Выходные каскады. Простая схема Сложная схема

Основное усиление происходит в выходных каскадах. Выходные каскады, так же как и остальные каскады передатчика работают в режиме колебаний второго рода.

Выходные каскады нагружаются антенной или фидером, соединяющим антенну с выходным каскадом. При этом в фидере должен поддерживаться режим бегущей волны (РБВ). Т.е. волновое сопротивление фидера должно быть равно входному сопротивлению антенного контура, оно так же должно быть равно выходному сопротивлению выходного каскада. Только при соблюдении этих условий возможен выход наибольшей мощности. Каскады могут быть построены по простой или сложной схеме.

В простой схеме.

Антенный контур включается непосредственно в выходной каскад. Такое включение обеспечивает высокий коэффициент усиления выходного каскада, но недостаток такой схемы заключается в том , что антенна влияет на работу усилителя. При изменении сопротивления антенны за счет метеорологических условий, а так же за счет изменения генерируемой частоты происходит расстройка выходного каскада и уменьшение генерируемой мощности. Маломощные передатчики используют только простую схему выхода, которая дает большой коэффициент усиления. На частоте резонанса антенный контур должен представлять собой только активное сопротивление, тогда в нем выделяется максимальная мощность.

На ДВ размеры антенны меньше, чем ее выходное сопротивление носит емкостной характер (С_А). Для компенсации емкостного сопротивления применяется подстроечная индуктивность (L_Н), она играет роль удлиняющей катушки, т.к. при настройке антенного контура в резонанс, антенна эквивалентна линии длиной . Если передатчик работает на частоте при которой длина антенны равна , то ее сопротивление чисто активное и удлиняющая катушка не нужна. Такой случай возможен в связи, когда передатчик работает на фиксированной волне КВ диапазона. Если размеры антенны больше , то ее входное сопротивление носит индуктивный характер. В этом случае для настройки применяется укорачивающий конденсатор.

В сложной схеме.

Антенный контур подключается к выходному каскаду через промежуточный контур, т.е. образуется система связанных контуров, в данном случае автотрансформаторная связь между контурами. Такая схема защищает автогенератор от влияния антенны, но в то же время из-за потери энергии в промежуточном контуре, выходной каскад имеет меньший коэффициент усиления. В мощных приемниках применяются сложные схемы выхода.

Настройка выходного контура осуществляется с помощью L_1. Антенный и выходной контур каскада связаны внутренней емкостной связью.

Каскад является широкодиапазонным, для настройки его в резонанс могут применяться укорачивающие конденсаторы, включающиеся как последовательно (С₃), так и параллельно (С₄). Кроме того для подстройки используется удлиняющая катушка L_2.

Совместная работа усилительных приборов.

Сложение мощностей.

С овместная работа применяется, если мощность одного усилительного прибор не достаточна. В ламповых схемах совместная работа приборов применяется только в выходных каскадах. В транзисторных схемах приходится применять совместное включение еще и в промежуточных каскадах. Совместное включение может быть последовательным и параллельным. Параллельная схема называется так же двухтактной, подразумевает последовательную работу усилительных приборов в течение одного периода. Т.е. пол периода через нагрузку течет ток одного усилительного прибора, а пол - другого. В параллельной схеме оба усилительных прибора работают параллельно и их токи на нагрузке складываются. Параллельная схема обеспечивает усиление мощности, но ее применяют реже, чем последовательную из-за опасности самовозбуждения.

Выходные каскады, как и все каскады передатчика, работают в режиме колебаний второго рода. Ток через нагрузку протекает в течение одного полупериода от каждого усилительного прибора. Эти токи текут навстречу друг другу и представляют косинусоидальные импульсы, которые могут быть разложены в ряд Фурье на постоянную составляющую и сумму гармоник. Постоянная составляющая и все четные гармоники взаимоуничтожаются. Если выбрать режим класса В, для которого коэффициент Берга для третьей гармоники равен нулю, то на нагрузке выделится удвоенная первая гармоника.

В транзисторных схемах передатчиков в двухтактных схемах используются разнополярные транзисторы. Достоинство таких схем том, что не требуется симметричного возбуждения каскадов как в ламповых схемах.

Симметричное возбуждение схемы усложняет ее. В то же время несимметричное возбуждение легче осуществить технически и оно дает возможность использовать в предыдущем каскаде однотактную схему. Симметричный выход требует применения двухпроводной линии для связи с антенной. При этом антенна должна иметь симметричный вход.

Широкополосные усилители.

Широкополосные усилители применяются в передатчиках, работающих в диапазоне частот. Их АЧХ должна быть такой ширины, чтобы широкополосный сигнал проходил без искажений. В качестве широкополосных усилителей можно использовать усилитель, нагруженный на связанные контура или ФСС или усилители с распределенным усилением.

В качестве анодной и сеточной нагрузок используются искусственные линии. Если в линии установить режим бегущей волны, то линия эквивалентна активному сопротивлению в широком диапазоне частот. При этом получается, что напряжение возбуждения на сетках ламп не зависит от частоты. Входные емкости ламп являются составной частью искусственной линии.

Аноды ламп соединены между собой с помощью анодной линии. Скорости распространения бегущей волны в анодной и сеточной линии равны. Следователь сдвиги фаз, создаваемые каждой ячейкой линии одинаковы. Ток каждой лампы распространяется влево и вправо по линии от лампы. Токи, идущие вправо, приходят к R_н синфазно и складываются на нем.

Так как анодная линия работает в режиме бегущей волны, то напряжение на нагрузке мало зависит от частоты.

Для каждой линии существует граничная частота. При увеличении частоты больше граничной частоты (f_гр) эквивалентное сопротивление линии резко падает, следовательно, напряжение на нагрузке падает.

Токи ламп, текущие влево, складываются на балансном сопротивлении и взаимоуничтожаются. Особенностью каскадов с распределенным усилением является различный режим работы ламп. Напряжение на аноде лампы Л1 зависит только от ее тока: переменное напряжение последующих ламп определяется суммой токов предыдущих ламп и собственного тока. Если выходная лампа работает в граничном режиме, то режим работы других ламп выбирается недонапряженным. Причем недонапряженность тем больше, чем меньше номер лампы. Следовательно, КПД этого усилителя меньше, чем КПД резонансных усилителей, работающих в слегка перенапряженном режиме. Для увеличения КПД и облегчения режимов работы ламп первых каскадов применяют искусственные линии с меняющимся по длине волновым сопротивлением, такие линии называются неоднородными. В начале линии волновое сопротивление больше и оно уменьшается при перемещении к концу линии. Таким образом, для всех ламп обеспечивается режим близкий к граничному.

В усилителях малой мощности используются однородные анодные линии, лампы работают обычно в режиме класса А. При этом применяется однотактное включение усилительных приборов. Если требуется большая мощность, то применяется режим В и двухтактное включение.

Широкополосные усилители обеспечивают коэффициент перекрытия порядка 10-20. Коэффициент определяется по формуле

,

где и соответственно верхняя и нижняя частоты, передаваемого спектра.

Искусственные длинные линии очень часто собирают из цепочки Т-образных m-фильтров нижних частот. Широкополосные усилители упрощают процесс настройки передатчика на рабочую частоту. Искусственная линия заменяет резонансные перестраиваемые схемы с перестраиваемым L и C. Применение их позволяет создать автоматизированные системы дистанционного управления передатчиком.