книги из ГПНТБ / Лапицкий Е.Г. Расчет диапазонных радиопередатчиков

чмть

л а м п а без

токов

в

цепи

сетки

(рис. 2-5),

и

соответствующие

ему

значения

остаточных

напряжений .

h\

=

hmai

2.

Рассчитываются

составляющие

анодного

тока

3.

Находится

амплитуда

колебательного

напряжения

на

нагрузке Um —

2P/Ial.

Ея =

4.

Определяется

напряжение анодного

источника

Все

остальные

величины

( Р 0 , Pa,

Ргр, г\г,

E g

l и т. д.)

рассчиты­

ваются

по тем ж е

формулам,

что и в ранее

рассмотренном

случае,

лишь

при расчете

Egi м о ж н о

воспользоваться

более простой

фор­

мулой:

E g l =

uglMaKC—Uem.

Расчет граничного режима транзистора производится на основе

тех ж е исходных

данных.

П р е д л а г а е м ы й

метод

расчета

гранич­

ного

р е ж и м а

транзистора,

'UgrU=ugim№

включенного

по схеме с общим

эмиттером

(как наиболее

упот­

ребимой

в

усилителях

мощно­

сти высокой частоты), не пре­

тендует иа строгость. Тем не

менее результаты расчетов до­

статочно

хорошо

согласуются

с

экспериментальными

данны ­

ми и получаются путем исполь­

зования простых формул, ана­

логичных

рассмотренным выше.

Рис.

2-5

Следует,

однако,

отметить,

что расчетные

формулы,

приво­

щей

условию

/ ^ 0 , 2 fT , где fT—

предельная

частота

усиления, для

которой | р | =

1.

Расчет коллекторной цепи транзистора производится в той

ж е

последовательности

и практически

по тем

ж е

формулам,

что

и

расчет анодной цепи электронной лампы .

После выбора

коллекторного

н а п р я ж е н и я

£ к ^ 0 , 5 «к . М а к с

и

угла

отсечки

коллекторного

тока

oJ3 = 70-=-90°

расчет

ведется

=

0,5 1 +

1 / 1

8Р

Um

=

l\EK\,

«iSr p

I Ек |2 /

1*1=

IP

ит

«1 '

Ро—1ко\Ек\,

У] — Р/Р0,

Рк — Р0 —

Р^-Рк.макс-

ж ё н ия возбуждения

может

быть определена

по формуле

и б т

=

Ьт

V

1 +

9 о

б "'

S o ( l - C O S l | ) )

'

ОТТ" ,

где т = г6Сэ_б (1 — ^Sgp)

— постоянная

времени

входной цепи тран­

зистора.

ника

высокочастотного

напряжения,

Р б

= 0 , 5 / e l £ / e m

= 0 , 5 £ / б т

I PI

« 0,5/, u t/ 6 m

- f .

/Т

Коэффициент усиления

каскада

по

мощности

/ С Р =

Р / Р б .

Под­

ставляя в

это

равенство

выражения,

определяющие

Р

и

Рб

бу­

дем

иметь

д-

0,5IKlUJr

=

к

/ т _ = _ 4 ^ £ 5 = А ( 1 — COSrh).

2-4. Расчет согласующих

и симметрирующих устройств

Нагрузкой

выходного

каскада

передатчика является

передаю­

щ а я антенна.

Д и а п а з о н н ы е передатчики, р а б о т а ю щ и е

в

относи­

любом выходе передатчика (симметричном

или несимметричном),

без дополнительных устройств. Питание ж е

симметричных антенн

либо специальных симметрирующих устройств, с помощью

которых

несимметричный выход передатчика преобразуется в

симме­

тричный.

Входное сопротивление антенн, работающих в

диапазоне час­

тот, является комплексным, составляющие его гА и хА

изменяются

в широких пределах

(рис. 2-6). Большие величины

составляющих

сопротивления антенны требуют увеличения связи

межд у

антен­

ной и промежуточным

контуром, что не всегда может

быть

обеспе­

Н а и б о л ее просто з а д а ч а трансформаций

решается

при

исполь­

зовании параллельных конденсаторов (рис.

2-7). Входное

сопро­

тивление антенны с учетом емкости параллельного

конденсатора

будет

Г А +

•xcf

здесь

щей

сопротивления используются вариометры

или

конденсаторы

ом |

хА,гя

переменной

емкости,

которые

юооо

вместе с

рассматриваемой це­

почкой

образуют

антенный

контур.

т

' 1

1 1

<

с,

С2

1-

тГ

Рис.

2-6

Рис.

2-7

Наиболее часто в качестве органа настройки используют ва­

риометры, а в тех

участках диапазона, где x A ' > 0 , последовательно

ние

потерь

вариометра

гв =

xjQ

= —x'JQ

определяет

к.

п.

д.

антенного

контура

1 W

rk—xhIQ

\ - x k l [ r k Q )

Г А + Г в

l

,

(2-4)

который

уменьшается

с

ростом

частоты.

Исходными

данными

д л я

расчета

параллельных

конденсаторов

являются

величины

г/.

м а к с

и

г)А . к. мин,

которыми

следует

зада ­

ваться . Д л я

большинства

схем

выходных

каскадов приемлемой

ве­

личиной

гА\

К . макс

следует

считать

r'A

^ 100-М20

ом.

Величина

Ч А . к. мин

не

д о л ж н а

быть

меньше

своего

значения

на

минималь ­

ной

частоте

заданного

диапазона .

З а д а в ш и с ь

величинами

т)А . к. мин и гА.макс

на

максимальной

частоте,

для которой гА>гА.

м а к с ,

из формулы

(2-4) находят до­

пустимое

значение сопротивления

параллельного

конденсатора

хс

= —1— =

,

(2-5)

ШмаксС Qr A [l/T, A . K . H H „ - l + V M ) ]

мированного

сопротивления антенны

на всех

частотах

/</макс, для

которых

гА>г'А

макс по формуле:

г

-

" А

d + k - ' / ( » c ) ] 2 Г а '

Если

на некоторой

частоте /1</макс окажется, что трансформи ­

рованное

сопротивление вновь

превышает

допустимое • значение,

т. е. гА">гА.

макс, то дл я этой частоты

нужно

вновь повторить

весь

расчет. С

этой

целью

исходят

из прежнего

значения

Т|А. к. мпп и

по формуле (2-5) рассчитывают емкость второго

конденсатора,

который д о л ж е н быть

включен

на частоте <fi вместо

первого

кон­

денсатора . Расчет продолжается

до тех пор, пока во всем диапа ­

зоне частот

активная

составляющая

входного

сопротивления ан­

тенны не будет меньше допустимой

величины,

т. е. гА'<гА.

м а к 0 .

Указанный

расчет

д о л ж е н быть выполнен

дл я всех

антенн, ис­

пользуемых в данном

передатчике, дл я которых

гА>гА.

М акс-

Расчет симметрирующих устройств. Д л я согласования однотакт-

ных схем

выходных каскадов с входом симметричных

антенн ши­

ваемых

реактивных

четырехполюсников (рис. 2-8). Условие симмет­

рии в этих

схемах определяется следующими

равенствами:

c o 2 L C = - i -

(рис. 2-8, a),

w 2

L C = 2 (рис. 2-8,6).

(2-6)

Д л я

расчета таких

схем необходимо, исходя из конструктивных

соображений, задаться величиной

одного из элементов, а величину

второго определить из (2-6).

Более распространенной является

схема, изображенная

на рис.

2-8,а, в которой в качестве органа настройки используется

варио­

метр с подвижным

контактом. Такие вариометры при приемлемых

габаритах

могут

обеспечивать

максимальную

индуктивность

£макс = 30-т-40 мкгн

(при L M I I H = 0,5-М

мкгн).

Д л я

выполнения

последующих расчетов необходимо знать зави­

симость

к. п. д. Ticу

и входное сопротивление

zB X (co) =z' A (co) сим­

метрирующего устройства от частоты. К- п. д. согласующего

устрой­

где Хс— 1/(соС), а при

настройке конденсатором переменной ем­

кости

1

1 4 ' 2 A + ( * A + * L ) 2 '

здесь xL = u>L.

К антенне

S)

К антенне

t3

~^JL~r~

v3r

Г в.х =

'-А

=

+ 2хУ

ГА + (ХА

= х'—

0,5А: ( ' 2

А +

4 )+2** л

где JC = — 1/(соС) д л я схемы

2-8, а

и x = coL для схемы 2-8,6.

Кроме рассмотренных

простейших

схем симметрирующих уст­

Однако

в силу их сложности и более

низкого к. п. д. они

не

находят

широкого

применения

и

поэтому

3

здесь

не

рассматриваются .

В

качестве

симметрирующих

устройств

могут

использоваться

. симметрирующие

трансформато ­

ры,

обмотки

которых

выполнены

Рис.

2-9

из отрезков коаксиального

кабеля

определенной

длины.

На рис. 2-9 изображена принципиальная схема включения обмоток транс­

форматора, представленных

в виде

отрезков

коаксиального

кабеля. Симметрия

в данной схеме будет обеспечиваться при выполнении условия г в х / 2 <С г.

Д л я

выполнения этого

условия

коаксиальные кабели наматываются в виде

катушек

самоиндукции, в

результате чего

сопротивление

будет

определяться

как z=G)L=2nfL.

Следовательно,

условие

симметрии

рассматриваемой схемы

можно записать в виде:

z B X / 2 « c o L .

(2-7)

Д л я вывода

расчетных

соотношении, позволяющих определить необходи­

мую

длину

отрезков кабеля, можно

представить

каждый кабель

нагруженным

на сопротивление,

равное

2 Л / 2

(рис. 2-10, а).

Условие

симметрии (2-7) необхо­

димо

выполнить

в любой

точке

заданного

диапазона.

Поскольку

неравенство

(2-7) с ростом частоты, как правило,

усугубляется, наихудшей точкой диапазона

следует считать f=fnUU-

Обычно

в

начале диапазона

гл<^хл,

поэтому

можно

считать, что ZA =

x.\-

Сопротивление антенны можно представить как входное сопротивление ко­

аксиальной

л пи пи длиной

/0 ,

разомкнутой на конце, т. е.

хА/2

=

— р ctg m / Q «

р/(/л/ 0 ) .

Следовательно,

к а ж д у ю

обмотку

симметрирующего

трансформатора

вместе

с сопротивлением

нагрузки

можно рассматривать как некоторую длинную ли­

нию,

разомкнутую

на конце

(рис. 2-10, б ) , входное

сопротивление

которой

г В х =

— / Р ctg in {I +

/ 0 ) ,

Рис.

2-10

где р — волновое

сопротивление

кабеля,

/ — длина кабеля, из которого выпол­

няются обмотки

трансформатора.

Подставим

значение г „ х

в условие

симметрии (2-7), т. е. •

- | -

I ctg

т (/

+

/ 0 ) 1 « 2 п / и п н 1 .

Учитывая,

что обычно / + / о < А м а к с ,

можно

считать, что

ctg in (I + /„)

••

1

Адтякс

т (I + у

2 я (/ + / 0 )

Романе

С 2 л / М 1 Ш £ .

(2-8)

пЮ

L =

,

мкгн,

а + 0,44

где п— число

витков; D — диаметр

катушки,

м; a=lK/D — отношение длины ка­

тушки к ее диаметру.

Поставим

значение L в формулу

(2-8):

Отсюда

рЯмакс (а + 0,44) _

ЗООр (а +

0,44)

8 л / м п и / 1

8 < и н «

л +

150р ( a - f 0,44)

(2-9)

"/Sim"

где / 0 — в •<»; / — в

Мгц.

При практическом использовании формулы (2-9)

необходимо

задаваться

числом

витков п

и параметром

катушки

а = lK/'D = 2 -:- 3.

Если

в

результате

расчета окажется, что длина отрезков кабеля

велика, а катушки слишком гро­

моздки, то их намотку можно осуществить на

высокочастотном феррнтовом

сер­

дечнике.

Расчетные формулы для этого случая будут иными. Коэффициент самоин­

дукции

катушки,

намотанной на тороидальный

сердечник, определяется как

L

= l,26 - 10~ G n 2 S c | . i

(2-10)

/р.

Здесь (.1—магнитная

проницаемость

сердечника;

п — число

витков;

5 С •

площадь

сечения

сердечника, мг:

1С — длина

магнитопровода

сердечника,

м\ L -

индуктивность катушки с сердечником, гн.

Подставляя значение L в условие симметрии (2-8),

получим:

€ 2 я / м н „

1,26-

10~ 6 « 2

S c u .

4 л (I + /„)

/с

Отсюда

с/о-Юи

, 2 6 - 8 я 2 / М Н 1 , / г 2 5 с ц

или

0 , 7 5 р / с

—/п

(2-11)

Здесь / — в Мгц;

I, / 0

и / с — в м; S c — в м2.

Площадь сечения

сердечника, входящая

в

формулу

(2-11), зависит

от

мощ­

дукции для данного

типа

феррита.

Максимальное

значение

индукции

связано

с напряжением на катушке следующим соотношением:

ULm = nSc<£>Bm.

В

рас­

сматриваемой

схеме

напряжение

на

катушке

(предполагая

/-СА) можно

счи­

тать

равным

и,

У 2

2

При

этом

10"

А

(2-12)

"2л / м

и н В

2г

А

Здесь

Хл,

1'л — сопротивления

антенны,

ом,

Рл

— мощность,

вт, f — частота,

Мгц,

Вт—максимальная

индукция,

гс, S c

— площадь

сечения

сердечника,

м2.

При

практическом использовании

формул

(2-12) и

(2-11)

необходимо

за­

ной линии, входное

сопротивление которой эквивалентно

хА:

I

Романс _

ЗООр

°

" Ы

п 1 * А | / Н И Н '

Здесь / — в Мгц,

р — волновое

сопротивление коаксиального ка­

беля,

ом.

2.

З а д а в ш и с ь числом

витков

катушки и параметром

a =

lv/D=-

= 2-f-3, по формуле

(2-9)

рассчитывают длину отрезков

коаксиаль­

ного кабеля для трансформаторов без сердечника.

Если ж е предполагается выполнить трансформатор

на

ферри-

рические

размеры и

параметры ц. и

Вт (см. табл . П-2 и П - 3) . По ­

сле этого по формуле

(2-12) рассчитывается необходимая площадь

сечения

сердечника

и

определяется

количество стандартных колец

формуле

(2-11) определяется

длина отрезков коаксиального ка­

беля, из которых выполняются

обмотки трансформатора .

3. Д л я

последующих расчетов необходимо знать входное сопро­

комплексное

сопротивление

z ^ = гА-\-

jx^.

Вводя

обозначение

2 „ Х =

2 ' А = Г

А + А'А.

"Меем

^ А = Г А + ^ А = :

Р ' Р' + / г л tg ml

Р а з д е л я я

вещественную

и мнимую

составляющие,

получим

= Р ' ' ' Л

1 +

tg%/

' Л

Р — * А

t g f f l / f + / д

tg-ml

,

(Р' — х-д tg ml)

(хА

+

р'

tg

ml)

— r \

tg ml

( p ' - * A t g m / ) 2 + / l tg 2 m /

где

p' = 2p

(p — волновое

сопротивление

коаксиального к а б е л я ) ;

m=2n/K=2nf/c

— постоянная

распространения

(с = 3 - 10s

м/сек;

f —

вгц).

щих допущениях:

а)

собственные емкости

обмоток

трансформатора

пренебрежимо

малы

и в расчетах не учитываются;

б)

сопротивление потерь

обмоток

трансформатора

также пренебрежимо

мало по сравнению с сопротивлением нагрузки (гл);

в)

потери мощности в трансформаторе оцениваются

его к. п. д. и

опреде­

ображений.

П о известным

параметрам антенны гл(со) п

.vA (co)

определяется

индуктивность

вторичной

обмотки трансформатора

i-2

»

(2-13)

Индуктивность катушки

с тороидальным

сердечником,

определяемая равен­

ством (2-10),

зависит от

числа витков и площади сечения

сердечника. Эти ж е

величины зависят от мощности передатчика и парамет­

ров

антенны. Действительно, напряжение

на

з а ж и м а х

Кпередатчиху

антенны, при котором

обеспечивается заданная

мощность

на

антенне,

(2-14)

Пренебрегая индуктивностью рассеяния, можно счи­

тать, что напряжение

на вторичной

обмотке

трансформа­

тора

1-4

Рис.

2-

U2 « «2 coSc

(2-15)

V2

L2lc2nfB,,

1,26-10- • U, | X

2Р,

которое с учетом неравенства (2-13)

можно

представить в виде:

"2 > 1,26ц

V

(2-17)

*РА

Здесь В т — индукция,

гс.

Таким

образом,

расчет

симметрирующего трансформатора

(рис. 2-11)

можно проиводить

в такой

последовательности: