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

где

со — текущее значение

частоты,

©„ = "}/

— средняя

частота

полосы

пропускания

полосового

фильтра;

Q — нормализованная

частота

низкочастотного прототипа.

В результате указанного преобразования

АЧХ полосового филь­

тра

(рис. 2-23, о)

преобразуется

в

характеристику

НЧ-прототипа

(рис 2-23,6). Пр и этом характерные частоты

полосового

фильтра

1)

ЫМ1

6)

/'!

|

\

1

\

wt

ш0

w2

ш3

!

\ —

^

£/=-/

0 Я2=1 Я3

Рис. 2-23

щ->&1=—1,

со0 = ] / © 1 ю 2 - у Й 0 = О,

© 2 - * Q 2 = l ,

co4->Qo = — !

[ с о » — M l u 3 a

2 2

3

3 o)a — ш Д 3

ш3

г м ( / 0 ) 1 = ,

, 2 ;

2

_ ,

(2-48)

\ +

в2Т1(Щ

где е — коэффициент

неравномерности АЧХ; Тп

(Q) — полином

Чебышева я-го

порядка, который может быть представлен в виде:

Тп (Q) = ( Q + Y

W Z r ^

+ ( Q

+

. .

(2-49)

На частоте среза

( Q = l )

функция

(2-48)

д о л ж н а удовлетворять условию

Если учесть, что

Г п 2 ( 1 ) = 1 [см. (2-49)],

то, разрешая равенство (2-48)

отно­

сительно Б 2 , получим

соотношение

1 — Да

которое позволяет

определить коэффициент

неравномерности передаточной

функ­

ции в полосе пропускания по заданной величине Да.

На_ частоте Q3

передаточная функция

должна удовлетворять условию:

п « W U + W .

( 2 . 5 2 )

Оптимальным количеством

элементов в фильтре следует счи­

тать /г = 3-=-5.

Большее количество элементов в фильтре приводит

к усложнению

схемы

фильтра

и его громоздкости; уменьшение —

к увеличению

общего

количества переключаемых фильтров и, сле­

фильтра,

взяв «иг несколько

меньшей

первоначальной.

Уменьшение

Ш2 приведет к увеличению

£23 =

! — ( ш з - ^

С02 — щ \

ш з

что согласно (2-52) уменьшит п.

3. П о

таблицам нормализованных

параметров

(см. табл. П-4)

определяются величины элементов низкочастотного

прототипа U

и сп дл я

найденного выше

значения

в2 и п. Если

найденному зна­

полосового фильтра, осуществляется умножением

всех

емкостей сп

на

множитель

1

— Mi)

, т.

е.

Сп.

Ян (Ш2 — COi)

Ян (« а

индуктивности

/„ — на

•со,

, т. е. L n -

со,— со.

и сопротивлений г — на Ru=Rrp,

т. е. Ra

— >'Rrp — 1 '-^гр

5. Преобразование

низкочастотного

фильтра

с параметрами

L n ,

Сп и RB в

полосовой

фильтр

производится

путем

включения

L -

1

-

1

<в1 0)2 С„

L"-' <?»-/

l l сг

С„-2 I

\L„-

Рис. 2-24

и последовательно

индуктивностям

НЧ - фильтра — емкостей,

вели­

чина которых д о л ж н а быть

1

1

<1п

C0xC02Z.„

Схема

такого полосового

фильтра

представлена

на

рис. 2-24.

6. Производится

преобразование

сопротивления

нагрузки

рас­

считанного

полосового фильтра

Ru=Rrp

в сопротивление

г н =г В х . с . у -

,n =

VrttlRH=VrHIRrp

(2-53)

Параметры схемы замещения связаны с трансформируемым элементом схемы

следующими соотношениями:

1 — т

У" = У

т (in — 1)

(2-54)

У

У

для схемы замещения 2-25, а и

У =

= ,

г" = — ,

•jln

_ т'

( т ' — 1)

(2-55)

г

z

т.

Как видно из приведенных

формул,

одни из элементов

схемы

замещения

при любом т имеет отрицательное значение.

В

силу этого

место

включения

идеального трансформатора или, вернее,

его схемы замещения

д о л ж н о быть вы­

брано

таким образом, чтобы это отрицательное

сопротивление (проводимость)

могло

быть

скомпенсировано частично

или

полностью

другими

элементами

схемы.

В связи с этим

при т < 1

целесообразно

применять

первую

схему

заме­

щения

(рис. 2-25, а)

и

включать

ее в точках

1—1' (рис. 2-24). В

этом

случае

схема

фильтра

принимает вид, изображенный

на рис. 2-26,

я, где

L'„ =

Ln(l-m),

L " n =

mLn,

L"' = т (m -

1) L„ .

(2-56)

С'п = Сп(1-т'),

С'п = т'Сп,

С™ = т {т - \ ) Сп .

(2-57)

L ' k =

Lkm\

r H =

r ? H m 2 -

(2-58)

а емкости поделены на т2,

C'k = Ck/m2,

где

k=

1, 2, 3, . . .

(2-59)

мулам (2-56) при т<1

и (2-57)

при т>\. После этого

опреде­

ляются параметры элементов трансформированной части

фильтра

по формулам (2-58) и

(2-59).

Окончательная схема полосового

ленный на рис. 2-26, а (т<\)

и б

( / п > 1 ) .

2-8. Расчет промежуточных

каскадов, работающих

в перенапряженном

режиме

Д л я обеспечения

постоянства

амплитуды напряжения

возбуж­

дения на входе возбуждаемого каскада в промежуточных

к а с к а д а х

менять лишь при усилении

немодулированных по амплитуде коле­

баний. В каскадах, работающих в р е ж и м е

усиления

модулирован­

ных колебаний с изменяющейся во времени

огибающей (ОМ, A M ) ,

перенапряженный режим

недопустим, так

ка к вызывает искаже ­

ния огибающей модулированного сигнала.

Исходными данными для расчета промежуточных

каскадов яв­

определяемая из условия устойчивой работы

возбуждаемого

кас­

када (см. главу 1); 2) амплитуда напряжения возбуждения

по­

следующего каскада; 3) диапазон рабочих частот; 4)

колебатель­

ная мощность, потребляемая входной цепью последующего

кас­

када, Pgi или Ра. При расчете промежуточных

каскадов предпола­

гается, что выбор усилительного элемента (лампы или

транзистора)

произведен при расчете структурной схемы (см. главу

1).

межуточных

контуров

выходного

каскада

(см. §

2-5).

В целях

облегчения

сопряженной настройки

промежуточных

каскадов с

выходным

в

качестве

нагрузки

промежуточных каска-

С

С

К. МНИ. П. К

'

К. МИН. Б. к'

Если

это условие

выполняется,

то необходимо рассчитать

лишь

дополнительную

емкость

^•0=

^вых. в. к

(С"вых. п. к "t" С в х . в .к ) ,

которую

следует

включить

в

контур промежуточного каскада,

с тем чтобы минимальные емкости

контуров обоих

каскадов

(про­

межуточного и выходного) были

одинаковы.

В тех

случаях когда указанное

выше условие

не выполняется

настройки, необходимо расчет произ­

вести занов'о.

Расчет

контура

производится

по

тем

ж е формулам

и в той ж е

последо­

вательности,

что

и

расчет

промежу­

точных контуров

выходных

каскадов

(см. § 2-5). Отличие лишь в том, что

при

расчете

минимальной

емкости

Р и с - 2

- 2 7

контура необходимо учитывать вход­

ную емкость л а м п ы

возбуждаемого к а с к а д а и емкость делителя

(в

случае

емкостной

связи

м е ж д у

к а с к а д а м и ) . С

учетом

этого

минимальная

емкость

контура

будет

О

=С

+С 4 - С , + р2С +С +С .

к. мин

вых 1 м 1

L 1

вх 1

д 1 под

Коэффициентом включения контура в сеточную цепь лампы

следующего

каскада

и емкостью делителя следует задаться, при­

няв их равным р е

= 0,бч-0,8 и С д = 5 - М 5

пф.

В тех случаях когда промежуточный каскад используется для

возбуждения

каскада, выполненного

по

двухтактной

схеме,

его

возбуждаемого каскада .

Симметрия достигается путем заземле ­

ния средней

точки контура

(рис. 2-27).

Если

емкости

делителя

Ci и С 2 равны, то на вход

следующего каскада

будут

подаваться

два одинаковых и противофазных напряжения .

При

этом контур

оказывается

включенным

в

анодную

цепь

лампы промежуточного

каскада с коэффициентом

включения

р =

— = 0 , 5 ,

та к как

d = C% Поэтому расчет

Qi + Са

эквивалентного

сопротивления

контура

следует производить по формуле:

flso =

P2pQ = 0,25pQ.

Я=эом1ш, я в л я ю щ а я с я исходной дл я

расчета

режима

усилительного

элемента.

Расчет р е ж и м а усилительного

элемента

имеет

целью опреде­

разно производить в следующем

порядке.

1. Д л я

обеспечения

перенапряженного

р е ж и м а работы

во

всем

диапазоне частот достаточно обеспечить граничный режим

работы

усилителя

на той частоте,

на которой R3o = Яшшп-

Поэтому

прини­

маем

ЯэОмян~Ягр-

2.

З а д а е м с я

углом

отсечки

анодного

тока.

Очень

часто

один

и тот

ж е

промежуточный

каскад

используется

ка к

усилитель

на

одних

поддиапазонах

и

как

у

— • — у м н о ж и т е л ь

частоты — на

дру­

гих. В

таких

к а с к а д а х

угол

от­

сечки анодного тока принима­

ется г[) = 60-г-70°.

Если

к а с к а д

используется

только в

р е ж и м е

усиления, угол отсечки прини­

мается

равным

•ф = 80-^90°. За ­

давшись углом

отсечки, по таб­

а.шс

с<7

лицам

или

г р а ф и к а м

находят

коэффициенты р а з л о ж е н и я

ко-

Рис.

2-28

синусоидального

импульса

an,

3.

Рассчитывается

необходимая

величина

импульса

анодного

ния:

_

Ил%п "V R 30 м н н

(Рвозб—^gl)

где ап

— коэффициент

разложения

амплитуды

гармоники

анодного

тока,

на которую настраивается контур в данной точке

диапазона,

т. е. на частоте, где Яэ о = Яэомин.

i&=f(ug\,

ид2,

4.

Н а

семействе

анодных

характеристик

лампы

ug3,

« a )

(рис. 2-28)

откладывается

найденное значение

импульса

анодного тока и находится точка, соответствующая

граничному

режиму

(точка А

на

рис. 2-28). Координаты этой точки

д а ю т зна­

чения

остаточных

напряжений

на электродах

лампы ие\

м а к с ,

"а . мин-

Если

рассчитываемый к а с к а д д о л ж е н работать в буферном ре­

жиме, то требуемый

импульс анодного тока должен

обеспечиваться

П р и

Ugi макс < 0 .

5.

Рассчитывается

амплитуда напряжения

на нагрузке

f / m

= " | / 2 / ? s 0 „ H H

( P M s e - P g l )

,

(2-60)

6.

Определяется

величина напряжения анодного источника

Еа =

мин ~\~ Uтш

При больших значениях /?эомии может оказаться,

что

постоянное

напряже­

ние на аноде значительно больше допустимого

для данной лампы. В

этом

слу­

чае

необходимо

уменьшить сопротивление

контура,

например

путем

неполного

его

включения

в

анодную

цепь. Д л я

определения

необходимого

коэффициента

включения р

можно

задаться

величиной

постоянного

напряжения на

аноде Еа

н определить амплитуду

напряжения

па нагрузке

и

— е

и

\

и'

u r p m

^ а

а. ыии '

и gnv

По

известной

величине

U r

p m и

мощности,

рассеиваемой на нагрузке, нахо­

дится

требуемое

значение

сопротивления

нагрузки

в

граничном

режиме

U2

^

_ г р '"

Г Р

2 ( Р в о з б ~ Р й 1 ) '

а затем рассчитывается требуемый коэффициент включения контура

в

анодную

цепь

р = ^Rrp/Rao

мин .

значение

которого принимается постоянным на всех

поддиапазонах

рассчитываемого

каскада.

Уменьшить

сопротивление

^оомнп

д о

величины,

равной /?Г р,

можно

за

счет

увеличения начальной емкости контура. В этом

случае по

известной величине

Rrp

определяется

волновое

сопротивление

контура

ptmn=RrplQ,

а

затем

минималь­

ная емкость

контура

_

1

159-103

,

^к. мни

шРмнн

— ~

/Рмии

где / и р рассчитываются для той частоты, на

которой

в

предварительных

рас­

четах сопротивление нагрузки было минимальным.

Следует

заметить,

что

уменьшение

эквивалентного

сопротивления

контура

за

счет увеличения

его

начальной

емкости

вызывает

увеличение

коэффициента

перекрытия конденсатора переменной

емкости

(если настройка контура осуществ­

ляется изменением его емкости), что

не всегда может быть обеспечено.

После расчета RtJI необходимо

уточнить

величину импульса анодного тока

^al = ^l-^am> ^a2 —

am'

• • • ' ^ал =

^п}am'

8. Определяется колебательная

мощность

на различных ( и с ­

пользуемых в данном каскаде)

гармониках в

граничном режиме

г г

ц г1макс

^gB

1 — cos \р

затем определяется величина напряжения смещения

Egi

— UgiUBKC

Ugm.

димо

произвести, по

крайней мере, для двух (крайних)

точек

к а ж ­

дого

поддиапазона.

Расчет производится в следующем порядке:

1.

Рассчитывается амплитуда колебательного

напряжения

г/

т] \ л /

7— 2 , 5 P g l / P r p n

Г Р Ш

V

4 + 2 , 5 t / r p m / ( / ? s . / a „ )

'

где R0o— сопротивление нагрузки с учетом коэффициента

вклю­

чения в анодную цепь.

2.

Определяется необходимый коэффициент включения анод­

ного

контура рассчитываемого

каскада в цепь управляющей

сетки

возбуждаемого каскада

Р . -

S

~

Uшмакс ~Ь

Uтмин

где U'gm—амплитуда

н а п р я ж е н и я возбуждения, которую необхо­

димо

обеспечить на

входе

следующего каскада;

( / т ш ш

и £Лпмакс —

лебательного напряжения во всем диапазоне частот.

3. Рассчитывается

эквивалентное

сопротивление

нагрузки

с учетом

влияния входного сопротивления возбуждаемого

каскада

Rao

где RayL =

Uй,п/(2Р&\)

— в х о д н о е сопротивление

возбуждаемого

кас­

када .

4. Находится параметр х, характеризующий

напряженность

ре­

ж и м а :

X — Ra^rpn = R^a

m>

Р

=Р

7

при х >

1,25

1

п

' грл 4х +

2,5

или

Л <

Pr t

=

P r p n x ( 2 — х ) при

1,25.

В заключение производится

расчет

делителя, обеспечивающего

возбуждаемого

к а с к а д а pg.

Н а

практике

наиболее

часто

исполь­

зуется емкостная связь между к а с к а д а м и и

несколько

р е ж е —

автотрансформаторная

(рис. 2-29,

а и

б ) . Это

объясняется тем,

что коэффициент деления емкостного дели­

теля,

в

отличие от

индуктивного,

практи­

а)

6)

чески не зависит от частоты. Поэтому в

широкодиапазонных

передатчиках

целесо­

т ±г-рСг

Л

образно применять емкостную связь между

каскадами .

Автотрансформаторная

ж е

7"

связь может использоваться лишь в срав­

нительно

узкодиапазонных

передатчиках.

Рис.

2-29

Коэффициент включения контура в цепь

сетки

следующего

каскада

(коэффициент

деления

делителя)

в ы р а ж а е т с я

через

емкости

делителя

следую­

щим

образом:

С2 Ci -{- с*,

где С д — емкость делителя,

которой следует задаться при

расчете

минимальной емкости

контура.

З н а я

емкость делителя

и требуемый

коэффициент

включения,

находят сначала емкость C%=CAlpg,

а затем емкость

Следует помнить, что емкость С 2 всегда будет включать в себя

входную

емкость лампы следующего

каскада,

т.

е . С а

=

С 2 4 - С в х .

емкости С 2 используется только входная емкость л а м п ы

следую­

щего каскада . В этих случаях емкость С\ находится из

условия

PgCax