВЫХ

И ТРАНЗИСТОРНЫХ ГВВ

Структурная схема выходной цепи согласования изображена на (рис. 63)

рисунок 63.

где - амплитуда колебательного сопротивления на аноде.

- первая гармоника анодного тока.

Выходная цепь согласования представляет собой четырехполюсник А, нагруженный в общем случае на комплексное сопротивление . Следовательно этот четырехполюсник является трансформатором, который преобразует в активное сопротивление, равное выходному сопротивлению генератора. Обычно равно сопротивлению нагрузки в критическом режиме.

Рассмотренная задача является задачей согласования выходного сопротивления активного элемента с нагрузкой. При решении задачи согласования в выходной цепи генератора устанавливается режим бегущей волны. Если согласования нет, то в четырехполюснике А появляется стоячая волна. В этом случае четырехполюсника не равно активного элемента, а может быть либо больше, либо меньше. Если больше то режим перенапряженный (лампа выйдет из строя по сетке), если меньше, то недонапряженный (лампа выйдет из строя по катоду).

Второе требование к четырехполюснику в анодной цепи-фильтрация высших гармонических составляющих (четырехполюсник должен пропустить первую гармонику анодного тока и не пропустить все остальные). В нагрузке мощность на любой гармонике не должна превышать 50мВт. (согласно требованиям МККР).

Для настройки четырехполюсника анодной или коллекторной цепи (узкодиапазонная колебательная цепь) минимально необходимы две регулировки: 1-я для настройки контура в резонанс, вторая для регулировки связи с нагрузкой (регулировка связи с нагрузкой позволяет компенсировать ре активную составляющую нагрузки).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СОГЛАСОВАНИЯ ДЛЯ ПРОСТОЙ

СХЕМЫ АНОДНОЙ ЦЕПИ.

рисунок 64.

(Рис. 64 ), где - обычно индуктивность;

- обычно емкость.

- сопротивление потерь.

Условие согласования для одноконтурной колебательной системы:

ЗАДАЧА ФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ПРОСТОЙ СХЕМЫ АНОДНОЙ ЦЕПИ

Под коэффициентом фильтрации будем понимать отношение:

- ток n-ной гармоники в анодной цепи лампы;

- ток первой гармоники в анодной цепи лампы;

- ток n-й гармоники в антенне;

- ток первой гармоники в антенне.

Коэффициент фильтрации показывает, во сколько раз отношение тока n-й гармоники к току первой гармоники в анодной цепи, больше отношения этих токов в анодной цепи.

Найдем, чему равен коэффициент фильтрации для простой схемы (рис. 65 а).

рисунок 65.

- полученная формула позволяет найти коэффициент фильтрации для схемы, где фильтрация производится через емкость.

В схеме с фильтрацией через индуктивность (рис. 65 б):

Увеличение коэффициента фильтрации может быть достигнуто с помощью многоконтурных колебательных систем.

Коэффициент фильтрации сложной многоконтурной схемы равен произведению коэффициентов фильтрации одноконтурных схем (рис. 66).

рисунок 66.

На практике в настоящее время одноконтурные колебательные системы применяются для радиопередающих устройств мощностью до 5кВт. Для радиопередающих устройств мощностью до 30кВт применяются двухконтурные колебательные системы, для радиопередающих устройств мощностью до 250кВт применяются трехконтурные колебательные системы, для радиопередающих устройств мощностью до 500кВт и более применяют четырех- и пятиконтурные колебательные системы.

В настоящее время наиболее распространенной колебательной системой является одно-, двух-, трехконтурная колебательная система в виде П - контуров ФНЧ (рис. 67).

Рисунок 67.

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Модуляция - управление колебаниями ВЧ по закону сообщения.

При АМ по закону сообщения изменяется амплитуда.

- мощность в режиме несущей (телефонная),

- максимальная мощность, где m - коэффициент модуляции,

- средняя мощность,

То есть мощность при АМ сильно зависит от m.

Но несмотря на низкий КПД и эффективность, АМ, в виду своей простоты широко применяются на НЧ и СЧ.

СЕТОЧНАЯ (БАЗОВАЯ) АМ.

рисунок 68.

В рассматриваемой схеме (рис. 68) напряжение смещения изменяется по закону сообщения, что приводит к изменению положения рабочей точки на статической ВАХ (рис. 70 б).

Обычно коэффициенту модуляции отвечает точка на перегибе характеристики (точка критического режима).

Точка телефонного режима находится из соотношения:

Точка, отвечающая минимальной мощности и минимальному току, может быть найдена:

При модуляции смещением критический режим соответствует только коэффициенту модуляции . Все остальные точки на динамической характеристике расположены в недонапряженном режиме с низким КПД. Минимальный КПД соответствует режиму минимальной мощности. Режим модуляции вниз наиболее опасный с точки зрения анодной цепи, т.к. в этом случае на аноде выделяется практически вся мощность источника питания.

Достоинством схемы с сеточной (базовой) модуляцией является то, что требуемая мощность модулятора незначительна (такого же порядка как для возбуждения сеточной или базовой цепи).

Основной недостаток - низкий КПД.

Еще одним недостатком является нелинейность начального участка статической ВАХ лампы (транзистора). Это приводит к появлению нелинейных искажений. Уменьшение нелинейных искажений обычно достигается введением ООС и коррекцией.

КПД каскада с сеточной (базовой) модуляцией равен 30...40%. Поэтому они применяются в РПдУ мощностью не более 1кВт.

В более мощных передатчиках применяется анодная (коллекторная) модуляция. Примером служит схема, в которой осуществляется двойная модуляция: одна модуляция на анод, а вторая от трансформатора на экранную сетку.

АНОДНАЯ АМ.

При анодной модуляции (рис. 69) лишь при модуляции вверх и при m=1 в генераторе критический режим (рис. 70 ). Телефонный режим и режим минимальной мощности соответствуют перенапряженному режиму. Известно, что в ПНР КПД достаточно высок и практически не изменяется. Поэтому анодная модуляция - модуляция с высоким КПД.

рисунок 69.

Коэффициент полезного действия каскадов с базовой модуляцией , поэтому они применяются в РПдУ с мощностью не более одного кВт. В более мощных передатчиках применяется АМ и КМ. Примером может служить схема, в которой осуществляется двойная модуляция. Одна модуляции осуществляется на анод, а вторая осуществляется на экранную сетку.

Рисунок 70.

При анодной амплитудной модуляции лишь при модуляции вверх и при , в генераторе критический режим. Телефонный режим и режим соответствует перенапряженному режиму. Известно, что в перенапряженном режиме КПД достаточно высок и практически не изменяется. Поэтому анодная модуляция с высоким КПД.

При сеточной модуляции всегда принимается максимальная мощность электронного прибора равный учетверенной мощности в

режиме несущей. При анодной (коллекторной) модуляции обычно

принимают . Это объясняется:

1) При анодной (коллекторной) модуляции электронный прибор лучше используется по току и напряжению;

2) Обычно средний коэффициент модуляции равен 0.3, а бывает очень редко.

Достоинство: высокий КПД

Недостаток: большая мощность модулятора, она составляет от модулируемого каскада. Другим недостатком является необходимость мощного выходного трансформатора в двухтактном УНЧ (модуляторе).

МОЩНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ СОВРЕМЕННЫХ РПдУ

МОДУЛЯТОРЫ КЛАССА Д.

Для повышения КПД модуляторов в настоящее время применяют широтно-импульсные модуляторы (рис. 71 а). В этих модуляторах аналоговый сигнал представляется в виде ШИМ-сигнала (рис. 71 б), в таком виде усиливается, а затем обратно преобразуется в аналоговый сигнал.

Рисунок 71.

Выигрыш за счет того, что сигнал с переменной амплитудой заменяется сигналом с постоянной амплитудой, а усилительный прибор может работать в ключевом режиме с высоким КПД.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА.

Расчет начинается с оконечного каскада, после ВКС, а затем предоконечного и последующих каскадов.

При расчете оконечного каскада первый критический параметр это КПД оконечного каскада. Если КПД в результате расчета на 10% и более выше, чем общий КПД, заданный в техническом задании, то расчет по оконечному каскаду выполнен правильно, до этого момента. Если же КПД менее 10% от заданного или равен КПД заданному, то следует предпринять следующее:

1) изменить напряжение питания (или изменить );

2) применить энергосберегающие режимы работы (где КПД выше: ключевой режим, бигармонический режим) применение различных схем модуляции);

3) изменение угла отсечки (чем меньше угол отсечки, тем больше КПД)

Но есть определенные ограничения: в каскадах передатчиков с амплитудной модуляцией или однополосной модуляцией угол отсечки или . Это же правило касается и двухтактных УК. В передатчиках с частотной модуляцией, фазовой модуляцией или в каскадах усиливающих несущую частоту угол отсечки может быть и иным ( от );

4) Применение др. транзистора или лампы.

Посчитав КПД оконечного каскада можно переходить к расчету ВКС, т.к. для этого нужно знать .

У передатчика с АМ уровень может колебаться в передатчиках с ЧМ, ОМ, ФМ, ИМ, РРЛ .

После расчета ВКС можно переходить к дальнейшему расчету оконечного каскада. При этом надо следить за тем, чтобы предельно допустимые параметры не превышались в ходе расчета (/ транзистор), из справочника, лампы тоже самое (анод-сетка). Расчет по формулам до Кр. Кр должно быть от 5 до 25. Исключения: в схеме с ОБ и на ВЧ Кр может быть от 2,5 до 25, для составных транзисторов Кр достигает 50, но не более. Для лампы Кр должно быть от 20 до 200 (общий катод) 5 до 50 (общая сетка).

ФИЛЬТРАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК АНОДНОЙ ЦЕПИ.

Коэффициентом фильтрации называется отношение частных от деления: тока n-й гармоники в анодной цепи лампы к току первой гармоники, тока n-й гармоники в антенне к току первой гармоники в антенне.

n-я гармоника – все гармоники, начиная с 2, бигармонич. (2 расчета: n=2 и n=3)

- значение коэффициента фильтрации в простой схеме анодной цепи, где нагрузка включена в цепь индуктивности, Q – добротность нагрузочного контура лампы.

- нагрузка вкл. в емк. цепь

Для n – контура

Для 2-х контуров ВКС - коэффициент фильтрации любой сложной схемы равен произведению коэффициентов фильтрации простых схем.

Коэффициент фильтрации для трехконтурной системы равен:

, Q – из характ. сопротивления цепочки.

КПД генератора и КПД анодного контура.

Общая R потерь в нагрузке равно сумме сопротивления потерь в из-за их не идеальности и сопротивление потерь в контуре, обусловленное передачей энергии в нагрузку.

При отсутствии нагрузки: , - добротность ненагруженного контура или Х.Х.

Увеличение приводит к росту , но добротность нагруженного контура уменьшается, а это приводит к уменьшению сопротивления анодной нагрузки , следовательно с ростом будет уменьшаться электронный лампы.

Существует оптимальное значение величины , когда электрон. большой и контура большой, для этого в передатчиках регулируется связью оконечного каскада с антенной. Следовательно при настройке передатчика связь антенны с оконечным каскадом должна быть оптимальной, что соответствует max КБВ.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПРОСТОЙ АНОДНОЙ ЦЕПИ

С КОНДУКТИВНОЙ СВЯЗЬЮ С НАГРУЗКОЙ.

Пусть энергетический расчет лампы произведен и известно:

Расчет: вначале находится