КОММЕРЦИЯЛЫҚ ЕМЕС АКЦИОНЕРЛІК ҚОҒАМ

 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 

Телекоммуникациялық жүйелер кафедрасы

 

 

РАДИОТАРАТУ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Дәрістер жинағы

 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Сакажанова Э.К., Артюхин В.В., Гладышева Н.Н. Радиотарату құрылғылары. 050719 - Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандықтарының барлық оқу түрінің студенттеріне арналған дәрістер жинағы .

 

“Радиотарату құрылғылары” курсы өз бетінше оқығанға көмек ретінде арналған. Дәрісте таратқыштарды дамытудағы негізгі жолдар және радиотарату құрылғыларын дамытудағы техникалық есептердің шешімдері көрсетілген. Жалпы дәріс радиотарату құрылғыларында болатын құбылыстарды терең түсіну үшін қажет және студенттердің берілген курсты оқыған кезде қандай сұрақтарға, тақыраптарға және аспектілерге көп көңіл бөлу керек екендігі түсіндіреді. Радиотарату құрылғыларының дамуы бір орында тұрмайды, радиотаратқыштың техникалық көрсеткіштерін пайдаланудағы жаңа тәсілдер, ақпарат таратудағы жаңа стандарттар табылуда, сондықтан дәрістер жинағында таратқыштардың сұлбаларын құрау ұстанымдарынан бөлек берілген тақырыпты оқу кезінде пайдаланылатын әдебиетке нұсқаулар көрсетілген. Радиотарату құрылғыларында болатын құбылыстарды түсіну үшін негізгі құрылымдық және ұстанымды сұлбалар көрсетілген.

Дәрістер жинағы бакалавриаттар үшін 050719 - Радиотехника, электроника және  телекоммуникация  мамандығының студенттеріне арналған.

 

Кіріспе

 

Радиотарату құрылғылары радиотехникада негізгі орындардың бірін алады. Соңғы жылдардағы радиотарату құрылғылары техникасының дамуы, жаңа техникалық бағыттардың пайда болуы, таратқыштардың техникалық сипаттамаларының нормативтерінің өзгеруі, жаңа элементтік негіздің  пайда болуы – осының бәрі тек қана радиотаратқыштарда болатын құбылыстарды түсіну, оқу қажеттігін анықтап қана қоймай, сонымен қатар оларды дамытудағы алғы шарттарды еңгізу болып табылады.

Радиобайланыс, радиотарату және  теледидар техникасында дамытудағы  алғы шарттар және жүйелер анықталды. Осындай жүйелерге біржолақты радиотарату, цифрлық радиотарату, әртүрлі қозғалмалы объектілері бар байланыс жүйелері, радиотелефондар, сымсыз телефондар, жерсеріктік теледидар және т.б. жатады. Жаңа технологиялық шешімдердің бірнешеуі орын алды: өрістік транзисторлар негізінде, модульдік ұстаным бойынша жасалған теледидарлық және орта толқынды таратқыштар, Д классына жататын ДЖ қуатты күшейткіштері УЖЖ және АЖЖ диапазондарына арналған Шотки  жапқышы бар транзисторлық күшейткіштер, жаңа сызықты транзисторлар негізінде жасалынған  теледидарлық дабылдарды видео және дыбыстық ортақ сүйемелдеу күшейткіштері және т.б.

Қысқартылған дәрістегі материалда бәрі жазылмағандықтан студент керекті ақпаратты оқып, ал қалғаны студенттің өзіндік талабына байланысты болады. Сонымен қатар берілген ақпаратсыз басқа курстарды, соның ішінде жылжымалы байланыс жүйелері, көпарналы жүйелер, жерсеріктік және радиорелелік жүйелер және т.б. оқу мүмкін емес.

 

 

1 №1 Дәріс. Радиотарату құрылғыларының белгіленуі және классификациясы

 

Мақсаты:

1.     Таратқыштың белгілеуі және жұмыс істеу ұстанымы.

2.     Таратқыштардың классификациясы.

3.     Таратқыштарды дамытудағы негізгі бағыттар.

 

Радиотарату құрылғылары (РТҚ) – радиодабылды генерациялаушы және құраушы құрылғылар болып табылады. Дабылдың құрылуы (модуляция) ақпарат заңына сәйкес орындалады. Төменде радиожүйелеріндегі таратқыштардың қызметтері және оларға қойылатын негізгі талаптар көрсетілген.

Таратқыштар:

-                    тасымал радиожиілікті генерациялау және оны шығыстағы деңгейге сәйкес етіп күшейту – таратқыштан шығатын қуат;

-                    дабылды алдын ала анықталған деңгей – тасымалданатын ақпарат құрамында   АМ үшін модуляция тереңдігі, ЖМ және ФМ үшін жиілік ауытқуы бар тасымал радиожиілікпен модуляциялау. Құбылыстар шудың және бұрмаланудың минимумымен сүймелденуі қажет;

-                    рұқсат етілген жолақ жиілігінен тыс дабыл минимумының таратылуы. Жолақтан тыс “қате” таратылу МРТ радиобайланыс агенттігінің нормативтеріне сәйкес қатаң бақылауға алынған.

Жоғарыдағыға негізделіп радиотарату құрылғыларының құрамына:

-         жоғарғы жиілікті беруші генератор;

-         модуляциялаушы құрылғы;

-         қуат күшейткіш (ішкі қоздырылуы бар генератор);

-         қоректендіру және бақылау құрылғысы;

Модуляция түрі, жұмыс жиілігі (жұмыс жиілігінің диапазоны) және шығыс қуаты таратқыштың белгілеуі бойынша анықталады. РТҚ-ның жиілік диапазондары және тербеліс қуаттары бойынша классификациялау:

-                    10кГц–100кГц – аса төмен жиіліктер (теңіз деңгейінен төмен орналасқан объектілер – шахталар, сүңгуірлер және т.б.) қуаты 100кВт дейін;

-                    100кГц–250кГц – ҰТ диапазоны ( қуаты 2МВт дейінгі (ПСВ-2000) таратқыштарды пайдаланады);

-                    250-525кГц – радионовигацияда (кемелер, самолеттар) пайдаланылады – 50кВт дейін;

-          525-1625кГц – ОТ диапазоны – 1МВт дейін;

-                    1,5-30МГц – қуаты 200кВт болатын радиотаратқыш станциялар, сонымен қатар магистралды байланыс желілерінің таратқыштары (телеграф,телефон);

-                    35-45МГц – төменгі, стационарлық немесе қозғалмалы байланыс (қала немесе аудан шегінде) қуаты 10-15Вт, жиіліктік модуляция;

-                    48,75-230МГц – теледидарлық арналар жиілігі (метрлік диапазон 12 теледидарлық арна), амплитудалық модуляция, дыбыстық сүйемелдеуі бар жиіліктік модуляция;

-                    66-72МГц – УҚТ диапазоны;

-         140-160МГц – төменгі байланыс;

-         430-1000МГц – ДМТ диапазоны (440-460МГц төменгі байланыс үшін бөлінген);

-                    11ГГц – радиорелелік байланыс, қуаты 40-200Вт болып табылатын жердің жасанды серіктерінің борттық станциялары, қуаты 4-15кВт болатын жерсеріктеріне арналған жерлік таратқыштар, қуаты 4-15кВт болатын тропосфералық байланыс желілерінің таратқыштары;

-                    10^13-10^15Гц – оптикалық байланыс желілері. Таратқыштар түрінде лазерлер және жарықдиодтар (бір оптикалық жиілікте радиодиапазонының бүкіл информациясын беруге болады) қолданылады.

Өзінің белгілеуі бойынша радиотаратушы құрылғылар өзінің кіретін жүйесінің аты болады:

-                    радиобайланыстық (магистралды, аймақты, төменгі, радиорелелі, тропосфералық, жерсеріктік және т.б.);

-         радиотаратқыштық;

-                    теледидарлық (бейне және дыбыстық сүймелденуі бар таратқыштар);

-       радиолокациялық және радионавигациялық;

-       радиотелеметриялық және т.б.

Жиілік диапазонына және тербелмелі қуатына байланысты таратқыштар:

-         радиошамдар;

-         транзисторлар, микроқұрама немесе микросұлба;

-                    АЖЖ техникасы элементтері (магнетрондар, Ганна диодтары, ЖТШ және т.б.) негізінде жасалынуы мүмкін.

Қазіргі кездегі радиотарату құрылғыларын дамытудағы негізгі бағыттар:

-                    шығыс қуаты ондаған Вт, 40ГГц-ке дейінгі жиілікте жұмыс істей алатын транзисторлардың жаңа түрлерін жасау;

-                    модуляцияның цифрлық және кедергілерден қорғалған тәсілдерін пайдалану;

-         жоғарғы жиілікті диапазондарды игеру.

 

Әдебиет: [6, 9-15 бет.].

 

2 №2 Дәріс. Ішкі қоздырылуы бар генератор

 

Мақсаты:

1.     ІҚГ белгілеуі және жұмыс істеу ұстанымы.

2.     Шамдық ІҚГ жұмыс ерекшеліктері.

3.     Транзисторлық ІҚГ жұмыс ерекшеліктері.

 

Радиотаратушы құрылғының 2.1 суретте көрсетілген құрылымдық сұлбасындағы негізгі элементтердің бірі болып тұрақты тоқ энергиясын жоғарғы жиілік энергия тоғына түрлендіруші ішкі қозуы бар генератор болып табылады. Осы кезде ішкі қозуы бар генератор шығысынан алынатын тербеліс жиілігі генератор сұлбасындағы элементтер көрсеткішіне тәуелсіз, кіріске берілген тербелістермен анықталады.

Қазіргі заманғы таратқыштардағы ІҚГ күшейткіш құрылғысы ретінде электровакуумдық шамдар, биполярлық және өрістік транзисторлар, Ганна диодтары тасқындық ұшып-өту диоды (ТҰӨД) магнетрондар, клистрондар, жүгіргін толқын шамдары, тиратрондар және т.б. пайдаланылады. Осы күшейткіш құрылғының біреуінің пайдаланылуы қуат және жұмыс жиілігінің диапазонымен анықталады. Аз қуатты генераторлар көбінесе биполярлық транзисторлар негізінде жасалынады.

2.1 Сурет – Радиотаратқыш құрылғысының құрылымдық сұлбасы: БГ – беруші генератор; АК – аралық күшейткіш; СҚК – соңғы қуат күшейткіш; ҚК – коректену көзі; М – модулятор

 

Сыртқы қоздыруы бар шамдық генератор. 2.2 суретте ішкі қоздыруы бар шамдық генератордың қарапайым сұлбасы көрсетілген. Мұнда келесі электрлік тізбектер: анод тізбегі: анодтық қоректену көзі Е_А , тербелмелі контур LC, шамның анод – катод аймағы, байланыстырушы сымдар, басқарушы тор тізбегі: ығысу кернеуінің Е_С көзі, айнымалы кернеу U_С көзі, шамның катод – тор аймағы және байланыстырғыш сымдар; Қыздыру катодының тізбегі: қыздыру кернеуінің көзі, қыздыру сымы және байланыстырғыш сымдар.

Ішкі қоздыруы бар генератор сұлбасында физикалық құбылыстар келесі жолмен анықталады. Қыздыру катодының кернеуі қосылды деп есептесек, катод қыздырылған және электрондық ағынды эмиттерлейді, торлық тізбек кірісіне ығысу Е_С  кернеуі қосылған, шамның анодты – торлық сипатамасында жұмыс нүктесінің бастапқы мәніне қойылады. Осыдан кейін анодты қоректендіргіштің Е_А қоректену кернеуі қосылады. Екі тұрақты кернеулердің Е_А және Е_С қосылуынан тек қана тұрақты анодты тоқ I_А0 тізбек бойынша ағады: + Е_А, контурдың индуктивті тармағы, шамның ішіндегі анод – катоды, - Е_А. I_А0 тоғының мәнін 2.3 суретте көрсетілгендей статикалық сипаттама бойынша анықтауға болады, тұрақты анодттық тоқ тізбегіне қосылған амперметрді А₀ өлшеу арқылы (2.2 сурет).

 

 

 

 

 

 

 

  Сурет – Сыртқы қоздыруы бар шамдық генератор

 

 

 

 

 

 

 

 3 Сурет – Кернеудің және ІҚГ тоқтардың сызбалары

 

Күшейту керек жоғарғы жиіліктің кернеуі кіріс торлық шамның тізбегіне беріледі. Бұл кернеуді қоздырғыш кернеу деп атайды. Талдаудың қарапайымдылығы үшін оны косинусойдалды деп алады.

 

                                                                                               (2.1)

 

мұнда U_C – қоздыру кернеуінің амплитудалық мәні. Айнымалы қоздыру кернеуінің әсерінен анод тізбегіндегі тоқ өзгереді

 

                                                                                     (2.2)

 

мұнда I_A0 – анодты қоректену көзін тудыратын тұрақты құраушысы;

I_A~ - қоздыру кернеуінің әсерінен анодты тоқтың айнымалы құраушысының амплитудалық мәні.

Анодты тоқтың айнымалы құраушысы тізбек бойынша: шам ішіндегі анод – катоды, қоректену көзі арқылы (конденсатор С_БЛ) шам анодына тербелмелі контур ағады. Қоздыру кернеуінің жиілігі бар резонансқа бапталған анодты тоқтың айнымалы құраушысы үлкен (R_Э = 10 кОм) және таза активті кедергісі бар тербелмелі контур анықтайды. Сондықтан да айнымалы құраушы I_A~ , контурдан өткенде кернеудің төмендеуіне әкеліп соғады

 

         .                                                 (2.3)

 

Шамның күшейткіштік қасиеті нәтижесінде U_шығ = U_А кернеуі қоздыру кернеуінің торына әкелінгені көбірек болады. Генератор кірісіне берілген тербеліс контурда тудырылған қуат тербеліс қуатынан үлкен болады. Сол себептен генератордың жұмысы кезінде кіріске әкелінген тербелістердің қуат бойынша күшейтілуі жүреді.

Ішкі қоздырылуы бар транзисторлық генератор. Тербеліс күшейтілуінің процессі мына сұлбада келесідей болады. Коллекторлық қоректену көзінің Е_К шығыс тізбекте әлсіз бастапқы тоқ ағады, ол колектордың кері тоғы деп аталып және I_КЭ0 деп белгіленеді. 2.5 суретте көрсетілгендей ортақ эмиттерлік сұлба үшін коллектордың кері тоғы I_КЭ0. 0 – ге тең база тоғы кезінде анықталады. Коллектордың кері тоғы мына тізбек бойынша: +Е_К, контур LС, транзистордың коллектор – база – эмиттері, –Е_К. коллектордың кері тоғының мәні заряд тасымалдаушылардың негізгі емес концентрациясымен анықталады, сондықтан коллектордың кері тоғын көп жағдайда ескермеуге болады.

 

 

 

 

              2.4 Сурет – Ішкі қоздырылуы бар транзисторлық генератор сұлбасы

 

 

 

 

 

 .5 Сурет – ОЭ бар сұлбасындағы транзистордың шығыс сипаттамалары

 

Транзистордың кіріс тізбегіне жұмыс нүктесінің бастапқы орнына қою үшін тұрақты ығысу кернеуі Е_БЭ қосылады. Осылай транзисторға өтудегі бастапқы режимде екі тұрақты керну қосылған: ығысу Е_БЭ және қоректену Е_К. Осы кезде транзистор тізбегінде тек тұрақты тоқтар ғана өтеді.

Айнымалы қоздыру кернеуі қосылған кезде  кіріс тізбегінде кіріс тоқтың айнымалы құраушысы пайда болады, мына тізбек бойынша: қоздыру кернеуінің көзінен (1 нүктесі, 2.4 сурет) база – эмиттер, қоздыру көзіне (2 нүктесі). Транзистор электрондық құрылғы болып табылатындықтан тоқпен басқарылады. Бұл дегеніміз эмиттерлік өткеліндегі U_ЭБ кернеудің кіріс I_Б өзгеруіне, сонымен қатар I_K кіріс тоқтарының өзгеруіне әкеледі. I_K айнымалы құраушысы кіріс тізбегімен ағады: коллектор – эмиттер, қоректену көзі Е_K  арқылы (С_БЛ  арқылы), LС контуры, коллектор. Контурдағы коллекторлық тоқтың айнымалы құраушысы кернеудің айнымалы түсуін тудырады , оның мәні кірістегіге қарағанда көбірек. Осы себептен ішкі қоздырылуы бар трнзисторлық генераторда тоқ, кернеу және сәйкесінше қуат бойынша тербелістерді күшейту орындалады.

 

Әдебиет: [6, 16 – 41 бет.].

 

3 №3 Дәріс. Бірінші және екінші реттік тербелістер бойынша генератордың жұмыс режимі

 

Мақсаты:

1.                ІҚГ негізгі жұмыс режимдерінің ерекшеліктері.

2.                Сызықты күшейту режимі.

3.                Шығыс тоғын сейілтуі бар күшейту режимі.

 

Бірінші және екінші реттік тербелістер бойынша генератордың жұмыс режимі. Генератордың айнымалы тоқ і_шығ генератордың шығыс тізбегіндегі тербеліс периоды кезінде өтетін режим бірінші реттік тербеліс режимі деп аталады. Мұндай режим іске асу үшін бастапқы орындағы жұмыс нүктесін күшейткіш құрылғының вольт-амперлік сипаттамасындағы сызықты бөліктің ортасынан таңдайды. 3.1 суретте шамның Е_С  = 0 болғандағы анод-торлық сипаттамасының бірінші реттік тербеліс режимінде жұмыс нүктесін таңдау көрсетілген.

Генератордың кіріс тізбегінде тек қана тұрақты ығысу кернеуі болған кезде, яғни е_С =Е_С , шығыс тізбекте тек қана I_А0 тұрақты тоғы ағады. Тұрақты тоқ үшін контурдағы катушка кедергісі аз болғандықтан ондағы кернеудің түсуін есептемейміз. Онда шығыс тізбегінің қорек көзіндегі барлық кернеу Е_А (3.2 сурет) анодқа қосылады, яғни е_А=Е_А0. Мұндай жағдайда қоректендіру көзі Р₀ = I_А0 Е_А0 қуатты пайдаланылады. Мұндай қуат әкелінетін деп аталады.

Сонымен, кіріс тізбегінде тек қана тұрақты кернеу ығысуы және қоздыру кернеуі болмағандықтан қорек көзі пайдаланылатын барлық қуат анодта жылу түрінде бөлінеді Р₀ = Р_А.

 

 

 

 

 

 

 

             

                         3.1 Сурет – Бірінші реттік тербеліс кезіндегі тоқ және кернеу сипаттамалары                        

Айнымалы қоздыру кернеуін басқарушы тор тізбегіне қосқан кезде қорытындылаушы кернеу жасалынады . Мұндай жағдайда тұрақты анодты тоқтан басқа шығыс тізбегінде қосымша айнымалы анодты тоғы I_A~  өтеді. Осының қорытындысында анодты тоқ тордағы кернеу заңы бойынша өзгереді . Оң жарты период кезінде анодтың тұрақты мәніне қарағанда I_А0  электрондық ағын үлкен (3.1, б суреттегі t₂–t₄ аймағы), ал теріс (3.1, б сурет t₄–t₆  азырақ). Контур резонансқа бапталғандықтан (R_Э  үлкен), контурда кернеудің көп төмендеуі туады

 

.

 

Айнымалы кернеу U_K  контурлық деп аталатын контурда і_к толқын тудырады. Контурлық тоқтың і_к  мәні айнымалы анод тоғына қарағанда Q есе үлкен , мұндағы Q контур сапалылығы. Контурдағы тоқты 2.2 суретте көрсетілгендей амперметрмен А₂ өлшейді. Қорытындысында контурдағы кернеу өзгерісі 3.2 суретте көрсетілген. Қорытындылаушы кернеудің шектік лездік мәндері бірінші реттік тербелістер кезіндегі қозумен анықталады.

 болғанда  мәні және анодтағы қорытыннды кернеу минима болады . Кернеудің бұл мәнін қалдық кернеу деп атайды.  болғанда  болады және анодтағы қорытынды кернеу максималды болады . Контурдағы U_K  аиплитуда кернеуі қорек көзі кернеуіне жақын мән болуы мүмкін, яғни . Сонымен анод кернеуінің лездік мәні нөлден Е_А екі еселенген мәніне дейін өзгереді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Сурет – Бірінші реттік тербеліс кезіндегі ІҚГ тоқ және кернеудің өзара фазалық қатынастар сипаттамасы

 

 

                                                                                                                       (3.1)                                                                                            

3.2 суретте генератордағы кернеу мен тоқ арасындағы фазалық қатынасты сипаттайтын уақыттық диаграммалар көрсетілген. Оларды қарастыра отырып, анод және катод арасындағы кернеу пульсациялаушы екендігін көреміз. Ол анодтық қорек көзінің тұрақты кернеуінен Е_А және контурдағы айнымалы кернеуден и_К. тұрады. Шам анодындағы айнымалы кернеу  генератордың шығыс кернеуі болып табылады. Контур арқылы өтетін анодтық тоқ   және кернеу  фазасы бойынша сәйкес келгендіктен , контурда бөлінетін қуат келесідей

 

                                  .                                                      (3.2)

 Екінші реттік тербеліс генераторының жұмыс режимі. Шығыс тізбегіндегі тоқ қоздыру кернеуінің өзгеріс периодының бір бөлігі кезінде күшейткіш құрылғы (шам немесе транзистор) арқылы өткен кездегі генератордың жұмыс режимі екінші реттік тербеліс режимі деп аталады. Мұндай режимді орнату үшін бастапқы жұмыс нүктесін 3.3 суретте көрсетілгендей етіп ығыстыру қажет. Ол ығысу кернеуін көбейту арқылы алынады. Осы уақытта үш жағдай болуы мүмкін:

 

 

 

 

 

 

 

 .3 Сурет – Екінші реттік тербеліс кезіндегі тоқ және кернеу сипаттамалары

 

а) егер А жұмыс нүктесі сипаттаманың төменгі қисығына ығыстырылса (3.3, а сурет), онда шығыс тоқ күшейткіш құрылғы арқылы тек қана оң жарты периодта ағып өтеді. Теріс жарты период кезінде шығыс тоғы болмайды, яғни тоқтың төменгі бөлігі алынады;

ә) ығысу кернеуін көбейткен кезде жұмыс нүктесі солға қарай ығыстырылады және шығыс тоғы периодтың жартысынан аз уақытта өтеді (3.3, б сурет);

б) егер жұмыс нүктесін оңға қарай ығыстырсақ (3.3, в сурет), онда шығыс тізбегіндегі тоқ жарты периодтан көп бөлігімен ағып өтеді.

Сонымен екінші реттік тербеліс кезінде генератордың күшейткіш құрылғысының шығыс тізбегіндегі тоғы мәні ығысу бағытына байланысты болатын импульстердің периодты тізбектелуі түрінде болады.

Түрі бойынша генератордың шығыс тоғының импульстері: косинусоидалды – косинус түрінде (бірақ оларды синусоида түрінде салған жөн), 3.3 суретте көрсетілгендей; косинусоидалды тұйықталған – косинусоидалды импульстің жоғарғы бөлігі күшейткіштің сипаттамасындағы жоғарғы қисық үшін тұйықталған (3.3, г суреті А импульсі); косинусоидалды жоғарғы сейілуі бар – импульстің жоғарғы бөлігі қиылған (3.3, г сурет В импульсі).

Шығыс тоқтың косинусоидалды импульстері екі негізгі көрсеткішпен сипатталады: импульс амплитудасы  және төменгі сейілу бұрышы .

Импульс амплитудасы деп импульстағы тоқтың максимал мәнін айтады. Төменгі сейілу бұрышы деп (радиан немесе градус) периодтың тоқ өтетін бөлігін айтады. Бұл тоқ нөлден 180⁰-қа дейін болуы мүмкін. =180° болғанда генератор бірнеше ретік тербеліс режимінде жұмыс істейді, ал 0<<180° болғанда екінші реттік тербеліс режимінде. Кернеу күшейткіштерінде  = 90° болғандағы режимді В-класының режимі деп атайды, >90° - АВ-класының режимі, <90° болғанда С-класының режимі.

 

Әдебиет:[6,74-97 бет.].

 

4 №4 Дәріс. Генератордың шығыс тоғының импульсінің гармоникалық талдануы

 

Мақсаты:

1.     Косинусоидалды импульстер құраушылары.

2.     ІҚГ негізгі жұмыс режимдерінің энергетикалық көрсеткіштері.

 

Косинусоидалды түрде болатын периодты тізбектелген импульстердің тоғын талдау үшін Фурье теоремасын пайдаланады. Фурье теоремасына сәйкес тоқтың косинусоидалды импульстерінің периодты тізбектелуі гармоникалық құраушылар және тұрақта құраушылардың қосындысы ретінде берілуі мүмкін

 

           .    (4.1)

 

Мұндағы І_ШЫҒ0 – тұрақты құраушы;

І_ШЫҒ1, І_ШЫҒП - әдетте гармоника деп аталатын гармоникалық құраушылар.

Бірінші гармоникалық құраушы  негізгі болып табылады. Тұрақта құраушы І_ШЫҒ0, сонымен қатар барлық гармоникалар амплитудасы сейілу бұрышына  және импульс амплитудасына тәуелді.

 

                     ,          (4.2)

 

мұндағы  - пропорционалдық коэффициенттері. Оларды бөлу коэффициенттері деп атайды. Ол төменгі сейілу бұрышы  тәуелді және әр құраушы импульс амплитудасының қай бөлігін құрайтындығын көрсетеді.

Бөлу коэффициенттері есептелінген және А.И.Берг деп аталатын кестелерде көрсетілген.

Осы мәліметтер бойынша 4.1 суретте көрсетілген  тәуелділігі тұрғызылған. Оны пайдалана отырып, генератордың энергетикалық көрсеткіштерінің сейілу бұрышына тәуелділігін көруге болады.  коэффициенті  үлкейген сайын көбейеді және =120⁰ болғанда максимумына жетеді.

Бұл дегеніміз тоқтың бірінші гармоникасының амплитудасы =120⁰ болғанда ең үлкен мәнге ие болады. Сонымен тербеліс қуаты да  лкен болады. = 90⁰ болғанда бірінші гармоника амплитудасы = 120°төмен және импульс амплитудасының жартысын құрайды.  мәні сейілу бұрышын үлкейткен сайын көбейеді. Басқа гармоникалардың бөліну коэффициенттерінің тәуелділігін олардың қисығынан көруге болады. Мысал ретінде 4.2 суретте косинусоидалды импульс тоқ құраушысының = 90° болғандағы қисықтары көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Сурет – Берг коэффициенттерінің сипаттамалары

 

 

 

 

 

 

 4.2 Сурет - =90° болғандағы косинусоидалды импульстердің құраушыларға бөліну сипаттамалары

 

Пайдалы әсер коэффициенті. Тоқ жиілігіне кернеу қатынасын ескере отырып, бірінші реттік тербеліс кезіндегі максимал ПӘК-ін анықтау.

 

                                 (4.3)

 

Бірінші реттік тербеліс кезіндегі  35...40℅ құрайды, өйткені  және . Қуатты генераторлар үшін бұл өте төмен ПӘК. Сондықтан шығыс қуаты үлкен болып табылатын радиоқұрылғыларда бірінші реттік тербеліс режимінде генераторлар жұмыс істемейді. Бірінші реттік тербелістер төменгі ПӘК құрылғының энергетикалық көрсеткіштерін төмендетпеген жағдайда пайдаланылады.

Екінші реттік тербеліс режиміндегі генератордың шығыс тізбегінің энергетикалық көрсеткіштері. Екінші реттік тербеліс режиміндегі генератордың шығыс тізбегінің ПӘК-і

 

           .                                            (4.4)

 

Осы теңдікке  және  қоя отырып

 

           .                (4.5)

 Айнымалы кернеу құраушысының  тұрақты құраушыға қатынасы қоректендіру көзінің кернеуін пайдалану коэффициенті деп аталады және (кси) деп белгіленеді. Тәуелсіз қоздырылуы бар генераторларда  коэффициентінің мәнін 0,8...0,95 аралығында алады. Онда ПӘК

 

     .                                                       (4.6)

 

Мысал ретінде = 90° және  = 120° болғандағы ПӘК мәнін анықтайық

 

,  .

 

Егер =1 болса, онда , . Екінші реттік тербелістер кезіндегі ПӘК мәнін бірінші реттік тербелістер кезіндегімен салыстырғанда генератордың шығыс тізбегіндегі екінші реттік ПӘК бірінші ретікке қарағанда үлкен болатынын көреміз.

 тәуелділігін қарастыра отырып екінші реттік тербеліс кезіндегі ПӘК –ті  сейілу бұрышын кішірейту арқылы ала аламыз. Бірақ  азайтқан кезде  тәуелділігінен көріп отырғанымыздай тербеліс қуаты кішірейеді. Генератордың максималды қуаты =120° болады.

Бірақ осы кездегі ПӘК максималды болмайды, себебі =120° болғандағы  үлкен мән береді. Сейілу бұрышын генератор шығысында жеткілікті ПӘК болуы үшін керек, ал - 60...90⁰ аралығында болады.

Тәуелсіз қоздырылуы бар шамдық және транзисторлық генераторлардың кілттік жұмыс режимі. Генератор жұмысының кілттік режимін оның шығысының ПӘК – ін жоғарылату үшін керек.

ПӘК – ті жоғарылату процессін түсіну үшін тұрақты тоқ энергиясын жоғарғы жиілікті тоқ энергиясына түрлендіру физикалық процессін еске алайық. Электрлік өрісте қозғалатын электрондар қорек көзінің энергиясын тартып алады, ал тежелген өрістегі қозғалатын электрондар оған энергиясын береді. Осылайша энергияны түрлендіру процесі жүреді. Бірақ берілген жағдайда процестің тиімділігін анықтау мақсаты, яғни қоректендіру көзінің энергиясының қай бөлігі жоғарғы жиілікті энергия тоғына түрлендірілетіндігі анықталу қажет, әйтпесе генератордың шығыс тізбегіндегі ПӘК анықтау қажет. Көмек ретінде 4.3 суреттегі қисықтарды пайдаланған жөн.

 

 

 

 

 

 

 

 4.3 Сурет – Генератор шығысындағы ПӘК анықтау үшін

 

ПӘК жоғарылату үшін шығыс электродтағы кернеу 4.3 суреттегі 2-ші суретте көрсетілгендей болуы қажет. Мұндай режимді кілт арқылы ажыратылатын генератор кірісіне қоздыру кернеуін беру арқылы алуға болады. Егер генераторды импульстік кернеу арқылы қоздыратын болсақ, онда анод тізбегіндегі (коллектор) тоқ тікбұрышты импульстердің периодты тізбегі түрінде ағады. Шығыс тізбегіне қосылған резонансты контур тек қана бірінші гармоника үшін жүктеменің белсенді кедергісін тудырады. Сондықтан тоқтың кез келген түрінде контурда (анодта немесе коллекторда) гармоникалық заң бойынша өзгереді.

 

Әдебиет: [6,41 - 47 бет.].

 

5 №5 Дәріс. Генераторды қоректендіру сұлбасы

 

Мақсаты:

1.     ІҚГ шығыс тізбегінің қоректенуі.

2.     ІҚГ кіріс тізбегінің қоректенуі.

3.     ІҚГ қорек көзінің жұмыс жиілігіне тәуелділігінің ерекшелігі.

 

Генератордың шығыс тізбегі келесі үш элементтен тұрады: корек көзі, құрылғыны күшейткіш және жүктеме.

Бұл үш элемент өздері бір-бірімен әр түрлі байланысады, олардың үшеуінен құралған шығыс тізбек келесі талаптарды қанағаттандыруы қажет:

-         шығыс тоқтың айнымалы құраушысы жүктеме арқылы өтуі керек;

-                    қуаттың азаюы, айнымалы құраушы арқылы шығарылған басқа да элементтегі шығыс тізбегі жоқ болуы керек;

-                    тұрақты тоқ тізбегіндегі қоректену көзінде радиожиілікті энергияның азаюы болмауы керек.

Генератордың шығыс тізбегіндегі қоректену сұлбасының екі түрі болады: тізбектей және параллель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1 Сурет – Генератордың шығыс тізбегіндегі қоректену сұлбасы

 

Бөлуші конденсатор С_Р сыйымдылығын контурдағы кернеу төмендеуі оның кернеуінің төмендеуінен 5%-тен жоғары болмауы тиіс. Ол шартының орындалуымен іске асырылады, мұндағы , онда .

Дроссель кедергісі r тұрақты тоғына байланысты емес.

Осының бәрін ескере отырып жоғарғы жиіліктегі дроссель индуктивтілігін жұмыс жиілігінің шығыс тоғының айнымалы құраушысы 0.01-ден аса таралмауы керек. Көбінесе .

Шығыс тізбегінің параллель қоректендіру сұлбасының артықшылығы бар:

- пайдаланудағы қауіпсіздік, өйткені контурда жоғарғы тұрақты кернеудің болмауы;

- контурды баптаудағы оператордың жұмысының жеңілдеуі, өйткені конденсатордың роторының жерленуі: бұл кезде таратқыштағы бірнеше каскадтағы конденсаторлар роторларын бір өске біріктіруге болады.

Ортақ эмиттермен қосылған сұлбадағы транзисторлық генератордың кіріс тізбегі деп транзистордың база – эмиттер тізбегін шамдықта – шамның басқарушы тор тізбегін айтамыз.

Кіріс тізбегі үш элементтен тұрады: ығысу кернеуін қоректендіру, қоздыру кернеуі және күшейткіш құрылғы ішіндегі бөлік кернеуі.

Шамдағы осындай бөлік болып тор – катод аралығы, ал транзисторда база – эмиттер аралығы жатады. Ығысу кернеуі күшейткіш құрылғының статикалық сипатамасының жұмыс нүктесінің бастапқы мәніне қою үшін қажет . Қоздыру кернеу тербеліс қуатын тудыратын электрондық ағынды басқару үшін керек.

Генераторлық шамдармен биполярлық транзисторлардың кіріс сипаттамалары веер түрінде орналасқан (5.2 а, б сурет). Генератордың кіріс тізбегінің талдалуының есептеуін ықшамдау үшін реалды кіріс сипаттамаларын идеалды түзу сызықтыға ауыстырады (5.2 в сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Сурет – Шам және транзистордың кіріс сипаттамалары

 

Электрондық шамдар және өрістік транзисторлар негізінде жасалған ІҚГ-да ығысу кернеуі көбіне теріс болады. Биполярлық транзисторлар негізінде жасалған генераторларда ығысу кернеуі ашушы немесе 0-ге тең болады, өйткені бұл құрылғылардың сипаттамалары оң жағында орналасқандықтан.

Егер басқарушы электрод тізбегіндегі (тор, база) тек тұрақты ығысу кернеуі  болса, онда кіріс тізбегінде тоқ болмайды. Шамдық генератор үшін сұлба мұндай жағдайда, 2.2 – суретте көрсетілгендей. 5.2, в суретіндегі А бастапқы жұмыс нүктесінің орналасуымен анықталады:  2.4-суреттегі кіріс тізбегінің сұлбасы көрсетілген транзисторлық генераторда ығысу кернеуінің полярлығы және оның мәні бастапқы жұмыс нүктесінің қажетті орналасуына, тразистор түріне және жұмыс режиміне байланасты. Ол жабушы, тебілуіші және нөлдік болуы мүмкін, өйткені транзистор сипаттамалары оң жағында орналасқан. 5.2 суретте А,В және С бастапқы жұмыс нуктелерінің мүмкін орналасулары көрсетілген.

АЖЖ диапазонында транзисторлар әдетте эмиттерлік өткелде нөлдік ығысумен жұмыс істейді, өйткені жабушы ығысуды енгізу транзисторының күшейткіштігін азайтады.

 қоздыру кернеуін қосқан кезде басқару электродының тізбегіндегі қорытындылауымен кернеу жұмыс істейді.

 

                            .                               (5.1)

 

Жоғарғы жиіліктерден транзисторлық генератоларда ығысу қалпынан белсендіге және кері ауысқан кезде транзистордың инерциялығынан  коллектор тоғының импульсі және  кернеуі симметриялы болмайды. Бірақ бұл генератордың кіріс және шығыс есептеулернінң қорытындыларына әсерін тигізбейді.

 

Әдебиет: [6, 16-28, 50-55 бет.].

 

6 №6 Дәріс. Генератордың кернеулік бойынша жұмыс режимі

 

Мақсаты:

1.     ІҚГ жүктемелік сипаттамалары.

2.     ІҚГ динамикасының сипаттамалары.

3.     Критикалық, аса кернеуленеген және жеткіліксіз кернеу режимдері.

 

ІҚГ-ң негізгі мақсаты ПӘК жеткілікті жоғары болғанда берілген жиіліктегі тербеліс қуатын көбейту. Пайдалы тербелмелі қуат электрондық құрылғының кедергісімен жүктеме қатынасымен анықталады, ал таңдалынған электрондық құрылғы кезінде тербелмелі контур түріндегі жүктеменің эквивалентті кедергісімен анықталады.  кедергісін өзгерту электрондық құрылғы тізбегінде тоқ, кернеу және қуаттың өзгерісін тудырады, яғни генератордың жұмыс режимінің кернеулік бойынша өзгерісі. Генератордың бір көрсеткішінің жүктеме кедергісіне тәуелділігін генератордың жүктемелік сипаттамасы деп атайды. Генератордың негізгі көрсеткіштеріне: тербелмелі қуат , ПӘК (η), желінетін қуат , анодтық (коллекторлық) тоқтар және шығыс кернеуі.

Генератордың динамикалық сипаттамасы деп электрондық құрылғының кез келген электродының тізбектегі тоқтың лездік мәнінің шығыс тізбегіндегі жүктеме кедергісінің болуы және оның бір уақыттағы өзгерісі кезіндегі барлық электродтағы кернеуге тәуелділігі аталады. Генератордың динамикалық сипаттамалары электрондық құрылғының статикалық сипаттамаларына негізделіп тұрғызылады.

Шығыс тізбегіндегі  жүктеме кедергілері әр түрлі болған кездегі генератордың динамикалық сипаттамалары 6.1 суретте көрсетілген.  болғанда динамикалық сипаттама  координаталары бар нүктеден абцисса осіне перпендикуляр өтетін түзу сызық болады.

Жүктеме кедергісін  үлкейткен кезде тербелмелі қуат  белгілі бір  мәнге жетіп, алдымен өседі, одан кейін кемиді. Генератормен тудырылатын тербелмелі қуат  максимал болған кездегі жүктеме кедергісі  оптимал д. а. және  деп белгіленеді.

Жүктеме кедергісіне байланысты генератордың кернеулік жұмыс режимінің: оптималды, жеткіліксіз кернеу және аса кернеуленген болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.1 Сурет – Генератордың динамикалық сипаттамалары

 Жүктеме кедергісінің мәні оптимал болған кездегі генератордың жұмыс режимі оптималды, критикалық немесе шектік деп аталады. Оптималды режимге сәйкес келетін динамикалық сипаттама статикалықты вертикал аймағынан берілген немесе таңдалынған максимал кернеу болған кездегі горизонталға өтетін нүктесі (6.1 сурет. Б нүктесі)  немесе . Бұл нүкте (Б) критикалық режим нүктесі деп аталады. Басқарушы электродтағы таңдалынған максимал мәнінің әр түрлі кезінде ( ) критикалық режим нүктесінің орналасуы өзгереді (). Критикалық режимдегі нүктелердің геометриялық орны критикалық режим түзуі деп аталады.

Динамикалық сипаттама - түзу сызықты болғандықтан, сонда шығыс (анодтық немесе коллекторлық) тоқ формасы бойынша қоздыру кернеуіне ұқсайды. Оптимал режимдегі анодтық тоқ импульсі торлық тоқтың пайда болуы есебінен синусоидалды болады.

Кедергісі оптималдыдан төмен болған кездегі генератордың жұмыс режимі жеткіліксіз кернеулік деп аталады. Жеткіліксіз кернеулік режиміндегі жүктемедегі  кернеуінің құлауы оптималдығы қарағанда төмен болады.

Жеткіліксіз кернеулік режимінің сипаттамалық көрсеткіштері:

- жүктемедегі  кернеудің аз құлауы;

- шығыс электродтағы  үлкен қалдық кернеуі;

- шығыс электродының үлкен тоғы ( немесе ) немесе шығыс электродта үлкен қуаттың бөлінуі ();

- басқарушы электродының су тоғы ( немесе ); басқарушы электродынынң аз жүктелуіні, осыдан жеткіліксіз кернеулік режимі деп аталады;

- шығыс тоғының синусоидалды, үшкір ұшты импульсі;

- аз тербелмелі қуат  және генератордың шығыс тізбегіндегі ПӘК, ол жеткіліксіз кернеулік режимін жиілікті көбейту каскадтарында және торлық модуляция кезінде пайдаланушылығын шектейді.

Генератордың жүктемелік кедергісі оптималдыдан жоғары болған кездегі жұмыс режимі аса кернеулік деп аталады. Транзисторлық генераторларда ол қанығу режимі деп аталады. Бұл режимде:

-  үлкен болғандықтан жүктемедегі  кернеуінің көп төмендеуі;

- шығыс электродындағы аз қалдық кернеуі ( немесе );

- үлкен емес шығыс тоғы (  немесе ).

         Аса кернеулік режимінде шығыс және басқару электродтарындағы тор мен анод арасындағы катодтың, база мен коллектор арасындағы эмиттерлік тоқтың қайта таралуы жүреді.

         Динамикалық сипаттамаларын пайдалана отырып 6.2 суретте көрсетілген жүктемелік сипаттамаларын тұрғызады.  тербелмелі қуатының жүктемелік сипаттамасын қарастырсақ алдымен тербелмелі қуат  максимумға жеткенше өсіп, одан кейін кемитінін көреміз.  тербелмелі қуатының максимумы  және  тәуелділіктерінің графиктеріндегі сыну нүктелерімен сәйкес келеді. Пайдалы тербелмелі қуат максимумына сәйкес келетін режимді шектік деп атайды.

         ПӘК жүктемелік сипаттамасынан генератордың шығыс тізбегіндегі ПӘК максимал мәніне жеңіл аса кернеулік режимінде жететіндігін көреміз.

R_э-үлкейіп, І_шығ1 кішірейгендіктен жеткіліксіз кернеу режимінде шығыс кернеуі U_шығ=I_шығ1*R_э шектік режимінің ауданына дейін өседі. Асқын кернеу режимінде бұл біраз шекті мәнге дейін өзгереді, өйткені І_шығ1тоғының тез төмендеуі R_э-нің өсуімен тез компенсацияланады.

Берілетін Р₀ қуатының жүктемелік сипаттамасы І_шығ0 тоғының қисығындай болады, өйткені Р₀=І_шығ0*Е_А, мұндағы қоректендіру көзінің кернеуінің мәні тұрақты. Шығыс электродындағы сейілу қуаты R_э үлкеюі кезінде кішірейеді.(6.2-сурет).

Жүктемелік сипаттамаларды талдаудан келесі қорытындыларға келеміз:

а) Р қуатының максимал мәнін және ПӘК-нің  үлкекн мәнін алу үшін критикалық және асқын кернеу режимдері тиімді болып табылады. 6.2-суреттен Р және  мәндерінің 1 және 2 максимум нүктелері сәйкес келмейді. Критикалық режимінде максимал тербелмелі қуат генератордан туады, бірақ бұл кездегі ПӘК максимал мәнінен төмен болады;

б) жеткіліксіз кернеу режимінде Р аса үлкен емес және _э томен болады, ал электрондық құрылғының шығыс электродындағы Р_рас жылулық шығындары үлкен болады, бұл оның жанып кетуіне әкеледі;

в) әлсіз асқын кернеу режимінің басты артықшылығы ол жүктемедегі кернеуді өзгерту кезіндегі шығыс кернеуінің аз ғана өзгеруі;

г) күшті асқын кернеу режимінде генератордың басты энергетикалық көрсеткіштері (Р және _э) үлкен емес, ал басқару электродындағы шығындар тез өседі. Шамда бұл тордың қызып, оның бұзылуына әкеледі. Транзистор үшін асқын кернеу режимі аса қауіпті емес.

 

         Әдебиет:[6,58-64бет.].

 

7 №7 Дәріс. Генераторлар қуаттарын қосу

 

 Мақсаты:

1. Қуаттарды қосу қажеттігі.

2. Қосылу тізбектеріне қойылатын талаптар.

3. Қуаттарды қосудың әртүрлі тәсілдері.

4. Жиіліктік диапазондардың қуаттарды қосу тәсілдеріне тигізетін әсері.

 

Тарату құрылғысына керекті қуат көп жағдайда бір шаммен немесе транзистормен қамтамасыз етіле алмайды. Ал күшейткіштік құрылғылардың (шамдар,транзисторлар) параллель немесе екі тактілі қосылуы бірнеше кемшіліктер туғызады. Соның бастылары:

-                    бір күшейткіш құрылғының істен шығуы қалған кұрылғылардың істен шығуына әкелуі мүмкін. Жүктемедегі бір кернеудің істен шығуы екі есе төмендеуге әкеледі, ол істеп тұрған күшейткіш құрылғыға әкелінетін кедергінің екі есе төмендеуімен тең. Генератор шекаралық режимнен

жеткіліксіз кернеу режиміне өтеді. Шығыс электродындағы сейілу қуаты көбейеді; ол қызып жанып кетуі мүмкін;

-                    паразитті реактивтіліктердің санының өсуінен және тізбектің күрделенуінен паразиттік генерацияға төтеп беруінің төмендеуі;

-                    күшейту құрылғыларының параметрлерінің шашыраңқылығынан тоқтың біркелкі таралмауы. Шам параметрлерінің шашыраңқылығы кезінде оның біреуі (кедергісі аз) тұтыну режимінде, ал екіншісі-генерация режимінде жұмыс істейді.

Осының бәрі тарату құрылғысының сенімділігінің шұғыл төмендеуіне әкеледі. Сондықтан жоғарғы мәнді қуатты салыстырмалы бөлек аз қуатты генераторлардың қуаттарын қосу арқылы ғана аламыз.

Қуаттарды қосудың 3 тәсілі бар:

- жалпы контурдағы бірнеше блоктардың қуаттарын қосу;

- кеңістіктегі жоғарғы жиілікті өрістерді қосу;

- көпірлік сұлбалар көмегімен қуаттарды қосу.

Қуаттарды қосу сұлбалары келесі талаптарды қанағаттандыруы қажет:

-                    әр генератор жүктемеге Р_-N номинал қуат беретіндей етіп жүктемемен сәйкестендірілуі қажет;

-                    жүктемеденен шығатын жалпы қуат бөлек генераторлардың номинал қуаттарының қосындысына тең болуы қажет.Р_Н=nP_N;

-                    қосу құрылғысының кірісі өзара тәуелсіз болуы қажет;

-                    егер бір генераторда ақау пайда болса жүктемедегі қуат бір генератордағы қуаттың мәнінен төмен болмауы тиіс.

Жалпы контурдағы қуаттарды қосу. Бұл жағдайда тарату құрылғысының соңғы каскады бір қоздырғыштан синфазды қозатын бірнеше бірдей блоктар түрінде жасалады. Осындай сұлбаларда шығыс каскад блоктарында кернеудің синфаздылығын қамтамасыз ету қажет, егер олай болмаса олар бапсызданған жүктемеге жұмыс істегендей болады.

7.1 суретте қуаттары жалпы контурда қосылатын таратқыш құрылғының сұлбасы көрсетілген. Бұл сұлбаның артықшылығы – таратқыштың үзіліссіз жұмыс істеу кездегі жалпы блоктардың қосылу және ажыратыла алуы,ал кемшілігі - әсіресе ҚТ-да таратқыштың нақышталуын қиындататын жалпы жүктеме контуры арқылы өтетін блоктар арасындағы өзара байланыс. Сондықтан сұлбаны ҮТ және ОТ қуатты таратқыштарда пайдаланады, өйткені оларда толқынды тез өзгерту қажет емес.

            

 

 

 

 

 

 

 

 

7.1 Сурет – Бір контурдағы қуаттардың қосылу сұлбасы

 

Кеңістікте қуаттарды қосу. Бұл тәсілді берілген бағыттағы таратқыш антеннаның туғызатын электромагниттік өрісінің кернеулігін үлкейту үшін пайдаланады. Осы тәсілдің негізі бірнеше автономды таратқыштар бір жиілікте және бір ортақ қоздырғыштан жұмыс жасауында. Әр таратқыштың

өзінің бөлек әсерлі бағдарланған антеннасы бар. Мысал ретінде 7.2 суретте екі таратқыш қуаттарының қосылуы көрсетілген. Таратқыштың шығыс каскадтары арасындағы байланысты әлсірету үшін олардың антенналарын

3λ/4 қашықтыққа қояды. Антенналар синфазалы тоқтармен қоректендіріледі. Кеңістікте ортақ БД-ы құралады, соның есебінен қабылдау нүктесінде антенналар тудыратын электромагниттік өрістер қосылады және қорытынды өрістің кернеулігі бөлек таратқыштардың қосылу қуатына сәкес келеді. Егер антенналарды қоректендіретін тоқтарды фаза бойынша ығыстырса, онда қорытынды БД өзінің орнын өзгертеді. Бұл электрлік тәсілмен БД тез беру үшін пайдаланылады.

 

 

 

 

7.2 Сурет – Кеңістіктегі қуаттарды қосу сұлбасы

Бөлек жартытолқынды симметриялы тербелткіштер жиынтығы фазалық-антенналық тор деп аталады. Тік және жатық қатарлады тербелткіштерді орнату арқылы қажетті БД алуға болады. Соның есебінен тарату бағытын тік және жатық жазықтықтарда тербелткішті торды механикалық орын ауыстырусыз электрондық бағдарлауды басқаруға болады.

Көпірлік сұлбалар көмегімен қуаттарды қосу. Қосындылауыштың идеалды сұлбасы келесі талаптарды қанағаттандыруы керек:

-                    қуаттарды қосу. Барлық генераторлар жүктемелері тудыратын жалпы қуат Р_ж бөлек генераторлар қуаттарының қосындысына тең болуы керек. Осындай мән алу үшін генератор жүктемеге номинал қуат беретіндей етіп әрбір генератор шығысын сәйкестендіру қажет;

-                    кірістер тәуелсіздігі. Бұл дегеніміз генераторлар шығысы мен қосындылауыш кірістері өзара алшақтанған болуы керек. Ол бір генератордың режимі өзгеретін болса басқа генераторлар жұмысына әсерін тигізбеу үшін;

-                    қуатын төмендету. Бір генератордың жұмысының бұзылуы кезінде жүктемедегі жалпы қуат бір генеретор қуатының мәніне дейін ғана төмендеуі керек;

-                    кең жолақтығы. Санауыштар тек қана берілген жиілік жолағын өткізуі тиіс. Оларды тар жолақты және кең жолақты таратқыштарда пайдаланады. Екіншісінде өткізу жолағын кеңейту үшін кең жолақты трансформаторларды пайдаланады;

-                    қосындылауыш қайтымдылығы. Қосындылауыштар өзара қайтымды құрылғылар болып табылады. Қосындылауышты бөлгіш ретінде пайдалану үшін генератор мен жүктеме екеуінің орнын ауыстыру жеткілікті. Қуатты бөлу бірнеше генераторлар тізбегін қоздыру үшін қажет.

Көп ұштық – көпірлік құрылғы болып табылады. Оның көмегімен бір ортақ жүктемеде бірнеше бөлек радиожиіліктік тербелістер генераторларының өзара тәуелсіз жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі.

Көпірлік құрылғылар сұлбалары келесі көрсеткіштер бойынша классификацияланады:

-                    қосылатын сигналдардың синфазалы, қарама-қарсы фазалы және квадратуралыққа фазалы қатынасы;

-                    таржолақты (f_MAKC/f_MUH<1.3) және кең жолақтығы жиіліктік қасиеті;

-                    R,L,C элементтерінде, трансформаторлық және т.б. құрылғының элементтік базасында;

-                    тоқ және кернеу бойынша қосу тәсілі.

Екі генератордың Г1 және Г2 қуаттарын қосудың көпірлі сұлбаларының жұмыс істеу ұстанымын қарапайым төртиықты квадрат көпір мысалынан қарастырамыз (7.3 сурет). Көпір екі активті кедергіден (R_H және R_БАЛ) және екі реактивті кедергіден (X1 және  X2) тұрады. Қарсы жатқан иықтардағы кедергілер қосындысы тең болған жағдайда көпіт баланстанады, ал әртүрлі диагональдарға қосылған Г1 және Г2 генераторлары бір-біріне әсерін тигізбейді. Егер генераторлар кернеулері 7.3 суретте көрсетілгендей әсер етсе, онда иықтардағы тоқтар суреттегі көрсетілген бағыттар бойынша ағады. Амплитудалары тең және Г1 және Г2 генераторларының кернеулері синфазалы болған жағдайда R_H жүктемесіндегі тоқтар қосылады, ал R_ЬАЛ-балласты кедергісінде алынады. Егер Х1және Х2 реактивті кедергілерінде шығын жоқ болса, онда жүктемедегі тоқтың амплитудалары мен фазалары тең болғанда екі генератордың қосылған қуаты Р_н толығымен жүктемеде бөлінеді P_H=0.5(I₁₊I₂)²R_H. Бір генератордың ақауы кезінде басқасының қуаты баллансты R_БАЛ және жүктеменің R_Н кедергілері арасында бөлінеді. Сондықтан бір генератордың істен шығуы жүктемедегі қуаттың  4есе азаюына әкеледі.

 

 

 

 

 

7.3 Сурет – Қуаттарды қосудың көпірлік сұлбасы

 

Шоғырланған параметрлері бар Т-тәрізді көпірдің сұлбасы 7.4 суретте көрсетілген. Көпір LC1, LC2 параллель тербелмелі контурдан, R_H-жүктемеден, R_БАЛ баллансты резистордан тұрады. Жұмыс жиілігіне бапталған контурдың R_Э кедергісі болады. Екі генератордың синфазалы жұмысы кезінде жүктемедегі І^’₁ және I^’₂  тоқтары қосылады, ал балласта І₁^’’ және І^’’₂  қарсы бағытталады. Сұлба толық симметриялы болған жағдайда генераторларда өзара әсер болмайды, бірақ көпірде жіңішке өткізу жолағы болады. Осы кемшілігі кең жолақты трансформаторлар сұлбасында

жойылады (7.5 сурет). Г1 және Г2 генераторлар қуаттары R_H  жүктемеде қосылады. Генераторлардың өзара алшақтануы R_БАЛ резисторымен қамтамасыз етіледі. Сұлбаның элементтерін сәйкес таңдау кезінде генераторлардың біреуінің режимі және жүктеме басқасына тәуелді емес.

 

 

 

 

7.4 Сурет – Қуаттарды қосу сұлбасы               7.5 Сурет – Қуаттарды кең жолақты трансформаторлада қосу сұлбасы

 

Квадраттық көпірлерді метрлік және одан да қысқа толқындар диапазонында пайдаланады. Онда генераторлардың амплитудалары тең тербелістері фазасы бойынша φ=9⁰-қа ығыстырылған. Осы бастапқы ығысу фаза айналдырғышта ФА туады (7.6 сурет). Ширектолқындық желінің төрт қиығы дөңгелек құрайды. Бұл кезде R_H  жүктемеге генератор тоқтары синфазалы келеді және қосылады, ал R_БАЛ  - балласты резисторына қарама-қарсы фазалы және алынады.

 

 

 

 

7.6 Сурет – Қуаттарды қосудың квадратуралық көпірі

 

Квадраттық көпірлерді фидер мен антеннаны дұрыс емес сәкестендіргенде пайда болатын фидерлік “жаңғырықты” жою кезінде пайдаланылады.

Квадраттық көпірлік құрылғыда соммалағышта пайда болатын шағылысқан дабыл генераторлар шығысына келіп түседі. Екінші ретті шағылу нәтижесінде жүктемеге және балласты резисторға келіп түседі. Шағылысқан дабылдар жүктемеде қарама-қарсы фазалы. Олар өзара компенсацияланады және антеннамен таратылмайды. Балласты кедергіде шағылысқан дабылдар синфазалы болып табылады, олар қосылады.

 

          Әдебиет:[6,176-198 бет.].

 

8 №8 Дәріс. Таратқыштардың шығыс каскадтары

 

Мақсаты:

1.Таратқыштардың шығыс каскадтарына қойылатын талаптар.

2.Шығыс каскадтың қарапайым сұлбасы.

3.Шығыс каскадтың күрделі сұлбасы.

4.Шығыс сүзу жүйелері.

5.Шығыс каскадтың сұлбалық жүзеге асырылуы.

 

Таратқыштың шығыс каскады дегеніміз антеннаға жұмыс істейтін оның соңғы каскады, яғни радиожиіліктік тербелістің қуатын тікелей антеннаға немесе фидер арқылы беретін каскад болып табылады.

Таратқыштың шығыс каскады келесі талаптарды қанағаттандыруы қажет: антеннада (фидерде) таратқышқа қажетті қуатты тудыруы керек, жоғарғы гармоникалық құрауыштарды сүзгілеуі және генератордың шығыс кедергісін жүктеменің кіріс кедергісімен сәйкестендіруі қажет.

Шығыс каскады таратқыштың ең қуатты каскады болып табылады. Ол қорек көздерінің энергиясының үлкен бөлігін тұтынады. Сондықтан оның жұмыс істеу сапасы таратқыш құрылғының басты сипаттамасының сапасын - өндірістік ПӘК-ті анықтайды.

Байланыстың әрбәр арнасына ақпаратты тарату үшін шығарылатын жиіліктің белгілі бір жолағы беріледі. Ал осы жолақтан тыс шығатын тербелістер бүйірлік деп аталады. Бүйірлік шығаруға ІҚГ өздік қозуы кезінде туатын паразиттік тербелістер, шығыс тоқтың құрамасы болып табылатын жоғарғы гармоникалар тербелістері жатады. Бүйірлік шығару қуатының рұқсат етілген мәндері 8.1 кестеде көрсетілген.

 

8.1 Кесте

Жиілік диапазоны  МГц	Негізгі жиіліктегі қуат Р,кВт	Бүйірлік шығарудың рұқсат етілген қуаты
		Абсолюттік PП.ДОП,мВТ	Қатысты 101g(PП.ДОП/p),дб
<30	<0.5;0.5…50 >50	<50	<-40 <-60
30…235	<0.025;0.025…1 >1	<0.025 <1	<-40 <-60
235…470	<0.025	<0.025
235…960	0.025…20 >20	<20	<-60

 

Бүйірлік тербелістің пайда болу себебі, екінші тектің тербеліс режимінде электрондық құрылғының жұмыс істеуі болып табылады. Қарқынды тербелістер, олар екінші және үшінші гармоникалар. Жұп гармоникалар, сонымен қатар екінші гармоника да екітактты сұлбаны қолдануымен іске асырылады. Осыдан сұлбаның асимметриясында екітактылық сұлба да екінші гармониканың толық жойылуына жете алмаймыз. Тақ гармоникалардың, яғни үшінші гармониканың жойылуына шығыс тонның сейілу бұрышын Ө=90⁰-қа тең деп аламыз.

Жоғарғы гармоникалардың негізгі әлсіреуі каскадтың шығыс тізбегінің тербелмелі жүйесімен қамтамасыз етіледі. Шығыс каскадтың кедергісі – антенна – оның шығыс тізбегіне тікелей немесе аралық контур арқылы қосылады. Антеннаның генератордағы шығыс тізбегіне қосылуына байланысты шығыс сұлбаларын қарапайым және күрделі деп айырамыз.

Таратқыштың шығыс каскадындағы қарапайым сұлбасы деп, шығыс каскадтың анодты (коллекторлы) тізбегіне антеннаның тікелей қосылуын айтады (8.1 – суретте көрсетілген). Бұл сұлба байланыс катушкасының индуктивтілігінен L_СВ; баптау катушкасынан; L_К (вариометр) және антеннаның көрсеткіштерінен R_А және Х_А тұрады, яғни антенналық контур шығысы болып табылады. Қарапайым сұлба – бірконтурлы. Контурдың жұмыс жиілігіне бапталуы L_H вариометр көмегімен ісе асырылады. Электрондық құрылғының шығыс тізбегіндегі жүктемедегі оптимал кедергіні R_Э.ОПТ  таңдау, қосылу коэффициентімен P_L катушка байланысының L_СВ орам сандарының ауыстырып қосу жолымен таңдау іске асырылады.

 

 

 

 

8.1 Сурет – Таратқыштың шығыс каскадының қарапайым сұлбасы

 

Қарапайым сұлбаның артықшылығы:

- жақсы ПӘК,себебі аралық элементтерде энергия шығыны болмауынан;

- конструкцияның қарапайымдылығы.

Қарапайым сұлбаның кемшілігі:

-                    берілген нормалардың қамтамасыз етілмейтін жоғары гармоникалардың төменгі сүзгісі;

-                    антеннаның істен шығу салдарынан қалған элементтер жүктеменің оптималды кедергісін қамтамасыз етпейді,және де барлық келетін қуат лампаның анодында немесе транзистордың коллекторында таралады, бұл олардың істен шығуына әкеп соғады.

Сондықтан да,шығыс каскадтың қарапайым сұлбасы аз габаритті өлшемі бар көптік радиобайланыстың аз қуатты таратқыштарда ғана қолдануға болады.

Таратқыштың шығыс каскадындағы күрделі сұлбасы деп, соңғы каскадтың шығыс тізбегіне антеннаның тікелей қосылмай, аралық контур арқылы қосылуын айтамыз. Сонымен қатар, сүзгілер де қосылуы мүмкін. 8.2 суретте аралық және антенналық контурлардың автотрансформаторлық байланыстағы шығыс каскадтың сұлбасы көрсетілген.

 

 

 

8.2 Сурет – Аралық және антенналық контурлардың автотрансформаторлық байланыстағы шығыс каскадының күрделі сұлбасы

 Ортақ эмиттермен қосылған транзистордағы шығыс каскад сұлбасы 8.3 – суретте көрсетілген.

 

 

\

8.3 Сурет – Транзистордағы шығыс каскадтың сұлбасы

 

Күрделі сұлбаның артықшылығы:

-                    қарапайым сұлбаға қарағанда әлдеқайда жақсы, жоғары гармоникалардың фильтрациясы;

-                      генератордың шығыс тізбегіндегі жүктеме кедергісінің реттеу мәні дәлірек болып келеді, өйткені ол екі тәсілмен орындалады: аралық контурдың антеннамен байланысын және генератордың анодты, коллекторлы шығыс тізбегіндегі контурдың қосылу коэффициентін өзгерту;

-                    пайдалану жеңілдігінде: контурды резонансқа нақыштау және байланыс реттеуі бір-біріне тәуелді емес.

Күрделі сұлбаның кемшілігі:

-                      аралық контурды және басқа да байланыс элементтерде энергия шығысының әсеріне шығыс тізбегінің ПӘК-і төмен;

-                      тербелмелі жүйенің конструциясы күрделі болып келеді;

-                      реттелгіш элементтердің сандарының көптігінен нақыштауы күрделірек.

Егер де екі контурлы сұлба берілген сүзуді қамтамасыз етпесе, онда қосымша сүзуші жүйелер пайдаланылады. Олар төменгі немесе жоғарғы жиілікті сүзгіштер және олардың қосындысы болып табылады. Көбінесе П-типті контурлар пайдаланылады. Олар жоғарғы гармоникаларды жақсы сүзгілеуші болып табылады .8.4 а-суретте көрсетілген П-типті контур сол сапалылықтағы бірлік параллель контурға қарағанда төрт есе жақсы сүзгілеуді қамтамасыз етеді.

Сүзгілеуге қойылатын жоғарғы талаптарда П-типті қос контурды қолданады (8.4 б-суреті).

 

 

 

\8.4 Сурет – П-типті контур сұлбасы: а) қарапайым; б) қосарланған

 

Бекітілген жиіліктерде жұмыс істейтін тар жолақты таратқыштарда жоғарғы гармоникалардың сүзгілеуін жоғарылату үшін шығыс тізбегіне қосымша контур қосады. Ол n-ші гармоникаға нақты бапталған сүзгі – кемтік және сүзгі – қақпақша деп аталады.

Параллель тербелмелі контурлардан тұратын екінші 2f, үшінші 3f және төртінші 4f гармоникаларына бапталған сүзгілеуші жүйенің сұлбасы 8.5-суретте көрсетілген. Жоғарғы гармоника тоқтары үшін контур кедергілері үлкен болады және олар антеннаға түспейді. Негізгі жұмыс жиілігінің тоқтары үшін контур кедергілері аз болады және олар антеннаға біраз әлсіреген болып келеді.

 

 

 

 

8.5 Сурет – Сүзгілеуші жүйенің сұлбасы

 

  

8.6 Сурет – Panasonic KX – T9080BX таратқышының шығыс каскадының ұстанымдық сұлбасы

 

Panasonic KX – T9080BX радиотелефонының таратқышындағы негізгі блогының шығыс каскады интегралды жиілік синтезаторы басқаратын Q311-Q313 транзисторлар негізінде жасалынған. Шығыс сүзгілеу жүйесі қабылдау және тарату жиілік спекторларын бөлетін F306 диплексор болып табылады. Модульдеуші сигнал Q309 транзистор негізінде жиналған жиілікті-модульдеуші автогенератордан VR303 шектеуші потенциометрінен Д305 варикабына әкелінеді. Сонымен қатар онда 9-шы микросұлбаның шығысынан фазалық синтезатор тізбегіне қосылған фазалық детектордың басқарушы ығысу кернеуі варикапқа әкелінеді. Мұндай жиілікті тұрақтандыру сұлбалары 800-900 МГц диапазонында жұмыс істейтін радиотелефондардың көптеген модельдерінде қолданылады. Жиілік синтезаторы ретінде РІС 16ХХ типті бағдарламаланатын микроконтроллерлер немесе олардың басқа аналогтары пайдаланылады.

 

Әдебиет:[6, 199-221 бет.].

 

9 №9 Дәрiс. Тербелiс жиiлгiн көбейткiштер

 

Мақсаты:

1. Жиiлiк көбейткiштiң мiндетi.

2. Жиiлiктi көбейту режимiн алу ұстанымы.

3. Транзисторлы жиiлiк көбейткiшiнiң ұстанымды сұлбалары.

4. Көбейту коэффициенттерi әртүрлi болған жағдайда сейiлу бұрышының таңдалуын анықтау.

5. Варикапқа негiзделген жиiлiк көбейткiштерi.

 

Мiндетi. Шығысындағы тербелiс жиiлiгi кiрiсiндегiден үлкен болып табылатын аралық күшейткiш бiрнеше есеге (көбiнесе 2 немесе 3 есе) f_ШЫҚ=nf_КIР , мұндағы n – көбейткiш еселiгi, жиiлiк көбейткiшi деп аталады.

Таратқыштарда жиiлiк көбейткiшiн пайдалану мынадай мүмкiндiктер туғызады:

-                    таратқыш шығысында жоғарғы жиiлiктi сақтай отырып берушi генератордың жиiлiгiн төмендету, яғни қТ және УқТ таратқыштарда кварцтық жиiлiк тұрақтандырғышын пайдалану мүмкiндiгi. Бұл кварц арқылы тұрақтандырылған мыңдаған МГц-ке жететiн тербелiстер алуға мүмкiндiк туғызады;

-                    берушi генератордың толқын диапазонын кеңейтпей-ақ таратқыштың тоғын диапазонын n есеге үлкейту;

-                    таратқыштың жұмыс тұрақтылығын жоғарылату;

-                    қоздырғыштың жиiлiк тұрақтылығын жоғарылату;

-                    жиiлiктiк немесе фазалық модуляция кезiндегi жиiлiк немесе фаза ауытқуын үлкейту;

-                    кең жолақты таратқыштардағы қоздырғыштың жиiлік синтезаторында кварцпен тұрақтанған көптеген жиiлiктердi құрау.

Жиiлiк көбейткiш кiрiс гармоникалық тербелiсiнiң сызықсыз түрлендiргiшiнен және керектi гармониканы шығаратын сүзгiден тұруы керек. Жиiлiк көбейткiштiң функционалды сұлбасы 9.1 суретте көрсетiлген. Мөндағы z1 және z2 – сүзгiлеу және сәйкестендiру тiзбектерi, ал КЭ – сызықсыз қасиетi бар күшейткiш элемент.

 

 

 

 

 

 

9.1 Сурет – Жиiлiк көбейткiштiң функционалды сұлбасы

 

Сызықсыз элемент ретiнде электрондық шамдар, транзисторлар, диодтар пайдаланылады. Шамдық және транзисторлық көбейткiштер тербелiстердi күшейтедi, диодтық - күшейте алмайды.

Сұлбалар. Жалпы жиiлiктi күшейту генераторының сұлбасы өзiнiң құрылымы бойынша күшейткiш генератор сұлбасынан айырмашылығы жоқ. Айырмашылығы тек көбейткiштiң шығыс контуры негiзгi (бiрiншi) гармониканың шығыс тоғына бапталмай, 2-шi, 3-шi т.с.с. бапталады. Бұл жағдайда шығыс контурда ол бапталған жиiлiктегi тербелiстерде ғана жоғарғы қуат болады.

Жиiлiктi транзисторлық көбейту сұлбасы 9.2 суретте көрсетiлген. Сұлба кiрiсiне w жиiлiктi тербелiс берiледi. Кернеудi негізгі бөлгiш арқылы транзистор АВ, В немесе С класс режимiне қойылады. Кiрiс кернеуiнiң бiр жарты периодында транзистор ашылады және коллектор тiзбегiндегi тоқ периодты тiзбектелген импульстер түрiнде ағады. Таңдамалы коллекторлы жүктеме болып кiрiс кернеудiң 2-шi және 3-шi гармоникасына бапталған С_Б  iшкi сыйымдылықты байланысы бар екi контурлы жолақты сүзгiш болып табылады. Сұлба шығысында екi еселенген немесе 3 еселенген жиiлiктi кернеу тудырылады.

 

 

 

 

 

9.2 Сурет – Жиiлiктi транзисторлық көбейту сұлбасы

 

П-типтi сүзгілерде транзисторлық жиiлiктi көбейту сұлбасы 9.3 суретте көрсетiлген. Көбейткiш кiрiсiндегi Z1(L1C1C2C3) сүзгi 1-шi гармоника жиiлiгiне бапталған. Ал Z2(L2С4С5С6) сүзгiсi – 2-шi немесе 3-шi гармоника жиiлiгiне бапталған.

 

 

 

 

 

9.3 Сурет – П-типтi сүзгілерде транзисторлық жиiлiктi көбейту сұлбасы

 

Егер транзистордың инерциялық қасиетiне мән бермейтiндей етiп алып көбейткiш төменгi жиiлiкте жұмыс iстейдi десек, сонымен қатар коллекторлық тоқтың импульсi косинусоиданың кесiндiсi түрiндегi пішінде деп қарастырсақ векторлық тiзбектiң n-шi гармоникасының қуаты мынаған тең

                                                   (9.1)

 

мұндағы I_ШЫҚ – коллекторлық тоқтың n-шi гармоникасының амплитудасы;

U_Нn - коллектордағы кернеу амплитудасы;

α_n - n-шi гармоника үшiн импульстiң жiктелу коэффициентi.

α_n мәнi сейiлу бұрышы θ өзгерген кезде өзгередi. Тербелмелi Р_n қуаттың мәнi α_n=f(θ) үлкен болған кезде максимал болады. Осыдан шығатыны θ сейiлу бұрышын α_n мәнiнiң максимал кезiндегiсiне сәйкес алу керек. Сейлу бұрышының ең қажет мәнi θ_ОП=120⁰/n. Ал екi еселеуiш үшiн ең қажет мән θ_ОПТ=60⁰, үш еселеуiш үшiн θ_ОПТ=40⁰. Егер сейiлу бұрышын қажет мәннен төмен алса, онда ол ПӘК-iн жоғарылатады, бiрақ генерацияланатын қуатты төмендетедi, сондықтан оны пайдалану тиiмсiз. Керiсiнше көбейткiштердегi шығыс тоғының сейiлу бұрышы α₂ – 70⁰-қа дейiн, α₃  - 50⁰-қа дейiн жоғарылатады.

Транзистордың коллекторлық тiзбегiндегi пайдаланылатын қуат

 

                                               ,           (9.2)

 

                                            .               (9.3)

 

θ= θ_ОПТ болған жағдайда g=1.26 және n-ге тәуелдi болмайды. Сондықтан сейiлу бұрышының мәнi оптимал болған жағдайда көбейткiштiң ПӘК – η_ОПТ=0.63Šξ. Бұдан шығатыны көбейткiштiң ПӘК сейiлу бұрышы сол транзисторда күшейткiштiгiнен төмен болады.

Сонымен, энергетикалық көрсеткiштерi төмен болғандықтан жиiлiктi көбейту таратқыштың аз қуатты аралық каскадтарында қолданылады және олардың энергетикалық көрсеткiштерi бүкiл радиотарату құрылғысының энергетикалық көрсеткiштерiне әсерiн тигiзбейдi.

9.4 суретте кең диапазонды екi тактiлi жиiлiктi екi еселеуiш сұлбасы көрсетiлген.қоздыру кернеуi қарама-қарсы фазада берiледi және ол сейiлу бұрышы θ=90⁰ болатын В класында жұмыс iстейдi. θ=90⁰ болғанда шығыс тоғының спектрi құрамында тақ гармоникалар болмайды. Тек тұрақты құраушысы бiрiншi гармоника және қалғандары жұп болады. Бiрiншi гармоника генераторды қоректендiру көзiнiң жалпы сымына жүктеменi қосу арқылы жойылады. Жұп гармоникаларының амплитудаларын θ=90⁰ болған кезде төменгi жиiлiктi сүзгiлер арқылы әлсiретуге болады.

 

 

 

 

 

9.4 Сурет – Кең диапазонды екi тактiлi жиiлiктi екi еселеуiш сұлбасы

 

Жиiлiктi варикап және варакторлар көмегiмен көбейту. Варикап ол – оған берiлетiн кернеу мәнiнiң өзгеруi кезiнде сыйымдылығын өзгертiп отыратын жартылай өткiзгiш диод (variren - өзгерту, capazitat – сыйымдылық). p-n өткелiнiң сыйымдылығы тосқауылдық сыйымдылық С_Т және диффузиялық сыйымдылық С_Д қосындысынан құралады. Жабық өткелде негiзгiсi тосқауылдық сыйымдылық ал ашықта - диффузиялық болып табылады. Варикапты сызықсыз сыйымдылықты, аз қуатты диод деп, ал варакторды аса қуатты диод дейдi.

 

 

 

 

 

 

 

9.5сурет. – Варикапты» вольт-фарадтыә сипаттамасы. 

Ультра қысқа толқынды радиотарату құрылғыларында варакторлық жиiлiк көбейткiштердi пайдалану осы диапазонда транзисторларды қолдану мүмкiндiгiн тудырады. Қазiргi заманғы транзисторлық генераторлар 10 ГГЦ-ке дейiнгi жиiлiктерде жұмыс iстейдi. Берушi генератордан кейiн бiрнеше транзисторлық күшейткiштердi қояды, олар антеннадағы берiлген қуаттан бiрнеше есе көп мәнге тербелiс қуатын көбейтедi. Осыдан кейiн жиiлiктi жұмыс мәнiне дейiн жоғарылататын варакторлық көбейткiштер қосылады. Бiрақ таратқыштың ПӘК-i осы мезетте төмендейдi. Сонда да шығындар тек қана транзистор көмегiмен алына алмайтын жоғарғы жиiлiктер есебiнен жойылады.

Жиiлiк көбейткiште варикапты (немесе варактор) параллельдi (9.6, а сурет) немесе тiзбектей (9.6, б сурет) сұлба бойынша қоса аламыз. Көбейткiштiң сыртқы контурын тоқтың 1-шi гармоникасына, ал шығыс L2 C2 n-шi гармоникаға баптайды. Көбейткiштiң тәжірибиелік сұлбасына қосымша тiзбектер: қорек көзi, сүзгілер, баптаулар, сәйкестендiрулер кiредi (9.7 сурет).

 

 

 

 

9.6 Сурет – Варикаптың қосылу сұлбасы

 

 

 

 

 

 

9.7 Сурет – Варакторлық күшейткiш сұлбасы

 Көбейту коэффициентiн n үлкейткенде қуат және ПӘК-тi төмендейдi. Көбейткiштiң n->3 болған жағдайдағы ПӘК-iн және шығыс қуатын жоғарылатуға Д-класында жұмыс iстейтiн электрондық құрылғыларда пайдалануға болады.

 

          Әдебиет:[6, 110-124 бет.].

 

10 №10 Дәрiс. Автогенераторлар

 

Мақсаты:

1. Радиожиiлiктiң тербелуiн алу ұстанымы.

2. Өздiгiнен қозу шарты.

3. Автогенераторлардың үш нүктелiк сұлбалары.

 

Радиожиiлiктiң тербелуiн алу ұстанымы. Радиожиiлiктiң электорлық тербелуiнiң бастапқы қорек көзi ретiнде индуктивтiлiгi L және сыйымдылығы С тербелмелi жүйенi пайдаланады. Егер LС контурына сырттан бiраз энергия әкелiнсе, онда контурда еркiн өшетiн электрлiк тербелiстер пайда болатыны белгiлi. Контурдағы тербелiстер өшпес үшiн ондағы энергия шығынын қорек көзiмен толтырып отыру қажет.

Тұрақты тоқ энергиясын радиожиiлiктiң электромагниттiк тербелiс энергиясына түрлендiретiн электрондық құрылғыны – автогенератор деп атайды.

 

 

 

 

 

10.1 Сурет – Автогенератордың құрылымдық сұлбасы

 Радиотарату құрылғыларында бастапқы тербелiстiң жиiлiгiн бергендiктен берушi генератор рөлiн атқарады.

Радиотарату құрылғыларындағы автогенераторларға қойылатын негiзгi талаптар ол – генерацияланатын тербелiстердiң жиiлiгiнiң тұрақтылығымен номинал мәнiн қамтамасыз ету.

Әдетте, транзисторлық автогенераторлардың шығыс қуаты белгiлену орнына байланысты бiрнеше милливат-бiрлiк ватты құрайды.

Өздiгiнен қозу шарты. Автогенератор тұрақты жұмыр iстеу үшiн 2 шарт орындалуы қажет, олар:фаза және амплитуда теңгерiлiмi.

Амплитуда теңгерiлуi бұл - қорек көзiнен Е_К(Е_А) контурға келетiн энергия мөлшерi. Ол контурдағы барлық шығындарды толықтыру үшiн және тербелiстердi өшпейтiндей етiп сақтау үшiн қажет шарт.

Фаза теңгерiлуi бұл – контурға келетiн энергияның уақытында берiлуi, яғни тура тарату (күшейту) тiзбегiнен және керi байланыста тербелiстердiң фазалық ығысуы тең немесе 360⁰ еселенуi қажет.

Төзiмдi өздiгiнен қозу теңдеуi. Бастапқы қарастырылып отырған тербелiс циклiнде, контурда айнымалы U^'_К кернеуi бар делiк. Осы кезде керi байланыс тiзбегi бойынша торға Ů_С=KŮ_К керi байланыс коэффициентiн анықталатын кернеу берiледi. Осы кернеу кезiнде анод тiзбегi бойынша İ_А1 тоғы өтедi

.                                                        (10.1)

 

Бұл өрнектер кешенді түрде анодтағы тоқ I_А1 және ондағы кернеу U_А арасындағы фаза бойынша ығысуды ескеру үшiн жазылған. Бұл ығысу жалпы жағдайда генерацияланатын тербелiстер жиiлiгiнiң w контурдың өзiндiк жиiлiгiнен w₀ айырмашылығы болған кезде туады. Нәтижесiнде анодтағы тоқ I_А1 мен контурдағы кернеу арасында фазалық ығысу пайда болады және контурдың эквивалент кедергiсi активтiмен r_Э қатар реактивтi құраушысы болады.

Z_Э=r_Э+jX_Э.                                                           (10.2)

 

Автогенераторды талдау және оның есептеуiн оңайлату үшiн орташа тiктiк ұғымы енгiзiлген.

                             (10.3)

 

мұндағы S – сипаттамадағы тiктiктiң лездiк мәнi.

Анодтағы I_А1 тоғы контурдан өте келе онда кернеу туғызады.

 

.                             (10.4)

 

Орныққан режимде U^"_К=U^'_K теңдiгi орындалуы қажет. Сонда S_ортZ_К(К-D)=1 болады. Әдетте Д мәнi өте аз және оны ескермеуге болады. Сонда

 

                                                  Ś_орт Ź_ЭК=1.                                                      (10.5)

 

Егер модулi және аргументi бөлек болса, онда кешенді мәндер тең болатыны белгiлi. Онда модульдер өрнегi келесiдей: S_орт Z_Э К=1.

Бұл теңдеу немiс ғалымы Баркгаузенмен табылған және оны автогенератордың стационар режимiндегi негiзгi теңдiк деп аталады.

Транзисторлық автогенераторлардың өздiгiнен қозу шартының бiраз өзгешелiктерi бар. Керi байланыстың сыртқы коэффициентi “эмиттер-база” қысқыштардағы кернеу U_Б амплитудасының коллекторлық контурдағы U_К тербелмелi кернеу амплитудасына қатынасымен анықталады, яғни

 

К_О.С=U_Б/U_К.                                                        (10.6)

 

Керi байланыстың iшкi коэффициентi iшкi “эмиттер-база” өткелiндегi қозу кернеуiнiң U_ЭБ амплитудасының контурдағы кернеу амплитудасына қатынасымен анықталады, яғни

 

К^'_о.с=U_ЭБ/ U_К.

 

Осы кездегi амплитуда шарты S_ОРТ K^'_О.С Z_Э=1. Бiрақ K^'_О.С=U_ЭБ/U_К= K_ЭБ K^'_О.С, мұндағы K_ЭБ= U_ЭБ/U_Б –“база-эмиттер” тiзбегiндегi кернеу тарату коэффициентi. Онда өздiгiнен қозудың негiзгi теңдеуi келесiдей болады

 

S_ОРТ K_ЭБ K_О.С Z_Э=1.                                            (10.7)

 

Автогенератордың үш нүктелiк сұлбаларын тұрғызудың жалпы ережелерi. үш нүктелiк индуктивтi сұлбада (10.2, а сурет) контур элементтерi транзисторға келесi рет бойынша жалғанады. С2 конденсаторы транзистордың коллекторымен базасы арасына қосылған. С1конденсаторы бөлушi болып табылады. L1 конденсаторы жоғарғы жиiлiкте базамен эмиттер арасына қосылған, С1 де сол конденсатор арқылы, ал эмиттерге тосқауыл конденсаторлары арқылы С5 және С3 жалғанған.L2 катушкасы, С5 және С3 конденсаторлары арқылы коллектор және эмиттер арасына жалғанған қорытындысы 10.3, а суртте көрсетiлген эквиваленттi сұлбаны аламыз.

10.3, б суретте үш нүктелiк сыйымдылықтық автогенератор сұлбасы көрсетiлген.

 

 

 

 

 

 

10.2 Сурет – Автогенератордың үш нүктелiк сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

10.3 Сурет – Автогенератордың эквиваленттi сұлбасы 

Автогенераторлардың индуктивтiлiктiк және сыйымдылықтық үш нүктелiк эквиваленттi сұлбаларын салыстыра отырып үш нүктелiк сұлбалардың жалпы салу ережелерiн анықтауға болады: эмиттермен база арасындағы реактивтi кедергiлер Х_ЭБ және эмиттер коллектор арасындағы Х_ЭК кедергiлерiнiң таңбалары бiрдей болу керек, ал “база-коллектор” реактивтiлiгi Х_БК қарама-қарсы таңбалы болуы керек. Осындай тербелмелi жүйедегi реактивтiлiктердiң транзисторға қосылуы фаза теңдестiрiлуi орындалу үшiн қажет. Контурдың реактивтi кедергiсiнiң мәнi контурлық келесiдей жиiлiк болатындай етiп таңдалуы қажет

 

.                                      (10.8)

 

Ол үшiн Х_С=Х_L теңдiгi орындалуы қажет, яғни сыйымдылықты тармағының реактив кедергiсi индуктивтi тармағының реактив кедергiсiне тең болуы керек. Индуктивтi үш нүктелiк үшiн:

 

,

сыйымдылықтық үшiн

 

.                                    (10.9)

 

Әдебиет:[6, 222-225 бет.].

 

 

11 №11 Дәрiс. Автогенераторлардың өздiгiнен қозу режимдерi

 

Мақсаты:

1.                Автогенератордың тербелiстер сипаттамасы.

2.                Өздiгiнен қозудың жұмсақ режимi.

3.                Өздiгiнен қозудық қатаң режимi.

 

Өздiгiнен қозу режимдерi. Тербелiс сипаттамасы деп – коллекторлық тоқтың бiрiншi гармоникасының амплитудасының транзистор базасындағы басқару кернеуiнiң амплитудасына қатынасын (I_К=ψ(U_БЭ) айтамыз. Тербелiс сипаттамасының түрi транзистордың өтпелi сипаттамасындағы i_К=f(e_БЭ) жұмыс нүктесiнiң орналасуына байланысты.

Транзистордың бiрiншi реттiк тербелу режимiнде жұмыс iстеу кезiнде, яғни А жұмыс нүктесi өтпелi сипаттаманың сызықтық бөлiгiнiң ортасынан таңдалғанда тербелмелi сипаттама дөңес болып келедi (11.1, 6,I сурет). Егер транзистордың өтпелi сипаттамасының жұмыс нүктесi В шығыс тоғының сейiлу ауданынан таңдалса (екiншi реттiк тербелу), онда тербелiс сипаттамасы нөлден бiраз оңға қарай басталады. Содан кейiн кiрiс (басқару) кернеуiнiң көбеюiне байланысты сипаттамасының өтпелi сипаттамасына төменгi сызықсыз бөлiгiне сәйкес келетiн төменгi қисаюы болады, сәйкесiнше жоғары қисаюы болады (11.1, б, II сурет).

Керi байланыс сызығы деп – транзистордың шығыс тiзбегiндегi тоқтың керi байланыс кернеуiне графикалық көрiну қатынасын айтамыз. Керi байланыс тiзбегi сызықты болғандықтан керi байланыс сызығы координата басынан басталатын түзу сызық болып табылады (11.1, в сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

11.1 Сурет – Тербелмелi сипаттамалар және керi байланыс сызықтары

 

Өздiгiнен қозудың жұмсақ режимi. 11.2, а суретте генераторлардың бiрiншi реттiк тербелiс режимiндегi амплитудалық тербелiс сипаттамасы (қисық сызық) және автогенератордың керi байланысының амплитудалық сипаттамасы (түзу сызық) көрсетiлген. Контурда флуктуация есебiнен тоқ пайда болды делiк. Осы тоқ керi байланыс тiзбегiнен кiрiсте U^I  қозу кернеуiн тудырады. Бұл кернеу тербелiс сипаттамасына сәйкес шығыс тiзбегiнде I^IIтоғын тудырады. I^IIтоғы кезiнде керi байланыс сызығына сәйкес автогенератордың кiрiсiне I^III тоғын туғызатын U^II кернеуi әкелiнедi және т.с.с. Тербелiстердiң өсу тiзбегi 11.2, а суретте көрсетiлген.

 

 

 

 

11.2 Сурет – Тоқ және кернеудiң өздiгiнен қозудағы жұмсақ (а) және қатаң (б) режимдерiнiң сызбалары

Сонымен, контурдағы тербелiстер тербелу сипаттамасымен керi байланыс сызығын анықтайтын қиысу нүктесi мәнiне дейiн өседi (В). В нүктесi орныққан тербелiс режимiне сәйкес келедi: шығыс тiзбегiнде I_ОРН. тоғы ағады, ”база-эмиттер” бөлiнгенде U_ОРН. кернеуi туады. Сонымен қатар В нүктесiнде амплитуда теңдесуi орындалып, автогенераторда тұрақты тербелiстер орнығады.

Осыдан, автогенератордағы бiрiншi реттiк тербелу режимiндегi бiрiншi реттiк тербелiстер қорек көзiнiң өздiгiнен қосылғаннан кейiн туады және орныққан мәнге дейiн жұмсақ, жатық өседi. Сондықтан тербелiстiң осындай режимiн жұмсақ деп атайды.

Өздiгiнен қозудың қатаң режимi. Егер транзистордың өтпелi сипаттамасындағы жұмыс нүктесi шығыс тоғының сейiлу ауданынан алынса, онда тербелмелi сипаттама керi байланыс сызығымен екi нүктеде қиылысады, ол 11.2 суретте көрсетiлген. I ауданында қисық түзудiң астынан өтедi, ол дегенiмiз жоғарыда көрсетiлгендей, контурдағы шығындар энергиямен толудан көп болады да тербелiстер тумайды. II ауданында қисық түзудiң үстiнен өтедi, ол дегенiмiз контурдағы шығындар энергиямен толудан аз деген сөз және тербелiстер өсуi мүмкiн. Осыдан шығатыны екi реттi тербелу режимiнде тербелiстер автоматты түрде флуктуация есебiнен тумайды (а-1 ауданы, 11.2, б сурет). Автогенераторда екi реттi тербелiстер туғызу үшiн транзистордың кiрiс тiзбегiне амплитуданың мәндi кернеуi U_ВОЗБ>U_Н беру қажет. Тек осы қатаң, тез iшкi итерiлiмнен кейiн тербелiс кернеуi туып, тез өседi. Осыдан кейiн өздiгiнен қозу режимi қатаң деп аталады. Тербелiстер бекiтiлген тербелiстердiң В нүктесiне сәйкес келетiн орныққан мәнге дейiн өседi.

 

Әдебиет:[6, 225-232-бет.].

 

12 №12 Дәрiс. Жиiлiктiң тұрақсыздану себептерi және оны тұрақтандарудың параметрлiк тәсiлдерi

 

Мақсаты:

1.                Генерацияланатын жиiлiктi тұрақсыздандыруды туғызатын себептер.

2.                Жиiлiктi тұрақтандырудың параметрлiк тәсiлдерi.

 

Таратқыштың жиiлiгiнiң тұрақтылығы негiзiнен берушi генератор, автогенератордың жиiлiк тұрақтылығымен анықталады. Ал автогенератор тербелiсiнiң жиiлiгi екi факторға байланысты: эквиваленттi тербелмелi контурдың өзiндiк жиiлiгiне және сапалылығына, транзистордың шығыс тоғының бiрiншi гармоникасымен контур кернеуi арасындағы фаза ығысуына.

Автогенераторлардың эквивалент тербелмелi контуры (12.1, а сурет) L және С өзiндiк параметрлерiнен және күшейткiш құрылғы мен тiзбектегi жүктеме әкелетiн кешенді кедергiсiнен тұрады. Күшейткiш құрылғыдан контурға әкелiнетiн кешенді кедергi С_ШЫҚ сыйымдылығынан және R_i  кедергiсiнен құралған күшейткiш құрылғының шығыс кедергiсiнен және автогенератордың өздiгiнен қозу шартымен қамтамасыз ететiн Z_КIР=R+jX_КIР кешен кедергiсiнен тұрады.

Жүктеме тiзбегi автогенераторды жүктейтiн каскадтың С _КIР және R_КIР кiрiс параметрлерiмен сипатталады. Барлық енгiзiлген параметрлер мәнi күшейтiлген құрылғының жұмыс iстеу режимiне байланысты. Айтылғанды ескере отырып, автогенератордың эквиваленттi контурының ықшамдалған сұлбасы келесiдей болады (12.1, б сурет):

 

   

 

 

 

 

 

 

12.1 Сурет – Автогенератор контурының эквиваленттi сұлбасы

 

Жалпы жағдайдағы контурдың өзiндiк жиiлiгi келесi формула бойынша анықталады

 

                                (12.1)

 

мұндағы Lk Ck–эквиваленттi контурдың индуктивтiлiгi мен сыйымдылығы;

Q – контур сапалылығы.

Осы формуладан контурдың өзiндiк жиiлiгi контур параметрлерiнiң өзгерiсiн тудыратын әр тұрақсыздандырғыш фактор әсерiнен өзгеретiндiгi шығады.

Жиiлiк тұрақсыздығының басқа себебi – фазалар теңгерiлiмi бұзылған кезде пайда болатын фазалық ығысу өзгерiсi.

Тұрақсыздандырғыш факторлар есебiнен автогенератордың эквиваленттi параметрлерi оның резонансты жиiлiгiнiң өзгерiсiн тудырып, яғни автогенератор жиiлiгiн де уақыт бойынша өзгередi. Негiзгi тұрақсыздандырғыш факторларды қарастырайық.

Қоршаған орта температурасының өзгерiсi контур бөлшектерiнiң геометриялық өлшемдерiн және изоляциялайтын материалдар мен диэлектриктердiң диэлектрлiк өтiмдiлiгiнiң өзгерiсiн тудырады. Мысалы, температураны жоғарылатқанда сым ұзындығы және орам каркасының өлшемi артады, ал оның есебiнен оның индуктивтiлiгi артады. Конденсатор пластиналары кеғейедi, олардың ауданы үлкейедi, содан сыйымдылығы да өзгередi. Диэлектриктердiң є диэлектрлiк өтiмдiлiгi температура үзiлген сайын өзгередi. Оны катушка индуктивтiлiгiмен конденсатор сыйымдылығын анықтайтын формуладан көре аламыз.

 

L= π²D²n²/L,

 

С=S(m-1)E/4πd                                                   (12.2)

 

мұндағы D – катушка диаметрi;

L – ұзындығы;

N - орам саны;

S – пластиналар ауданы;

M - пластиналар саны;

D - олардың арақашықтығы;

E - диэлектриктiғ диэлектрлiк өтiмдiлiгi.

Температура өзгерiсiнiң тербелмелi контурдың индуктивтiлiгiмен сыйымдылығына әсерi индуктивтiлiктiң температуралық коэффициентi (ИТК) α_L және сыйымдылықтың (СИК) коэффицинетiмен анықталады. Олар қоршаған орта температурасы 1⁰С-қа өзгерген кездегi индуктивтiлiкпен сыйымдылықтың қатысты өзгерiсiмен анықталады.

 

α_L=ΔL/LΔt,

 

α_C=ΔC/CΔt.                                                         (12.3)

 

Температуралық тұрақтылығы бойынша ең жақсысы – слюдандалған болып табылады, оның СИК (0.5…1)*10^-4 - ке тең. ИТК-ның мәнi де осындай болып табылады. Конденсатор сыйымдылығының өзгерiсi диэлектрлiк өтiмдiлiк Е өзгеруiнен болады. Өйткенi конструкторлығы бойынша конденсатор элементтерi қатты бекiтiлген. ИТК катушка конструкциясымен анықталады және каркас немесе сым материалына байланысты болады.

Автогенератор жиiлiгiнiң температура 1⁰С-қа өзгерген кездегi қатысты өзгерiсi жиiлiктiң температуралық коэффициентi (ЖТК) деп аталады α_f=Δf/f_Δt. ЖТК келесi формула бойынша анықталады

 

.                                         (12.4)

 

Теңдiктiң оң жағындағы “-” таңбасы температура жоғарылаған кездегi жиiлiктiң төмендеуiн көрсетедi.

Автогенератордың жылулық режимi қоршаған ортаның температурасымен анықталып қана қоймай, сонымен қатар iшкi элементтердiң қызуымен (транзистор, резистор және т.с.с.) анықталады. Қорек көзiне қосылғаннан кейiнгi бөлшектердiң қызуынан генерацияланатын тербелiстер жиiлiгi төмендейдi. Мұндай құбылыс жиiлiк жүгiрiсi деп аталады.

Транзистор жұмысының температуралық тұрақтандырылуында эмиттерлiк тiзбекке резистор қосу арқылы автоматтық ығысуды пайдаланады. Бұл температура өзгерiсi кезiндегi транзистор тоғының өзгерiсiн төмендетедi.

Температура өзгерiсi кезiндегi автогнератор жиiлiгiн тұрақтандырудағы ең тиімді тәсiл ол – термостатирлеу болып табылады, яғни автогенераторды толығымен термостатқа енгiзу. Бiрақ термостатты таратқыштарда қолдану оның өлшемдерiнiң үлкендiгiнен, тасымалдау қиыншылығынан, энергияның қосымша шығынынан және т.б. тиiмсiз болып табылады.

Термостатирлеудi қолданудан басқа жиiлiк тұрақтандырудың параметрлiк тәсiлдерi, яғни автогенератордың тербелмелi контурының параметрлерiн тұрақтандыру тәсiлi қолданылады.

Контурдың эталондығы деп тербелiстiң өзiндiк жиiлiгiн өзгерiссiз сақтай алу қасиетi аталады. Контурдың конденсаторымен катушкасының сапалылығы жоғары болғандықтан контурдық эталондық қасиеттерi негiзiнен шунттаушы контурлардың паразиттiк сыйымдылығының тұрақсыздығымен анықталады. Олардың әсерi контур сапалылығын Q жоғарылатқанда төмендейдi.

Осылайша контурдың анықталған кедергiсi кезiнде сапалылықты жоғарылату контурдың сыйымдылығын С_к үлкейту арқылы контурдың сипаттамалық кедергiсiн азайтуға мүмкiндiк бередi.

Осы уақытта сыйымдылықтың қатысты өзгерiсi азаяды ΔС_ПАР/С_К, Δf жиiлiгiнiң өзгерiсi азаяды. Бiрақ контурдың жұмыс жиiлiгiн жоғарылатқанда оның сыйымдылығын С_к азайту керек болады, ол сыйымдылықтың тұрақсыздығына және контурдың эталондығының нашарлауына алып келедi. Сондықтан жұмыс толқынын қысқартқан сайын жиiлiк тұрақтылығы нашарлайды.

Контурдың бекiтушiлiк мүмкiншiлiгi деп контур кернеуiмен шығыс (коллекторлық) тоқтың бiрiншi гармоникасы арасында туатын фазалық ығысуды компенсациялау қасиетi аталады.

Жоғарыда көрсетiлгендей автогенератордың дұрыс жұмыс iстеуi үшiн фазаларын теңдестiрiлу шарты Ψ+ Ψ_О.С=0 орындалуы қажет, мұндағы Ψ–контурдағы кернеумен коллектордағы тоқтың бiрiншi гармоникасы арасындағы фазалық ығысу бұрышы; Ψ_О.С–контурдағы кернеумен керi байланыс кернеу арасындағы фазалық ығысу бұрышы. Бұл дегенiмiз, тербелiс транзистор кiрiсiнен шығысқа дейiн керi байланыс тiзбегi арқылы кiрiске келгенде сол фазада немесе автогенератордың тұйықталған жүйесiндегi қосынды фазалық ығысуда болуы қажет.

Бiрақ тұрақсыздандырғыш факторлар әсерiндегi күшейткiш құрылғының жұмыс режимiнiң әр өзгеруi керi байланыс тiзбегiнде фазалық ығысудың ΔΨ_К.Б өзгерiсiн туғызады, осыдан фазалар теңдестiрiлуi нашарлайды. Егер транзистор кiрiсiндегi U_КIР кернеуi керi байланыс тiзбегiнен келiп отыратын жаңа U_К.Б кернеуiнен қалып отырса генерацияланатын тербелiстер жиiлiгi артады. Және керiсiнше, терiс фазалық ы¹ысу Δf<0 пайда болған кезде генерацияланатын жиiлiктер төмендейдi, яғни керi қарай өседi (Δω<0). Δω жиiлiгiнiң өсуi контур сапалылығына байланысты болады. Q сапалылығы үлкен болатын контурдың жиiлiк өзгерiсi төмен болады. Ол 12.2 суретте көрсетiлген. Автогенератор жиiлiгiнiң тұрақтылығын арттыру үшiн онда сапалылығы үлкен контур қолдану керек.

 

.                             (12.5)

 

Оны тiзбектелген каскадтың берушi генератордың шығыс тiзбегiмен байланысын азайту арқылы, сонымен қатар тiзбектелген каскадтың жұмыс режимiн оның кiріс тiзбегiнде тоқсыз (буферлiк режим) етiп алу арқылы жетуге болады.

 

 

 

 

 

 

12.2 Сурет – Әр түрлi сапалылық кезiндегi параллель контурдың сипаттамалары (θ₁>θ₂): а-амплитуда-жиiлiктiк; б-фаза-жиiлiктiк

 

Әдебиет:[6, 232-237 бет.].

 

13 №13 Дәріс. Жиілікті кварцты тұрақтандыру

 

Мақсаты:

1. Жиілікті параметрлерінің тұрақтандырудың кемшіліктері.

2. Кварц және оның қасиеттері.

 

Жиілікті параметрлік тұрақтандырудың кемшіліктері.Автогенератор тудыратын тербелістердің жиілігі эквивалентті тербелмелі контурдың параметрлерімен анықталатындықтан жиілік тұрақтандырудың 2 талабы болады:

-                    тербеліс жиілігі тербелмелі контур немесе кері байланыс тізбегімен анықталуы тиіс; контурдың және кері байланыс тізбегінің сапалылығы жоғары болуы  тиіс;

-                    автогенератордың тербелмелі контурының (немесе кері байланыс тізбегі ) жоғары эталондық қасиеттері болуы қажет.

Жиілікті тұрақтандырудың параметрлік тәсілдері тербелмелі жүйенің параметрлерін тұрақтандыруға бағытталған. Бірақ көп жағдайда контурлардың қажетті сапалылығы және эталондық қасиеттері болмайды. LC – контурлары бар автогенераторлар жиілік тұрақтандырудың 10^-3...10^-4 қамтамасыз етеді.Ал бұл жеткіліксіз болып табылады.

Кварц және оның қасиеттері. Кварцтық пластинаның пъезоэффектілік – тура және кері болады. Пъезоэффект дегеніміз – электр энергиясын толығымен механикалыққа түрлендіруді және керісінше.

Тура пъезоэффект ол – кварцтық пластиналық механикалық деформациясы (қысу,созу майыстыру) оның шетінде электр зарядтарын туғызады. Әдетте қисық қиылған, көлденеңінен созылған (50..500кГЦ диапазонында) және қалыңдығы бойынша тербеліс ығысуы (500кГЦ-тен жоғары диапазонда) болатын пластиналар пайдаланылады.

Егер кварцтық пластинаны электр өрісіне орналастырса, яғни параллель қырына потенциал айырымдарын берсе, онда перпендикуляр осьтері бойымен механикалық деформация – кері пъезоэффект туады.

Пластинада айнымалы электр өрісі кезінде майысқақ механикалық тербелістер туады. Осылайша қалыңдығы бойынша тербелістердің ығысуы кварцтық резонатордың механикалық тербелістерінің негізгі жиілігі келесідей анықталады.

 

F_KB=M/d                                                            (13.1)

 

мұндағы М – жиіліктік коэффициент;

d – пластина қалыңдығы.

Пластинаның қалыңдығы бойынша ығысу тербелістері М=1.5...3МГЦ/мм. Жиілікті жоғарылату үшін пластина қалыңдығы d – азайту қажет. Бірақ жіңішкелігі 0.1мм болатын пластиналар нәзік болғандықтан жасалынбайды. Осыдан шығатыны кварцтың пластинаның негізгі тербелістерінің жиілігі 15...30МГц-ты құрайды. Әр тербелмелі жүйедегі кварцтық резонаторда жоғарғы жиіліктік гармоникалардың бірнеше тербелісі байқалады. Жоғарғы жиіліктерді тұрақтандыру үшін кварцтық пластиналардағы механикалық тербелістердің жоғарғы гармоникалары пайдаланады: тақ сандар ( n=3,5,7) тек осы жағдайда ғана резонатордың астарында қарама-қарсы белгісі бар зарядтар алынады.

Кварцтың эквивалентті сұлбасы. Айналмалы электрлік өрістегі кварцтың жұмыс істеу қағидасы электрлік тербелмелі контурдың 3-ші түріне ұқсайды.

 

 

 

 

13.1 Сурет – Кварцтың эквивалентті сұлбасы 

Кварцтық резонатордың көрсеткіштері. Кварцтық резонатордың эквивалентті электрлік сұлбасының негізгі көрсеткіштері динамикалық индуктивтілік L_КВ және  сыйымдылық С_КВ, кедергі r_КВ  және статикалық сыйымдылық С₀,сапалылық Q_KB=√L_KBC_KB/r_KB және қосылу коэффициенті ρ=C_KB/C₀ болып табылады.

Динамикалық индуктивтік L_KB пластиналардың инерциялық қасиетін шағылыстырады, оның мәні 10-нан 1 генрийге дейін. Кварцтың динамикалық сыймдылық С_КВ өлшемнің аналогы болып табылады. Сыйымдылық С_КВ өте аз – пикофарадтың жүздік бөлігі. Кедергі r_KB кварцты резонатордағы тербеліс энергиясының шығынын шағылыстырады. Кристалдың механикалық деформациясы кезіндегі шығын ішкі үйкелуде негізгісі болып табылады (r_KB – 1-ден 100 ОМ-ға дейін). Сйымдылық С₀ кварцты ұстағыштың статикалық сыйымдылығын сипаттайды (С₀=1…50пФ).

Кварцты резонатордың эквивалентті контурының көрсеткіштері LC – контурының көрсеткіштерінен әлдеқайда ерекшеленеді. Кварцтың сипаттамалық кедергісі ρ_КВ=√L_KB/C_KB индуктивтігі L_KB үлкен және сыйымдылығы С_КВ аз болғанда, өте үлкен болып келеді. Сондықтан да шығынның кедергісінің үлкендігіне r_KB қарамастан, кварцтық контурдың эквиваленттік сапалылығы өте үлкен болады – 100000, ал қарапайым контурдікі Q=100…200 тең.

Кварцтың резонанстық сипаттамасы. Кварцты резонатордың эквивалентті сұлбасына сәйкес келетін тербелмелі контур 2 резонанстық жиіліктерімен: а) кварцтың динамикалық көрсеткіштерінен құралған ω=1/√L_KBC_KB тармақтағы тізбектелген резонанстың жиілігімен және де бүкіл контурдың параллель резонансының жиілігімен кварцты ұстағыш сыйымдылығымен С₀ сипатталынады.

 

                            .          (13.2)

 

C_KB/C₀=ρ қатынасы әдетте бірден бірталай кіші (ρ=0.001...0.01). Сондықтан да кварцтың өзіндегі резонанстық жиілігі ω_KB  ω₀ жиілігінен біраз ерекшеленеді. Осы жиіліктердің айырымы жүзден екі-үш мың аралығын құрайды.

Эквивалентті контур ретінде  және  кварцты резонатордың кедергілерінің тәуелділігі 13.2 суретте көрсетілген. Бұдан  жиілік интервалында кварцты резонатордың индуктивті кедергісі болатыны байқалады, яғни индуктивтік болып табылады. Ал қалған жиіліктер үшін – сыйымдылықты кедергі болады. Контур сапалылығы жоғары болғандықтан параллель контурдың резонансты сипаттамасы өте үшкір болады. Сондықтан кварцтың өзіндік резонанстық жиілігі  параллель контурдың  жиілік жолағынан әлдеқайда алыс орналасқан.

13.2 Сурет – Кварцтың резонанстық сипаттамасы

 

Резонатордың фазажиіліктік сипаттамасы сапалылығы жоғары болғанда және  кіші жиіліктік диапазоннында үлкен тіктік болады. Бұл дегеніміз кварцты резонатордағы жиіліктің жоғарғы тұрақтылығының шарты.

Бұдан басқа, кварцты резонатор өзіндік жиіліктердің жоғарғы эталондығымен және механикалық беріктігі бекітілген қасиетімен ерекшелінеді.

 

Әдебиет:[6, 240-244 бет.].

 

14 №14 Дәріс. Кварцтық автогенераторлардың сұлбасы

 

Мақсаты:

1. Автогенераторлардың осцилляторлы сұлбасы.

2. Автогенераторлардың сүзгілік сұлбасы.

 

Жоғары тұрақтанатын автогенераторлардың сұлбасын құру үшін кварцты резонаторды жоғарыэталондық индуктивтілік ретінде немесе автогенератордың оң кері байланыс тізбегіндегі жоғары сапалылық тізбектелген контур ретінде пайдаланады. Автогенератордың сұлбасына кварцтың қосылуының себебінен кварцтық автогенераторлардың екі топқа:осциляторлық және сүзгілік деп айырады.

Осциляторлық сұлбалар. 14.1 суретте көрсетілгендей жалпыланған үшнүктелік сұлбадағы бір индуктивтіліктердің орнына кварц қосылады. Егер кварцта индуктивтілік кедергі бар болса, онда бұл сұлбада тербелістер болуы мүмкін, яғни кварцтың  өзіндік резонанстық жиілігінде болады. Басқа жиіліктерде фазалардың балансы орындалмайды және автогенератордағы тербелістер пайда болмайды. Тәжірибе жүзінде көбіне сыйымдылықтық үшнүктелік сұлба қолданылады, мұнда индуктивтіліктің орнына кварц коллектор-база бөлігіне қосылады. Бұл сұлба жиілікте жақсы тұрақтылықты иемденеді осыған байланысты транзистордағы кварцтық резонаторының аз шунттауынан болып табылады. Бұдан басқа сұлбада катушка индуктивтілігі болмайды және ол интегралды орындалуындағы автогенераторлардың құрылуына мүмкіндік береді. 14.2 суретте база-коллектор тізбегіне қосылған транзисторлық автогенератор кварцмен қарапайым принципиалды сұлба көрсетілген. Автогенератордың сыйымдылықтың үшнүктелік сұлбасы. Осы сұлба бойынша автогенератордың жұмысы кварцтың жиілігінде ғана болуы мүмкін. Кварцтың бұзылуынан (тізбектен үзілуі) генерация істен шығады. Бұл сұлбаның кемшілігі транзистордағы коллекторлы-базалы өтудің кедергісімен кварц шунтталады және де ол өндірілетін тербелістің жиілік тұрақтылығын түсіреді.

 

 

 

 

14.1 Сурет – Осциляторлық сұлбалар

 

 

 

 

 

 

 14.2 сурет – Кварцтық автогенератордың сұлбасы 

Сүзгілік сұлбалар. Бұл сұлбада кварцтық резонаторды кері байланыстық тізбегіне тізбектей қосады және де автогенератордағы тербелмелі контуры бар транзмстордық база, эмиттер және коллекторларын қосушы болып табылады. 14.3 суретте сыйымдылықты үшнүктелік сұлбаға кварцтық резонатордың қосылу нұсқаулары көрсетілген. Тізбектелген резонанстық негізгі жиілігінде кварцтың тек аса үлкен емес активті кедергі болады. Осы кезде кварц тудыратын кері байланыс тізбегі тұйықталады, өздігінен қозу шарттары орындалады және автогенераторды тербелістер туады. 14.4 суретте кері байланыс тізбегіндегі кварцы бар кварцтық автогенератордың ұстанымды сұлбасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

14.3 Сурет – Автогенератордың сүзгілік сұлбалары 

Екікаскадты сұлбалар. 14.5 суретте көрсетілгендей кварцтың жиілік гармоникасында жұмыс істейтін автогенераторды кері байланыс тізбегіне кварцтық резонаторды қосып, біркаскадты күшейткіш ретінде құруға болады. Бұл сұлба Батлер сұлбасы деген атауға ие болды. Мұнда тербелмелі контур кернеуінің біраз бөлігі кварцтық резонатор арқылы коллектордағы кернеудің қарама-қарсы фазада эмиттерге беріледі.

 

 

 

 

14.4 Сурет

 

Осы арқылы фазалар балансы қамтамасыз етіледі. Амплитудалар балансы R_Э резонаторына кедергілерді таңдау арқылы орындалады. Кварцтық резонатрдың жоғарғы бекітушілік қасиетін сақтау үшін және сол арқылы жиіліктің жоғарғы тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін кварцтық резонатордың кері байланыс тізбегіне тізбектей қосылатын кедергіні азайту қажет.

Батлер сұлбасындағы тұрақтылығы жоғарғы тербелістер тудыру үшін кері байланыс тізбегінің VТ2 транзисторының сыйымдылығын амплитудалар балансын қамтамасыз ету шартынан таңдалынады. Ал кварцтық резонатордың эмиттерлік қайталағыштың кіші кіріс кедергісі арқылы қосады. Ол арқылы кварцтық резонатордың жоғарғы бекіту қасиеті қамтамасыз етіледі.Бұл кері байланыс тізбегіне резонаторға тізбектей үлкен кедергілер қосылмағандықтан болады және оның сапалылығы тек қана кварцтың өзінің кедергісімен анықталады.

Автогенератордың әртүрлі сұлбаларын салыстыра отырып мынандай қорытындыға келуге болады. Ең жақсы ұстамдылық пен тұрақтылық – осциляторлық сұлбада 30 МГц жиілікте, контурында кварцы бар автогенераторларда 90 МГц, Батлер сұлбасы бойынша 90 МГц-тен жоғары жиілікте қамтамасыз етіледі.

 

                                                      

 

 

 

 

  

14.5 Сурет – Батлердің жиіліктің жоғарғы тұрақтылық сұлбасы

 «Гиацинт-М» автогенераторының сұлбасы. Радиостанцияның радиотарату құрылғыларын детте қоздыру-синтезаторынан, қуат күшейткішінен, модулятордан, фидерлік – антенналық құрылғыдан, басқару блоктарынан және элетр қоректендіруден тұратын классикалық сұлба бойынша құрайды.

Қоздыру-синтезаторының құрамында жиіліктің жоғары тұрақтылығын қамтамасыз ететін «Гиацинт-М» тіректің генераторы бар.

ТГ жоғары жиілікті күре жолы ББ бар автогенератордан, кварцтық резонатордан шығыс трансформаторға қосылған УҚТ және жиілікті түзету сұлбасынан тұрады. Автогенератор 159НТ1А микросұлбасының екі контурлы сұлбасы бойынша орындалған (14.6 сурет). Тербеліс жүйесінің индуктивті тармағы Р1-кварцты резонаторынан, VD1(2В102Е) варикапынан және С1 конденсаторынан тұрады. Контурдың басқа тармағы бір шығыны С2 конденсаторы, ал екіншісіне С6,С8,С9,С10 конденсаторлары қосылған сыйымдылықты бөлгіш болып табылады. Оларды таңдау арқылы генератор жиілігін 5...8Гц аралығында түзетуге болады. Сыртқы контурда R5 резисторы атқарады.

 

 

 

 

 

14.6 Сурет - «Гиацинт-М» автогенераторының сұлбасы 

Тұрақты тоқ бойынша ББ және автогенератор микросұлбасының жұмыс режимі R2–R6 резисторларымен анықталады. Микросұлба қоректендірілуі +9В тұрақтанған кернеуімен орындалады. Автогенератор жұмысы сыйымдылыққы жүктелген эмиттерлік қайталағыштың теріс кіріс кедергісін қолдану қағидасына негізделген. База тізбегіне қосылған Р1 кварцтық резонаторы тізбектелген резонанс жиілігіне жақын жиілікте қозады.

Қажетті механикалық гармоникадағы қозу С2және С3 сыйымдылығын таңдау арқылы жүзеге асады. Белгілі бір шектегі олардың мәндерін өзгерту арқылы жиілігі 5 Мгц болғандағы генератор жиілігін 5…8Гц аралығында жиілікті түзетуге және номинал жиілікті қалпына келтіруге болады. Автогенератордан жиілігі 5 МГц дабыл микросұлбаның екінші транзисторындағы эмиттерлік қайталағыш сұлбасы түрінде орындалған буферлік күшейткіш кірісіне кіреді. Оның R6 кедергісінен С7 бөлуші конденсаторынан 5 МГц радиожиілікті кернеу автогенератор шығысына беріледі.

 

Әдебиет:[6, 244-247 бет.].

 

15 №15 Дәріс. Диапазонды – кварцтық жиілік тұрақтандырғыш жүйелері

 

Мақсаты:

1.                Гетеродиндік (интерполяциялық) тәсіл.

2.                Көп рет гетеродиндеу тәсілі.

3.                Жанама интерполяциялау тәсілі.

4.                Жиіліктер синтезаторы.

 Жоғары тұрақтылығы бар тербелістерді гетеродиндік (интерполяциялық) тәсіл арқылы алу мынаған негізделген: әрбір f₀ жұмыс жиілігі екі генератор – кварцтық және қайта құралудың тербеліс жиіліктерін қосу және алу арқылы туады. Осындай қоздырғыштың құрылымдық сұлбасы 15.1, а суретте көрсетілген. Кварцтық автогенератордан (КАГ) дабыл араластырғышқа (А) беріледі. Осы уақытта араластырғышқа қайта құралу автогенераторынан (КҚА) тербелістер беріледі. КАГ бір гармоникасын және КҚА бір жиілігін таңдау арқылы белгілі бір диапазондағы жиіліктерді алуға болады. Араластырғыштан кейін қажетті жұмыс жиілігі жолақтық сүзгі (ЖС) арқылы өтеді. Бүйірлік құраушыларды ең жақсы әлсіретуді компенсациялық тәсіл арқылы алуға болады, бұл кезде бір қайта құрау генераторы кезіндегі жиілікті екі еселік түрлендіру пайдаланады. Осындай түрлендіргіштің құрылымдық сұлбасы 15.1, б суретте көрсетілген. КАГ-тан тербеліс бірінші араластырғышқа А1 беріледі, онда ол ЖС1 сүзгішімен оңай бөлінетін мәнге дейін төмендейді. ЖС1 қайта құралмайтындықтан оның конструкциясы ықшамдалады. Сүзілген тербелістер содан кейін екінші араластырғышқа А2 беріледі, мұнда тербеліс жиілігі жұмыс мәніне дейін жоғарылайды.

 

 

 

 

15.1 Сурет – Интерполяциялық тәсілмен жұмыс істейтін синтезатордың

құрылымдық сұлбасы: а – бір рет түрлендірілетін, б – екі рет түрлендірілетін

 Бiрнеше гетеродиндердiң жұмыс жиiлiгiнiң санын ойша алуға болады. Осыдан екi генераторлардың f_Э.Г және f_А.Г жиiлiктерi дискреттi өзгертiледi.

15.2 суретте бiрнеше гетеродиндердiң құрылымдық сұлбасы көрсетiлген. Тiректiк автогенератордан К_ВТАГ келетiн тербелiстер П_Р1 түрлендiргiшiне берiледi. Осыған басқа да автогенератордың тербелiстерi К_В1 берiледi. Шығысында сомалары және тасымалдаушы жиiлiктердi аламыз. Осылай әрбiр келесi буындардан кейiн қайталанады. Қоздырғыштың шығысында жиiлiктердiң үлкен санын алуға болады.

 

 

 

 

 

 15.2 Cурет – Бiрнеше гетеродиннiң құрылымдық сұлбасы

 

Жиiлiктiң жанама интерполяциясының әдiсi келесiлерден тұрады. Жұмыстық тербелiс синхронды диапазонды автогенератормен қалыптасады, оның жиiлiгi басқа генератордың эталонды жиiлiгiмен үздiксiз салыстырылады (15.3-сурет). Ол үшiн синхрондалатын автогенератор және кварцты тiректiк автогенератордан шығатын тербелткiштер араластырғышқа берiледi, осыдан шығысында тасымалдаушы жиiлiгi бар f_К-f_С немесе f_С-f_К тербелткiштер бөлiнiп шығады. Қайта нақышталған генератордан бiр уақытта келетiн тербелткiштер фазалық детекторға (ФД) берiледi, содан олардың салыстырулары болады. Фазалық детектордың (ФД) шығысында үйлестiрiлмеген кернеу пайда болады. Ол реактивтi элемент арқылы (мысалы, варикап) синхрондаушы автогенераторға берiледi және де шығыс тербелiсiнiң жиiлiгiн түзетедi.

 

 

 

 

 

15.3 Cурет – Жанама интерполяцияның құрылымдық сұлбасы

 

Жиiлiктердiң декадты синтезаторлары. Декадты синтезаторлардың жиiлiктерiнiң құрылу ұстанымы келесi тiзбектелген операциялармен орындалады:

 ‑ жиiлiгi f_ОГ болатын тiректiк генератордан, шектес 10 гармоникадан спектр алынады (мысалы 100кГЦ, 1МГц);

 ‑ жиiлiктi» декадты аустырып‑қосқышымен 10 гармониканың бiреуiн таңдауды, ол 10 күйден тұрады (0‑ден 9‑ға дейiн);

 ‑ таңдалған жиiлiктiң құрауышын, яғни n‑шi гармоникасын, тiректiк генератордың жиiлiгiмен қосады, бұл жағдайда қосынды жиiлiктiң сандық мәнiнiң бiрiншi саны декадалық ауыстырып қосқыштың орналасу нөмiрiне сәйкес келу керек;

-                    қосынды жиiлiктi 10‑ға бөлу керек, бұл енгiзiлген санды келесi, одан да төменiрек, ондық деңгейге аударады;

-                    алынған тербелiс қоздырғыштың келесi декадасына тiректiк ретiнде қолданылады. Мұнда өзiндiк тiректiк генератордың гармоникалық құрауышының бағдарламаланатын жұмыс жиiлiгiнiң сандық деңгейiнiң көршiлес (одан да жоғарырақ) санға сәйкес келетiн таңдамасы орындалады;

-          қосынды тербелiстiң жиiлiгiн 10‑ға бөледi және алынған тербелiстi келесi декадаға тiректiк ретiнде қолданады т.с.с.

Нәтижесiнде мұндай қоздырғыштың шығысында жиiлiгiнiң мәнi декадалық ауысып‑қосқыштың көрсеткiшiне сәйкес келетiн тербелiс пайда болады.

Декадалық синтезатордың құрылымдық сұлбасы 15.4 суретте көрсетiлген. Тiректiк жиiлiктер бергiшiнiң (ТЖБ) кiрiсiнде f₀ және қадамы бiрдей Df он жиiлiк құрылады, f_К59f_К+кDf, мұнда к50,1,2….,9.f₀ жиiлiгi әдетте Df ‑ қа қысқарады. Бiрiншi соматорға С1 екi жиiлiк берiледi: тiректiк жиiлiк f₀ және К1‑дiң таңдалған күйiмен анықталатын f_К жиiлiгiнiң бiрi: қосынды жиiлiгiнiң тербелiсi осы жиiлiктiң Ф1 сүзгiшiмен айқындалады және бөлгiшке келiп түседi. Соның нәтижесiнде бiрiншi декаданың шығысында жиiлiктердiң бiреуi пайда болады.

 

             (15.1)

 

мұнда к₁= 0,1,2….,9, яғни бiрiншi декададан кейiн қадамы Df ‑ тен он есе кем 10 жиiлiктен тұратын тор болады.

 

 

 

  15.4 Cурет – Декадалық жиiлiк синтезаторының құрылымдық сұлбасы

 

 

15.5 Cурет – Жиiлiктiң фазалық автокелтiргiшi (ЖФАК) бар жиiлiк синтезаторының құрылымдық сұлбасы

 

Тiректiк генератор жиiлiгi бар 5 МГц дабыл орнықтырылған бөлiндi (DD2) коэффициентi бар бөлгiшке келiп түседi. Оның шығысында 1 МГц тiректiк жиiлiгi бар дабыл пайда болады (КТ33). Қалыптастырғыш (DD1) сұлбасы арқылы жиналған. VT3 транзисторында шығыс генераторының жиiлiгi бар дабыл, айнымалы бөлiндi коэффициентi бар (КТ34) бөлгiштiң кiрiсiне берiледi. Қажет бөлiндi коэффициентi SA1, SA2 ауысып қосқыштарымен берiледi. Бөлгiштiң шығыс дабылдары импульстi фазалық детектормен (DD7) теңестiрiледi. Олар тең болмаған жағдайда 6 микросұлба DD7 шығысында шығыс генератор контурына кiретiн қалыптастырғыш элементке (VD5) берiлетiн қателiк кернеуi орнығады. Бұл жағдайда шығыс генератордың жиiлiгi эталондық генератор жиiлiгiне сәйкес берiледi.

15.6 Cурет – ЖФАТ интегралдық жиiлiк синтезаторының құрылымдық сұлбасы

 

Көлемдi станцияларда таратқыш және қабылдағыш үшiн де бiр уақытта жиiлiк торын алу; екiлiк кодты теру арқылы таратқыш және қабылдағыш арналарының оңай ауысып қосылуы; жоғары жиiлiктi күре жол сұлбасының жеңiлденуi. Синтезатор бағдарламалайтын коэффициент бөлiндiсi бар бөлгiш жиiлiгiнiң көмегiмен тiректiк кварцтық генератор жиiлiгiн бөлу әдiсiн қолдану арқылы жиiлiктер торын құрады. Келтiрiлмелi генераторлардың тұрақтылығы төмен және кернеумен басқарылады. Жиiлiктi тұрақтандыру ЖФАК көмегiмен орындалады.

ЖФАК жүйесi ‑ бұл фазалық детектор, кiрiсiне ГУН шығысынан және тiректiк генератордың жиiлiктерi келiп түседi.

Детектор келiп түсетiн дабылдар фазасын теңестiредi және шығыста қателiк дабылын қалыптастырады. Алынған қателiк дабылы ТЖС‑да өткенннен кейiн ГУН‑ның басқарылатын элементi варикапқа келiп түседi, сол арқылы генератор жиiлiгiн басқарады.

 

16 №16 Дәрiс. Модуляция. Модуляция түрлерi

 

Сабақтың мақсаты:

 

1.Модуляция туралы жалпы мағұлматтар.

2.Амлитудалық модуляция.

3.Бұрыштық модуляция.

4.Модуляция кезiндегi динамикалық ауқымның тарылуы.

Жалпы мағұлматтар. Радиотаратқыш арқылы жасалатын және оның антеннасы арқылы электромагниттiк толқын күйiнде берiлетiн радиожиiлiктiк тербелiстер мәлiметтердi тарату үшiн қолданылады. Өйткенi олар үлкен арақашықтықтарға оңай таралады. Берiлуi қажет мәлiметтер көбiнесе ТЖ тербелiс ретiнде болады. Сондықтан ТЖ – дабылдың спектрiн радиожиiлiк аумағына ауыстыру қажет. Ол үшiн оларды басқару орындалу керек. Таржолақты дабыл дегенiмiз ‑ өткiзу жолағы дабылдың тасымалдаушы жиiлiгiнен 15 ‑ 20% ‑ тен аспайтын дабылды айтады.

Таржолақты дабылдың моделi ретiнде гармоникалық дабылды аламыз.

                                  (16.1)

мұнда А‑амлитуда;

vt+w₀ – дабыл фазасы;

w₀ ‑ бастапқы фаза.

Сонымен қатар амлитудалық және бұрыштық модуляция бар

w(t)=cos(vt+w)

V(t)=A(t) ‑ амлитудалық модуляция (АМ);

V(t)=w(t)=(vt+w₀) – бұрыштық модуляция;

f(t)=v(t)-жиiлiктiк (ЖМ);

f(t)=w₀(t)-фазалық (ФМ).

Импульстiк модуляция.

S(t)=.

Радиожиiлiк тербелiстерiн информациялық жиiлiк тербелiстерi арқылы басқару процессi ‑ модуляция деп аталады.

Модуляция ‑ модулятор деп аталатын арнайы құрылғының көмегiмен iске асады.

Радиожиiлiктiк тербелiстер үш параметрмен сипатталады: амплитуда, жиiлiк және фазамен. Модуляция орындалу үшiн берiлген дабылға сәйкес радиожиiлiктiк тербелiстердiң бiр параметрiн уақыт бойынша өзгертiп отыру керек. Радиожиiлiктiк тербелiстiң қай параметрi өзгеруiне байланысты амлитудалық, жиiлiктiк және фазалық модуляцияны ажыратады.

Таратқыштың импульстiк режимде жұмыс iстеуi кезiнде модуляция орындалу үшiн импульстердiң бiр параметрi өзгередi. Мұндай модуляция импульстiк модуляция деп аталады.

Телеграфтық дабылдарды беру үшiн телеграфтық кодқа сәйкес радиожиiлiктiк тербелiстердiң бiр параметрiн өзгертедi. Радиотелеграфтық модуляцияны манипуляция деп атайды. Осыған сәйкес амлитудалық, жиiлiктiк және фазалық манипуляцияны ажыратады.

Амлитудалық модуляция дегенiмiз берiлушi дабылдың ТЖ тербелiсiнiң амлитудасының өзгеруiне сәйкес радиожиiлiктiк тербелiс амлитудасының өзгеру процесi.

Талдауды жеңiлдету үшiн бiр тондық жиiлiгi бар V модуляцияны қарастырайық, яғни мирофон алдында бiр жиiлiктiң бiр тондық тербелiсiнiң дыбысы шыққан кезде.

Тербелiс сызбасы 16.1 cуретте келтiрiлген, бұл жағдайда модуляция кезiндегi радиожиiлiк тоғының мәнi келесi

.                    (16.3)

Модуляцияланған тербелiстер тоғының мәнiн әрi қарай түрлендiре отырып, келесi мәндi аламыз

                .  (16.4)

Модуляция кезiндегi DI_НЕС тасымалдаушы жиiлiк тоғының амплитудасының модуляцияға дейiнгi I_НЕС мәнiне өсуiнiң қатынасын m әрпiмен белгiлеп, модуляция тереңдiгiнiң коэффициентi немесе модуляция тереңдiгi деп атайды.

 

 

 

 

 

 

16.1 Cурет – Амплитудалық модуляцияланған тербелiстердiң уақыттық диаграммасы

Модуляция тереңдiгi коэффициентiнiң мәнi m модуляцияланған тербелiс амплитудасына ғана тәуелдi. Мысалы, сөз немесе музыка берiлiсi кезiнде ‑ дыбыс жоғарылығына тәуелдi. Жиiлiк модуляция кезiнде m коэффициентi модуляцияланған дабыл кернеуiнiң амплитудасына тура пропорционал m=aU_V, мұндағы a ‑ пропорционалдық коэффициентi. 16.2 суретте әртүрлi модуляция коэффициентi кезiнде амплитудалық модуляцияланған тербелiстердiң уақыттық диаграммасы келтiрiлген. Бұрмаланусыз амплитудалық модуляцияны орындау үшiн модуляция коэффициентi бiрден аспауы керек.

 

 

16.2 Cурет – Амплитудалық модуляцияланған тербелiстердiң әртүрлi модуляция тереңдiгi кезiндегi сызбалары

.

Тоқ үшiн амплитудалық ‑ модуляцияланған тербелiс мәнiн келесi түрде көрсетуге болады

         .  (16.5)

Амплитуда бойынша модуляцияланған тербелiс күрделi болып табылады және келесi үш құраушылардан тұрады:

‑ тасымалдаушы жиiлiк v_НЕС тербелiсi I_{А НЕС} амплитудасымен бiрге модуляцияға дейiнгi қалпында қалады;

‑  жиiлiгi және амплитудасы 0.5mI_{А НЕС} терблiстер жоғарғы бүйiрлiк жиiлiктер тербелiсi деп аталады;

‑ жиiлiгi және амплитудасы 0.5I_{А НЕС} тербелiстер төменгi бүйiрлiк жиiлiктер тербелiсi деп аталады.

 

 16.3 Cурет – Амплитудалық модуляция кезiндегi жиiлiктер спектрi

Амплитудасы бойынша модуляцияланған жиiлiктiң сызбалық спектрiн 16.3 суреттегiдей көрсетуге болады.

16.4Сурет – БМ сигналдың уақыттық көрсетiлiмi

            16.5 Сурет – БМ дабылдың спектралды көрсетілімі

                                             (16.6)

егер .

Модуляция кезiнде сол дабыл бойынша фазалық модуляцияның спектрiнiң тербелiсi ЖМ – ға қарағанда кеңiрек, сондықтан үзiлiссiз ақпараттың модуляциясы бойынша тәжірибиеде ЖМ-ны қолданбайды.

Теория бойынша ЖМ спекрi шексiз кең, бiрақ тәжірибиеде жуықтағанда былай болады.

 

                                                                                               (16.7)

 

Нақтырақ формула

                                                                           

                                                             (16.8)

 

Динамикалық ауқымның тарылуы күшейткiш және таратқыш күре жолдардың асқын жүктемесiне әкелетiн және сонымен қатар шуыл және бөгеуiлдермен басылып қалатын әлсiз дабылдар деңгейiнiң жоғалуына әкелетiн күштi дабылдардың максимал деңгейiн төмендету үшiн қолданылады.

Соған байланысты компрессор жоғары және төмен дыбыстардың деңгейiнiң айырымын азайтады және сөздiң айқындылығын жақсартады. Интегралдық сұлбатехниканың дамуы арнайы МС компрессорлар және экспандерлердiң пайда болуына келедi. Әдетте олар компандерлер (компрессор-экспандер) деп аталатын бiр МС-те бiрлеседi. Сұлбаның әр бөлiгi кернеу шектегiш, өзгертетiн күшейту коэффициентi бар ОК, екiжарты периодты түзеткiш, қоректену тiзбегi және ығысудан тұрады.

Компандердiң ең қарапайым құрылымдық сұлбасы МС 33110. Ол DIP-14 және SO-14 корпустарында шығарылады және жоғарыда қарастырылған компрессор және экспандердiң барлық элементтерiн қамтиды, сонымен қатар көмекшi қоректену тiзбектерi: кернеу тұрақтандырғыш, Ucm және Uref көздерiнен тұрады. Микросұлба төменгi қорек кернеуi (2,1В…7,0В) кезiнде жақсы жұмыс iстейдi. LA 8630(SO-16),LA 8632/33(SO-24) микросұлбасының құрылымы күрделiрек, 16.6 суретте көрсетiлген. Оларда сөздiк дабылдарды (SW) коммутациялау үшiн кiлттiк элементтер және сыртқы RC-тiзбегi бар төменгi жиiлiктi сүзгiлердi құру үшiн қосымша ЗЧ күшейткiштерi бар.

Matsushita AN 6165 фирмасының компандерлерi PT Panasonic KX-T3855H және басқа модельдерде қолданылады. Sony SPP-320 радиотелефонында 20 шығысы бар TOKO TK10651 компандерi қолданылады.

 

16.5Сурет – Компандер микросұлбалары

 

17 №17 Дәрiс. Таратушылардың типтiк сұлбалары

 

Сабақтың мақсаты:

 

1. Интегралдық орындалудағы таратушылар.

2. Теледидарлық таратушылар.

3. Бiржелiлiк таратушылар.

4. ҚК бар таратушылар.

 

Motorola фирмасымен радиотелефондар үшiн арнайыландырылған азқуатты радио таратқыш құрылғылар (РТқ) ИС жасалынған, оларды көптеген Sony, Funai, Premier және т.б модельдерде кездестiруге болады. 17.1 суретте (а,б) МС2831А және МС2833 құрылымдық сұлбалары, ал 17.1 в-суретте МС2833-тiң қосылу сұлбасы көрсетiлген. ИС-тiң екеуi де 3,0…8,0В қорек кернеу диапазонында жұмыс жасауға есептелген және қорек көзiнен аз ғана ток қажет етедi (4,0мА 4В кезiнде).

МС2833 (17.1 в-суретте) микросұлбасы транзистордағы таратушылардағыдай түйiндерден тұрады: ЖФАК жүйесiндегi сырттан басқарылатын берушi генератор, айнымалы реактивтiлiгi бар жиiлiктiк модулятор (варикап), буферлiк күшейткiш, қуат күшейткiшiнiң шығыс және алдын-ала күшейту каскадтары. Берушi генератордан буферлiк күшейткiшке МС iшiнде ЖЖ тербелiстер берiледi, оның шығысынан (шы¹ыс 14) С207 конденсатор арқылы алдын-ала күшейту каскады Q2 базасына дабыл келiп тІседi. Q2 коллекторлық тiзбегiндегi тербелiс контуры Т7202 берушi генератордың жиiлiгiнiң үшiншi гармоникасына келтiрiлген, яғни каскад үштiк – күшейткiш болып табылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.1 Сурет – Интегралдық орындалудағы таратушылар

 

Т202 контурымен белгiленген кернеу байланыс орауышынан алынып С202 конденсатор арқылы ҚК (Q1) шығыс транзисторының негізіне өтедi. Коллекторлық тiзбекте Q1 РТқ антеннасымен байланысқан Т201 контуры қосылған.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 17.2 Сурет – Теледидарлық таратушының құрылымдық сұлбасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

17.3 Сурет – Бұрыштық модуляциясы бар төменгi байланыстағы таратқыштардың құрылымдық сұлбасы: а-кварцтық

автогенеатордағы тiкелей ЖМ, б-жиiлiктi модуляцияны пайдалану арқылы, в жиiлiктi синтезаторға негiзделген орта жиiлiктi реттеу

 

Фазалық және жиiлiктiк автокелтiрудiң жиiлiктiк жүйесi. Берiлген жүйелер бұрыштық модуляциясы бар таратушыларда жиiлiктiң қажеттi тұрақтылығын қамтамасыз ету үшiн қолданылады.

 

 

 

 

 17.4 Сурет – Жиiлiктiң фазалық автокелтiргiшiнiң құрылымдық сұлбасы

 

Модулятор асты микрофонннан таратушының кiрiсiне келiп түсетiн ТЖ – дабылды күшейту және өңдеу үшiн арналған. 17.5 суретте РН-12Б радиостанциясының модулятор астының құрылымдық электрлiк сұлбасы келтiрiлген.

Модуляциялаушы ТЖ – дабыл микрофоннан орнықтырылған R14 резисторы және С20 бөлгiш конденсаторы арқылы ИС 305микросұлбаның кiрiсiне келiп түседi, мұнда оның күшеюi және амплитуда бойынша шетеулерi болатын жиiлiктiң алдын – ала жөнделуi орындалады. Одан кейiн R12 резисторы және С15 бөлгiш конденсаторы арқылы дабыл келiстiрiлiп iрiктелген резистивтi сыйымдылықтық күшейткiштiң ИС322 кiрiсiне келiп түседi, ол ТЖ – дабылдың жолағын 3000 Гц-ке дейiн шектейдi.

Сұлбада қолданылған резисторлар:

- R14 микрофондық кiрiстiң сезiмталдығын реттеу үшiн арналған;

- R12 таратушының жиiлiктiк девиациясын реттеу үшiн арналған.

 

17.5 Сурет – Модулятор астының өзіндік сұлбасы

 

17.6 Сурет – Модулятор – генераторының қағидалы электрлік сұлбасы

 

Үшнүктелік сыйымдылық сұлбасы бойынша құралған ИС314 микросұлбасындағы беруші генератор (БГ) 12…15 МГц диапазонындағы ЖЖ – тербелістерін тудырады. Әр жұмыс арнасындағы генератор жиілігі арналарды қосқыш арқылы қосылатын кварцтық резонатор арқылы тұрақтандырылады. Генератордағы номинал жиіліктің нақты қойылуы сәйкесінше реттегіш конденсатор арқылы іске асырылады.

ИС316 микросұлбасындағы фазалық модулятор амплитудалық модуляцияны фазалыққа тұрлендіру сұлбасы арқылы жұмыс істейді. ТЖ модуляциялаушы дабыл модулятор астындағы С14 бөлгіш конденсаторы арқылы модуляторға келіп түседі.

Беруші генератор жиілігіне бапталған фазалық модулятор жүктемесіндегі Т-13 резонанастық контуры АМ модуляторының паразиттігін жояды.

 

Әдебиет: [6, 334-435 бет.].

 

 Әдебиеттер тізімі 

1. Муравьев О.Л. Радиопередающие устройства связи и вещания. – М.: Радио и связь, 1983.

2. Муравьев О.Л. Радиопередающие устройства. - ч.1. – М.: Связь, 1974.

3. Муравьев О.Л. Радиопередающие устройства. - ч.2. – М.: Связь, 1978.

4. Городецкий С.А. Радиопередающие устройства магистральной связи. – М.: Связь, 1980.

5. Ильина Н.Н. Радиовещательные радиопередающие устройства. – М.: Связь, 1980.

6. Радиопередающие устройства. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003. – 559с.

7. Иванов В.К. Оборудование радиотелевизионных передающих станций. – М.: Радио и связь, 1989. – 320с.

8. Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств., М.А. Сиверс, Г.А. Зайтленок, Ю.Б. Несвижский и др. – М.: Радио и связь, 1989. – 368с.

9. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003. – 453с.

10. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. – М.: Высшая школа, 1989. – 398с.

11. Каменецкий М.В., Заикин В.А. Радиотелефоны. – С.П-б.: Наука и техника, 2000.-256с.