2.9. Складання потужностей в схемах генератора з зовнішнім збудженням.

В практичних схемах радіопередавачів часто використовують різні схемотехнічні рішення для збільшення вихідної коливальної потужності кінцевих каскадів. Це дозволяє збільшити випромінювану антеною радіопередавача потужність, покращити стійкість радіозв'язку при збільшенні відстані між передавачем і приймачем.

2.9.1. Паралельне ввімкнення транзисторів (ламп).

Таке ввімкнення активних елементів ГЗЗ використовується для складання вихідної коливальної потужності на опорі навантаження (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Паралельне ввімкнення транзисторів в схемі ГЗЗ..

При паралельному ввімкненні активних елементів їх вихідні струми в опорі навантаження в вигляді паралельного контура L_кC_к складаються, тобто, при кількості активних елементів n амплітуда вихідного струму І_Σn = n·І_m. Оскільки при паралельному з'єднанні U_Σn = U_m, то вихідна потужність збільшується в порівнянні зі схемою ГЗЗ на одному транзисторі в n раз. В цій схемі збільшується також крутість S_Σ = nS, а отже, і коефіцієнт підсилення схеми по напрузі К_Σ = S_ΣR_ер, також збільшується і величина паразитної ємності на виході каскаду (показано пунктиром на рис. 2.24) C_Σвих = nC_вих, яке по змінній складовій струму з'єднується паралельно з C_к контура, збільшуючи ємність, що обмежує збільшення резонансної частоти. Тому таке ввімкнення активних елементів використовується в довго хвильовому діапазоні. Паралельне ввімкнення біполярних транзисторів із-за розходження параметрів транзисторів використовується рідко, в основному таке ввімкнення характерне для лампових ГЗЗ.

Недоліком цієї схеми є те, що при втраті робото здатності одного з активних елементів різко збільшується розсіювана потужність інших (перехід в недонапружений режим), що часто приводить до зменшення коливальної потужності.

2.9.2. Послідовне ввімкнення транзисторів (ламп).

В цій схемі два активних елементи відносно опору навантаження ввімкненні послідовно. Кожний транзистор чи лампа в принципі має свій контур навантаження L_кC_к і така схема носить назву верхнього чи нижнього плеча. Крім того, схеми плеч для нормальної роботи повинно збуджуватись рівними і протифазними вхідними напругами, що може бути реалізовано використанням високочастотного трансформатора з заземленою середньою точкою вторинної обмотки (рис. 2.25а).

При використанні режиму коливань другого роду позитивна напруга Е_зм забезпечує, робочу точку транзисторів на початку вхідної характеристики. Тому при подачі синусоїдальної вхідної напруги транзистори VT₁ та VT₂ плеч відкриваються поперемінно, форма їх колекторних струмів

Рис. 2.25. Послідовне ввімкнення транзисторів і форми колекторних струмів.

представляє косинусоїдальний імпульс з кутом відсічки, близьким до 90° (рис. 2.25б), причому, в зв'язку з протифазним збудженням, ці імпульси зсунуті на половину періоду U_вх. З рис. 2.25а видно, що транзистори VT₁ та VT₂ відносно опору навантаження, яким є послідовне з'єднання паралельних контурів (точки а-б), ввімкнені послідовно, що і зумовило назву схеми. Досить часто таку схему називають двотактною, оскільки транзистори плеч працюють поперемінно, в такт з подачею позитивного напівперіоду напруги на їх бази. Вихідна потужність знімається при допомозі катушки зв'язку, яка індуктивно зв'язана з L_k1 та L_k2.

Оскільки імпульси колекторного струму можна розкласти на першу, другу, третю і т.д. гармоніки (на рис. 2.25б показана перша і друга гармоніки), то при протилежному напрямі струмів колекторів плеч (показано на рис. 2.25а) можна визначити таке:

- перша і всі непарні гармоніки в опорі навантаження складаються, то складаються і падіння напруг на контурах L_к1C_к1, L_к2C_к2: U_конт = U_m = І_1m·R_ер, а це приводить до збільшення напруг схеми в два рази (U_Σn = 2U_m); якщо контури L_к1C_к1, L_к2C_к2 настроєні на першу гармоніку, то загальна вихідна потужність збільшується в два рази:

тобто схема дозволяє подвоїти потужність на виході в порівнянні з потужністю плеча Р_{вих пл};

- друга і всі парні гармоніки в опорі навантаження віднімаються, що є також великою перевагою схеми, яка дозволяє без ввімкнення додаткових фільтрів здійснити подавлення вищих гармонік і поліпшити фільтрацію вихідної частоти;

Таким чином, послідовне ввімкнення активних елементів в схемі дозволяє подвоїти вихідну потужність схеми.

Серйозним недоліком схеми (крім необхідності збудження двома рівними і протифазними напругами) є необхідність повної ідентичності плеч, а значить контури L_к1C_к1 та L_к2C_к2 повинні мати однакові параметри. Одначе конструктивно виконати це нелегко, тому було б бажано в вигляді навантаження схеми мати один паралельний контур. Це можна здійснити, виходячи з фізичних особливостей схеми (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Процес переходу до одного еквівалентного контура в двотактній схемі..

Оскільки в спільному проводі живлення в-г струми колекторів плеч протікають в одному напрямку, то перша і всі непарні гармоніки в цьому проводі відсутні (рис. 2.26а). Якщо контури L_к1C_к1 та L_к2C_к2 настроєні на першу гармоніку (частоту вхідного сигналу), то струм першої гармоніки в проводі в-г відсутній, а отже, можна ці точки роз'єднати. Тоді видно (рис. 2.26б), що відносно точок а-б конденсатори С_к1 і C_к2 і індуктивності L_к1 і L_к2 з'єднані послідовно, створюючи еквівалентний спільний для обох плеч схеми паралельний контур з параметрами спільної ємності С_сп = ½ С_к1 і індуктивності L_сп = L_к1 + L_к2.

Одначе в практичних схемах об'єднують лише індуктивності L_к1 та L_к2 з середнім виводом для живлення транзисторів плеч, а ємності С_к1 і С_к2 залишають і точку їх з'єднання заземлюють (мал.2.26в). Це пов'язано з тим, що, хоча друга і всі парні гармоніки в навантаженні відсутні, в кожному з плечей ці гармоніки є в складі струмів плеч.

При протіканні струму плеча потрібно створити шлях для замикання струмів парних (по суті, вищих) гармонік, що і здійснюють конденсатори С_к1 та С_к2, оскільки їх опір х_ск = 1/ωС_к зменшується з підвищенням частоти ω. Якщо не створити шлях для проходження струмів вищих гармонік, то форма імпульсу струму плеча і форма вихідної напруги може бути спотворена.

Якщо еквівалентний паралельний контур двотактної схеми перестроюється конденсаторами змінної ємності, то. для одержання однакових параметрів плечей використовується спеціальна конструкція КЗЕ типу "метелик" (рис. 2.26г,д), яка дозволяє в значній мірі змінювати ємності плеч і отримувати їх однакову величину в плечах.