Режим работы усилительных элементов.
В зависимости от формы тока в выходной цепи усилителей различают различные классы работы усилительных элементов.
Класс А характеризуется протеканием в выходной цепи тока, полностью повторяющего форму входного (усиливаемого) сигнала.
РИС.8.2.
Для этого класса работы характерна линейность усиления сигналов, отсутствие побочных колебаний, однако к.п.д. усилителя низок (20 30%), так как имеется большая постоянная составляющая выходного тока. Поэтому работа в классе А целесообразна в маломощных промежуточных каскадах, удельный вес которых в общем энергетическом балансе усилительного тракта незначителен.
При работе усилительного элемента в классе Б усиливаются только положительные полупериоды входных колебаний, а отрицательные отсекаются, поэтому ток на выходе усилительного элемента представляет собой импульсы длительностью равной полупериоду входного колебания (угол отсечки Q = 90°). Углом отсечки называется половина той части периода входного колебания, в течение которой в выходной цепи усилительного элемента протекает ток.
Рис.8.3.
Такая последовательность импульсов тока представляет собой сумму постоянной составляющей выходного тока, первой гармоники и чётных гармоник входного сигнала. Поэтому, если на выходе усилительного элемента включить избирательную систему, пропускающую только первую гармонику и подавляющую высшие гармоники, то на выходе такого каскада будут получены усиленные колебания с частотой равной частоте входного сигнала.
Постоянная составляющая выходного тока в классе В значительно меньше, чем в классе А, поэтому к.п.д. усилителя достаточно высок (от 70–80%). В связи с этим класс В применяется в мощных каскадах усилительного тракта, когда требуется линейность усиления и возможно больший к.п.д.
Класс АВ занимает промежуточное положение между классами А и В (90°–180°) и характеризуется нелинейным усилением входных сигналов при меньшем по сравнению с классом В к.п.д.
При работе усилительного элемента в классе С с углом отсечки Q 90° можно достичь высокого к.п.д. . однако усиление тоже будет нелинейным. Таким образом, при усилении сигналов, у которых огибающая непрерывно изменяется во времени (ОМ, AM) используется работа усилительных элементов в классах А и В. при которых обеспечивается линейный режим работы усилителя. При усилении сигналов ЧТ, ЧМ и AT допускается использование работы усилительных элементов в классах АВ или С.
3. Согласующее антенное устройство.
Известно, что максимальная передача энергии ог источника (в радиопередатчиках - от УМ) в антенну обеспечивается при согласовании внутреннего сопротивления источника энергии и входного сопротивления антенны. А поскольку в военных радиостанциях, как правило, предусматривается использование нескольких антенн, входное сопротивление которых является комплексным, зависит от частоты изменения в широких пределах, то возникает необходимость преобразования комплексного сопротивления антенны Za=R+jХа в постоянное сопротивление нагрузки Rн.
Такое преобразование возможно при выполнении двух условий:
1) Ra = Rн = Const.
2) Ха = 0, т.е. компенсацию реактивной составляющей входного сопротивления антенны.
Процесс преобразования Za в сопротивление Rн называется согласованием, а электрическая цепь, обеспечивающая это преобразование - согласующей цепью. Понятие «согласующее антенное устройство» (САУ) включает в себя согласующую цепь и дополнительные элементы, обеспечивающие настройку этой цепи.
Функциональная схема простейшего САУ приведена на рисунке 8.4.
Рис.8.4. Функциональная схема САУ
Здесь в состав САУ введены элементы настройки Хн и амперметр. Элемент настройки Хн это переменное реактивное сопротивление. При Ха < 0, когда 0 < l/ < ¼ , сопротивление Хн должно иметь индуктивный характер («Удлиняющая» катушка); при Ха > 0, когда ¼ < l/ < ½ сопротивление Хн должно иметь ёмкостный характер («Укорачивающий» конденсатор). Амперметр вводится в схему САУ для определения момента настройки САУ по максимуму точка в антенной цепи.
На рисунке 8.5. изображена схема САУ широко применяемая в маломощных УКВ передатчиках.
Рис.8.5 Схема САУ маломощного УКВ передатчика.
В этой схеме имеется два органа настройки - конденсаторы переменной ёмкости С1 и С2, ёмкость которых изменяется в диапазоне частот одной ручкой «настройка антенны». Изменение ёмкости С1. регулирующей связь САУ с антенной, осуществляется через редуктор с передаточным числом n (n > 10), т.е. со скоростью, в n раз больше, чем скорость изменения ёмкости С2 (от С2мин до С2макс.) емкость конденсатора С1 изменяется n раз. Конденсатор С1 предназначен в основном для компенсации реактивной составляющей сопротивления антенны при Ха > 0 , тогда как конденсатор С2 обеспечивает трансформацию активной составляющей сопротивления антенны Ra в сопротивление Rн. Компенсация реактивной составляющей при Ха < 0 (ёмкостного характера) производится с помощью индуктивностей L1, L2, L3.
Здесь рекомендуется по упрощенной принципиальной схеме радиостанции Р-159 показать и объяснить принцип работы САУ передатчика P-159.
Применяемые в радиопередатчиках военных радиостанций выходные каскады в основном рассчитаны на подключение несимметричных антенн и имеют несимметричный /относительно земли/ выход. Для подключения к таким выходным усилителям симметричных антенн /типа симметричный вибратор/ используется согласующее - симметрирующего устройства: функциональная схема такого устройства представлена на рисунке 8.6.
Рис.8.6. Функциональная схема согласующе-симметрирующего устройства.
Согласующе-симметрирующее устройство выполняет две задачи:
ПЕРВАЯ ЗАДАЧА: обеспечить согласование выхода передатчика с входом антенны. Реактивная составляющая сопротивления антенны компенсируется элементами настройки ХН1 и ХН2, а согласование активных сопротивлений элементом связи Хсв2.
ВТОРАЯ ЗАДАЧА: переход от несимметричного выхода усилителя к симметричному входу антенны. Она решается элементами симметрирования Хсим1 и Хсим2. Подбором их сопротивлений в ветвях антенны достигается равенство токов по величине и сдвиг между ними по фазе на 180°. При этом фидер энергию не излучает, а диаграмма направленности излучения антенны симметрична. Если условие сдвига фаз или равенства токов не выполняются, диаграмма направленности симметричной антенны искажается.
Здесь преподавателю рекомендуется по функциональной схеме р станции Р-130М показать схему ВСУ-А и кратко рассказать принцип его работы на антенну «симметричный вибратор».
Более подробно схемы согласующих и согласующе-симметрирующих устройств будут рассмотрены при изучении радиостанции.
Сформулируем общие требования, которым должно удовлетворять согласующее устройство:
- оно должно обеспечивать максимальную точность согласования на своём входе, т.е. минимальное отклонения сопротивления Za от величины Rн;
- потери в согласующем устройстве должны быть минимальными, для чего согласующая цепь выполняется из высокодобротных реактивных элементов;
- с целью уменьшения побочных излучений передатчика целесообразно, чтобы согласующее устройство обладало фильтрующими свойствами. В связи с этим согласующие цепи составляются преимущественно из элементов, образующих звенья ФНЧ;
- согласующее устройство должно обладать простотой и однозначностью настройки, а поэтому количество элементов в согласующей цепи должно быть минимальным;
- для автоматизированных передатчиков важным показателем является время перестройки согласующего устройства, которое не должно превышать единиц секунд; минимальные габариты и вес согласующего устройства.
Контрольная летучка по радиопередающему устройству.
Вопросы летучки:
1.Характеристики возбудителей.
2.Доложить режимы работы УЭ, дать характеристику.
3Задачи и сущность работы САУ.
4Характеристики усилителей мощности.
5Требования, предъявляемые к усилителям мощности.
6Сущность формирования сигналов АМ, ОМ, ЧМ, АТ, ЧТ.
Старший преподаватель кафедры войск связи Т и ОД
п/п-к___________И.Саламахин.