Угфс 1 Структурная схема радиопередатчика
С
труктурные
схемы РПУ. Во
многих случаях структура РПУ состоит
из двух частей – возбудитель и усилитель
мощности. В возбудителе на малом уровне
мощности формируются высокочастотные
колебания и производится их модуляция.
В усилителе мощности эти колебания
усиливаются и по фидеру поступают в
антенну. Рассмотрим два примера
радиовещательных передатчиков.
Рис. 1.1. Структурная схема передатчика с амплитудной модуляцией.
На рис. 1.1 представлена структура передатчика с амплитудной модуляцией. Возбудитель (задающий генератор - ЗГ) представляет собой маломощный автогенератор, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором. Последующие каскады усиливают мощность до необходимого уровня. Структурная схема – многокаскадная. Первый после ЗГ каскад – буферный (БК), он ослабляет влияние последующих каскадов на возбудитель(автогенератор), что предотвращает ухудшение стабильности его частоты. Последующее умножение частоты в одном или нескольких каскадах (УЧ) позволяет понизить частоту возбудителя, что также способствует повышению её стабильности, ослабляет влияние мощных каскадов и нестабильности нагрузки на возбудитель. В данной схеме модуляция осуществляется в промежуточном каскаде (МК – модулируемый каскад), модулирующее напряжение
поступает на МК через усилитель низкой частоты – модулятор М. Модулированные колебания поступают далее на усилитель мощности УМ, с выхода которого по фидеру сигнал проходит в антенну.
Р
ис.
1.2. Структурная схема передатчика с
частотной модуляцией
На рис. 1.2 приведена структурная схема передатчика с частотной модуляцией. Модуляция осуществляется с помощью устройства управления(Упр) частотой автогенератора. Для стабилизации средней частоты ЧМ - колебаний используется схема автоподстройки частоты (АПЧ).
В подобных схемах используются следующие каскады:
- генераторы с внешним возбуждением (далее ГВВ) в виде усилителя
мощности или умножителя частоты;
- автогенераторы (далее АГ).
Угфс 2 Схема генератора с внешним возбуждением (гвв)
Анализ режимов работы ГВВ различных диапазонов волн с различными АЭ имеет в каждом случае специфические черты, связанные с конкретным механизмом работы АЭ или структурой остальных цепей схемы. Однако постановка задачи их проектирования, принципы анализа и методы расчета ряда основных параметров оказываются сходными. ГВВ должен вырабатывать требуемую мощность в нагрузке в заданной полосе частот. При этом на формируемое им колебание или на конструкцию ГВВ могут накладываться определенные ограничения (например, на уровень побочных гармонических составляющих, стабильность частоты и фазы, диапазон рабочих условий , массу, габаритные размеры и тд.).Должны быть оговорены показатели качества, по которым сопоставляются различные варианты (например, КПД, технологичность конструкции, надежность). Перечни ограничений и показателей качества, а также их ранжировка по степени важности определяются в каждом конкретном случае. При некоторых условиях показатели качества могут становиться ограничениями и наоборот. Цель проектирования состоит в оптимизации показателей качества ГВВ при выполнении заданных ограничений.
Любой
ГВВ содержит активный элемент, цепи
возбуждения, нагрузки и питания (рис.
1.1). Источник периодического возбуждения
с внутренним сопротивлением
и источник постоянного смещения
создают на входе АЭ напряжение
,
управляющее движением носителей
электрических зарядов в АЭ:
.
Ток
во входной цепи вызывает падение
напряжения на
.
Поэтому
.
Желательно
иметь
возможно малым для всех частот, тогда
.
Под
действием напряжения
и при включенном источнике питания
выходной цепи
на выходе АЭ появляется периодический
ток
.
Этот ток протекает по входной цепи
четырехполюсника ЦС (цепи согласования,
рис. 1.1) с сопротивлением
и образует на нем падение напряжения
,
в результате чего на выходе АЭ получается
напряжение
.
Сопротивление
- нагрузка выходной цепи АЭ. Оно отличается
от сопротивления реального потребителя
,
которому через ЦС передается мощность
от АЭ. Назначение ЦС – трансформировать
в сопротивление
,
требуемое для получения расчетного
режима АЭ на частоте рабочей гармоники
тока
.
На остальных (побочных) гармониках и на
постоянном токе
должно быть близко к нулю. Тогда ЦС будет
пропускать к нагрузке
поток мощности на частоте 1-й (в усилители
мощности) или N-й (в
умножителе частоты) гармоники и отражать
поток мощности на остальных гармониках.
Конденсаторы
,
(рис. 1.1) шунтируют источники питания
,
и защищают (блокируют) их от токов высокой
частоты. В качестве источников питания
используют выпрямители или химические
источники (аккумуляторы, батареи и тд.).
Рис. 1.1. Функциональная схема генератора с внешним возбуждением
С обобщенным активным элементом
В установившемся режиме периодические входные напряжение и ток можно представить рядами Фурье:
;
,
где
- угловая частота входного сигнала; n
– номер гармоники;
,
- фазы n-х гармоник напряжения
и тока. Обычно цепи возбуждения строят
так, что у одной из переменных -
или
- можно не учитывать гармоники, начиная
с n=2. Если это относится
к напряжению, то говорят, что АЭ
возбуждается гармоническим напряжением
,
где
- нормированное время;
- амплитуда первой гармоники напряжения;
,
n=2,3,…При этом все гармоники
тока
могут отличаться от нуля.
Если АЭ возбуждается гармоническим током, то
,
а все гармоники напряжения могут быть отличны от нуля.
Далее, за исключением специально оговоренных случаев, будут рассматриваться возбуждение АЭ гармоническим напряжением.
Периодический
выходной ток
также удобно представить рядом Фурье:
,
где
- постоянная составляющая выходного
тока;
,
- амплитуды и фазы n-х
гармоник.
Составим выражение для напряжение на выходе АЭ;
,
где
- модуль сопротивления нагрузки на
частоте
;
- его фаза;
- сопротивление ЦС постоянному току,
как правило ничтожно малое. Обозначим
через
- амплитуду падения напряжения на ЦС от
n-й гармоники тока
;
.
Полагая =0, получаем
.
Обычно
ЦС обладает избирательными свойствами.
Ее входное сопротивление
мало на частотах все гармоник, кроме
рабочей:
,
.
Поэтому напряжение
получается почти гармоническим; тогда
,
а амплитуды
нерабочих гармоник напряжения близки
к нулю, хотя амплитуды этих же гармоник
тока соизмеримы с
.