БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Алматы энергетика және байланыс институты

С.В. Коньшин, Г.С. Казиева

РАДИОТАРАТУ ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Оқу құралы

Алматы 2004

УОТ 621.396

Радиотарату ќ±рылѓылары:

Оқу құралы / С.В. Коньшин, Г.С. Казиева;

АЭЖБИ, Алматы, 2004.- 80 б.

Оқу құралы "Радиотарату ќ±рылѓылары" курсын зерттеу және түрлі режимдерде жұмыс істейтін радиотаратқыштардың каскадтарын жобалау үшін курстық жобамен жұмыс істеу барысында студенттердің қолдануы үшін арналған. Ол үшін көмекші құралда графиктер, құрылымдық және принциптік сұлбалар, сондай-ақ математикалық формулатер мен формулалар келтіріледі, олар бойынша студент радиотарату құрылғыларының каскадтарын есептей алады.

Оқу құралы радиотехника және байланыс факультетінің барлық радиотехника мамандықтарының оқыту т‰рлерінің студенттеріне арналған.

Без. 61, Библиогр. 17 атау.

ПІКІР ЖАЗУШЫЛАР: Қазақ Ұлттық техникалық университетінің профессоры Г. Хасенова, АЭЖБИ доценті Г. Сабдыкеева.

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің 2004 ж. жоспары бойынша басылады.

ISBN........

©Алматы энергетика және байланыс институты, 2004 ж.

Мазмұны

Кіріспе. 4

1 Радиотарату құрылғылары теориясының негізгі қағидалары.. 5

1.1 Радиотарату құралғыларының қолданылу аумағы.. 5

1.2 Амплитудалық модуляциялы (АМ) радиотарату құрылғылары.. 6

1.3 Жиіліктік модуляциялы (ЧМ) радиотарату құрылғылары.. 7

1.4 Шамдық сырт қоздыру генераторын есептеу. 9

1.5 Радиотарату құрылғысын есептеу әдістемесі 12

1.6 Сырт қоздыру генераторының сипаттамалары.. 14

2 Сыртқы қозу генераторларының сұлбалары.. 26

2.1 Радиотаратқыштарда транзисторларды қолдану. 26

2.2 Қуаттарды қосу. 30

2.3 Радиотартқыштардың автогенераторлары мен синтезаторлары.. 33

2.4 Сырт қоздыру генераторларының принципиалды сұлбалары.. 39

2.5 Сырт қозу генератоларының қоректену тізбектері 43

3 Жоғары тиімділікке ие біржолақты тербелістер қуатын күшейткіштер. 51

3.1 Кіріспе ескертпелер. 51

3.2 ОМ сигналдың құрамдаушыларын бөлек күшейту әдісі (Кан әдісі) 52

3.3 Кан күшейткішінің негізгі түйіндерін құрудың принциптері 54

3.4 2 - 30 МГц диапазонындағы ОМ таратқыштың күшейткіші 67

3.5 Фильтрлер ашасының негізіндегі тербелістің кіру жүйелері 70

3.6 Күшейткіштердің сипаттамаларын жақсарту жолдары.. 74

Кіріспе

Радиотарату ќ±рылѓылары – радиосигналды генерациялайтын және қалыптастыратын құрылғылар. Сигналды қалыптастыру (модуляция) хабар заңдылығы бойынша жүзеге асырылады.

Болашақта радиотарату құрылғыларының дамуы екі бағытта, яғни жиілік диапазоны жағынан - опто-талшықтық байланыс желілерін, ал элементтік базасы жағынан - шала өткізгіш транзисторлар, Ганн диодтары және осы заманғы электронды шамаларды қолдану арқылы болмақ.

Радиотарату құрылғыларын жетілдіру транзисторларды жасаумен тікелей байланысты. Транзисторлық радиотаратқыштарды пайдалану арзандау түседі, транзисторлар төменірек кернеу қолдануға мүмкіндік береді, ол қыздыруды талап етпейді.

Бүгінгі күні аса жоғары жиілікті транзисторлар мен құралдар кеңінен пайдаланылуда.

Қазіргі радиотехникалық аппаратурада қуаты 10 кВт-қа дейінгі жоғары жиілікті тербелістер транзисторлардың көмегімен генерацияланады. Жеткілікті деңгейде қоздырған жағдайда мұндай генераторлардағы транзисторлардың кедергісі өте кең аралықта, тіпті нµлден шексіздікке дейін өзгереді. Генератордың мұндай режимі “кілттік” деп аталады. Кілттік режимдегі транзисторлық генератор әдеттегі кем кернелген немесе артық кернелген режимде істейтін генераторлардан жоғары ПӘК пен сенімділігімен ерекшеленеді, себебі берілген генерацияланатын қуатта транзисторлардағы шығындар жоқтың қасында болады. Мұнда транзистордың көрсеткіштері генерацияланатын қуатқа аз әсер етеді, сондықтан генераторды өндірісте нақыштауы оңайлап, оның температура мен қоздыру кернеуінің өзгеруіне деген сезімталдығы кемиді. Алайда, кілттік генератордың артықшылықтары тек біршама төмен, транзистордағы процесстердің инерттілігі әсер етпейтін жиіліктерде ғана толығымен ашылады. Жиілік өскен сайын кілттік қасиеттері нашарлайды, ал 100…200 МГц –тен жоғары жиіліктерде кілттік режим мүлде жүзеге асырылмайды. Осылайша кілттік режимді пайдалануға болатын көптеген аралық жиіліктері бар болғанмен ауыстырып қосу процесстерінің инерттілігін де есепке алу қажет.

Отандық және шетел ғалымдарының гармоникалық тербелістер транзистордық генераторларының теориясы мен жобалауына алналған еңбектері аз емес. Осы оқу құралында сырттан қоздырылатын генераторлардың түрлі сұлбаларының теориясы мен оларды есептеу жолдары талқылынады. Радиотарату құрылғыларының теориясында қалыптасқан ортақ методологияға сүйене отырып генератордың комплекстік, оның ішінде жүктемелік және модуляциялық көрсеткіштері жан-жақтылы қарастырылады. Сонымен қатар оқу құралында қуатты каскадтары кілттік режимде жұмыс істейтін таратқыштарды құрастыру мәселелері талданады. Мұнда кілттік режимдерді пайдалану ерекше тиімді болып табылатын бір бүйірлік жиілікте істейтін байланыс жүйелеріне ерекше көңіл бөлінген.

1 Радиотарату құрылғылары теориясының негізгі қағидалары

1.1 Радиотарату құралғыларының қолданылу аумағы

Өткізу жолағы тасымалдаушы жиіліктік 15-20% аспайтын сигнал таржолақты сигнал деп аталады.

Таржолақты сигналдың моделі болып табылатын гармоникалық сигнал

мұндағы А – амплитуда;

– сигнал фазасы;

- бастапқы фаза.

Модуляцияның амплитудалық және бұрыштық түрлері бар:

– амплитудалық модуляция (АМ),

- бұрыштық модуляция

– жиіліктік модуляция (ЧМ),

- фазалық модуляция (ФМ).

Импульстік модуляция

Радиотарату құрылғыларының жиіліктер аралығы және тербелістік қуаттарына қарай классификациялануы:

– 10кГц - 100кГц – аса төмен жиіліктер (теңіз деңгейінен төмен орналасқан объектілер – кендер, сүңгуір қайықтар және т.б.), қуаттары 100кВт дейін;

– 100-250кГц – ұзын толқындар (ДВ) диапазоны (қуаты 2 МВт дейінгі хабар таратушы радиотаратқыштар қолданылады, мысалы ПСВ-2000);

– 525-1625кГц – орта толқындар (СВ) диапазоны;

– 250-525кГц – радионавигацияда пайдаланады (кемелер, ұшақтар);

– 1,5-30МГц – қуаты 1МВт дейінгі хабар таратушы станциялар және магистралді байланыс желістерінің таратқыштары (телеграф, телефон);

– 35-45МГц – қуаты 10-15Вт төменгі, стационды немесе жылжымалы байланыс (қала немесе аудан ішінде), жиіліктік модуляция;

– 48;75-230МГц – теледидар арналарының жиіліктері (метрлік аралықтағы 12 теледидар каналы), амплитудалық модуляция, дыбысы – жиіліктік модуляция;

– 66-72МГц – ультрақысқа толқындар (УКВ) диапазоны;

– 140-160М – төменгі байланыс;

– 430-1000МГц – дециметрлік толқындар (ДМВ) диапазоны (430-950МГц төменгі байланысқа бөлініп берілген);

– 11ГГц – радиорелелік байланыс, жасанды Жер серіктерінің станциялары (40-200Вт), жер бетінен жер серіктеріне таратушылар (4-15кВт), тропосфералық байланыс желілерінің таратушылары (4-15кВт), және т.б;

– 10¹³-10¹⁵Гц - оптикалық байланыс желілері, оларда таратушы ретінде лазерлер мен сәулелік диодтар қолданылады (бір оптикалық жиілікте радиодиапазонның бүкіл хабары беріле алынады).

1.2 Амплитудалық модуляциялы (АМ) радиотарату құрылғылары

Модуляция коэффициенті ,

Модуляция барысында ток амплитудасының өзгеруі мен осыған сәйкес тербеліс қуатының өзгеруі амплитудалық модуляцияның бірден-бір кемшілігі болып табылады. АМ-сигналының уақыттық формуласы 1-суретте берілген.

1 – сурет

Бір жиілікпен модуляциялаған жағдайда токты былайша жазуға болады

Модуляция коэффициентінің m_ср орташа мәнінде P_бок бүйірлік қуаты P_нес тасымалдаушы қуатының 2,25% тең болады.

Тұрақты гармоникалық сигналды тек аз қуатты сигнал кезінде кварц көмегімен ғана алуға болады.

Радиотаратқыштың қоздырушысы немесе синтезаторы деп күшейтуді талап ететін қажетті сигнал қалыптасатын беруші генераторды атайды.

Синтезатор дегеніміз, жиілікті немесе жиіліктер торын қалыптастыратын автогенератор (АГ).

Егер модуляция қоздырғышта жүзеге асырылса, ол қуаттың төмен деңгейдегі модуляция, аралық каскадтағы модуляция – орта дейгейдегі, ал соңғы (ақырғы) каскадтағы модуляция жоғарғы немесе үлкен деңгейдегі модуляция болып табылады.

Амплитудалық модуляция қуаттың төмен деңгейінде жүзеге асырылса мұндай таратқыштың ПӘК-і 30-40%-дан, ал қуаттың жоғары деңгейінде 50-60%-дан аспайды.

Қуаттың төмен деңгейіндегі модуляция барлық ЧМ-таратқыштарда қолданылады (ПӘК=60-70%): теледидарлық бейнетаратқыштар, біржолақты таратқыштар (бір бүйірлі жолақты (ОБП) таратқыштар).

Қуаттың үлкен деңгейіндегі модуляция жоғары ПӘК қажет болған жағдайда пайдаланылады.

Электронды шам 1914ж. ойлап табылды. 1920ж. - алғашқы радиотаратқыштар.

Американ инженері Догерти АМ-ның тиімділігін арттырып, ПӘК-ін 70% дейін жеткізетін сұлбаны ойлап тапты (2 – сурет), мұнда ОК - соңғы каскад, Rн – жүктеменің кедергісі.

2 – сурет

Ширикс сұлбасы АМ-тербеліс үшін фазасы 180 градусқа ығысқан екі фазомодуляцияланған тербелісті пайдаланады. Олар АМ-тербеліс алынатын ортақ тұйықтамада (контурда) қосылады.

АМ сигналдың тиімділігін артттыру мақсатында 1943ж. Круглов (Ресей) автоанодтық модуляция сұлбасы ұсынды. Бұл сұлбада АМ тербелісті күшейту қолданылады, ал анодтық және торлық тізбектерде арнайы дроссельдерді пайдалану тиімділікті арттырады. Сонымен қоса таратқыштың тиімділігі бигармоникалық тербелісті қолдану арқылы жүзеге асырылады.

1.3 Жиіліктік модуляциялы (ЧМ) радиотарату құрылғылары

Модуляция процессінде ток амплитудасының өзгермеуі, оған сәйкес қуаттың да өзгермеуі ЧМ-ның негізгі артықшылығы болып табылады. ЧМ-сигналдың уақыттық формуласы 3-суретте берілген.

3 – сурет

Егер .

Бірдей сигналмен модуляцияланғандағы ФМ тербелістің спектрі ЧМ тербелістікінен кең, сондықтан практикада үздіксіз хабарды модуляциялағанда ФМ қолданылмайды.

ФМ дискретті хабарларда (телеграфия) кең қолданыс тапқан.

Теориялық жағынан ЧМ-нің спектр кеңдігі шексіз, алайда практика жүзінде шамамен

мұнда - девиация;

- өткізілу жолағы.

Дәлірек формула

F – модуляция жиілігі;

m – жиіліктік модуляция индексі.

мұнда - девиация;

- өткізілу жолағы.

АМ-да , яғни 31 есе кем.

Чм таратқыштың АПЧ (жиілікті автоматты түрде дәлдеу) жүйесінде тасымалдаушы жиіліктің қосылуы жүзеге асырылатын көрсеткіш болып табылады. Тасымалдаушы жиіліктің амплитудасы индексінің 0-реткі Бессель функциясымен анықталады. Егер болса 0-реткі Бессель функциясы нөлге тең екені белгілі. Яғни АПЧ жүйесінде жиіліктік модуляция индексі әрқашан 2,4-тен кем болы керек.

Жиіліктік модуляция индексі

АПЧ жүйесінде -ді кеміту жиілікті бөлгішпен бөлген кезде, девиацияны азайту арқылы жасалады.

Айталық , , онда , ал бізге керегі (басқаша айтқанда 1000-ға бөлеміз)

Жиілікті бөлу үшін логикалық микросұлбалар пайдаланылады, алайда сигналды микросұлбаға берерден бұрын оны екілік есептеу жүйесіне түрлендіріп, сосын аналогтық сигналға қайта өзгертеміз.

Контурдың фаза-жиіліктік сипаттамасы 4-суретте көрсетілген.

4 – сурет

Тербелістік контурда сыймдылықты өзгертеміз. Былайша айтқанда контурда конденсатордың орнында варикал, оған сигнал бергенде ол сыймдылығын өзгертеді.

Іс жүзінде контурлы фазалық модулятор қолданылса, фаза сызықты түрде өзгеретін жерде фаза 20-30 градустан аспайды.

p/9=0.3; 0.3*2кГц=600Гц.

Егер, фаза девиациясы p/9 аспаса, онда 1кГц модуляция жиілігінде жиілік девиациясы p/9*1*10^3-300Гц тең болады.

Хабар тарататын құрылғыларда көрсетілген сұлба қолданылмайды, өйткені оларда жиілік девияциясы аздау болады.

Фазалық модуляциалы сұлбалар 5кГц жиілік девиациясын қажет ететін төменгі байланыста кеңінен қолданылады Мұндай таратқыштарда жиілік көбейткіштерін қояды.

1.4 Шамдық сырт қоздыру генераторын есептеу

Шамдық сырт қоздыру генераторын есептеу төмендегі формулалар бойынша жүргізіледі:

- шығудағы тербелістік қуаты,

- генератордың бірінші гармоникасы тогының амплитудасы;

- анодтағы кернеу амплитудасы.

- анодтық қоректендіру көзінен тұтынылатын қуаты,

- анод тогының тұрақты құрамасы.

- анодта жылу ретінде бөлінетін қуат.

ПӘК =.

5-суретте кесу бұрышы 180 градус және пайдалану коэффициенті бірге тең А классындағы шамдық сырт қоздыру генераторының жұмыс істеу режимі көрсетілген. Бұл жағдайда пайдалы әсер коэффициенті шамамен 25 % болады.

5 – сурет

6-суретте кесу бұрышы 90 градус және пайдалану коэффициенті бірге тең В классындағы шамдық сырт қоздыру генераторының жұмыс істеу режимі көрсетілген. Мұнда пайдалы әсер коэффициенті 78 % дейін жетуі мүмкін.

6 – сурет

Критикалық (шегіне жеткен) режим – бұл шамдық генератордың тербелістік қуаты мен ПӘК ең жоғары мәнге ие болатын режим. Бұл режимде динамикалық сипаттаманың шыңы әрдайым статикалық волт-амперлік сипаттаманың иілісінде болады. Егер динамикалық сипаттаманың шыңы статикалық сипаттаманың иілісіне жетпесе, мұндай режим кем кернелген режим деп аталады. Егер динамикалық сипаттаманың шыңы статикалық сипаттаманың иілісіне жетіп барып төменге түссе, оны артық кернелген режим деп аталйды.

Критикалық режимде анод тогының пішіні сәл жалпақталған болады, кем кернелген режимде анод тогының пішіні қатаң түрде косинусты, ал артық кернелген режимде анод тогының импульсінде ойық орын алады. Егер режим асыра артық кернелген болса, екінші кесу бұрышы пайда болады.

Асыра артық кернелген режимде тор тогы күрт көтеріліп, тордың тез күюнен шам істен шығады. Кем кернелген режимде жылу ретінде бµлінетін қуат өсіп, шам анодтың қызып кетуінен бұзылады.

Әдетте есепті тербелістің белгілі қуатына сүйеніп жасайды, сондықтан белгілі деп санаймыз. Екінші параметр ретінде кесу бұрышын аламыз. Көп жағдайда оны деп алады, себебі:

а) в класс режимі квазисызықтық режим болып табылады. Бұл режимде модуляцияланған тербелістерді күшейткенде модуляция коэффициенті өзгеріссіз қалады. С классында модуляция коэффициенті артады, АВ класында - кемиді;

б) кезінде ығысу мәні бастапқы ығысу кернеуіне тең болатындығы есепке қолайлы;

в) в класында қоздыру кернеуінің мәні аз кездегі С класындағы кернеуден әлдеқайда төмен;

г) в класындағы ПӘК әжептеуір жоғары (0,78).

Теория жүзінде В класында ПӘК бірге ұмтылады.

Практикада 20-30 градустан кем кесу бұрышын пайдаланбайды, өйткені бұл жағдайда генератор алдыңғы каскады (қоздырушу) және тор-катод аралығының қуаты елеулі артады.

Шамдық және транзисторлық сырт қоздыру генераторларының шығу келістіру тізбектері төртполюстік арқылы қосу принципіне негізделеді, оның кіру кедергісі мына формула арқылы анықталады

мұндағы - анодтағы тербелістік кедергі амплитудасы,

- анод тогының бірінші гармоникасы.

Шығу келістіру тізбегі жалпы жағдайда комплектік кедергімен жүктелген А төртполюстігі болып табылады. Яғни, бұл төртполюстік -ті генератордың шығу кедергісіне тең активті кедергіге түрлендіретін трансформатор. Әдетте критикалық режимдегі жүктеме кедергісіне тең.

Қарастырылған есеп активті элементтің шығу кедергісін жүктемемен келістіру есебі болып табылады. Келістіру мәселесін шешу кезінде генератордың шығу тізбегінде жүгірме толқын режимі қойылады. Келістірілу болмаған жағдайда А төртполюстігінде тұрғын толқын пайда болады. Бұл төртполюстік-і активті элемент-іне тең болмай, артық әлде кем екендігін көрсетеді. Егер артық болса, бұл артық кернелген режим (шам торынан істен шығады); кем болса, кем кернелген режим (шам катодынан бұзылады).

Анод тізбегіндегі төртполюстікке қойылатын екінші талап – жоғары гармоникалық құрамаларды фильтрациялау (төртполюстік анод тогының бірінші гармоникасын өткізіп, қалғандарын тежеп қалу керек). Халықаралық радиожиіліктер жөніндегі консультациялық комитетінің талаптары бойынша жүктемедегі қуат кез келген гармоникада 50мВт аспауы қажет.

Анод немесе коллектор тізбегіндегі төртполюстікті дәлдеу үшін (тараралықты тербеліс тізбегі) кем дегенде екі реттеу қажет: біріншісі контурды резонансқа (үріктелікке) келтіру, ал екіншісі жүктемемен байланысты реттеу үшін (жүктемемен байланысты реттеу оның реактивті құрамасын компенсациялауға мүмкіндік береді).

1.5 Радиотарату құрылғысын есептеу әдістемесі

Есептеуді соңғы каскадтан бастау қажет, содан соң шығу тербеліс жүйесі, соңғыдан бұрынғы каскад пен модуляциялатын жиіліктің екі каскады есептеледі.

Соңғы каскадты есептеудегі алғашқы маңызды көрсеткіші – соңғы каскадтың ПӘК-і.

Егер есептеу нәтижесінде ПӘК техникалық тапсырмада берілген жалпы ПӘК-нен 10% немесе одан да жоғары болса, осыған дейінгі соңғы каскад бойынша жасалған есептеулер дұрыс деуге болады. Ал ПӘК 10% төмен әлде берілген ПӘК-е тең болса мынандай шаралар қолдану қажет:

а) қоректену кернеуін өзгерту (немесе өзгерту);

б) энергияүнемдеуіш режимдерді қолдану (ПӘК-і жоғарырақ кілттік, бигармоникалық режимдер), модуляцияның өзге сұлбаларын пайдалану;

в) кесу бұрышын өзгерту (неғұрлым кесу бұрышы аз болса, соғұрлым ПӘК жоғары болады).

Алайда мұнда бірқатар шектеулер бар: амплитудалық немесе біржолақты модуляциялық таратқыштар каскадтарында кесу бұрышы немесе болу керек. Бұл ереже екітакті күшейткіш каскадтарға да қатысты. Фазалық, жиіліктік модуляцияны пайдаланатын таратқыштар мен тасымалдаушы жиілікті күшейтетін каскадтарда кесу бұрышы өзгеше болуы мүмкін ();

г) Басқа транзистор немесе шамды қолдану.

Соңғы каскад ПӘК-ін есептеген соң шығу тербеліс жүйесін есептеуге болады, өйткені ол үшін білуіміз қажет.

АМ-таратқыштарда деңгейі аралығында, ЧМ, ОМ, ФМ, ИМ, РРЛ таратқыштарда -дан кем аралықта өзгеруі керек.

Шығу тербеліс жүйесін есептеген соң соңғы каскадты есептеуді әрі қарай жалғастыруға болады. Есептеу кезінде алынған мәндер анықтамалықта көрсетілген шекті рұқсат етілген мәндерден асып кетпеуін қадағалап отыру керек: (/ транзистор), -ден кем болуы керек, шамдар да соған ұқсас (анод-тор параметрлері). Формулалармен есептеу қуат бойынша берілу коэффициентіне дейін жасалады. Кр 5-25 тең болуы керек. Алайда, Кр ортақ базалы (ОБ) сұлбалар мен ВЧ-де 2,5-25, ал құрама транзисторлар үшін 50-ге тең болуы мүмкін, бірақ одан аспайды. Шамдар үшін Кр 20-200 (ортақ катод) немесе 5-50 (ортақ тор) болады.

Анод тізбегінің жоғарғы гармоникаларын фильтрациялау шығу тербеліс жүйесінде жүзеге асырылады.

Фильтрация коэффициенті деп шамның n-гармоникасы тогының 1-гармоника тогына, антеннағы n-гармоника тогының антеннағы 1-гармоника тогына қатысын айтады.

Анықтама бойынша n-гармоника дегеніміз, барлық гармоникалар екінші есептеулер бойынша жасалады. Бигармоникалық режимде екі есептеу жүргіземіз: n=2 мен n=3.

Фильтрация коффициентін есептеуге арналған формула

Сонымен қатар фильтрация коффициентін былай анықтауға болады:

- жүктеме индуктивтік тізбегіне қосылған қарапайым анодтық тізбек сұлбасындағы фильтрация коффициентінің мәні,

- жүктеме сыйымдылық тізбегіне қосылған,

n – контур үшін ,

мұнда Q – шам жүктеме контурының сапалылығы.

Шығу тербеліс жүйесінің екі контуры үшін - қарапайым сұлбалар коэффициенттерінің көбейтіндісіне тең болатын кез-келген күрделі сұлба фильтрация коффициенті.

Үшконтурлы жүйенің фильтрация коффициенті

, Q – тізбектің сипаттамалық кедергісімен анықталады.

Генератор ПӘК-і мен анод контурының ПӘК-і шығындар кедергісі арқылы анықталады.

Жүктемедегі R шығындардың жалпы кедергісі -дағы олардың мінсіз еместігінен орын алатын шығындар кедергілері мен жүктемеге энергия берілетіндіктен болатын контурдағы шығындар кедергісінің қосындысына тең.

Жүктемесі болмағанда ,

- жүктелмеген контур немесе бос жүріс сапалылығы.

-дің артуы -нің артуына алып келеді, бірақ жүктелген контур сапалылығы кемиді, ал мұнымыз анодтық жүктеме кедергісінің азаюына алып келеді. Яғни, өскен сайын шамның -ы кемиді.

Электрондық -і үлкен және контурдың -і де үлкен болатын -дың тиімді мәндері болады; ол үшін таратқыштарда соңғы каскад пен антеннаның байланысы реттеледі. Басқаша айсақ, таратқышты дәлдеу кезінде соңғы каскад пен антеннаның байланысы оптималды яѓни, жүгірме толқынның max коэффициентіне сәйкес болуы керек.

1.6 Сырт қоздыру генераторының сипаттамалары

Электронды шамдардың өтпелі сипаттамалары үш түрлі болады, олар 7-9 суреттерде келтірілген.

7-суретте триодтың ұдайы өрлеген өтпелі сипаттамалары көрсетілген.

7 – сурет

8-суретте триодтың ауыспалы өрлеген өтпелі сипаттамалары көрсетілген.

8 – сурет

9-суретте тетрод пен пентодтың өтпелі сипаттамалары берілген.

9 – сурет

Сипаттаманың өрлілігі абсцисса осінің ординатта осі деген өсімінің қатынасымен анықталады.

- сипаттаманың өрлілігі.

- начальное напряжение смещения.

Шамның вольт-амперлік сипаттамалары электродтың геометриялық пішініне байланысты. Триодтың шығу сипаттамалары 10-суретте берілген.

10 – сурет

Шамның өтімділігі былай анықталады

- сипаттамалардың иілуін сипаттайды,

- тетрод пен пентод үшін.

Бұл параметрді өндіруші кәсіпорын ұсынады. Өтімділік анод тізбегінің тор тізбегіне қалайша әсер ететіндігін көрсетеді (0,1-0,01).

Тетрод пен пентодтың шығу сипаттамалары 11-суретте корсетілген.

11 – сурет

Динамикалық сипаттама дегеніміз, кіру сигналы өзгергенде жұмыс нүктесінің орын ауыстыруына сәйкес болатын нүктелердің геометриялық орны (12-сурет).

12 – сурет

Динамикалық сипаттама шығу сипаттамасы негізінде жасалуы мүмкін (13-сурет).

13 – сурет

Статикалық сипаттамалардың (СХ) үш түрін ажыратады: кіру, шығу және өтпелі. Біріншісі: шамлар ма үшін - басқару тордағы кернеуіне тордағы тогының қатысы СХ-сы; биполярлы транзисторлар үшін - база тогының базадағы кернеуіне қатысты СХ. Екіншісі: шамлар ма үшін - анодтағы тогының анодтағы кернеуіне қатысты СХ-сы; транзисторлар үшін - коллектор тогының коллектордағы кернеуіне қатысы СХ. Үшіншісі: шамлар ма үшін - тәуелділігі, ал транзисторлар үшін - .

Шамдық құрылғылар техникасында көбінесе шығу СХ-сын анод координаттар жүйесіндегі СХ-сы, ал өтпеліні - анод-тор координаттар жүйесіндегі СХ деп аталады. Шығу сипаттамаларын аталмыш жүйелердің екеуінде де жиі орналастырады. Бұл мүмкіндік басқа электродтардағы кернеулер СХ-ның параметрі болатындықтан туындайды.

Түрлі электронды құралдардың статикалық сипаттамалары графиктерінің пішіні мен сипаттама аумағында орналасу жағынан да, электродтарындағы ток пен кернеу мәндері жағынан да үлкен айырмашылық танытады. 14-17- суреттерде генераторлық триод, генераторлық тетрод, қуатты биполярлы және өрістік транзисторлардың әдеттегі СХ-лары келтірілген. Мұнда екі жалпы заңдылыққа тоқтала кеткен жөн:

а) Басқарушы және шығу электродтарында кернеуі аз болатын аумақтар СХ-ның едәуір сызықсыздығымен ерекшеленеді;

б) Басқарушы және шығу электродтарында кернеуі жоғары болатын аумақтарында СХ графиктері сызықтық (квазисызықтық) болады. Аралық аумақтарда сипаттамалар шамалы сызыµқсыз. Мысал ретінде СХ-ның түрлі сызықсыз аумақтары үздік сызықтармен белгіленген.

Шығу тогы нөлден жоғары болатын сипаттама бөлігін активті аумақ деп атайды. Шығу тогы нөлге тең болатын ордината осінен төмен жатқан шығу сипаттамалар аумағын кесу аумағы дейді.

14 – сурет. ГУ-66А типтес генераторлық триодтың статикалық сипаттамасы

15 – сурет. КТ-920 типтес генераторлық тетродтың статикалық сипаттамасы

16 – сурет. КП-904 типтес биполярлы транзистордың статикалық сипаттамасы

17 – сурет. КП-904 типтес өрістік транзистордың статикалық сипаттамасы

Енді бес түрлі электронды құрал сипаттамаларының ерекшеліктерін атап өтейік:

а) триод: СХ-лары өте өр, ал әртүрлі -да алынған СХ пішіндері шамамен ұқсас, бірақ әртүрлі -да басталады. Бұл сипаттамалардың өзгергенде, қатты ауытқуын басқарушы тордың үлкен өтімділігін түсіндіруге болады. Тор тогының статикалық сипаттамалары басталады. Анодтық координаттар жүйесінде сипаттамалары жоғары мәндерінде шамамен сызықты болып, мәндері -ке жақындағанда күрт жоғары иіліп кетеді;

б) тетрод: шығу СХ-сы біршама дөңес (малая проницаемость экрандаушы тордың аз өтімділігі), бірақ (экрандаушы тордағы кернеу) жақындағанда күрт үзіледі. Өтпелі сипаттамалары желпуіш тәріздес. Желпуіш пайда болатын кернеуі кернеуіне өте тәуелді. Экрандаушы тордың тогының СХ-сы триод торы тогының СХ-на өте ұқсас. Анодты-торлық координаттар жүйесінде тогы пайда болатын мәндерінде пайда болады. Басқарушы тордың тогы аз және -ға тәуелсіз дерлік.

Анодтағы кернеулер аумағында тетродта жоғары потенциалды тордың болуынан катод тогы анод пен екінші тордың арасында қайта бөлінеді. азайғанда анод тогы тез кемиді де, екінші тор тогы өседі. катод тогының мен арасында қайта бөліну дәрежесі мен мәніне тәуелсіз деуге болады.

в) генераторлық пентод: шығу СХ-сы триодқа ұқсас, бірақ экрандаушы тор өтімділігінің аздығынан әлдеқайда жалпақтау болады. Өтпелі сипаттамалары мен , токтарының СХ-лары тетродтікіне өте ұқсас;

г) биполярлы транзистор: шығу СХ-сы пентодтікіне өте ұқсас; тогының төмен және орташа мәндерінде көлбеу келеді. Бұл сипаттамалардың біршама желпуіш тәріздестігі -ның төмен, -ның жөғары мәндерінде көріне бастайды.

мен шығу және өтпелі сипаттамалары болғанда басталады, өзара өте ұқсас, тек өрліліктерімен ерекшеленеді;

д) µрістік транзистор: қысқа каналды транзисторлардың шығу СХ-лары пентодтардың СХ-на өте ұқсас; ұзын каналды транзисторлардың шығу СХ-лары сипаттамалары едәуір сызықсыз аумақпен ерекшеленеді, өйткені мұнда каналдың жоғары кедергісі мен сызықсызды орын алады. Тиектегі кернеуінің кең аралығында өтпелі СХ-лары сызықты болып келеді.

Электронды құралдардың статикалық сипаттамаларынан олардың жұмыс режимдерін таңдауға және параметрлерін есептеуге толығымен жеткілікті мәлімет алуға болады. Алайда былай деп сипаттамалар жиілікке тәуелсіз жұмыс жиіліктер диапазонына қатысты ғана айтылады. Бұл диапазонның теңсіздігінен (мұндағы - электронды құрал арқылы ток тасымалдаушының өту уақыты) анықталатын жоғарғы шекті жиілік әртүрлі электронды құралдар үшін өзгеше болады: түрлі шамлар ма үшін 30 МГц - 6 ГГц; биполярлы транзисторлар үшін ондаған-жүздеген килогерц; өрістік транзистор - шамамен 60...80 МГц, ал Шотка тосқауылы бар өрістік транзистор үшін - 12... 16 ГГц дейін.

Бір айнымалының функциясы түріндегі шығу тогының тәуелділіктері динамикалық (кейде жүктемелік) сипаттамалары (ДХ) деп аталады. Кейін біз ДХ-ны сырт қоздыру генераторында (ГВВ) жұмыс істейтін электронды құралдың кез келген электрод тізбегі үшін жасай алатынымызды көре аламыз.

Режимнің кернеулілігі ГВВ электрлік режим сипаттамаларының бірі болып табылады. Ол ГВВ электронды құрал шығу тогының импульсі жоғарғы жағының бұзылу дәрежесімен бағаланады. Режим кернеулілігінің сандық өлшемі шамдық ГВВ үшін анод кернеуін пайдалану коэффициенті және транзисторлық ГВВ үшін коллекторлық немесе ағын кернеуін пайдалану коэффициенті болып табылады. Шамдық ГВВ-де анод тогы импульсінің бұзылу құбылысы катод тогының анодом мен торлар арасында қайта бөлінуінен пайда болады. Жоғарыда айтылған белгілердің формула табу дәрежесіне барлық режимдер кернеулігіне қарай төрт топқа бөлінеді: кем кернелген (ННР), шектік (ГР), әлсіз артық кернелген и асыра артық кернелген (ПНР).

ГВВ режимінің көрсеткіштері, олардың ДХ-сы және , импульс пішіндерінің өзара байланыстарын анықтау үшін режим параметрлерін өзгертіп, графиктер құруға болады. 18,а және 19,а суреттерінде анодтық және торлық токтарының ДХ-лары, ал 18,б және 19,б – анод және тор токтарының түрлі мәндеріне (1-6 графиктерге сәйкес = 0; 4; 8; 11; 12 мен 14 кВ) сәйкес импульстер графиктері келтірілген.

18 – сурет. Анодтағы динамикалық сипаттамалар (а) және импульстер пішіні (б)

19 – сурет. Тордағы динамикалық сипаттамалар (а) және импульстер пішіні (б)

Графиктерден мынандай тұжырымдарға келеміз:

а)аз мәндерінде (1—3 графиктер) анод тогының ДХ тік өрлейтін бөлікке ие болады және абсциссалардың осіне сәйкес келеді. импульстері косинусоидті дерлік нысанға ие, импульстері — кіші амплитудаға ие. Бұл режимдерде тор бойымен сейілетін қуат аз. Ќуаттағы режимге қатысты ќарастырылып отырған жағдайлардың барлығы жеткіліксіз.;

б)4 графиктер шекаралық режимге сәйкес келеді. Мұнда ДХ жоғары бөлігі біраз иіледі, импульсі жазық төбеге ие болады. импульсінің амплитудасы айтарлықтай үлкейеді, сонымен бірге, оның төбесі біраз көтеріңкі;

в)5 графиктері аз кернеулі режимге жатады. ДХ жоғарғы бөлігі төменге қарай иілген. импульсі орта бөлігінде құлдырайды. импульсінің амплитудасы күрт артқан. Басқару торында сейілетін қуат айтарлықтай арта түскен;

г)6 графиктері шамадан тыс кернеу режиміне сәйкес келеді. Бұл режимде ДХ координаталардың басына жетеді және кезінде абсциссалардың осіне сәйкес келетін үлескіге ие, анодтық токтың импульсі екіге бөлінеді, импульсінің амплитудасы өте үлкен және деформацияланған. Торда сейілетін қуат өте үлкен және мүмкін болатын мәннен асып кетуі мүмкін.

ДХ графиктерінің нысандарының және анодтық және тор тоқтарының импульстерінің ГР жанында және ПНР –да өзгеруі катодтық тоқтың анод пен тор арасында қайта бөліну құбылысымен түсіндіріледі. Бұл құбылысты 20-сурет түсіндіреді, онда бірдей кернеуінде түсірілген мен үшін СХ және катодтық тоқтың сипаттамасы (штрихтелген сызық) берілген.

20 – сурет. Катодтық тоқтың қайта бөлінісі

азая түскен сайын анодтық ток азайып, торлық – бір қалыпты түрде шектік режимге дейін өсетіндігін көруге болады. одан әрі төмендеген жағдайда анодтың анодтық тоққа әсері күрт төмендейді, сол себептен катодтық тоқтың көп бөлігі торлық тізбекке барады. Тетродтарда катодтық тоқтың қайта бөлінісі анод пен жоғары оң әлеуеті бар экрандаушы тор арасында жүреді, осының салдарынан және тоқтарының ГР аумағындағы сипаттамалары өте тік келеді. Егер шекаралық режим аумағындағы анодтық тоқтың СХ –да неғұрлым жоғары тіктіктің нүктелерін белгілеп ( а нүктелері 20-суретте), одан кейін оларды сызықпен қосатын болсақ, бұл шекаралық режим сызығы (ЛГР) болады.

ГВВ түрлі электр құралдарымен жұмыс істеуін талдаудың неғұрлым қарапайым әдісі идеализация деп аталатын СХ қарапайым аппроксимациясын қолдануға негізделеді. Бұл аппроксимация келесі ережелер бойынша орындалады:

а)Х-лардың әрқайсысы неғұрлым аз тіктікке ие статикалық сипаттамалардың үлескілерін барынша нақты аппроксимациялайтын тізу сызық үзінділерімен ауыстырылады;

б)Шекаралық режим сызығы 1-ережеге сәйкес тізу сызықпен аппроксимацияланады;

в)СХ тобы бір нүктеден желпуіш тәрізді бөлінетін жерлерде барлық СХ тізу сызықтың бір үзіндісімен аппроксимацияланады, ол СХ желпуіштің ортасындағы аппроксимациясы болып табылады;

г)белсенді аймақта (ННР аймағында) аппроксимацияланатын түзу сызықтардың барлық үзінділері СХ алынған кернеулердің арасындағы өзгерістер бірдей болатын болса, параллелді болуы және бір-бірінен бірдей қашықтықта орналасуы тиіс.

Триодтар мен тетродтардың басқару торларының тоқтарының және тетродтың экрандаушы торы тоғының СХ біраз сызықтық емес болғандықтан, оларды әдетте идеализацияламайтындығын айтып кеткен жөн. Бұл торлардың тізбектерінің параметрлерін есептеудің қолда бар әдістері өте қарапайым және инженерлік есептеулер үшін жеткілікті мөлшерде нақты нәтижелер береді.

21-суретте түрлі ЭП СХ идеализациясының мысалдары берілген. Генераторлық триодтар үшін (21-сур.,а,6) анодтық тоқтың әрбір СХ үш үзіндімен аппроксимацияланады: біріншісі болған кезде абсциссалардың осіне сәйкес келеді; екіншісі шекаралық режим сызығына сәйкес келеді; үшіншісі СХ-ны белсенді аумақта аппроксимациялайды. Шекаралық режим сызығы , нүктесінен басталады. Анодтық-торлық координаталар жүйесінде (21,б-суретті қараңыз) шекаралық режим сызығы аумағынан өтеді.

Триодтың идеализацияланған сипаттамаларының жиынтығы келесі төрт параметрлерімен толық анықталады: анод тогы сипаттамасының өрлілігімен ; шекаралық режим сызығының өрлілігімен (2.11-сурет); болған жағдайдағы басқару торының өткізгіштігімен; немесе торлық немесе анодтық келтіру кернеуімен. Келтіру кернеулері келесідей анықталады: торлық келтіру кернеуі анодтық тоқтың идеализацияланған сипаттамасы координаталарында ; нүктесі арқылы өтетін басқарушы тордағы кернеуге тең. Анодтық келтіру кернеуі сәйкесінше идеализацияланған сипаттама координаталардың анодтық-торлық жүйесінде ; нүктесі арқылы өтетін анодтағы кернеуге тең болады.

Типтік генераторлық тетрод үшін анодтық тоқтың идеализацияланған сипаттамалары 21,в,г- суретте көрсетілген. Басқару ( болған жағдайда ) және экрандаушы ( болған жағдайда ) торлардың () аз бірлескен өткізгіштігінің нәтижесінде идеализацияланған сипаттамалары, 21,в-суретте горизонталды, 21,г-суретте бір түзу сызықпен берілген. Катодтық тоқты қайта бөлу құбылысын талқылау кезінде неліктен шекаралық режим сызығы (21,в-суретті қараңыз) нүктесінен басталатын вертикалды түзу сызық болып қабылдануы мүмкін болатындығына түсініктеме беріледі. Анодтық-торлық координаталар жүйесінде тоқтың барлық идеализацияланған сипаттамалары (кесіп тастау кернеуі) нүктесінен басталады; нүктесінен оңға қарай барлық сипаттамалар біреуіне жинақталған, одан анодтағы түрлі кернеулердегі сипаттамалар бөлініп шығады.

Тетродтың идеализацияланған сипаттамаларының тобы да толығымен төрт параметрмен сипатталады:

экрандаушы тордағы кернеумен, ол өзгерген кезде анодтық тоқ үзуінің кернеуі өзгереді;

экрандаушы тордың келтіру кернеуімен, яғни сипаттамасының көлбеу бөлігі , координаталарында нөлден басталатын экрандаушы тордағы кернеумен;

басқару және экрандаушы торларының біріккен өткізгіштігімен ;

анодтық тоқтың сипаттамасының өрлілігімен

және болған кезде .

БТ және ПТ шығу тогының сипаттамаларын идеализациялау кезінде әдетте салыстырмалы түрде аз мәндерде шығу тогы шығу электродындағы (коллектордағы, стоктағы) кернеуге байланысты болмайтындығы ескеріледі. Сондықтан , координаталарындағы шығу тоғының идеализацияланған сипаттамалары белгілі бір шығу тогына (БТ үшін) немесе тиектегі кернеуге (ПТ үшін) сәйкес келетін горизонталды түзу сызықтар болып табылады ( 21,д- суретті қараңыз). 21,е –суретте БТ арналған идеализацияланған кіру және шығу сипаттамалары келтірілген. ПТ үшін де осындай сипаттамаларды құруға болады.

БТ идеализацияланған сипаттамаларын суреттеу үшін:

- шекаралық режим сызығының өрлілігін ;

- болған жағдайдағы коллекторлық тоқтың сипатамасының өрлілігін . Көбіне бұл шаманы ОЭ мен сұлбадағы транзистордың тоғының күшейтілуі деп атайды;

- кесу кернеуі, яғни коллекторлық тоқтың кесілуі орын алатын базадағы кернеу қолданылады.

ПТ үшін осы мақсатта шекаралық режим сызығының өрлілігі , кесу кернеуі және болған жағдайдағы сток тоғының сипаттамасының өрлілігі қолданылады.

Транзисторлардағы ГВВ талдамасы үшін идеализацияланған сипаттамаларды қолдану кезінде талдау нәтижелері БП үшін тек төмен жиіліктер аумағында ғана (бірнеше ондық-жүздік кГц), ПТ үшін - 60 МГц-тен төмен диапазонда, ал Шотка тосқауылы бар ПТ үшін – бірнеше ГГц-тен төмен аумақта ғана жеткілікті мөлшердегі нақтылыққы ие болатындығын ескеру қажет.

21 – сурет. Идеализацияланған статикалық сипаттамалар

Шамды сыртқы қозуы генераторының жүктемелік сипаттамалары – генератордың тоқтарының, кернеулері мен қуатының жүктемелердің кедергілеріне тәуелділіктері ( 22,23-сурет).

22 – сурет. Генератор тоғының жүктеме кедергісіне тәуелділігі

23 – сурет. Қуаттың жүктеме кедергісіне тәуелділігі

Егер болса, шамадан тыс кернеулі режимнің аумағына ене аламыз, бұл 24-суретте көрсетілген.

24 – сурет. Қуаттардың жүктеме кедергілеріне тәуелділігі

Тербеліс қуаты жеткіліксіз кернеу режимінде артады және критикалық режиме максимумге жетеді. Арту анодтағы кернеу тербелісінің амплитудасының нәтижесінде жүреді. Шамадан тыс кернеулі режимде жүктеме кедергісі артқан кезде тербеліс кернеуінің амплитудасы өседі, ал анодтық тоқта құлдырау пайда болып, тоқ азаяды. Сондықтан тығыздық айтарлықтай мөлшерде азаяды.

Күйге келтірілмеген контурдағы жұмыс кезінде жүктеме кедергісі аз болѓандыќтан, құрал жұмыс істемей қалады

Келесі сыйымдылықтағы контурды күйге келтіру кезінде:

25-суретте бір элементпен күйге келтіру кезіндегі тәуелділіктер берілген: 2 – индуктивтілікпен, 1 – сыйымдылықпен.

25 – сурет. Кедергінің жиілікке тәуелділігі

2 Сыртқы қозу генераторларының сұлбалары

2.1 Радиотаратқыштарда транзисторларды қолдану

НЧ-да транзисторлардың қуаты шамамен 1кВт-қа тең.

1-2ГГц диапазонында транзисторлардың қуаты шамамен 5Вт-қа тең. 50-100 кГц диапазонында транзисторлардың қуаты шамамен 5-20кВт-қа тең.

Транзисторлардың артықшылықтарына келесілер жатады:

а)қызудың болмауы;

б)іске жарамауға дейінгі уақыттың көптігі ( 100 мың сағаттай);

в)транзисторлық таратқыштардың эксплуатациялық шығындардың аздығы.

Жетіспеушіліктер:

а)транзистордың бірліктік қуатының аздығы (ВЧ -да1кВт, СВЧ-да 5Вт );

б)ќазіргі уақытта биполярлы транзисторлар неғұрлым көп тараған, ал екінші орында – далалық (МДП).

Аз қуатты ВЧ транзисторлар бірэмиттерлік құрылымға ие, сондықтан олардың кіру кедергісі жеткілікті мөлшерде жоғары және олар гармоникалық кернеу генераторымен басқарыла алады. Қуатты ВЧ транзисторлар үлкен тоқтарға қол жеткізу үшін көпэмиттерлік құрылымға ие болады (элементарлық эмиттерлердің көбісі параллельді қосылған), сол себепті осындай транзистордың кіру кедергісі аз.

Электр шамдарын біз инерциясыз құрал деп есептейміз, оның қасиеттері жиілікке тәуелді болмайды (шамамен 700 МГц-ке тең шектік жиілікке дейін).

Электр шамасына қарағанда транзистордың инерциялық қасиеттері барлық дерлік жиіліктерден көрінеді (26-сурет).

26 – сурет. Кедергінің жиілікке тәуелділігі

26-суретте келесі белгілеулер қабылданған:

- ортақ эмиттермен сұлбадағы күшеюдің статикалық коэффициенті ( - жүйеде - параметрлердің);

-беріліс коэффициентінің модулі;

тең болатын жиілік;

- беріліс коэффициентінің модулі;

бірге тең болатын жиілік.

Төмен жиіліктер -тен дейін. Мұнда беріліс коэффициентінің модулі беріліс коэффициентіне тең болады деп есептеуге болады. .

Орта жиіліктер -3аралығында, беріліс коэффициентінің модулі беріліс коэффициентінің 0.7-не тең.

Жоғары жиіліктер > 3.

Электр шамдарына қарағанда транзисторлардың жиіліктік қасиеттері барлық жиіліктерде формула табады, сондықтан транзисторлық генератордың есебін статикалық ВАХ бойынша жүргізуге болмайды (тек НЧ диапазонында ғана болады).

27-суретте транзистордың эквивалентті сұлбасы немесе Джоколетт сұлбасы суреттелген, онда

- базалық енгізудің индуктивтілігі;

- база аумағының бөлінген кедергісі;

- кіру сипаттамаларының ауысуының бастапқы кернеуі;

- база-коллектор ауысуының сыйымдылығы;

- коллекторлық ауысудың бөлінген кедергісі;

- коллектор енгізуінің индуктивтілігі;

- транзистор ашық болған кездегі база-эмиттер ауысуының диффузиялық сыйымдылығы;

- транзистор жабық болғандағы тосқауылдық сыйымдылық ; - эмиттер кілті (ажыратылған - транзистор жабық),

- тоқ генераторы;

- эмиттер енгізуінің индуктивтілігі;

Кіру және ауысу сипаттамалары келесі арақатынаспен сипатталады

Мұнда - потенциалдардың контактілі айырымы.

27 – сурет. Джоколетт сұлбасы

Гармоникалық кернеумен басқарылатын генератордың сұлбасы 28-суретте берілген. Генератор жұмысының осциллограммалары (1 - НЧ, 2 – ВЧ-ға) – 29-суретте.

28 – сурет. Гармоникалық кернеумен басқарылатын генератордың сұлбасы

29 – сурет. Жұмыс осциллограммалары

НЧ-дағы гармоникалық кернеумен қоздырылатын транзисторлық генератор үшін коллекторлық және базалық тоқтардың нысандары косинусоидті кесіп тасталған, сондықтан Берг коэффициенттерін қолдана отырып, статикалық сипаттамалар бойынша есеп жүргізуге болады.

Қозу кернеуі теріске айналған уақыт кездерінде СЧ және ВЧ-да транзистор базалық аумақта негізгі емес алып жүрушілердің заряды жинақталуының салдарынан бірден жабылмайды. Транзистор тек заряд тарағаннан кейін ғана жабылады. Бұл i_к тоғының түрі косинусоидтіден ерекшеленуіне әкеледі, ал i_б сыйымдылық құрамдаушысы басым бола бастайды және тұрақты құрамдаушы азаяды.

ВЧ-да статикалық сипаттамалар бойынша есеп жүргізуге және Берг коэффициенттерін қолдануға болмайды.

Сипаттамалардың түзетілуі гармоникалық кернеумен қоздырылатын генераторлар үшін қолданылады. Түзету болған жағдайда тоқтың түрі косинусоидті, есеп статикалық сипаттамалар бойынша Берг коэффициенттерін қолданумен бірге жүргізіледі.

Гармоникалық тоқпен басқарылатын генератордың сұлбасы 30-суретте берілген.

30 – сурет. Гармоникалық тоқпен басқарылатын генератордың сұлбасы

2.2 Қуаттарды қосу

Радиотаратқыш құрылғыларда қуаттарды қосу құралдары кеңінен қолданылады. Көптеген таратқыштар екі жартылай жинақтаулық түрінде шығарылады.

Жартылай жинақтаулық-таратқыш, оның қуаты қажетті қуаттан екі есе аз.

Жартылай жинақтаулықтар қосу көпірінде жұмыс істейді, сонымен қатар әрқашан көпірді айналып өту алдын - ала қарастырылған. Қосу көпірлерінде қуаттарды қосумен қатар, кеңістікте қуаттарды қосу қолданылады. Екі таратқыш бір жиілікте екі түрлі антенналарға қоздырғыштардан немесе синтезаторлармен жұмыс істейді, оның фазалық ауысуы реттеледі, осылайша фазаланған антенналық тор элементі құрылады (антеннаның бағыттылығының диаграммасын басқаруға болады).

Ұсынылған сұлба (31-сурет) принципті түсіндіреді, дегенмен оны іс жүзінде қолдануға болмайды, себебі Rн және генератор үшін ортақ нүктені қамтамасыз ету мүмкін емес. Тәжірибеде 32-суретте бейнеелнген Т-тәріздес көпір сұлбасы қолданылады, мұнда ортақ нүкте қамтамасыз етілген.

31 – сурет 32 – сурет

Қуаттарды қосудың көпірлік сұлбасының ПӘК-ін табалық :

Бұдан шығатыны көпірлік қосу сұлбасының әрдайым жеткілікті мөлшерде жоғары болады.

Алдыңғы сұлбаның фазаайналдырғышта және рансформаторда жүзеге асырылуының мысалы 33-суретте берілген.

33 – сурет. Қуатты қосу сұлбасы

СВЧ-дағы қуатты қосу құралдары квадратуралық көпірді пайдаланады. Квадратуралық көпір 34-суретте бейнеленген.

34 – сурет. Квадратуралық көпір

ОВЧ және СВЧ диапазонында қуаттарды қосудың көпірлік құралдарында (сурет) бөлінген параметрлері бар элементтер қолданылады (қосудың тар тегістік көпірлері). Шешілген кірулердегі кернеулер арасындағы фазалық арақатынастарға байланысты, қосудың көпірлік сұлбалары төмендегідей жіктеледі:

а) синфазды-фазаға қарсы, және не синфазалы не фазаға қарсы;

б) квадратты, және квадратурада (90гр. жылжу);

в) синфазалық-квадратуралық (шешілген кірулердің бір жұбында кернеулер синфазалы немесе фазаға қарсы, ал басқа жұпта квадратурада).

Бұл сұлбада жүктемеде тоқтары қосылады, ал -да алынып тасталады.

Сырттан қоздырылатын кең жолақты генераторлар (СҚКЖГ) жиіліктердің үлкен жолағында жұмыс істейді.

Кең жолақты ГВВ-ларға кірістегі жиілік бір октавадан кемге өзгерген жағдайда қайта құрусыз шығыста кернеуді өндіретін ГВВ-лар жатқызылады.

- октава.

СҚКЖГ жиіліктердің айтарлықтай үлкен диапазонында, мәселен ВЧ-да қайта құрусыз радиотаратқыштардың жұмысын қамтамасыз ету үшін қажет.

Кіріс қуаты мен бір күшейткіш каскад қамтамасыз ете алатын өткізу жолағының арасындағы өзара байланысты анықтайтын теориялық ереже (Боде арақатынасы) бар.

Боде арақатынасы бір каскадты күшейткіш үшін әділетті.

2.3 Радиотартқыштардың автогенераторлары мен синтезаторлары

Радиотаратқыштағы автогенератор (АГ) тербелістің бастапқы көзі болып табылады, оның амплитудасы мен жиілігі сұлбаның жеке параметрлерімен ғана анықталады және сыртқы жағдайлар мен олардың өзгерістерінен аз тәуелді болуы тиіс. АГ жиілігінің жоғары тұрақтылығын талап ету оның шыға берісіндегі қуаттың аздығына міндетті түрде әкеледі.

АГ құрылымдық сұлбасы 35-суретте берілген.

35 – сурет. АГ құрылымдық сұлбасы

АГ күшеюінің коэффициенті екі жиіліктік коэффициенттердің туындысы ретінде анықталады

ондағы - кері байланыс берілісінің жиіліктік коэффициенті,

К₂ – ГВВ тізбегі берілісінің жиіліктік коэффициенті.

Амплитудалар балансы мен фазалар балансы теңдеуін қолдана отырып, АГ өз-өзімен қозуының жағдайларын қарастырайық.

АГ үш нүктелі сұлбасы 36-суретте берілген. Бұл сұлбада транзистор контурға үш нүктеде енгізілген.

36 – сурет. АГ құрылымдық сұлбасы

Амплитудалар балансын сақтау үшін .

Бұл екі жағдайда болуы мүмкін:

индуктивті 3 нүкте; сыйымдылықты 3- нүкте.

Бұл жағдайда құрылымдық сұлбадағы АГ - кешендік кедергілер әрқашан түрлі белгілерге ие болады.

АГ практикалық сұлбалары төменде индуктивті және сыйымдылықты үшнүкте түрінде берілген.

37-суретте индуктивті үшнүктенің принципиалды электрлік сұлбасы бейнеленген.

37 – сурет. АГ құрылымдық сұлбасы

38-суретте сыйымдылықты үшнүктенің принципиалды электрлік сұлбасы бейнеленген.

38 – сурет. АГ құрылымдық сұлбасы

Жиіліктер диапазонында жұмыс істейтін таратқыштар үшін (НЧ, СЧ, ВЧ диапазондарының хабар таратқыштары, ВЧ диапазонының магистралдік таратқыштары және т.б.) жиілікті жиіліктер диапазонында тұрақтандыруды қамтамасыз етуі қажет.

Қазіргі заманғы радиотаратқыштардың жиілік синтезаторларының сандық және аналогтық түрлері болады. Әдетте сандық жиілік синтезаторлары жиіліктер торын қалыптастырады.

Жиіліктер торы деп бір-бірінен тор қадамы қашықтығында тұрған жиіліктердің дискретті мәнін атайды (1МГц, 1.1, 1.2МГц, 1.3МГц және т.б.)

Қазіргі уақытта бір-бірінен жұмыс принципі бойынша ерекшеленетін синтезаторлардың екі сыныбы бар: жиіліктер синтезі әдісі бойынша құрылған синтезаторлар мен жиіліктерді талдау әдісі бойынша құрылған синтезаторлар.

АГ жиілігінің тұрақтылығы негізінен АГ индуктивтілігінің және АГ сыйымдылығының тұрақтылығымен анықталады.

АГ жиілігінің тұрақтылығын арттырудың тәсілдері:

а)термокомпенсациялық элементерді қолдану (мысалы, екі конденсатор, біреуі оң, ал екіншісі теріс температуралық коэффициенттергіне ие);

б)контурдың сапасының артуы;

в)жиілікті автоматты түрде жанастырудың (ЖАЖ) сұлбаларын қолдану.

Кварцтық пластина жасайтын механикалық тербелістер резонанс кезінде өте жоғары тұрақтылыққа ие болады. Бұл тербелістерге дәл сондай тұрақты тербеліс жиілігіне ие ауыспалы электр өрісі жауап береді.

Кварцтық резонатордың параметрлері келесідей:

- кварцтың эквивалентті индуктивтілігі L 1-1.2мГн;

- кварцтың сыйымдылығы C 0.01-0.02пФ;

- шығындар кедергісі 0.1-1Ом.

Бұл сапаға жауап береді 10⁵-10⁶ .

Кварцтық резонатордың және кедергілердің жиілікке тәуелділігінің эквивалентті сұлбасы 39-суретте бейнеленген.

39 – сурет

Кедергілердің жиілікке тәуелділігінің графигінде келесідей белгілер қабылданған:

- кварцұстағыштың сыйымдылығы;

- параллелді резонанстың жиілігі;

- жүйелі резонанстың жиілігі.

Жиіліктер диапазонында жұмыс істейтін таратқыштар үшін (НЧ, СЧ, ВЧ диапазондарының хабар таратқыш таратқыштары, ВЧ диапазонының магистралді таратқыштары және т.б.). Жиіліктің жиіліктер диапазонындағы тұрақтануын қамтамасыз ету қажет.

Ол үшін қазіргі заманғы таратқыштардың жиілік синтезаторлары қолданылады.

Синтезаторлардың сандық және аналогтық түрлері болады. Әдетте сандық жиілік синтезаторлары жиіліктер торын қалыптастырады.

Жиіліктер торы деп бір-бірінен бір тор қадамында тұратын жиіліктердің дискретті мәні аталады (1МГц, 1.1, 1.2МГц, 1.3МГц және т.б.).

Радиотаратқыш құралдарды Гц тор қадамды синтезаторлар кеңінен қолданылады, ондағы k – тұтас оң немесе теріс сан немесе нөл. Сонымен бірге тор құрушы жиіліктердің мәндері төмендегі арақатынаспен суреттеледі

онда барлық бір-бірінен тәуелсіз 0-ден 9-ға дейінгі кез-келген тұтас сандық мәндерді қабылдай алады, ал - синтезатордың шыға берісіндегі максималды жиіліктегі маңызға ие цифрлардың саны.

Қарапайым синтезатор сұлбасын құру үшін осының алдындағы арақатынасты пайдаланамыз, онда

белгілейміз.

Ондағы параметр - жиіліктің көбею коэффициенті , ол барлық мүмкін болатын тұтас сандық мәндерді қабылдайды

Одан кейін тіректік кварцтық автогенератордың жиілігін шарты орындалатындай етіп таңдаймыз, ондағы - тұтас сан.

Сонда -ті қоя келе, ақырында алатынымыз:

Қазіргі таңда жұмыс принципі бойынша ерекшеленетін екі синтезатор сыныбы бар: жиіліктер синтезі әдісі бойынша құрылған синтезаторлар мен жиіліктер талдамасы әдісі бойынша құрылған синтезаторлар.

Жиіліктер синтезі әдісі бойынша құрылған синтезатордың құрылымдық сұлбасы келсідей қысқартулармен 40-суретте берілген:

ОГ (ТГ)- тірек генераторы (опорный генератор);

Фi - жолақтық фильтрлер;

Дi - жиіліктерді бөлгіштер;

П1 - араластырғыштар;

МЧ - жиіліктер индикаторы (жиіліктер торының көрсеткіші).

Жиіліктер синтезі бойынша құрылған жиілік синтезаторында жиіліктің шыға берістегі салыстырмалы тұрақсыздығы диапазондық генератордың fдг/fкг қатынасына көбейтілген жиілігінің тұрақсыздығымен анықталады, яғни жиіліктің едәуір төмен тұрақсыздығына қол жеткізуге болады.

40 – сурет

жиіліктер талдауы әдісі бойынша құрылған синтезатор 41-суретте берілген, онда

ФД - фазалық детектор;

ТАЧ – жиілік талдауының трактісі, мұнда қажетті жиілікті орнату жүзеге асырылады;

УЭ - күшейткіш элемент.

Жиіліктерді талдау әдісі бойынша құрылған жиілік синтезаторының құрамында басқарылатын генератордың шыға берістегі жиілігі талданатын талдау трактісі болады. Талдау түрлі қайта құрулардың көмегімен (қосу, көбейту, бөлу) жиілік мәнін тіректік кварц генераторының жиілігіне тең қылатындығында. Осылайша талдау әдісі бойынша құрылған синтезатор жиілікті автоматты түрде жанастыру жүйесі болып табылады, ондағы жиілікті орнату талдау трактісінде жүзеге асырылады.

Бұл сұлба барынша кең қолданысқа ие болды.

41 – сурет

Автогенераторлардың тұрақтылығын арттыру үшін кварцтық резонаторлар қолданылады. Әдетте кварцтық генераторларда екі негізгі сұлба болады: осцилляторлық сұлба және созылмалы сұлба. Осцилляторлық сұлбаларда кварцтың эквивалентті кедергісі индуктивті немесе сыйымдылықты не едәуір белсенді кедергілі болуы мүмкін. Созылмалы сұлбаларда кварцтық резонатор жүйелі резонанс жиілігінде жұмыс істеп, елеусіз белсенді кедергіге ие болады.

Созылмалы сұлбаларда кварцтық резонатор жүйелі резонанс жиілігінде жұмыс істеп, аз таза белсенді кедергіге ие болѓандыќтан, әдетте кері байланыс тізбегінде орнатылады.

Батлер сұлбасы – екі каскадты сұлба, ондағы бірінші каскад сұлба бойынша ортақ базамен, ал екіншісі сұлба бойынша ортақ коллектормен қосылған (42-сурет). Мұндай қосылыс оң кері байланыс тізбегінде барынша жақсы қиысуға қол жеткізу мүмкіндігін береді. Бұл тізбек жиіліктік-таңдамалы болып табылады, сондықтан байланыс тек жүйелі резонанстың бір ғана жиілігінде қамтамасыз етіледі.

42 – сурет. Батлер сұлбасы

Ортақ базалы сұлбаның шыға берісін ортақ коллекторлы сұлбаның кіре берісімен қиыстыру үшін контурды коллектор жағынан да, база жағынан да ішінара қосу қолданылады.

2.4 Сырт қоздыру генераторларының принципиалды сұлбалары

Түрлі қызметтерді атқаратын сырт қоздыру генераторларының (СҚГ) сұлбалары алуан түрлі. Олар келесі бөлімдерде беріледі. 43-суретте мысал ретінде үш СҚГ қарапайым сұлбалары берілген. Транзистордағы СҚГ кіріс тізбегіне (43,а-сурет) қозу көзі, бөлу конденсаторы және базалық тоқтың тұрақты құрамдаушысын өткізу үшін резистор кіреді. Бірінші гармоника қозу көзінен және база-эмиттер үзіндісі арқылы өтеді. Коллекторлық тізбек кернеулі көзден коректенеді. Коллекторлық тоқтың тұрақты құрамдаушысы жүктеме кедергісінде кернеудің құлдырауын тудырмас үшін, дроссель арқылы тізбек жасалған. Коллекторлық тоқтың ауыспалы құрамдаушысы арқылы өтеді. Үйлесім қозуы кезінде гармоникалық кернеу жүктемесінде бөліс үшін транзистордың тербелістер нысанын бұрмаламауы, яғни А сыныбында жұмыс істеуі қажет.

43 – сурет. Сырт қоздыру генераторының сұлбасы

Егер транзистор В сыныбында жұмыс істеуі қажет болатын болса (айталық, ПӘК-і көтеру үшін), онда ГВВ екі тактілі сұлбасы қолданылады (43,6-сурет), ол ортақ жүктемеге кезекпен жұмыс істейтін екі бір тактілі ГВВ-дан тұрады. Шамдық ГВВ әдетте жоғары ПӘК –мен жұмыс істейтін қуатты таратқыштар каскадтарында қолданылады.

Ол үшін шамдар В немесе С сыныптарында жұмыс істеуі тиіс, ал шығыс гармоникалық сигналды қалпына келтіру үшін, анодтық тізбекке міндетті түрде тербеліс контурын немесе неғұрлым күрделі фильтрді қосады.

43,в-суретте генераторлық триодтағы ГВВ сұлбасы берілген. Мұнда кіріс тізбегі бар ( , , элементтер, анодтық қоректену тізбегі (кернеу көзі , дроссель , катушка ). Анодтық тоқтың ауыспалы құрамдаушысы шам, тербеліс контуры және блоктаушы конденсатор арқылы өтеді. Бұл ГВВ-да тербеліс контуры жұмыс жиілігіне келтірілген және жоғары сапаға ие. Тербеліс контурында ГВВ жұмысының кезінде қозу жиілігіне ие гармоникалық дерлік тербелістер бөлінеді.

43-суретте берілген барлық ГВВ-да, ЭПға қоса берілген қозу мен жылжудың кернеулеріне байланысты ЭП арқылы өтетін тоқтың сипаттамасы өзгеруі мүмкін. ЭП тоғының сипаттамаларын жіктеу үшін келесідей сыныптар енгізілген: А — тоқ ЭП арқылы үздіксіз өтетін кезде; В — сол секілді, ВЧ жарты кезең барысында; С — тоқ ЭП арқылы өтетін уақыт ВЧ кезеңінің жартысынан аз болған кезде; D — тоқ тік бұрышты импульстер тәртібі түрінде болатын кезде; Е— тоқ үшбұрышты импульстер түрінде беріледі және ВЧ жартылай кезеңінде ағады.

44,а-суретте УКВ — СВЧ транзисторлы генераторының электр сұлбасы берілген, онда кіріс және шығыс келісілу тізбегінің (ЦС) сыйымдылықтары мен индуктивтілігі, сондай-ақ блоктаушы дроссельдер ұзын сызқтардың үзінділерінде орындалады. УКВ — СВЧ транзисторлық генераторының құрылымының мысалы 44,6-суретте көрсетілген.

44 – сурет. УКВ-СВЧ транзисторлы генераторының электр сұлбасы мен құрылымының (типологиясының) эскизі

Металл негізде (радиаторда) транзистор мен екі жағынан металдандырылған екі диэлектрлік пластина бекітілген. Олардың әрқайсысында тиісті орнату әдісімен жолақтар – сыйымдылықтар, индуктивтіліктер, блоктаушы дроссельдер реализацияланатын сызықтардың үзінділері, сондай-ақ 50-омдық жеткізу сызықтары қалдырылған. Сонымен қатар, пластиналарда бөлуші және блоктаушы конденсаторларды, транзисторлардың шығарылымдарын, тұрақты тоқ көзін қосу үшін және «төменгі» шығарылымдар корпусымен мен қосу үшін контактілі алаңшалар қалдырылған.

Кең диапазонды генераторлардың кіріс, каскад аралық және шығыс ЦС негізгі элементі трансформатор болып табылды. Шамдық кең диапазонды каскадтарда жүктемелік кедергілерді трансформациялау үшін орамдардың арасындағы магниттік байланысы болатын трансформатор қолданылады. Орташа жұмыс жиіліктері диапазонында ол идеалды трансформаторға (ИТ) жақын кледі, оның трансформациясының дискреттік коэффициенті екінші және бастапқы ) орамалардың айналым санының қатынасына пропорционалды болады. Кернеу, тоқ және кедергілер бойынша трансформация коэффициенттері формулаларға сәйкес анықталады

45-суреттегі эквивалентті электр сұлбасында ИТ–мен қатар орамалардың омдық кедергілері мен магнитті желідегі эквивалентті кедергі ескеріледі.

45 – сурет. Орамалардың арасындағы магнитті байланысы бар трансформатордың эквивалентті электр сұлбасы

мен трансформация коэффициентіне әсері, әдетте, елеулі емес, және оларды бірінші кезекте шығындар қуатын бағалау кезінде және КПД трансформаторды есептеу кезінде есепке алады. Сонымен бірге, паразиттік реактивті элементтер негізінен трансформация коэффициентіне: астынан — бастапқы ораманы магниттеудің эквивалентті индуктивтілігімен, жоғарыдан —орамаларды тарату индуктивтіліктерімен, орамалардың эквивалентті сыйымдылықтарымен және орамалар арасындағы эквивалентті сыйымдылықпен әсер етіп оның жолағын шектей түседі шектей т‰седі. Өткізу жолағын кеңейту үшін арттырып пен азайту қажет. Дегенмен, бұл талаптар қарама-қайшылықты. Рационалды құрастыру арқылы салыстырмалы түрде үлкен жүктеме кедергілері (25 Омнан шамамен 10 кОмға дейін) болған жағдайда 0,1...100 МГц жиіліктерінде 10...30-ға дейінгі жабу коэффициентіне ие өткізу жолағын қамтамасыз етуге қол жеткізіледі.

Бірақ транзисторлы генераторларға қатысты олар жарамсыз болуы мүмкін. Қазіргі заманғы қуатты генераторлы транзисторларға өте төмен кіріс және жүктемелі кедергілери тән, олар ом бірліктерімен , тіпті бөлшектерімен өлшенеді. Ондағы магнитті байланысты трансформатор орамаларының таралу индуктивтіліктері наногенри бірліктерінен, тіпті бөлшектерінен аспауы тиіс, ал мұны қамтамасыз ету іс жүзінде мүмкін емес.

0,1-ден 300 МГц –ке дейінгі жиіліктер диапазонында кіші кедергілердің трансформациясы үшін алдын-ала берілген толқындық кедергісі Zc бар сызықтар үзінділеріндегі трансформаторлар қолданылады. Келісілген резистивті жүктемелік кедергі кезінде трансформатордың өткізу жолағының жоғарғы шекаралық жиілігі тек сызықтардағы шығындармен анықталады. Оның жұмыс принциптерін қарапайым мысалда қарастырайық. 46,а-суретте екі желілі сызық генератор мен жүктемелік кедергіні қосады.

46 – сурет. Ұзын сызық үзіндісіндегі трансформатор

Сызық желілерінің арасындағы күшті электромагнитті байланыстың есебінен Zc = кезінде , егер сызықтағы шығындарды есепке алмасақ, оның кез-келген қиындысында, оның ішінде 2-4 шығыс нүктелерінің арасында, -ге тең ЭДС орнатылады.

2.5 Сырт қозу генератоларының қоректену тізбектері

Қоректену тізбектерін құрудың ерекшеліктерін шамдық генераторлардың мысалында қарастыралық. 47-суретте тізбектерді тұрақты тоқ бойынша және кіре беріс пен шыға берістегі ВЧ бойынша құрудың екі нұсқасы көрсетілген. Блоктаушы дроссельдердің индуктивтіліктері мен бөлгіш және блоктаушы конденсаторлардың сыйымдылықтары келесі талаптарды қанағаттандыруы тиіс:

кіру тізбегі үшін

шығу тізбегі үшін

47 – сурет. Тұрақты тоқ бойынша қоректендіру сұлбасы: а — параллель; б — тізбекті

Сонымен қатар, 47,б-суреттегі сұлбада ЦС тұрақты тоқ бойынша аз (нөлге жақын) кедергі тудыруы тиіс. Осындай жағдайларда ВЧ көзінен сигнал толығымен шығындарсыз шам торына, ал шам анодынан – жүктемеге түседі. Блоктаушы дроссельдер арқылы тек тор мен анод тоқтарының тұрақты құрамдаушылары ғана өтеді.

47-суреттегі сұлбаларда оның үш элементі — шам, жүктеме (немесе ВЧ сигнал көзі), қоректену (жылжу) көзі — не параллелді, не жүйелі түрде қосылған. Қосу әдісіне байланысты кіру мен шығу бойынша параллелді (47,а-сур.) немесе жүйелі (47,б-сур.) қоректену сұлбалары болады.

48-суретте кіру мен шығу бойынша параллелді қоректенудегі тетродтағы генератор сұлбасы ұсынылған. ВЧ бойынша кіру және шығу тізбектері қозу көзі мен жүктемесі бар индуктивті байланыстарға ие қарапайым LC-контурлар түрінде берілген.

48 – сурет. Тор мен анод тізбектері параллелді қоректенетін тетродтағы генератор сұлбасы

Анодтық тізбекте дроссель контурлық индуктивтілікпен La параллелді қосылған. Ол LaCa-контурдың күйін елеусіз мөлшерде бұзбас үшін және ол арқылы контурлық тоқтың аз бөлігі (менее 3...5 %) өтуі үшін, индуктивтілік La қарағанда 20...30 есе көп таңдалады, яғни

> (20...30)La .

Бірақ, егер жүктелген анодтық контурдың сапасы 10...20 артық болатын болса, контурлық тоқ La және Ca элементтерінде анодтық тоқтың бірінші гармоникасынан 10...20 есе көп болады және дроссель индуктивтілігін таңдаған кезде дроссель тоғының ауыспалы құрамдаушысы анод тоғының бірінші гармоникасымен өлшемдес болады. Бұл жағдайда дроссель индуктивтіліген неғұрлым қатаң шектеулер қойылады

Мұндай жағдайда ауыспалы тоқ -да анод тоғының бірінші гармоникасының 3...5 % кемін құрайтын болады.

Бұл формулаларда — таратқыштың төменгі негізгі (орташа) жиілігі.

Дроссель тоғының ауыспалы құрамдаушысы корпусқа тұйықталу үшін, қосымша блоктаушы конденсатор қойылады және оған қоса, өлшеуші құрал мен қоректену көзін блоктаушы конденсаторлармен және шунттайды. Дроссель және конденсаторлар мен ФНЧ Г-буынын құрайды, ол бір ГВВ каскады сұлбасының шектерінде барлық гармоникалардың ауыспалы тоқтарының тұйықталуын қамтамасыз етеді және қоректенуді ортақ тізбектері арқылы каскадтардың паразиттік байланыстарын жояды.

Конденсатордың (немесе конденсаторлардың мен) сыйымдылығын олардың кедергісі қоректену көзінің ішкі кедергісінен 10...20 есе аз болатындай етіп таңдау қажет. Іс жүзінде дроссель кедергісінен 50...200 есе кем сыйымдылық кедергісі алынады:

бөлуші конденсатор La индуктивтілік катушкасы арқылы анодтық қоректенудің корпусқа тұйықталуының алдын алады. Сонымен бірге, анодтық тоқтың ауыспалы құрамдаушысы үшін конденсатордың кедергісі аз болуы тиіс. Оның мөлшері ондағы ауыспалы құрамдаушының кернеуінің құлдырауы жүктемедегі кернеудің құлдырауынан 0,5...1%тен аспайтындай етіп таңдалады, яғни

бірінші тор тізбегінің блоктаушы элементтері ұқсастық бойынша келесі арақатынастардың көмегімен таңдалады: дроссель индуктивтілігі

Ал егер жүктемеленген LcCc-контурдың сапасы 10...20-дан артық болса, неғұрлым қатаң шарттан

Бөлуші және блоктаушы конденсаторлардың сыйымдылықтары

бұл формулаларда —шамның кіру өткізгіштігі.

Ал және — сәйкесінше оның резистивті (ОК-мен сұлба үшін) және реактивті құрамдаушылары. Блоктаушы және бөлуші конденсаторларда кернеудің 1 - 5 % құлдырайды ал блоктаушы дроссель арқылы кіру тоғының 1 - 5 % өтеді.

Параллелді қоректену сұлбасының негізгі артықшылығы – индуктивтіліктің контурлық катушкалары мен конденсаторлар анодтық қоректену кенрнеуінің немесе жылжу кернеуінің ықпалында болмайды. Жалпы алғанда байланыс тізбектерінің жоғары жиілікті элементтері қоректену мен жылжу тізбектерінен оқшауландырылады. Жетіспеушіліктердің бірі – кіру және шығу анодтық LC-контурлары блоктаушы дроссельдердің паразиттік сыйымдылықтарымен және бөлуші конденсаторлардың корпусты айнала қоршаушы сыйымдылықтармен шунттелінеді. Бұл сыйымдылықтар контурдың толқындық кернеуін азайтып, ондағы шығындарды арттырады. Сонымен қатар, параллелді қоректену сұлбаларында айтарлықтай үлкен индуктивтілікке ие блоктаушы дросселдер қажет. Атап айтсақ, болған жағдайда шамның төмени жиіліктердегі басқару торының тоғынсыз жұмыс істеген кезінде , қажет болады.

49-суретте тор мен анод тізбегіндегі жүйелі қоректену сұлбасы берілген. Кіру тізбегінде жылжу көзі, LcCc-контур мен шамның кіруі (тор—катод), ал шығу тізбегінде анодтық қоректену көзі, LaCa-контур мен шамның шығуы (анод—катод) бір-біріне қатысты жүйелі түрде қосылған.

Блоктаушы конденсатордың анодтық тізбектегі кедергісі бірінші гармониканың жиілігінде контурдың резонанстық кедергісінен 20...100 есе кем болуын талап етейік. Сонымен бірге, контурлық конденсаторға Ca параллель және жүйелі енгізілгендердің тізбегі қосылғандықтан, -дағы кернеу Ua 1...2%-нан артық емесін құрасын деп талап қоялық. Бұл талаптар келесідей есептік формулаларды жазу мүмкіндігін береді .

Паразиттік байланысты азайту үшін қоректену тізбектері арқылы қосымша блоктаушы дроссель (49-сур. қар.) қосылады.

Дросселдің индуктивтілігін оның ВЧ бойынша кедергісі қоректену көзінің ішкі кедергісінен 10...20 есе артық болатындай етіп таңдау қажет. есепту және іс жүзінде өлшеу қиын болғандықтан, дроссель кедергісі жүктемелік кедергіден немесе блоктаушы конденсатордың кедергісінен біраз артық болатындай таңдалады

49 – сурет. Тор мен анод тізбектері жүйелі қоректенетін тетродтағы генератордың сұлбасы

Блоктаушы конденсаторлар және (соңғысы анодтық қоректену көзі мен дроссельді тікелей шунттейді) ФНЧ П-буынын құрайды және 48-суреттегі параллелді қоректену сұлбасындағыдай, бір каскад шектерінде анодтық тоқтың барлық гармоникаларының ауыспалы құрамдаушыларының тұйықталуларын қамтамасыз етеді, яғни осылайша қоректену тізбектері бойынша каскадтар арасындағы паразиттік байланыстарды жояды.

Торлық тізбекте және элементтерінің мәндері анодтағыдай, алдыңғы формулалар бойынша таңдалады, онда орнына қойылады, ал орнына — тиісінше .

Жүйелі қоректену сұлбасының негізгі артықшылығы блоктаушы дроссельдер LC-контурды шунттемейтіндігінде және олардың паразиттік сыйымдылығы контурдың толқындық кедергісін азайтпай, ондағы шығындарды арттырмайтындығында. ВЧ кернеудің құлдырауы мен блоктаушы элементтердегі ауыспалы тоқтардың салалануына жіберілген сондай долбарлар бойынша блоктаушы дросселдердің жүйелі қоректену сұлбасындағы индуктивтілігі паралелдік қоректену сұлбасына қарағанда едәуір аз. Сонымен қатар, екі блоктаушы конденсатормен бірлесе келе Г-тізбекті емес, параллелді қоректену сұлбасындағыдай үш буынды ФНЧ (П-буынды) құрайды және осыдан шығатыны, қоректену тізбектері бойынша жақсы таралу қамтамасыз етіледі.

Бұл шам генераторларында және әсіресе кернеу үлкен болатын анодтық тізбекте маңызға ие. Мұнда индуктивтілік катушкасы мен конденсаторды (әсіресе қайта құрылатын) корпустан оқшауландыру және қауіпсіздік техникасы талаптарын қанағаттандыру аса қиын. Сонымен қатар, ЦС ВЧ элементтері қоректену мен жылжу кернеулерін ЭП-ға жеткізуді және тұрақты құрамдаушы тоқтардың өтуін қамтамасыз етуі тиіс, әсіресе СВЧ диапазонында қиыншылықтарды тудыруы мүмкін.

Жылжудың басқару торына берілісінің ерекшеліктерін қарастырайық. Қажетті жылжу кернеуі сыртқы (химиялық көзден, түзеткіштен), не автоматтық (торлық және катодтық тоқтардың т±рақты құрамдаушыларынан), не құрама болуы мүмкін. Шам генераторларында (= 0) қозу болмаған жағдайда шамда салыстырмалы түрде аз торлық және анодтық тоқтар өтіп, елеусіз қуат таралу үшін, ең алдымен сыртқы немесе құрама жылжу қолданылады.

Тор тізбегінің бөлек түзеткіштен тікелей қоректенуі кезінде түзеткіш диодтың және тормен-шам катодымен құрылған эквивалентті диодтың қарсы қосылуының (48 және 49 - сур. қараңыз) нәтижесінде, тор тоғының тұрақты құрамдаушысы үшін жол болмайды. Сол себепті түзеткішке қосымша резистор қосылады. Потенциометр өшіріледі, бұл торлық жылжу кернеуін реттеу және бір түзеткіштен бірнеше шам үшін жылжулар алу мүмкіндігін береді.

Торда әрекет ететін жылжу мәні, келесі формуламен белгілі болады

Бұл формулаѓа сәйкес сыртқы жылжумен ()E қатар тор тоғының тұрақты құрамдаушысынан автоматты түрде жылжу ()орын алады. Шамның анодық тібегінің жұмыс режиміне тәуелді автожылжу елеусіз болуы үшін, потенциометрдің кедергісі R< (0,05...О,1)шартынан таңдау қажет. Тетродтарда жұмыс режимі басқару торының тоғынсыз таңдалуы мүмкін. Бұл жағдайда термотоқты есепке алған жөн, ол қуатты шамдарда миллиамперлерді құрауы мүмкін. Ол шамның жұмыс режиміне аз ықпал етуі үшін, R есептік арақатынасқа термотоқ мәнін қою қажет.

Тетродтардағы генераторларда ВЧ бойынша кіру және анод тізбектерін ажырату үшін екінші торды корпуспен блоктаушы конденсатормен байланыстырады. Конденсатордың сыйымдылығы ондағы ауыспалы құрамдаушы қоректену кернеуінен 50...100 есе аз болатындай таңдалады. ауыспалы кернеуі экрандық тор тоғының бірініші гармоникасынан кернеуінің анод — экрандық тор паразиттік сыйымдылығы арқылы өтуінен пайда болады. Сонымен бірге, -ға кіру кернеуінің басқару және экран орнының арасындағы паразиттік сыйымдылық арқылы әсер етуі әдетте, Ua қарағанда 10...20 есе аз болады және оны есепке алмауға болады. Бұдан сыйымдылығына арналған арақатынастарды аламыз

Бір уақыта блоктаушы конденсатордың шығуының, шам торы мен монтаждыңнәтиже беретін индуктивтілігі, үшін аз болуы тиіс. Блоктаушы дросселді жүйелі қоректену сұлбасындағы анодтық тізбектегідей мақсатпен қосады. Индуктивтілікті келесі шартпен таңдайды

Қуатты генератор шамдарындағы екінші (экрандық) торларды қоректендіру үшін кернеу бөлек түзеткіштен немесе оның алдыңғы, неғұрлым аз қуатты каскадтың анодтық қоректену көзінен беріледі. Көбіне орнына немесе онымен бірге резистор қосылады, ол тұрақты тоқтың қуаттарының шығындарымен экранды торды оның тоғының артуы кезіндегі шамадан тыс жүктемеден қорғауды қамтамасыз етеді, яғни құрама (сыртқы және автоматты) жылжуды қолданады.

Қазіргі заманғы таратқыштарда шамдардың қызу тізбектері 50Гц жиіліктегі ауыспалы тоқ тізбегінен қоректенеді. 50,а-суретте бейнеленген қарапайым сұлба келесі жетіспеушілікке ие – тор потенциалы 50Гц жиілікті катодтың орта потенциалына қатысты өзгереді, бұл фон деп аталатын шамның анодтық тоғының паразиттік амплитудалық модуляциясына әкеледі.

50 – сурет. Шам қызуы тізбегінің ауыспалы тоқпен қоректенуінің сұлбасы

Расында да, тор мен катодтың сол шығуларының арасындағы кернеу

ал оңдары арасындағысы

50 Гц жиіліктегі фонды жоюға 50,б,в, -суреттегі сұлбаларында қол жеткізіледі, онда қызу трансформаторының екінші орамасының орта нүктесі жерге қосылады немесе R қосылумен орташа нүкте арнайы құралады. Бұл жағдайда

R кедергіде қуат жұмсалды

онда — қызу кернеуінің амплитудалық мәні;

I_k0 — катодтық тоқтың тұрақты құрамдаушысы.

R-да сейілетін қуаттың минималды мәні,

, кезінде.

Бұл жағдайда потенциометрдегі R автоматтық жылжудың қосымша кернеуі төмендегіні құрайды

50,б-суреттегі сұлбада орталық нүктені анықтаудың (бастапқы трансформатордың орамасының ассиметриясының) нақты болмауының салдарынан фон толығымен жойылмауы да мүмкін. 50,в-суреттегі сұлбада потенциометрді R құрумен фон өзгертетін құрал бойынша оны минимумға жеткізуге болады. Бұл сұлба радио хабар беретін тартқыштарда қолданылады. Оның жетіспеушілігі болып потенциометрдегі R тұрақты тоқ қуатының шығындары табылады.

50,б,в –суреттегі сұлбада екі блоктаушы конденсатор қызу тізбегінде катодтық тоқтың екі шығысы арқылы корпусқа баратын катодтық тоқтың ауыспалы құрамдаушысын өткізеді. Олардың сыйымдылыѓыныњ шамасы олардың ВЧ бойынша параллелді қосылғанынан шыға келе таңдалады және олардыњ кедергісі және шамнан 20...100 есе кем болуы тиіс.

Қуаты 100 кВт –тан астам шамдарда катодтар цилиндр тәріздес торша (шұлықтық) құрылымда орындалады. Сонымен бірге оның сақина тәріздес ұштарының бірі басқа, өзектік немесе сақина тәріздес нысанға ие, бірақ едәуір кіші диаметрлі ұшқа қарағанда айтарлықтай аз паразиттік индуктивтілікке ие болады. ОК сұлбасы бойынша генераторда бірінші ұш корпуспен блоктаушы конденсатор арқылы қосылады (50,г-сур. қар.). Блоктаушы конденсатордың сыйымдылығы таңдалады, ал оның ұштарының индуктивтілігі минималды болуы тиіс. Катод ұштарының арасында потенциалды теңдестіру үшін оларға радиожиілік бойынша қосымша конденсатор қойылады.

Қуатты генераторларда 50 Гц жиіліктегі фонмен қатар, 100 Гц жиіліктегі фон пайда болады. Ол қызу тоғымен байланысты катодтың жанындағы ауыспалы өріс электродтардың қозғалыс траекториясы едәуір өзгеретін мәнге жететіндігімен байланысты болады. Бұл анодтық тоқтың қызу тоғының жиілігінен екі есе көп жиіліктегі пульсацияларын тудырады. 100Гц жиіліктегі фонды жою үшін параллельді немесе екі тактілі жүйе бойынша қосылған екі шам қолданылады. Олардағы қызу кернеулері фаза бойынша 90° жылжумен беріледі. Мәселен, үш фазалы жүйеден қоректену кезінде бұл үшін Скотт сұлбасын қолданады (51-сурет).Суретте сондай-ақ векторлы диаграмма берілген, ол 120°қа жылжыған үш кернеулерден бастапқы трансформаторлардың бірінші орамаларында бірбіріне қатысты 90°-қа жылжыған екі кернеу қалай туындайтындығын түсіндіреді. Себебі бастапқы трансформаторлардың коэффициенттері әртүрлі болуы тиіс.

51 – сурет. Скотта (а) сұлбасы бойынша екі шам қызуының қоректенуі және векторлық диаграмма (б)

Салқын қалпында шамның қызу жібінің (катодтың) омдық кедергісі номиналдығына қарағанда шамамен 10 есе аз. Сондықтан қосу кезінде тоқтың тастамы байқалатын болады. Қуатты шамдарда = 300...1000 А болатындықтан, бастапқы кезде 3000...10000А тоқтың әсерімен нәзік вольфрамнан жасалған қызу (катод) жіптері үлкен механикалық жүктемелерге тап болады. Мұны болдырмау үшін, қызу кернеуі біртіндеп ақырын немесе кішкене секірістермен номиналға дейін арттырылады.

Катод қызғаннан кейін алдымен басқару торына жабушы ығысу, сосын, анодтық кернеу, содан соң тертордтар жағдайында экранды торға кернеу, содан соң ғана басқару торына ВЧ қозуы беріледі.

Қуатты каскадтарда шамдардың қоректену тізбектерін қосудың тиісті тәртібін қамтамасыз ету үшін әдетте автоматты басқару жүйелері мен уақыт релесі орнатылады. Атап айтсақ, қоректену көздерінің бірін айырып тастаған кезде (басқару торындағы ығысу кернеуін және анодтық қоректенуді) қозу автоматты түрде алынып тасталады және қоректенудің басқа көздері айырып тасталады.

3 Жоғары тиімділікке ие біржолақты тербелістер қуатын күшейткіштер

3.1 Кіріспе ескертпелер

Генераторлар сұлбаларының түрлі нұсқаларына, сондай-ақ олардың түрлі жүктемеге жұмысының ерекшеліктеріне және оның кері келістіруі кезіндегі жұмысына жасалған талдаудан көретініміз, генераторлар басты режимде сыртқы қозу генераторларымен салыстырғанда КПД бойынша айтарлықтай ұтысқа ие болады. Негізгі генераторларды фазалық және жиіліктік модуляциялы, сондай-ақ бір арналы амплитудалы, жиілікті немесе фазалық магнипуляциялы таратқыштарда қолдану аса тиімді.

Қуат күшейткіштері сипаттамалардың жоғары сызықтығына ие болуға тиісті бір жолақты тартқыштардың энергетикалық тиімділігін арттыру үшін негізгі генераторларды қолдану неғұрлым күрделі техникиалық мәселе болып табылады. Осылайша, сапалық көрсеткіштердің қазіргі нормалары бойынша күшейтілетін сигналдың құрамалық құрамдаушыларының деңгейі (30 ... 35) дБ аспауы тиіс. Осыған байланысты транзисторлардың жұмысының негізгі режимін пайдаланатын бір жолақты сигналдың қуаттарын күшейткіштерді жасау, тек арнайы әдістерді қолданған жағдайда ғана мүмкін болады. Оларға ВЧ ШИМ әдісі, дефазалау әдісі, бір жолақты сигналды кванттау әдісімен бір жолақты сигналдың құрамдаушыларын бөлек күшейту әдісі (Кан әдісі) жатады.

Бір жолақты модуляциялы (ОМ) сигналдың құрамдаушыларыныњ бөлек күшейту әдісі неғұрлым кең тараған және іс жүзінде сыналған. Бұл тарауда осы әдіс бойынша бастапқы режимде құрылған бір жолақты күшейткіштерді құрудың теориясы мен практикасының негізгі мәселелері баяндалған.

3.2 ОМ сигналдың құрамдаушыларын бөлек күшейту әдісі (Кан әдісі)

Кан әдісі бойынша құрастырылған күшейткіштің жұмыс істеу принципі бөлек күшейту әдісіне негізделеді. Бөлек күшейту әдісінің негізінде ОМ сигналды амплитудалы-жиілікті (фазалық) модуляциялы сигнал ретінде алу жатыр. Шындығында, ОМ сигналдың мезеттік амплитудасы бастапқы модуляциялаушы сигналдың мезеттік амплитудасына попорционалды, ал ОМ сигналдың жиілігінің модуляцияланбаған ВЧ сигналдың жиілігіне қатысты ығысуы бастапқы модуляциялаушы сигналдың мезеттік жиілігіне тең. ОМ сигналдан оның айналып шығатын және фазамодуляциялаушы ВЧ құрамдаушысын бөліп, оларды қажетті деңгейге дейін күшейтіп, үдету операциясынан кейін берілген қуаттың бастапқы ОМ сигналын аламыз.

Кан әдісі бойынша қ±рылған күшейткіштің бастапқы сұлбасы 52-суретте берілген. ОМ сигнал екі трактіи – жоғары жиілікті және төмен жиіліктіге келіп түседі. ВЧ трактісінде амплитудалық шектеушінің көмегімен (АО) ОМ сигнал амплитуда бойынша шекті түрде шектеледі. Сонымен қатар, Ом сигналдың фазамодцуляцияланған ВЧ құрамдаушысы бөлінеді, ол қажетті деңгейге дейін бастапқы (ПК), шет алды (ПОК) және шеттік (ОК) каскадтармен күшейтіледі. ВЧ құрамдаушы тұрақты амплитудаға ие болатындықтан, күшейткіштің бұл каскадтарының транзисторлары жоғары тиімділікті негізгі режимде жұмыс істей алады.

НЧ трактісінде амплитудалық детектор (АД) мен фильтрдің (Ф) көмегімен айналып шығу сигналы бөлінеді, ол тірек қозғалысы генераторы (ГОН) өндіретін тірек сигналымен бірге модулятордың компараторының (К) кірісіне беріледі. Компаратордың кіре берісінде тұрақты амплитудалы ШИМ сигнал құралады, ол негізгі режимде жұмыс істейтін күшейткішке (У) беріледі. Бұл күшейткіштің шеттік каскадында төмен жиіліктер фильтрінің (ФНЧ) көмегімен айналып шығу сызығы бөлінеді, ол одан әрі ВЧ трактінің шеттік каскадына модуляциялаушы сигнал түрінде беріледі. Осылайша жоғары КПД жағдайында берілген қуат деңгейінде үдету операциясы жүзеге асырылады.

52 – сурет

Биполярлық транзисторлардағы каскадтар коллекторлық модуляция амплитудалық сызықтық емес жєне амплитудалық-фазалық конверсияның пайда болуымен қатар жүреді. Бұл күшейтілетін ОМ сигналыңыњ бұрмалануына әкеледі. Сызықтық емес бұрмалануларды азайту және КПД артыру үшін, үдеткіш ретінде қолданылатын шеттік каскадтың кіре берісіне берілетін тербелістердің қосымша амплитудалық модуляциясы орынды болады. Ол шығу кернеуі ВЧ трактісінің шеттіктің алдындағы каскадына берілетін НЧ трактіге енгізілген кіші модулятормен (52-сурет) жүзеге асырылады.

ОМ сигнал қуатын күшейтуді құрастырудың негізгі принциптері осындай. Дегенмен осындай күшейткіштің жүзеге асырылуы талап етілетін сапалық көрсеткіштерге, әсіресе біржолақты шығу сигналының құрама құрамдаушыларының деңгейіне тәуелді болады. Осыған байланысты күшейтілетін сигналдың бұрмалануының негізгі себептерін анықтау, олардың ықпалын бағалау және күшейткіштің бөлек түйіндерінің сипаттамаларына қойылатын талаптарды белгілеу қажет.

Кан күшейткішіндегі құрамалық бұрмаланулардың негізгі себептері күшейткіштің өзінің жұмыс принципінен шығады. 52-суреттегі құрылымдық сұлбадан және осы секілді құралдарды зерттеудің тәжірибесінен шыға келе бір жолақты сигналдың құрамалық бұрмалануларын тудыратын келесі себептерді атауға болады,

а) айналып өту сызығының түрінің өзгеруіне әкелетін амплитудалық сызықтық еместік амплитудалық детектордың беріліс коэффициентінің кіру сигналының амплитудасынан тәуелділігімен, айналу сызығының (ШИМ сигналын қалыптастыру және күшейту трактілерінде пайда болатын) және үдеткіштің сызықтық еместігінен туындауы мүмкін. Айналу сызығы түрінің өзгеруі тұрақсыздандырғыш факторлардың әсері болған кезде НЧ трактісінің (ол тұрақты тоқтың күшейткіші болғандықтан) нөлдік деңгейінің тұрақсыздығынан да туындауы мүмкін;

б) НЧ және ВЧ трактілерінің түрлі инерциялылығымен байланысты айналу сызығы мен ВЧ құрамдаушысының фазаларының кері келісілуіне әкелетін сигналдардың күшейту трактілеріндегі біршама кідірісі;

в) НЧ трактісінің фильтрлеуші тізбектерінің фазалық-жиіліктік (ФЧХ) сипаттамалардың түзу сызықтық еместігімен және амплитудалық-жиіліктік сипатамалардың біркелкі еместігімен туындаған айналу сызығың жиіліктік бұрмаланулары.;

г) амплитудалық шектеуіш пен ВЧ трактысының модуляцияланатын каскадтарында амплитудалық-фазалық конверсияның (АФК) болуымен туындаған ВЧ құрамдаушының паразиттік фазалық модуляциясы;

д) ВЧ құрамдаушысында ауыспалы амплитудалы үлескілердің болуы, бұл кіру ОМ сигналының толық емес шектелуінен туындайды.

Аталған факторлардың ОМ сигналды бұрмалауларға ықпалын бағалау үшін, Кан күшейткішінің математикалық моделі әзірленді, күшейткіштің шыға берісінде құрама құрамдаушылардың деңгейлерін жеке түйіндердің амплитудалық, фазалық-амплитудалық және жиіліктік сипаттамаларының параметрлерімен байланыстыратын сараптамалық арақатынастар алынады және ЭВМ-да қажетті есептеулер өткізілді. Бұл тарауда тек бөлек түйіндердің сипаттамаларына олардың бөлек ықпалы жағдайында қойылатын талаптар түрінде ұсынылған есептеулердің нәтижелері ғана беріледі. Мәселен, Кан күшейткішінің шыға берісінде құрама құрамдауыштардың деңгейін -35 дБ артық емес етіп қамтамасыз ету үшін келесі талаптарды орындау қажет:

- НЧ нөлдік деңгейінің айналу сызығының амплитудасының 5% артық болмайтындай тұрақсыздығы;

- ‰ш элементті ФНЧ ШИМ күшейткішінің шыға берісіндегі қимасының жиілігі 6аспайды, онда - екі тондық сигналдың айырмасы;

- амплитудалық шектеуіш пен үдеткіштегі фазаның сомалық паразиттік девиациясы аспайды;

- амплитудалық шектеуіштің динамикалық шектеу диапазоны 20 дБ кем емес;

- бөлек түйіндердің амплитудалық сипаттамаларының түзу сызықтық еместігінен туындайтын гармоникалық бұрмалаулар 0,5...1% аспайды.

Бұл талаптарды Кан күшейткішінің бөлек түйіндерін дайындау және жүзеге асыру кезінде орындаудың қажеттілігі айтарлықтай шамада олардың сұлба-техникалық және конструктивті шешімдерін және қолданылатын элементтік базаны таңдауды анықтайды.

3.3 Кан күшейткішінің негізгі түйіндерін құрудың принциптері

Жоғары жиілікті тракт. Алдыңғы параграфта беріліген талаптарға жауап беретін ВЧ трактіні жүзеге асыру кезінде шығу каскадтарының сұлбаларын таңдау және олардың модуляциялық сипаттамаларын, атап айтсақ, КПД, амплитуданың және шығу кернеуінің бірінші гармоникасы фазасының қоректену кернеуінің өзгеруіне тәуелділігін талдауды өткізу қажет. Сондай-ақ жиіліктер диапазонындағы күшейтудің біркелкілігі, қоршаған орта температурасының, жүктеменің толық кедергісінің өзгеруіне төзімділік және т.б. секілді ВЧ трактісінің тұтастай негізгі сипаттамаларын жақсарту әдістерін дайындап шығару да маңызды міндет болып табылады.

ВЧ трактісінің каскадтарының кіру жне шығу тізбектерінің сұлбалары. Кең диапазонды қуат күшейткіштерінің шығу каскадтары әдетте екі тактілі генераторлардың базасында құрастырылады. ВЧ трактісінің шығыс каскады үшін генераторды таңдау кезінде оның жұмысының негізгі ерекшеліктерінен шығу қажет. Осылайша, шығу каскадында қоршаған орта температурасының, жұмыс жиілігінің өзгеруі, транзисторларды ауыстыру және т.с.с. кезінде жұмыстың негізгі режимініњ сақталуы үшін, қанығу коэффициенті бойынша қор қажет. Сонымен бірге, қанығу коэффициентін арттыру кезінде қосполярлық транзисторларда тарау уақыты артады және екі тактілі жүйе жабу режимінде жұмыс істейді. Бұл жағдайда шығу каскадының максималды ПӘК алу үшін ПТ мен генераторларды қолданған орынды.

Кіру тізбегі сұлбасының екі тактілі генератордың жұмыс режиміне тигізетін әсерін анықтау үшін, жабу режиміндегі жүйелі және параллелді қозу сұлбаларын салыстырайық (53,а және бсуреттер).

53 – сурет

Қозу амплитудалы симметриялы тік бұрышты импульстердің кернеу көзінен жүреді деп есептейміз. Жұмыс режимін тұрақтандыру және транзисторлардың эмиттерлік ауысуларындағы қауіпсіз кернеуді қамтамасыз ету үшін сұлбаға R резисторлар енгізілген.

Резисторлардың R жүйелі және параллелді сұлбалардағы бірдей кедергілерінде және жағдайында транзистордың қанығу коэффициентін және транзистор құрылымында жинақталған артық зарядтың шамасын анықтаушы базаның ашу тоғы екі сұлбада мынаған тең

Тарау кезеңінде қанығу кезеңіндегідей эмиттерлік ауысудағы кернеу тең болады деп есептей келе, базаның жабушы тоғын жүйелі сұлбадан табамыз (53,а-сурет).

параллелді сұлбада ( 53,б-сурет)

Осылайша база тоғы тарау кезеңінде және жүйелі сұлбада параллелдіге қарағанда едәуір көп болуы мүмкін, бұл таралудың қайта қосылу уақытын және таралу уақытын азайтады. Бірақ (– таралу кезеңіндегі коллектор тоғы) болған жағдайда транзистор эмиттерік ауысу коллекторлыққа қарағанда ертерек жабылатын инверсиялық қалыпқа ауысады. Сонымен бірге, тәжірибеден көретініміздей, таралу уақыты мен коллекторлық кернеу импульсінің төмендеу уақыты айтарлықтай көбейеді, бұл ПӘК-нің күрт төмендеуіне әкеледі.

ПТ-мен генераторлардың транзисторларындағы тоқ қоректену кернеуімен және жүктеме кедергісімен шектелетіндігін, ал ПН-мен генераторда арақатынасымен анықталатындығын және сол себепті онда инверсиялық жағдай тіпті коллекторлық модуляция кезінде де орын алмайтындығын есте сақтау қажет. Осыған байланысты ПН-мен генераторларды - қозудың тізбекті сұлбасымен, ал ПТ-мен генераторларды параллелді қозу сұлбасымен үйлесімде қолдану орынды.

Модуляциялық сипаттамалар талдауы Генераторды коллекторлық модуляциялау кезінде транзисторлардың қанығу коэффициенті өзгерді, ал оған байланысты сәйкесінше таралу уақыты өзгереді. Уақытты өзгерту модуляциялық сипаттаманың амплитудалық түзу сызықтық еместігінің пайда болуына және екі тактілі генератордың жүктемесіндегі бірінші гармониканың фазасының өзгеруіне әкеледі.

мәнін, сол секілді, келесі формула бойынша анықтауға болады

ондағы –генератр сұлбасына, оның кіру және шығу тізбектеріне, сондай-ақ алдыңғы қозу каскадының жұмыс режиміне тәуелді болатын параметр;

– зарядтың жинақталу уақытыныњ тұрақты өлшемі;

– сәйкесінше қанығу және таралу жағдайларындағы коллектор тоғы.

ПТ және ПН-ді генераторлардың модуляциялық сипаттамаларын анықтайық, онда ПН-ді генератор үшін қозудың жүйелі сұлбасын (53,а-сурет), ал ПТ-лі генератор үшін –параллелді сұлбаны (53,б-сурет) қолданамыз.

ПТ-лі генераторда қанығу кезеңінде транзистор коллекторының тоғы келесідей арақатынаспен анықталады:

Жабулы режимде ( кезеңінде) коллекторлық тоқ (екі ранзистор үшін ортақ)

Бұл арақатынастарға сәйкес тоқ бұл кезеңде тең болуы тиіс еді. Дегенмен зерттелетін ПН-ді каскадтың осыншама аз кіру кедергісі кезінде (2) қозу каскадының, сондай-ақ негізгі режимде жұмыс істейтін қозу каскадының транзисторлары қанығу жағдайынан шыға алады. Мұндай жағдайда олар беретігн тоқтың максималды мәні

ондағы – қозу каскадының транзисторларының қанығу коэффициенті.

Осылайша алатынымыз

Осыны ескере отырып,

онда –ПН-ді зерттелетін генераторының транзисторларын қанықтыру коэффициенті.

Жоғарыда берілген формулаларға сәйкес -мен пропорционалды өлшенеді, бұдан шығатыны, -тың өзгеріссіз кезіндегі тәуелділігін келесідей беруге болады

онда – қоректену кернеуі, ондағы белгілі тоқ үшін. Осылайша алатынымыз

Ал таралу уақыты

Кернеудің бірінші гармоникасындағы жүктемедегі кіру кернеуіне қатысты фазалық жылжу қатынасымен байланысты

ол ПН және ПТ генераторлары үшін орынды.

Жүктемедегі кернеуді анықтайық. Жүктемеде «сатылы» тік бұрышты симметриялық кернеу бөілнеді, оның ұзақтылығы тең. Бұл кернеудің бірінші гармоникасының амплитудасы

Бірінші гармониканың қуаттылығы

ПН –ді генератордағы коллекторлық тоқтардың тұрақты құрамдаушысы

Тиісті қайта құруларды жүзеге асырып, біздің алатынымыз .

бірінші гармоника бойынша ПӘК-тің қоректену кернеуіне тәуелділігін анықтаймыз

Модуляциялық сипатаманы құрудың ыңғайлы болуы үшін бұл көріністі келесідей ұсынамыз

Одан кейін ПТ-лі генератор үшін және белгілейміз. Мұнда уақыт аралығында транзистордың коллекторлық тоғы , ал жабулы режимде , онда

Жүктемедегі кернеудің бірінші гармоникасының амплитудасы

Алынған мәнді қойып, нормалауды жүзеге асырып, алатынымыз:

Бірінші гармоника бойынша ПӘК

Одан әрі жұмыс режиміне байланысты анықтаймыз

ондағы .

Бұл арақатынасты қолдана отырып, анықтайтынымыз

ПТ-лі генераторда ПН-ді генератормен салыстырғанда қанығу коэффициенті неғұрлым күрделі -ге тәуелділікке ие болатындығын есте сақтаған жөн

Жоғарыда келтірілген формулаларды келесі түрге қайта құрамыз

Жоғарыда берілген формулатер мен -нің -ге тәуелділігін есептеу және ПТ мен ПН-ді екі тактілі генераторларды коллекторлы модуляция режимінде салыстыру мүмкіндігін береді. Мысал ретінде және төменде сипатталатын Кан күшейткішінің ВЧ трактісінің каскадтары сұлбаларын таңдауды негіздеу үшін =0,05 мкс, =0,2 Ом, =12,5 Ом ие КТ930Б секілді транзисторлардағы генераторлардың модуляциялық сипаттамалары есептелінді. Есептеу нәтижелері ПН және ПТ генераторлары үшін тиісінше 54 және 55-суреттерде берілген. Сондай-ақ көрнекілік үшін амплитудалық сипаттама сызықтық тәуелділіктен біршама ауытқу түрінде берілген .

54 – сурет 55 – сурет

Есептеулер нәтижелерінің талдануы келесідей қорытындылар жасау мүмкіндігін береді:

- ПН генераторы неғұрлым түзу сызықты амплитудалық сипаттамаға (кіші ), кіші АФК, бірақ төмен ПӘК-ке ие;

- ПТ генераторы амплитудалық сипаттаманың неғұрлым түзу емес сызықтығына, үлкен АФК, бірақ жоғары ПӘК-не ие.

Осылайша, Кан күшейткішінің жалпы энергетикалық сипаттамаларын белгілейтін ВЧ трактісінің шеттік каскадында ПТ екі тактілі генраторларды қолданған орынды.

Олардың модуляциялық сипаттамаларын жақсарту үшін, модуляция кезіндегі тұрақтылығын, яғни т.е.транзисторлар коллекторларындағы кернеу импульстерінің ұзақтылығының тұрақтылығын қамтамасыз ету қажет. Ол үшін өзгеруімен бірге нақты түрде (сәйкесінше және коэффициенттерін) өзгерту қажет. Бұған өз кезегінде, ВЧ трактісінің шеттік алдындағы каскадтың қосымша коллекторлық модуляциясы арқылы қол жеткізуге болады. Осындай да шеттіктің алдындағы каскадта пайда болатын паразитік фазалық модуляцияны азайту үшін онда ПН генераторларын қолдану қажет.

Қоршаған орта темпераурасы мен жүктеме кедергісі өзгерген кезде, жоғары сапалық және энергетикалық сипаттамаларға қол жеткізу үшін модуляция асты тереңдігін едәуір шектерде өзгерту қажет. Осы үшін тұрақсыздандырушы факторлар жағдайларында шығу каскады жұмысының режимін автоматты тұрақтандыру (АСР) жасалды. Тұрақтандырушы параметр ретінде шығу каскадының транзисторларының кернеу импульстерінің ұзақтылығы таңдалды, оның тұрақтылығы (жоғарыда айтылғандай) энергетикалық сипаттамалардың өзгеріссіздігін және паразиттік фазалық модуляцияның болмауын анықтайды.

АСР құралының функционалды сұлбасы 56-суретте берілген. Сұлбадан көретініміздей, кернеу күшейткіштің шығу каскадының транзисторларының бірінен ФВЧ арқылы амплитудалық шектеушіге (АО) және одан кейін ФНЧ-ға келіп түседі. Осылайша, -дан тұрақты құрамдаушы алынып тасталады және шектеушіде тұрақты амплитудалы тік бұрышты импульстердің жүйесі қалыптасады. Бұл жүйеден бөлінген тұрақты құрамдаушы шығу каскадының транзисторларының коллекторлық кернеуінің импульстерінің ұзақтылығы үшін ғана пропорционалды. Кернеу тіректі -мен салыстырғаннан және қосымша күшейтуден кейін қоректену кернеуі ретінде шеттік алдындағы каскадқа беріледі, осылайша модуляция, жұмыс жиілігінің, қоршаған орта температурасының және жүктеме арақатынасының өзгеруі кезіндегі Кан күшейткішінің шығу каскадындаѓп қозу кернеуінің автоматты өзгеруі жүзеге асырылады.

56 – сурет

Төмен жиілікті тракт. НЧ трактісінің негізгі тағайындалуы – бір жолақты кіру сигналының айналу сызығының бөлінуі мен жоғары тиімділікті күшейтілуі. Жоғары ПӘК-ке қол жеткізу үшін НЧ таркт ендік-импульсты модуляциялі (ШИМ) тұрақты тоқты Д сыныпты күшейткіші принципі бойынша құрастырылады. Айналу сызығының сигналының қуаттылығы оның шыға берісінде ВЧ трактісінің шеттік каскадының тұтыну қуатына сәйкес келуі тиіс.

НЧ трактісі сызықтық амплитудалық сипаттамаға, АЧХ және ФЧХ секілді айналыс сызығының жиіліктік бұрмаланулары мен оның уақытша кідірісі Кан күшейткішінің шыға берісінде мүмкін болатын шектен астам құрама бұрмалауларды тудырмайтын ШИМ өнімдерінің жоғары басылуына ие болуы тиіс. Бұл талаптарды орындау үшін, бірінші кезекте, НЧ трактісінің энергетикалық және сапалық сипаттамаларын неғұрлым жоғары дәрежеде белгілейтін ШИМ сигналдың күшейткішінің шығу каскадының сұлбасын таңдау қажет.

Транзисторлық кілттен, рекуперация диодынан және ФНЧ-дан тұратын шығу каскады (56-сурет) ШИМ сигналдың қуатының артуын және оның кері қайта құрылуын жүзеге асырады, яғни айналу сызығының күшейтілген сигналын бөледі, мұнда идеалды коммутациялаушы элементтер болған жағдайда сызықтық қайта құру жүзеге асырылады. Дегенмен транзистордың , диод пен қоректену көзінің ішкі кернеуінің шеткі кедергілерінің кесірінен түзу сызықтық бұзылады. НЧ трактісінің шығу каскадының статикалық амплитудалық сипаттамасына арналған формула

ондағы – ШИМ-сигналдың импульстерінің салыстырмалы ұзақтылығы.

Бұл формула қалған түйіндердің идеалды түзу сызықтылығы болған жағдайда Кан күшейткішінің тұтасымен статикалық амплитудалық сипаттамасын сипаттайды, ол бойынша құрамалық бұрмалауларды бағалауға болады. Ол үшін, Тейлордың дәрежелік қатарын салуды қолдана отырып, келесі түрге формуланы қайта құрамыз

Екі тонды сигналдарды күшейткішке әсер ету кезінде түрлы тәртіптегі құрамалық құрамдаушылардың деңгейлерін бағалау үшін түрлі ара қатынастарды пайдалануға болады. Мәселен, 3-тәртіптің (дБ) құрам құрамдаушыларының деңгейін есептеуге болады

Бұл формуланы қарапайымдандыруға болады егер

қоятын болсақ,

ондағы .

Шығу транзисторының және рекуперация диодының белгілі параметрлерінде ол бойынша қоректену көзінің талап етілетін ішкі кедергісін анықтауға болады. Шығу каскадының амплитудалық түзу емес сызықтығының келесі себебі болып шығу фильтрінің жеткіліксіз индуктивтілігі табылуы мүмкін. Мұндай жағдайда туындайтын индуктивтілік тоғын үзу паразиттік осцилляцияларды тудырады, ал бұл кезіндегі ШИМ-сигналдың импульстерінің түрін бұрмалайды. Бұл эффектіні жою үшін индуктивтілік тоғының ауыспалы құрамдаушысының амплитудасы тұрақты құрамдаушыға қарағанда азырақ болуы қажет.Бұл , – ШИМ тактілі жиілігі жағдайында орын алады.

Амплитудалық сипаттаманың бұрмалануының келесі себебі болып транзистор кілтіндегі артық зарядтардың таралуының ақырғы уақытының салдарынан шығу ШИМ сигналының импульстері енінің өзгеруі табылады.

Таралу уақыты келесі арақатынас бойынша бағалануы мүмкін

ондағы – транзисторды ашатын кіру импульсінің ұзақтылығы;

және – сәйкесінше қанығу коэффициенті мен таралу коэффициенті

Шығыс каскадының жұмысының талдауынан көретініміздей, тоқ импульстердің ұзақтылығының өзгеруі кезінде өзгереді, одан шығатыны пен та -ға тәуелді. Нәтижесінде НЧ трактісінің амплитудалы сипаттамасы тек таралу процестерін есепке алғанда келесідей берілуі мүмкін

Амплитудалық сипаттама бойынша құрама құрамдаушыларының деңгейін есептеуден көретініміз, қазіргі заманғы қосполярлы транзисторларды қолдану кезінде ШИМ сигналдың күшейткішіндегі импульстердің кеңеюімен байланысты Кан күшейткішінің кіру сигналының бұрмаланулары айтарлықтай елеулі.

байланысты амплитуалық сипаттаманың бұрмалануларын азайту мүмкіндігін беретін ШИМ сигналдың қуатын күшейткішті құрудың белгілі әдістері импульстердің ұзақтылығының өзгеруі кезінде қанығу коэффициентін тұрақтандыруға бағытталған. Дегенмен мұндай жағдайда да пен оның кіру импульсінің ұзақтылығына тәуелділігінің біраз азайтылуы тек қанығу коэффициентінің аз мәнінде ғана мүмкін болады. Бұл өз кезегінде, параметрлік сезімталдылықтың яғни және ПӘК-нің жұмыс температурасының, қоректенудің, жүктеменің, транзисторлардың ауыстырылуының және т.с.с. өзгеруіне тәуелділігінің едәуір артуына әкеледі.

Осыған байланысты 57-суреттегі сұлба бойынша ШИМ сигналдың қуатын күшейткіштің құрылымы неғұрлым орынды болып табылады. Ұндағы шығу транзисторы (VТ5) ОК сұлбасы бойынша қосылған, бұл ауыстырып қосу процестерінің инерциялылығын азайтады, кіру кернеуін арттырады және параметрлік сезімталдылықты азайтады. Бұл жағдайда ШИМ сигналды күшейткіштің шығу кернеуі ВАЧ тьрактісінің шеттік каскадтарын қоректендіру үшін қажетті оң полярлыққа ие болатындығын атап кеткен жөн, ал бұл Кан күшейткішінің тұтастай алғанда жүзеге асырылуын біраз жеңілдетеді.

Таралу процестерінің инерциялылығымен туындаған бұрмаланулар енді тек ШИМ сигналды күшейткіштің шеттік алдындағы каскадында ғана пайда болады, оның транзисторы ОЭ-мен сұлба бойынша қосылған (VТЗ 57-суретте). Дегенмен онымен енді ПӘК-тінің елеулі төмендеуінсіз, VТ4 қосымша транзистордың көмегімен VТЗ жылдамдатылған таралуды енгізе отырып, күресуге болады. Транзистордың VТ4 кіре берісіне дифферециялааушы тізбек С1R4 арқылы инвертацияланған кіру ШИМ сигналының импульстері беріледі, олар оны кіру импульсінің аяқталу кезінде ашады.

57 – сурет

Нәтижесінде коллекторлық тоқ VТ3 артады, ал таралу уақыты біраз азаяды. Осылайша, ШИМ сигналды күшейткіштің ұсынылған сұлбасы жоғары ПӘК және аз параметрлік сезімталдылық жағдайында сызықтық амплитудалық сипаттаманы алу мүмкіндігін береді.

Кіші сызықтық емес бұрмалаулармен қатар, Кан күшйткішінің НЧ трактісіне ШИМ қосалқы өнімдерін басып тасау жөніндегі қатаң талаптар қойылады. Мәселен, қазіргі нормалар бойынша басып тастау100 дБ және одан артығына жетуі тиіс. Осыншама жоғары талаптардың орындалуын қамтамасыз ету үшін НЧ трактісінде көп арналы ШИМ қолдану және сәйкесінше кіру фильтрінің сипаттамаларын таңдау қажет.

Көп аранлы ШИМ принципі ортақ кіру фильтрінде тактілі жиілік пен оның бөлек арналардан келетін фазаға қарсы гармоникаларының өнімдерінің орнын толтыруға негізделген. Гармоникалардың жеке күшейту арналарындағы фазаға қарсылығына ШИМ жүйеліктерінің қалыптасу кезіндегі бірбіріне қатысты уақытша ығысуы арқылы қол жеткізіледі.

Қалған ШИМ қосалқы өнімдерінің деңгейін азайту үшін көп арналы ШИм жағдайында шығу фильтрі ретінде полиномиалді ФНЧ (Чебышев пен Баттерворттың) қолданған орынды. Мұндай фильтрлерде қиынды жиілігінен біраз артық (яғни тактілі жиілік пен оның гармоникаларындағы ) жиіліктердегі беріліс коэффициентінің модулі, фильтрдің әрбір элементімен жиілікке кері қарай азаяды

онда т – ФНЧ элементтерінің саны.

Кауэр фильтрлерінде едәуір баяу азаяды.

Мұның алдында берілген негізгі ара қатынастарды қолдана отырып, бір арналы нұсқамен салыстырғанда көп арналы ШИМ қолдану кезінде ШИМ өнімдерін басып тастаудың арту (дБ) дәрежесін сипаттайтын формуланы алуға болады

ондағы – нөлдік тәртіптің бірінші түріндегі Бессель функциясы;

N – арналардың саны.

Сол секілді ШИМ сигналдың фазасын бөлек арналарда орнатудың мүмкін болатын қатесін бағалауға арналған формуланы алуға болады

Практикалық есептеулер үшін көбейткішті бұл формулатерде 1-ге теңестіруге болады. Сонымен бірге, есептеулердің ағаттығы 10% аспайды.

НЧ трактысының жиіліктік сипаттамаларын белгілейтін шығу ФНЧ жобалау, және осыдан шығатыны онымен байланысты болатын Кан күшейткішінің шыға берісіндегі ОМ сигналдың құрамалық бұрмалану мәселелеріне толғырақ тоқталайық. Сонымен қатар, ФНЧ ШИМ өнімдерін басып тастау деңгейін белгілейді.

Құрама құрамдаушыларының деңгейін төмендету үшін сигналдың уақытша кідірісін азайту, яғни фильтрдің өткізу жолағын ұзарту қажет, ал ШИМ өнімдерін басып тастау деңгейін арттыру үшін оған кері нәрсе қажет. Осылайша, берілген жиілік деңгейінде бұрмаланулардың барынша төмен деңгейін алу мүмкіндігін беретін ФНЧ оптималды жиіліктік сипаттамаларын анықтау қажет.

Келтірілген түрлі фильтрлерді салыстырудан шығатыны, Кауэр фильтрі басқа фильтрлермен салыстырғанда өткізу жолағындағы бірқалыпты АЧХ және тактілі жиіліктің берілген басып тасталуы кезінде кідірістің минимумы бойынша басымдылыққа ие. Дегенмен, көп арналы ШИМ-мен НЧ трактісінде Кауэр фильтрін қолдану орынсыз. Осыған байланысты оптималды жиіліктік сипаттамаларды іздеу беріліс функциясы төмендегідей болатын полиноминалды фильтрлер үшін жүзеге асырылады

онда - ағымдағы жиілік;

– нормалау жиілігі;

– ФНЧ элементтерінің саны;

– сыйымдылықтардың және фильтрдің индуктивтіліктерінің (яғни коэффициенттер арқылы) нормаланған мәндері арқылы формула тапқан полином коэффициенттері.

Филтрдің бірқалыпты АЧХ жағдайында НЧ трактісіндегі айналу сызығының жиіліктік бұрмаланулары болмайды және құрамалық құрамдаушылардың деңгейі Кан күшейткішінің шыға берісінде тек айналу сызығының сигналының ОМ сигналдың ФМ құрамдаушысына қатысты кідіріс уақытымен ғана белгіленеді. Сонымен бірге, шамасы кезіндегі ФЧХ қисаюымен анықталады, себебі филтр өткізуінің жолағы айналу сызығының негізгі бөлігінен едәуір кеңірек.

Тізбек функциясының заттық және жорамал құрамдаушыларының байланысы туралы теоремаға сәйкес, өткізу жолағының бастапқы үлескісінде ФЧХ бұрышының және оған сәйкес уақыттың азаюы АХЧ қисық сызығының астындағы ауданның бару жағдайында мүмкін болады, ал бұған тактілі жиіліктегі берілген басып тастаудың сақталу жағдайында тек АЧХ біркелкі еместігінің артуымен ғана қол жеткізіледі. Айналу сызығының аз жиіліктік бұрмалануларын қамтамасыз ету үшін В өткізу жолағының бастапқы үлескісіндегі АЧХ біркелкі болып қалуы тиіс.

Қойылған талаптарды екі параметрмен жеткілікті мөлшерде толық анықталатын сипаттамалар қанағаттандырады, олар: резонанстық жиіліктегі беріліс коэффициенті және резонанстық жиілік мәні. Жоғарыда айтылғанды ескере келе, 1-ден және одан жоғарлауы артуы-алдымен кідіріс уақытының артуының нәтижесінде Кан күшейткішініңдеңгейінің азаюына, ал одан кейін жиіліктік бұрмалаулардың артуының нәтижесінде өсуіне әкеледі. Осылайша, берілген тактілі жиілікті басып тастау кезінде күшейткіштің шыға берісінде минималды құрамалық бұрмалауларды қамтмасыз ететін ФНЧ оптималды жиіліктік сипаттамаларын табуға болады.

Бұл тапсырма жиіліктік сипаттамаларды ЭВМ көмегімен сипаттайтын параметрлерді бағытталған іріктеу арқылы шешілді. деңгейі стандартты екі тондық синалдың көмегімен бағаланды. Есептеулер 2-, 3- және 4-элементті фильтрлер үшін әртүрлі мәндерінде екі тондық сигналдың резонанс жиілігінің нормалау жиілігіне берілген қатынастары үшін жүргізілді.

Есептеу нәтижелерінің талдауынан көретініміз, радио арна жолағына тең жиілігін таңдасақ және 3-кезектегі деңгейін есептейтін болсақ, азайған кезде радиоарна жолағында бұл деңгейден жоғары құрамалық құрамдаушылар пайда болмайды. Бұл берілгенкезінде күшейтілетін сигналдың бұрмалануларын тек 3-кезектегі құрама құрамдаушының деңгейі бойынша бағалау мүмкіндігін береді. Неғұрлым жоғары кезектегі құрама құрамдаушылар бұл жағдайда жолақтан тыс сәулеленулердің деңгейін сипаттайтын болады.

Осыған байланысты әртүрлі кезінде ШИМ өнімдерін бірдей басып тастауды анықтайтын жиіліктік сипаттамалар топтарының ішінде 3-кезектегі құрама құрамдаушыларының барынша төмен деңгейі қамтамасыз етілетін, ал неғұрлым жоғары кезектердің құрамдаушыларының деңгейлері филтьрдің өткізу жолағындағы бірқалыпты АЧХ кезінде, яғни кезінде алынатын мәндерден аспайтындары оптималді болып табылады.

Бұл критериге сәйкес түрлі -ға ие оптималді мәндері анықталды. Фильтрдің жиіліктік сипаттамаларын және оның LC-элементтерін есептеу мүмкіндігін беретін оларға сәйкес болатын және коэффициенттері.

Осы фильтрлер үшін 58-суретте 3-кезектегі құрама құрамдаушыларының (,үздіксіз сызықтар) деңгейінің .қатынасымен сипатталатын өткізу жолағының еніне тәуелділіктері берілген.

58 – сурет

Салыстыру үшін бұл суретте максималды тегіс сипаттамаларға ие фильтрлер үшін (=1кезінде) ұқсас тәуелділіктер берілген (при =1), олар оптималді АЧХ үшін (штрихтелген сызықтар) жоғары кезектердегі құрама құрамдаушыларының мүмкін болатын барынша жоғары деңгейін сипаттайды.

Алынған нәтижелер не ШИМ өнімдеріне берілген басып тастау кезіндегі құрама құрамдаушыларының барынша төмен деңгейін, не берілген кезінде барынша көп қамтамасыз ету шартынан шыға келе, ФНЧ элементтерінің парметрлерін есептеу мүмкіндігін береді.

Кез-келген бастапқы мәліметтер кезінде есептеу фильтр элементтерін таңдаудан басталуы тиіс. элементтер саны барынша аз болып таңдалуы тиіс, дегенмен фильтр жүктелген ВЧ каскад сұлбасының ерекшеліктерін есепке алған жөн. Осылайша, ПТ-мен сұлба қолданылатын болса, ФНЧ индуктивтілікпен аяқталуы(осы индуктивтілік ВЧ каскадтағы қоректену дросселі ретінде пайдаланылады), яғни тақ болуы тиіс, егер ПН-ді сұлба қолданылса, жұп болуы тиіс.

Таңдалған кезінде тактілі жиілікке берілген және, нормалау жиілігі анықталады

және қатынасы бір жолақты сигналдың жоғарғы модуляциялаушы жиілігіне тең етіп таңдалады. Одан кейін 58-суреттегі графиктер бойынша -нің минималды мүмкін болатын ізделіп отырған деңгейі таңдалады. Одан соң Lжәне С шынайы мәндері төменгі ара қатынастар бойынша есептелінеді

Егер құрама құрамдаушыларының шекті деңгейі берілген болып табылса және максималды мүмкін болатын басып тастауды анықтау қажет болатын болса, m-ді таңдаудан кейін 58-суреттегі график бойынша қатынасы анықталып, есептелуі жүргізіледі. Одан соң LC-элементтер мен фильтрдің шынайы мәндерін анықтайды.

НЧ трактісінің сипаттамаларын жақсарту және оның жұмысының тұрақтылығын эксплуатацияның шынайы жағдайларында арттыру мақсатында баланстық кері байланысты (ОС) қолдануға болады. Мұнда кіру сигналы бір уақытта компараторға (К) және салыстыру құралына (УС) беріледі.

НЧ тарктысының кіру сигналы бөлушімен (Дел) кіру сигналының деңгейіне дейін азайтылып, салыстыру құралына беріледі, оның шыға берісінде құрамында бұрмалау өнімдері бар айырым сигналы пайда болады. Бұл сигнал УПТ-да күшейтіледі және сумматор арқылы үшбұрышты пішінді тірек кедергісімен бірге компараторға беріледі.

Бөлгішке келіп түсетін сигналды НЧ трактісінің шыға берісінен емес, кіру фильтрінің бірінші буынынан алып тастау орынды болатындығын атап кеткен жөн, бұл төмендегілермен байланысты:

- фильтрдің соңғы элементтері ОС тізбегіне ВЧ трактінің каскадтарының коллекторлық тізбектерінде әрекет ететін ВЧ кернеуінің енуіне кедергі болады;

- НЧ тракт осы типтес ОС-мен потенциалды тұрақты, себебі филтрдің бірінші буынының шыға берісіндегі керенудің фаза бойынша ығысуы -қа тек болған жағдайда жетеді.

НЧ тракт бірполярлы сигналдың күшейткіші болып табылатындықтан, ОС енгізу кезінде онда күшейткіштің кіре берісінде әрекет ететін сомалық сигналдың (кіру сигналы мен ОС сигналының) кесіліп тасталуымен байланысты бұрмаланулар пайда болуы мүмкін, себебі сомалық сигнал уақыттың жеке кезеңдерінде нөлден аз болуы мүмкін.

Осыған байланысты (ЭВМ-да есептеулер көрсеткендей) кері байланыстың мүмкін болатын тереңдігі 12 дБ-ден аспауы тиіс. Сонымен қатар, ОС енгізу кезінде оптималды жиіліктік сипаттамаларды сақтау үшін шығу филтьрінің бірінші индуктивтілігін есе арттыру қажет. Бұл жағдайда ШИМ қосалқы өнімдерін басып тастау (дБ) есеге артады.

3.4 2 - 30 МГц диапазонындағы ОМ таратқыштың күшейткіші

Ом тербелістердің негізгі қуат күшейткіштерінің нақты жүзеге асырылуының мысалы ретінде төменде байланыс радиостанцияларында жылжымалы объектілерді қолдануға арналған күшейткіш суреттеледі, онда қоректену көздерінің энергия сыйымдылығы, массалық-габариттік сипаттамалары ерекше маңызға ие болады және жылуды бұрудың мүмкіндіктері шектелген.

Оны дайындау кезінде негізгі талаптар ретінде құрамалық құрамдаушылардың 32 дБ аспайтын деңгейі және 55 пайыздан кем болмайтын орташа өнеркәсіптік ПӘК жағдайында 2...20 МГц жиілік диапазонындағы екі тондық сигналдың айналым сызығының шеткі нүктесіндегі 400 Вт тан кем болмайтын шығу қуатының қамтамасыз етілуі алынған. Аталған парметрлер күшейткіштің температуралардың кең диапазонында және жүктеменің келістірілмеуі кезінде жұмыс істеуінің барысында айтарлықтай өзгермеуі тиіс.

Кан күшейткішінің құрылымдық сұлбасы (59-сурет) екі негізгі трактіден тұрады: жоғары жиілікті және төмен жиілікті. Кан күшейткіші толығымен фильтрлеуші тізбекке орнатылған, ал ол 50 Ом кіру кедергісіне ие, диапазон бойынша қайта қосылатын алты фильтр ашаларынан тұрады.

ВЧ тракт төрт функционалды түйіннен тұрады: амплитудалық шектеуші, алдын-ала күшейткіш, шығу каскады және АСР құралы. Шығу каскады қозу қуатын бөлу жүйесінен, төрт біртипті модуляцияланатын күшейткіш ұялықтан және көбейту жүйесінен тұрады.

59 – сурет

Шығу каскадының қозу деңгейі АСР құралымен реттемеленеді, ал ол амплитудалық шектеуіштен, ФНЧ, УПТ дан тұрады, оның шығу кернеуі ВЧ трактісінің шеттік алдындағы каскадының (алдын-ала күшейткіштің соңғы каскады) қоректенуінің кернеуі болып табылады.

Кан күшейткішінің ВЧ тарктісінің шығу каскады КТ930Б транзисторларындағы төрт екі тактілі күшейткіш ұялықтан тұрады. Ұялықтардың саны мен транзисторлардың типі 400 Вт шығу қуатын және 2...30 МГц-тен жоғары жиіліктер диапазонын алудың талаптарымен байланысты. Тоқты ауыстырып қосу режимін таңдау осы және алндыдағы тарауларда жүргізілген теориялық талдаудың нәтижелеріне негізделеді.

Қуатты бөлу жүйесі екі контактілі ұялықтарда транзисторлардың параллелді қозуы мен алдын ала күшейткіштің ұялықтарының өздерінің жүйелі қозуын қамтамасыз ететін трансформаторларда және жиіліктер диапазонында орындалған.

НЧ тракт амплитудалық детектордан, ОС тізбегінен, төрт компаратордан (А2 – А5) және төрт ШИМ сигнлады күшейткіштен және үшбұрышты пішіндегі тіректік кернеу генераторынан тұрады. Принциптік сұлбаларды даярлау, ОС тізбегінің элементтерін есептеу (баланстық сұлба негізінде құрылған) және шығу фильтрлеуші тізбекті есептеу ұсыныстарды есепке ала отырып жүргізілді. НЧ трактысындағы арналардың саны ВЧ трактысының шығу каскадындағы екі контактілі ұялықтардың санына тең етіп таңдалған. Сонымен бірге, әр арнаның шыға берісі бір екі контактілі ұялықты кернеумен қамтамасыз етеді. Осылайша арналық күшейткіштердің шыға берістерінің арасындағы гальваникалық шешуі қамтамасыз етіледі. Әрбір күшейткіш күшейтудің алдын-ала каскадтарынан, форсирленген таралу тізбегінен, шеттік каскадтан және шығу фильтрінен тұрады.

Амплитудалық детектор екі тактілі сұлба бойынша диодтардың вольт-амперлік сипаттамасының (ВАХ) бастапқы үлескісінің түзу сызықтық еместігінің орнын толтыратындай етіп орындалған. Детектор кең жолақты кіру трансформаторынан, диодтардан, бастапқы ығысу кернеуінің көзінен тұрады. Бастапқы ығысудың қажетті кернеуін орнату үшін детекторда жолма-жол резистор бар. Тұтастай күшейткіштің жиіліктік сипаттамасының қосымша коррекциясы детектордың кіре берісіне қосылған тізбектің көмегімен жүзеге асырылады.

Тірек кернеуінің генераторы (ГОН) беруші генератордан, жиілікті бөлушіден және екі үшбұрыш пішіндес кернеу қалыптастырушыдан (ФН) тұрады. Беруші генератор микросұлбада және кварцтық резонаторда (500 кГц) орындалған, бұл ШИМ сигналдың тактілік жиілігінің тұрақты лығынан және осыдан шыға келе үшбұрышты пішінлегі кернеу амплитудасының тұрақтылығын (одан шыға келе бүкіл НЧ тактісінің күшейтілуінің тұрақтылық коэффициентін) қамтамасыз етеді, сондай-ақ Кан күшейткішінің тұтастай шу сипатамаларын жақсартады.

НЧ трактісінің төрт арналық сұлбасында үшбұрышты пішіндегі кернеулер арасында фазалық ығысуды қамтамасыз ету қажет, оған беруші генератордың төрт жиілігіне бөлу арқылы қол жеткізіледі. Бөлушілер ретінде фазалық ығысудың қажетті нақтылығын қамтамасыз ететін екілік D-триггер қолданылады.

Шығу кернеулері үшбұрышты пішіндегі кернеулерді қалыптастырушылардың кіре берістеріне беріледі. Бұл қондырғылар біртипті сұлба бойынша жасалған, ол транзисторлардағы ауыстыра қосылатын тоқ генераторларынан тұрады. Тоқ генераторлары кезекті зарядты және жинақтаушы конденсатордың разрядын қамтамасыз етеді. Заряд пен разрядтың тоқтарының теңдігі мен өзгерпмеуі – өндірілетін кернеулердің түзу сызықтылығы мен симметриялылығының шарты. ФН шығу кернеуі екі тактілі эмиттерлі қайталаушы арқылы транзисторлардың комплементарлық жұбынан кең жолақты трансформаторлардың бастапқы орамаларына келіп түседі, ал олар фазаға қарсы арналардың кіре берістерінде қатаң фазаға қарсы және амплитудасы бойынша бірдей үшбұрышты пішіндегі кернеулерді қамтамасыз етеді.

Сынақтардың нәтижелері зерттелген бір жолақты сигналдардың негізгі күшейткіші жиіліктік сипаттаманың 2...30 мГц диапазонындағы 15 пайыздан аспайтын біркелкісіздігі кезінде бірінші гармониканың 400 Вт тан кем болмайтын кіру қуатын қамтамасыз еттіндігін көрсетті.

Бұл жағдайдағы құрам құрамдаушыларының деңгейі жүктеменің КБВ0,7 дейінгі келістірілмеу жағдайларында және қоршаған орта температураларының – 50 ...+ диапазонында – 32 дБ аспайды. Күшейткіштің орташа өнеркәсіптік ПӘК-і 2...30 мГц диапазонында екі тондық сигналдың күшейген жағдайында (орташа шығыс қуатының бүкіл күшейткіштің тұтыну қуатына қатынасы) 50...60% құрайды, бұл В сыныбының транзисторлық күшейткіштерінің ПӘК-інен 1,5 ... 2 есе жоғары.

Есептеулерден көретініміз, шығу транзисторларында сейілетін қуат 4-6 есе төмендейді, ал бұл күшейткіш жұмысының сенімділігін арттырады, жылуды бұру құралдарына қойылатын талаптарды жеңілдетеді және массагабариттік сипаттамаларды жақсартады.

Оған қоса, НЧ трактісіндегі теріс ОС тұрақты тоқ пен төмен жиіліктер (қоректендіруші тізбектің фонының жиілігі) аумағындағы тереңдігі 34 дБ дейін артуы мүмкін, ал бұл бірқатар жағдайларда қоректену кернеуін тұрақтандырудың қосымша блогынан бас тарту мүмкіндігін береді. Бұл өз кезегінде, таратушы қондырғының массогабариттік сипаттамаларын айтарлықтай жақсарту мүмкіндігін береді.

3.5 Фильтрлер ашасының негізіндегі тербелістің кіру жүйелері

Резистивті жүктемелі негізгі генераторлар үшін шығу тербеліс жүйесі ретінде фильтрлер ашасы қолданылады, ол ФНЧ не ПФ негізігі фильтрінен және қосымша ФВЧ не РФ-тан тұрады. Олар О ден дейін жиіліктердің бүкіл диапазонындағы тұрақты белсенді (немесе оған жақын) кіру кедергісін қамтамасыз етеді. Негізгі және қосымша фильтрлер параллелді немесе жүйелі қосылуы мүмкін. Тәжірибе жүзінде әдетте параллелді қосу қолданылады, онда тек қана негізгі емес, қосымша фильтр де корпуспен қосымша трансформаторсыз қосылады. Бұл сұлба үшін жүктемелі , және тең кернеуге R қатысты нормаланған фильтрлер ашасыныңсомалық кіру өткізгіштігін бағалайды (фильтрлер трансформаторысыз болады және кедергілердің қосымша трансформациясын енгізбейді деп болжанады)

-да активті және реактивті құрамдаушыларды бөле келе, оларды екі теңдеу түрінде ұсынамыз

Шығындарды елеместен, мынаған ие боламыз немесе

Ішкі кедергісі кернеу генераторының жұмыс істеу кезінде былайша ұсынамыз

ондағы кіру өткізгіштігінің нормаланған белсенді құрамдаушыларына тең болатын негізгі және қосымша фильтрлердің кернеуі бойынша беріліс коэффициенттерінің модулдерінің квадраттары.

Қарапайым бір буынды фильтрлер ашасы өткізу жолағына қойылатын қарама-қайшылықты талаптарды және жолақтан тыс жоғары дәрежелі сөнуді қанағаттандырмауы мүмкін. Өткізу жолағын кеңейту мен сонымен бір уақытта жолақтан тыс сөнуді арттыру үшін (яғни неғұрлым тік бұрышты АЧХ –ға қол жеткізу үшін) тек қана жолақтық фильтр – режекторлық фильтр (ПФРФ) түрінде ғана емес, сондай-ақ Баттерворт, Чебышев немес Кауэр фильтрлерінің негізінде құрастырылған ФНЧФВЧ түрінде де неғұрлым күрделі көпбуынды тербеліс жүйелерін қолданған дұрыс.

Баттерворттың ФНЧ ФВЧ аша жүйесі 60-сурете берілген.

60 – сурет

негізгі ФНЧ АЧХ-сын былайша ұсыналық

ондағы - нормаланған жиілік (ФНЧ жоғарғы шекаралық жиілігі);

- біргелкісіздік;

- өткізу жолағында;

m – ФНЧ немесе ФВЧ буындарының саны (L және С элементтерінің саны).

Баттерворттың фильтрлер ашасы немесе дәл теңдігін қамтамасыз ететін болғандықтан, қосымша ФВЧ кернеуі бойынша беріліс коэффициенті модуліның квадратын былайша беруге болады

Фильтрдің өткізу жолағындағы АЧХ біргелкісіздігін (дБ) сөну бойынша бағалайды

ондағы немесе .

ПФРФ ашасы жиіліктік қайта құрудың көмегімен ФНЧФВЧ ашасының негізінде есептелінеді. Мұндай шанышқының сұлбасы 61-суретте көрсетілген. ПФ және РФ үшін m шамасы LC контурлардың санын сипаттайды.

61 – сурет

Фильтрлер ашасы үшін негізгі және қосымша фильтрлердің «түйісу» жиілігі түсінігін қолданылады. жиілікті білдіреді, ондағы фильтрлердің деңгейдегі шекаралық жиілігі болып табылады.

түйісудің нормаланған жиілігі ФНЧФВЧ ашасы былай анықталады

немесе

одан

ПФРФ ашасы үшін түйісудің жоғарғы жиілгі ФНЧФВЧ ашасындағыдай анықталады

ал түйісудің төменгі жиілігі

негізгі және қосымша фильтрлердің АХЧ сұлбасының күрделене түсу ( m буындардың саныныњ артуы) шамасына қарай негізгі және қосымша фильтрлердің АХЧ неғұрлым тікбұрышты бола бастайды және өткізу жолағының шекаралық жиіліктері (немесе және) берілген біркелкісіздік жағдайында тиісті түйісу жиіліктеріне (немесе және) немесе деңгейі бойынша жақындай түседі.

Нормаланған кіру өткізгішітігінің сомалық белсенді құрамдаушысы бірге тең. Сонымен бірге, ФНЧ (немесе ПФ) мен ВЧ (немесе РФ) кіріс өткізгішітігінің реактивті құрамдаушыларыныњ мөлшері бойынша тепе тең және белгісі бойынша қарама-қарсы, демек қамтамасыз етіледі. Осылайша, Баттерорт фильтрінің ашасы (максималды тегіс АЧХ-лі) нормаланған жүктеме кезінде белсенді және тұрақты кіру өткізгішітігін жиіліктердің 0 дендейінгі немесе) диапазонында қамтамасыз етеді.

Баттерворт фильтрінің негізгі жетіспеушілігі болып АЧХ көлбеуерінің аз өрлілігі болып табылады, оның нәтижесінде негізгі, сондай-ақ қосымша фильтрдегі өқткізу жолағы мен кідірім жолағы арасындағы үлкен ауысу аумағы байқалады. Сондықтан, бір уақытта өткізу жолағында АЧХ аз біркелкісіздігі (немесе) және өткізу жолағынан тыс үлкен сөнуді қамтамасыз ету қажет болатын болса, негізгі және қосымша фильтрлердің реактивті элементтердің аталмайтын тым көп саны керек болады. Мұндай жағдайда келесі фильтрлерге ауысқан жөн.

Чебышевтың фильтрлері өткізу жолағы мен кідіру жолағының арасы неғұрлым тар аумаққа ие. ¤ткізу жолағындағы (немесе ) АХЧ біркелкісіздігіне және кідіру жолағындағы сөнуге қойылатын алдындағы талаптарды Чебышев фильтрі Баттерворт фильтріне қарағанда азырақ буын сандарымен қамтамасыз етеді. Дегенмен Чебышев фильтрлерінің негізінде құрастырылған аша нақты теңдіктерді қамтамасыз етпейді және сол себепті мұндай фильтрлерді псевдотолықтырушы деп атайды.

Чебышев фильтрлерінің аша сұлбасы Баттерворт фильтрлерінің аша сұлбасындағыдай. Оның параметрлерін таңдау да нөлдік ішкі кедергілі () кернеу генераторының жұмыс кезінде жүзеге асырылады. АЧХ-ға бірдей талаптар болған жағдайда Баттерворт фильтрлерінің ашасына қарағанда LC элементтердің аз саны ФНЧФВЧ ашасында болады.

Кауэр фильтрлері (немесе эллипстік фильтрлер) өткізу жолағындағы АЧХ –ға және кідіріс жолағындағы сөнуге қойылатын талаптарды Чебышевтың, сондай-ақ Баттерворттың фильтріне қарағанда элементтердің едәуір аз санымен қамтамасыз етеді. Сол себепті оларды тар ауысу ауданы кезінде АЧХ аз біркелкісіздігін қамтамасыз ету қажет болатын жағдайларда қолданады. Чебышев фильтрлеріндегідей, АЧХ-ға бірдей талаптар кезінде ФНЧда ПФ қарағанда элементтер саны азырақ болады. Кауэр фильтрлерінің ашасы да псевдоқосымша болып табылады.

Қорыта келе, резистивті жүктемелі негізгі генераторларға қатысты фильтрлердің арнайы синтезі мәселесін қарастыралық. Кез-келген (оның ішінде негізгі кең диапазонды) қайта құрылмайтын генераторларда жоғары гармоникаларды басып тастаудың қажеттілігінен жабу коэффициентін шығу тербеліс жүйесінің жиілігі бойынша шектеу қажет болады. Атап айтсақ, ең жақын екінші гармониканы басып тастау қажеттілігінің салдарынан генератордың жоғарғы жұмыс жиілігі генератордың төменгі жұмыс жиілігінің екінші гармоникасынан төмен болуы тиіс, яғни , және бұдан шыға келе,.

Сондықтан таратқыш жиілгі бойынша жабу коэффициенті , бірнеше ауыстырып қосылатын фильтрді бөлек кіші диапазондарға қосады олардың әрқайсысы . Бұл жағдайда ФНЧФВЧ (ПФРФ ашасы секілді) ашасының жоғарғы шекаралық жиілігі осы шағын диапазонның жоғарғы жұмыс жиілігіне тең болып таңдалады. ПФРФ ашасында төменгі шекаралық жиілік шағын диапазонның төменгі жұмыс жиілігіне тең не аз болуы мүмкін, яғни. 0-ден дейінгі жиіліктерде және ден 2дейін ауысу аумағында фильтрлердің ашасының кіру өткізгіштігі мен беріліс коэффициенті маңызды рµлге ие болмайды.

Сонымен бірге, екі тактілі генераторларда екінші және одан кейінгі жұп гармоникаларындағы жүктемелік кернеу тікелей генератор сұлбасымен қамтамасыз етіледі (ПН-ді екі тактілі генераторда нөлге жақын, ПТ-лі екі тактілі генераторда шексіздікке жақын, көпірлік сұлбалы екі тактілі генераторда тең), фильтрлер ашасының кіру өткізгіштігі маңызға ие болмайтын ауысу ауданы дейін кеңейеді.

Жоғарыда аталған тұжырымдар негізгі және қосымша фильтрлердің реактивті элементтерінің параметрлерін ЭЕМ-да берілген АЧХ-ға негізгі жүктемеде өткізу жолағында және кедергі жолағында және бір уақытта бөлек жиіліктік аудандарда нәтиже шығаратын кіру өткізгіштігінің минималды ауытқуына оптимизациялау мүмкіндігін береді.

Бұл аз, шекті мүмкін болатын ауытқуларға жақын өткізгіштіктерді -ден қамтамасыз етуі мүмкін, яғни максималды мән КБ. Сонымен қатар, мұндағы қосымша фильтрдің сұлбасы негізгісіне қарағанда біраз қарапайымдау болуы мүмкін, себебі оған беріліс коэффициентіне және қосымша жүктемеге байланысты жоғары талаптар қойылмайды.

3.6 Күшейткіштердің сипаттамаларын жақсарту жолдары

Негізгі режимді пайдалану транзисторлық күшейткіштердің энергетикалық, ал оның салдары ретінде салмақтық-көлемдік сипаттамаларының жақсаруына қол жеткізетін тиімді әдістердің бірден-бірі.

Алайда практикалық құрылғыларда кілттік режимді қолдану кезінде пайда болатын бірқатар шектеулерді естен шығармай, олардан өтудің жолдарын алдын-ала ойластырған жөн.

Бірқатар жағдайларда кілттік режимді пайдалануды қиындататын проблемалардың бірі - салмақтық-көлемдік көрсеткіштеріне қойылатын талаптары жоғары құрылғыларда шығу сигналының гармоникалық құрамасының төмен деңгейін алуға арналған фильтрлердің дәстүрлі АВ сыныбының күшейткіштеріндегіден әлдеқайда күрделі болуы.

Тәжірибеден көз жеткізгеніміздей, АВ сыныбы режимінде жұмыс істейтін қосполярлы транзисторлардағы екітактілі сызықтың қуат күшейткіштгі екінші гармониканың деңгейі шығу сигналының пайдалы құрамдаушысының деңгейіне қарағанда шамамен 20 дБ-ге кем, ал үшінші гармониканыњ 15...19 дБ-ге кем.

Екітактілі негізгі күшейткіште шығу сигналының екінші гармоникасының салыстырмалы деңгейі, әдеттегідей, АВ сыныбының сызықтық күшейткішінің шығу сигналынікіне қарағанда азырақ, ал үшінші гармониканың деңгейі 5...10 дБ ге артық.

Кейбір жағдайларда бұл негізгі күшейткіштерде үлкен габариттер мен массаға ие неғұрлым күрделі құрылымды фильтрлерді қолдануға тура келетіндігіне әкеледі.

Тұтастай таратушының шыға берісіндегі бөлек ұялықтардың қуатын сомалау кезінде күшейткіштердің шығу сигналының спектрлік құрамының жақсару мүмкіншіліктерін қолдана отырып, жоғарыда аталған шектерді айналып өтуге болады. Тербелістер периодына қатысты 2 арасындағы фазалардың ығысуы болатын екі периодтық сигналды сомалау кезінде және сомалық сигнал ретінде және т.б. (ондағы-жұмыс жиілігі ) жиілікті гармоникалар болмайтындығы белгілі.

Суреттелген әдіспен алынған, үшінші және оған көбейтілетін фазалардың ығысуы болатын екі сигналды сомалайтын болсақ, сомалық сигналдың спектрінде периодтық сигналдың үшінші, сондай-ақ бесінші гармоникаға көбейтілген жиілікті құрамдаушылар болмайды.

Сәйкесінше үшінші және бесінші гармоникаларды бір уақытта компенсациялау үшін фазалар ығысуының дискреттігі 3 және 5 барынша аз ортақ еселікке еселі болуы тиіс, яғни 1/15 жарты кезеңге, ал 3,5 және 7-ші гармоникалар компенсацияланатын сигнал үшін 1/105 жарты кезеңге тең болуы тиіс.

Бұл жағдайда жиіліктер диапазонындағы фазалар ығысуын орнатудың қажетті нақтылығын қамтамасыз ету үшін беруші генератордың жиілігі сәйкесінше шығу сигналынан 3, 15, 105 есе артық болуы тиіс. Сондықтан жиілікті сандық синтездеуді қолданған жағдайда элементтік базаның қазіргі деңгейінде гармоникалардың деңгейін төмендетудің осы әдісін жүзеге асыру мегагерц бірліктеріне дейін шығу сигналының жиіліктерімен шектелген.

Келесі маңызды сипаттама болып күшейткіштің шыға берісіндегі құрамалық құрамдаушылардың деңгейі табылады. Жүргізілген зерттеулерде көрсеткендей, бір жолақты сигналдың құрамдаушыларын бөлек күшейту әдісі бұрмалаулар жағынан алғанда таратқыштың сызықтылығына принципиалды шектеулер қоймайды.

Орын алған бұрмалаулар таратқыш қуатын күшейткіштің жұмыс алгоритмін жүзеге асыратын құралдардың аппараттық ақаулықтарымен байланысты.

Бұл ақаулардың әсері түрлі кері Ос мен автоматтық реттеу құралдарын ендіру кезінде азайтылуы мүмкін. Олардың ішінде Кан әдісі бойынша құрастырылған күшейткіштерге қосымшалардағы біршама қызықтысы «полярлық кері байланыс» принципі. Бұл принцип, Кан әдісі секілді, бір жолақты сигналды бір уақыттық амплитудалық және фазалық модуляция сигналы ретінде ұсынуға негізделген. Бұл жағдайда күшейткіштердің сипаттамаларының сызықтығына айналу сызығы бойынша, сондай-ақ ФМ құрамдаушы бойынша да ОС индивидуалды тізбектерін құрумен қол жеткізіледі.

Терең ОС қамтылған кең жолақты көп каскадты күшейткіштің, ал Кан күшейткіші шектеушіден модуляциялық каскадқа дейін осындай болып келеді, тұрақтылығын қамтамасыз етумен байланысты қиындықтар бұл сұлбада қамтылмайды.

Мұнда ОС-мен қамтылған каскадтар санының азаюына таратқыштың аралық жиілігіндегі амплитудалық шектеуді және ФМ құрамдаушысының спектрін жиілікті фазалық автокүйге келтіру жүйесінің (ФАПЧ) көмегімен жұмыс жиілігіне ауыстыруды жүзеге асыру арқылы қол жеткізіледі.

Бұл жағдайда ФМ құрамдаушы кернеумен басқарылатын жеткілікті шамада қуатты жиілікті-модуляциялаушы генератордың (ГУН) көмегімен қалыптасады. Бұл, біріншіден, таратқыштардағы каскадтардың санын азайту, екіншіден, кері ОС ФМ құрамдаушымен тиімді ендіру және үшіншіден, ФАПЧ жүйесінің фильтрлеуші қасиеттерін қолдана отырып, шулар мен бұрмалауларды азайту мүмкіндігін береді.

Фазалық детекторда (ФД) шығу және кіру сигналдарының ЧМ құрамдаушылары салыстырылады, ал нәтиже беруші сигнал төменгі жиіліктер фильтрінен кейін кернеумен ауыстырылып құрастырылатын генераторды басқару үшін пайдаланылады, оның шығу сигналы модуляциялаушы каскадтың (УМ) қозу сигналы болып табылады.

Кіру және шығу сигналдарының айналым сызықтары да салыстырылады, ал қате сигналы кіру сигналымен сомаланып, Ум модуляциялаушы кірісіне барады да, айналу сызығының бұрмалануларының минимизациясын қамтамасыз етеді.

Осылайша, айналу сызығы, шығу сигналының ФМ құрамдаушысы секілді кіру сигналының айналу сызығына және ФМ құрамдаушысына максималды жақын болуы мүмкін.

Жұмыста таратушының элементтерін жобалау және таңдау жөніндегі кейбір ұсыныстар, сондай-ақ эксперименттік тексерудің нәтижелері беріледі, және таратушының осылайша құрылуы шамамен 60% күшейткіш ПӘК-ін және күшейтілетін екі тондық сигналға қатысты - 36 дБ-ге артық басып тасталған құрамалық құрамдаушыларын алу мүмкіндігін береді.

ПӘК одан әрі қарй арттыру жолдарын қарастыралық. ПӘК бір жолақты сигналының құрамдаушыларын бөлек күшейтетін қуат күшейткіш үшін едәуір шамада айналу сызығының күшейткішінің шығу каскадының ПӘК анықталады, оның одан кейінгі артуы біраз шектелген. Осыған байланысты қуатты модуляторсыз бір жолақты күшейткіштердің жүзеге асырылу жолдарын қарастырған пайдалы.

Атап айтсақ, айналу сызығының күшею трактісін жою ВЧ трактісінің шығу каскадтарында амплитудасы бойынша шектелген бір жолақты сигналдан алынатын ВЧ сигналдың ендік-импульстік модуляциясын қодану кезінде мүмкін болады.

Бірақ мұндай шешімді қолдану модуляциялаушы сигнал амплитудаларының үлкен динамикалық өзгеру диапазонына ие күрделі заң бойынша ШИМ қамтамасыз етудің қиындықтарымен шектеледі. ФМ құрамдаушының ендік-импульстік модуляциясы кезіндегі коммутативті шығындардың салыстырмалы түрде артуы жоғары жиіліктерде бұған дейін қарастырылған шешімдермен салыстырғанда ПӘК бойынша ұтыс алу мүмкіндігін бермейді. Дефазалау әдісі қолданылатын күшейткіштер үшін де осыған ұқсас қорытындылар жасауға болады.

Бұл жағынан алғанда күшейтілетін сигналдың айналу сызығының сатылы аппроксимациясын қолданатын күшейту әдістері неғұрлым перспективті болады. Мұндай аппроксимакция айналу сызығының деңгейлерін ауыстырып қосулар арасындағы кезеңде бір уақыттық амплитудалы және жеке модуляциялы сигналды тұрақты амплитудалы сигнал ретінде қарастыру және оны модуляторды қолданбастан, негізгі режимде күшейту мүмкіндігін береді.

Шығу сигналының деңгейін реттемелеу сандық кодқа қайта құрылған айналу сызығының мәндеріне сәйкес түрлі әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін. Атап айтсақ, ұялықтардың жұп санынан тұратын (бірдей қуатты жұп бойынша) қондырғыдағы шығу сигналының деңгейі жұптағы ұялықтарды қоздыру фазалануын өзгерту арқылы өзгеруі мүмкін. Синфазалық қозу кезінде ұялықтардың шығу қуаты сомаланады, ал фазаға қарсы қоректену көзіне қайта оралады.

Бұл әдістің жетіспеушілігі – модуляцияланған сигналды күшейту процесінде әр ұялықтың жүктемесі кедергісінің тұрақсыздығы. Бұл жағдайда жүктеме номиналдыдан (шығу қуатының максималды деңгейінде) зая жүріске дейін (шығу қуатының нөлдік деңгейінде) өзгереді.

Сатылы модуляцияны жүзеге асырудың бірден бір жолы болып бөлек шығу ұялықтарынан бір уақытта не қоректену кернеуін, не қозу сигналын алып тастау кезіндегі олардың коллекторлық тізбегінің тұйықталуы табылады. Бұл әдісті жүзеге асыру жүктемесі күшейткіштерінін шығу каскадтары кедергісі өзгеру диапазонын азайтады, дегенмен сигналды күшейту процесінде бір немесе бірнеше ұялықтардың шығу тізбегін тұйықтауды жүзеге асыру техникалық тұрғыдан қиын.

Күшейтілетін сигналдың айналу сызығының дискретті (сатылы) аппроксимациясына негізделген әдістердің елеулі жетіспеушілігі болып кванттау шулары типті сызықтық емес бұрмаланулардың болуы табылады. Кванттау шуы аналогтық-сандық қайта құрушының (АЦП) шешуші қабілетінің артуымен азая түсетіндігі белгілі.

Берілген шығу қуаты қамтамасыз етілген жағдайда мұндай құрылғылардағы АЦП разрядтығының бір бірлікке азаюы күшейткіштің бірліктік ұялығының шығу қуатының екі есе азаюына әкеледі, себебі АЦП разрядтарына сәйкес келетін ұялықтардың қуаттары өзара 1/ (ондағы n – разрядтар саны) секілді қатынасады. Түрлі АЦП разрядтарына сәйкес келетін сомаланатын сигналдардың қуаттылықтарының арасындағы елеулі айырым қондырғының жүзеге асырылуын қиындатып, қуатты сомалауды күрделендіреді және ақырында бүкіл қондырғының ПӘК жойылуына әкеледі.

Міне осы себептен, бірдей ұялықтардың қуатын сомалау қолданылатын техникалық шешімдерді әзірлеу маңызды практикалық қызығушылықты тудырады. Егер, бұл, жоғарыда суреттелген күшейткішті сызықтық арнамен толықтыратын болса, онда ол арнаның тағайындалуы – дискретизация кезінде туындайтын өзіндік бұрмалануларды күшейту және сигналдарды бұрмалауларды жою мақсатымен шығу сигналдарымен сомалау мүмкін болады.

Әдебиеттер тізімі

1. Радиопередающие устройства/ Под ред. В. В. Шахгильдяна. – М.: Связь, 2001.

2. Проектирование радиопередающих устройств/ Под ред. В. В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003.

3. Артым А. Д. Усилители каскада Д и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. – М.: Связь, 1988.

4. Кибакин В. М. Основы ключевых методов усиления. – М.: Энергия, 1993.

5. Богачев В. М., Никифоров В. В. Транзисторные усилители мощности. – М.: Энергия, 1997.

6. Радиопередающие устройства на полупроводниковых құралах: проектирование и расчет/Под ред. Р. А. Валитова и И. А. Попова. – М.: Связь, 1995.

7. Широкополосные радиопередающие устройства/Под ред. О. В. Алексеева. – М.: Связь, 1995.

8. Алексеев О. В., Грошев Г. А., Чавка Г. Г. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение. – М.: Радио и связь, 1991.

9. Верзунов М. В. Однополосная модуляция в радиосвязи. – М.: Воениздат, 1992.

10. Розов В. М., Тараненко А. Д., Ермистов В. В. Измерение и контроль в однополосном радиооборудовании. – М.: Связь, 1984.

11. Полупроводниковые құралы. Транзисторы. Справочник/Под общей ред. Н. Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

12. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/Под ред. Б. Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1994.

13. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупровод-никовых құралах – М.: Высшая школа, 1989.

14. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые передатчики - М.: Радио и связь, 1981.

15. Шумилин М.С. и др. Радиопередающие устройства - М.: Радио и связь, 1990.

16. Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств / М.А. Сиверс, Г.А.Зейтленок и др.- М.: Радио и связь, 1983.

17. Коньшин С.В. Радиопередающие устройства: Методические указания к выполнению курсового проекта - Алматы: АИЭС, 2001.

Сергей Владимирович Коньшин

Ғалия Сейтқамзаевна Қазиева

Радиотарату ќ±рылѓылары

Оқу құралы

Редакторы Ж. А. Байбураева

Стандарттау жµніндегі маман Н. М. Голева

2004 ж. жинақтық тақырыптық жоспары, 10 реті

Теруге берілген к‰ні __. 12. 2004

Пішімі 60х84 1/16

Типография қағазы №2

Оќу-баспа таб. 5,0

Таралымы 100 дана. Тапсырыс ____.

Бағасы 160 тењге.

Басуға __. 12. 2004ж. қол қойылды.

Алматы энергетика және байланыс институтыныњ

көшірмелі-көбейткіш бюросы

480013, Алматы, Байтұрсынұлы көшесі, 126

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

"Телекоммуникациялық жүйелер" кафедрасы

БЕКІТЕМІН

Оқу-әдістемелік ж±мыс жµніндегі проректор

______________Серіков Э.А.

«_____» __________ 2004 ж.

РАДИОТАРАТУ Ќ¦РЫЛЃЫЛАРЫ

Оқу құралы

КЕЛІСІЛДІ

ОӘБ бастығы

____________ О.З.Рутгайзер

«___» ____________ 2004 ж.

Кафедра мәжілісінде қаралды және қупталды

№ 3 мәжіліс хат « 23 » 11 2004 ж.

Каф. меңгерушісі ______ С.В.Коньшин

Редакторы

___________ Ж.А.Байбураева

«___» ____________ 2004 ж.

Стандарттау жµніндегі маман

____________Н. М. Голева

«___» ____________ 2004 ж.

Құрастырушылар:

___________ С.В.Коньшин

___________ Г.С.Қазиева

Алматы 2004