книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

м

СИ СИ

Т “*

Ф Щых

4—0

Рис. 47. Схема (а) и характе­ ристики (б) магнитострикцион-

/ — характеристика трехрезонаторно­ го фильтра; 2 — то же, пятирезона­ торного; 3 — то же, семирезонатор­ ного; 4 — то же, трпнадцатнрезона-

торного.

влиянием электромагнитного поля камертон начинает колебаться. Благодаря совпадению частот электромагнитного поля и камерто­ на последний колеблется в режиме резонанса. На ножке камертона установлен пьезоэлектрический датчик 3, в котором возбуждаются те же колебания, что и камертона (UBbIX).

Чтобы устранить возможность появления колебаний двойной частоты, камертон помещают в поле постоянного магнита. Харак­ теристики затухания камертонных фильтров обеспечивают полосу пропускания в несколько десятков герц (рис. 48,6, в).

Язычковые фильтры. Такие фильтры (рис. 49, а) состоят из язычкового вибратора 1, электромагнитного преобразователя 4, возбуждающего механические колебания, и электромагнитного преобразователя 3, снимающего электрические колебания. Посто­ янный магнит 5 позволяет избавиться от колебаний двойной частоты. Язычковые фильтры дают возможность получить полосу про­ пускания в несколько герц (рис. 49, б).

71

Рис. 49. Устройство (а) и характеристика (б) язычкового фильтра:

/ — язычковый вибратор; 2 — магпнтопровод; 3 и 4 — электромагнитные пре­ образователи; 5 —постоянный магнит.

Пьезокерамические фильтры. Появление новых сегнетоэлектрическнх материалов с высокой временной и температурной ста­ бильностью (к ним относятся, например, твердые растворы метаниобатов свинца и бария типа КНБС) позволило создать малогаба­ ритные и широкополосные фильтры. Если расположить электроды определенным образом на поляризованной керамике, можно воз­ будить основные колебания по длине и толщине, колебания изгиба по грани, радиальные колебания диска и механические гармоники основных видов колебаний.

На рисунке 50 показана частотная характеристика затухания восьмидискового пьезокерамического фильтра. Каждый резонатор

Рис. 50. Схема и характеристика затухания восьмидис­ кового пьезокерамического фильтра.

73

этого фильтра — дисковый, диаметром около 15 мм. Длина указан­ ного фильтра составляет 35—40 мм, полоса пропускания от 7 до 11 кГц, минимальное затухание вне этой полосы 45—60 дБ, допу­ стимый сдвиг полосы пропускания фильтра при изменении темпе­ ратуры от 10 до 70° составляет ± 1 кГц.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1- Нарисуйте резонансную кривую одиночного контура и расскажите, Как опре­ делить по ней полосу пропускания контура.

2.Какие контуры называются связанными? Какие могут быть виды связи меж­ ду контурами?

3.Какая связь называется критической?

4.Расскажите о полосе пропускания связанных контуров.

5.Чем отличаются связанные контуры от электрических фильтров? Какие су­ ществуют виды фильтров?

6.Какие ХС-фильтры называются фильтрами типов К и т ?

7.Нарисуйте схемы и характеристики затухания фильтров нижних и верхних частот, а также полосовых фильтров типа К.

8.Назовите преимущества и характеристики дифферепциалыю-мостиковых филь­ тров перед всеми остальными видами LC-фильтров.

9.Объясните схемы однозвенных и двухзвенпых шести- н восьмнэлементных днфференциально-мостиковых фильтров.

10.Расскажите о схемах построения н характеристиках ??С-фнльтров.

11.Каковы недостатки и преимущества /?С-фильтров?

12.Расскажите об устройстве п характеристиках затухания резонаторных фильтров.

Г л а в а VI

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

1. Логарифмические единицы измерения

Причина появления логарифмических единиц. В радиоэлектро­ нике имеют дело с напряжениями, токами, мощностями, сопротив­ лениями и другими показателями, изменяющимися в очень широ­ ких пределах. При этом наряду с линейными единицами (вольт, ампер, ватт, ом, генри, фарада и т. д.) пользуются десятичными приставками к ним (милли, микро, пико, кило, мега и др.). Но не всегда удобно оперировать многоразрядными целыми или дробны­ ми числами, числами с большим количеством нулей или числами с многими значащими цифрами. Логарифмические единицы изме­ рения позволяют избавиться от этого недостатка и пользоваться малыми числами (единицами или долями единицы) даже в тех случаях, когда измеряемый или рассчитываемый параметр изменя­ ется в больших пределах.

Определение логарифмических единиц. Если при сравнении двух величин одна из них больше другой в 10 раз, то есть на одну ступень логарифмической шкалы, то принято считать, что вторая величина больше первой на один бел. Практически пользуются еди­

74

s= 101g — . ^2

Наряду с десятичными'часто употребляют также натуральные логарифмы (логарифмы Непера). Так, если сравнивают два напря­ жения U1 и U2, то пользуются выражением

Полученную величину измеряют в н е п е р а х (Нп). Соответственно для токов имеем (Нп)

Ь= In — .

Чтобы сравнить мощности Ру и Р2 в двух точках электрической цепи, нужно воспользоваться произведениями UyIy= P x и U2I2= = Р2, а также учесть, что основание натуральных логарифмов вы­ ражается числом е (е = 2,71828).

Так как

то

К =

Здесь величина b характеризует потери мощности, или затуха­

и токов в неперы или децибелы пользуются номограммой, приве­ денной на рисунке 51.

Уровни, Значения мощности, напряжения и тока в логарифми­ ческих единицах определяются по величине так называемых уров­ ней. Для этого устанавливают начальную точку логарифмической

75

Рис. 51. Номограмма для определения затуханий и усилений (в неперах и деци­ белах) по отношениям мощностей, напряжений и токов.

шкалы — нулевой уровень (абсолютный, измерительный, вспомога­ тельный и т. п.).

За абсолютный нулевой уровень в проводной связи принята мощность в 1 мВт. Мощность больше 1 мВт, то есть больше пуле­ вого уровня, соответствует положительному абсолютному уровню, мощность меньше 1 мВт — отрицательному уровню.

Мощность 2,5-10-4 Вт (0,25 мВт) соответствует абсолютному уровню:

р — — In — = — 0,695 Нп.

г2 0,25

Затухание. Между двумя точками электрической цепи затуха­ ние можно определить как разность уровней:

b = Pi — p2-

Так, если р\ = \ Нп, а /72= 0 ,5 Нп, то затухание 6 = + 1 — ( + +0,5) = 0 ,5 Нп.

76

Если pi = + l Нп, а д2= —0,5 Нп, то 6 = + 1 — (—0,5) = 1,5 Нп.

Усиление. Если р2 больше р ь например pi = + l Нп, а р2 = + + 2 Нп, то усиление, то есть отрицательное затухание

Ь = рх — рг — 1 — 2 = — 1 Нп.

Определение уровней. Уровни в той или иной точке цепи мож­ но определять не только по мощности, но и по току или напряже­ нию. Однако при определении таким путем затухания между точ­ ками цепи необходимо обеспечить равенство сопротивлений, к ко­ торым относятся измеряемые напряжения или токи. В проводной связи приборы для измерения уровней напряжения градуируются на 600 Ом, поскольку волновое сопротивление двухпроводной ли­ нии с проводами из цветного металла близко к 600 Ом.

Нулевому уровню (мощности 1 мВт) при сопротивлении 600 Ом соответствуют напряжение 0,775 В и ток 1,29 мА.

2.Виды усилителей электромагнитных колебаний

В зависимости от назначения различают усилители напряже­ ния, мощности и тока.

По принципу действия различают усилители на электронных лампах, транзисторах или насыщенных магнитных сердечниках' (магнитные усилители).

По частотному диапазону различают усилители низкой и высо­ кой частоты. Первые предназначаются для усиления колебаний

логерц.

По виду анодной нагрузки различают усилители на сопротив­ лениях, дросселях или трансформаторах. Применительно к раз­ личным источникам электропитания усилители могут изготовлять­ ся с сетевым, аккумуляторным или батарейным питанием. По конструктивному выполнению различают усилители стационарные

ипереносные.

3.Искажения сигналов в усилителях. Характеристики и параметры усилителей электромагнитных колебаний

Виды и причины искажений сигналов и характеристики усили­ телей. В усилителе усиливаемый сигнал может претерпевать ам­ плитудные, фазовые и нелинейные искажения. Для оценки этих искажений пользуются амплитудно-частотными и фазочастотными характеристиками, полученными при определенных-заранее задан­ ных параметрах усилителя.

Для неискаженного усиления необходимо, чтобы кривые на­ пряжения (тока, мощности) на ходе и выходе усилителя по ам­

77

Амплитудные искажения. Эти искажения оцениваются при по­ мощи амплитудно-частотной характеристики усилителя по откло­ нению коэффициента усиления k на любой частоте от коэффициен­ та усиления /г0 на средней частоте (рис. 52,в, д). Подобные иска­ жения имеют важное значение в усилителях звуковой частоты.

искажения, не ухудшающие существенным образом качество пере­ дачи. Хорошие усилители имеют неравномерность частотной ха­ рактеристики в 4—6 дБ.

Фазовые искажения. Такие искажения оцениваются при помо­ щи фазо-частотных характеристик реальных усилителей по наи­ большему отклонению их от характеристик идеальных усилителей {рис. 52,г). Фазовые характеристики показывают сдвиг сигнала во времени на выходе усилителя по сравнению со входом.

Вусилителях колебаний звуковой частоты такие искажения не представляют опасности, так как человеческое ухо реагирует толь­ ко на соотношение амплитуд спектра колебаний и не реагирует на фазовые сдвиги между отдельными составляющими.

Вусилителях импульсов фазовые искажения играют существен­ ную роль потому, что различный фазовый сдвиг между отдельны­ ми составляющими в спектре колебаний приводит к искажению формы импульсов. Большое значение имеет линейность фазовой

характеристики и для телевизионных усилителей.

Нелинейные искажения. Вследствие некоторой нелинейности характеристики лампы усиливаемые синусоидальные колебания

78

становятся несинусоидальнымн и на выходе усилителя наряду с первой гармонической составляющей выделяются колебания вто­ рой, третьей и всех других гармонических составляющих. Коэф­ фициент нелинейности

■100

/

где п — номер гармоники.

В усилителях, применяемых на радиовещательных студиях, до­ пустимая величина у = 1 —2%; в усилителях, применяемых в ра­ диотрансляционных узлах, звуковом кино и в аппаратуре звуко­ воспроизведения, у = 4 —5%. В тех случаях, когда достаточно обе­ спечить разборчивость передаваемой речи (телефонные каналы), коэффициент нелинейности у = 1 0 —15%. В телефонных каналах служебного пользования могут применяться усилители с у >

>1 5 % .

Втелевизионных усилителях присутствие наряду с основными

частотами высших гармонических составляющих не оказывает за­ метного искажающего действия на изображение. Для таких уси­ лителей допускается у = 1 0 — 12%.

Параметры усилителей. К ним относятся:

а) коэффициенты усиления (по напряжению), току или мощ­ ности) ;

б) данные, входной цепи (напряжение на входе UBX, входное сопротивление Znx) ;

в) данные выходной цепи (мощность -РВых или напряжение Uвых на выходе усилителя, номинальное сопротивление нагрузки выхода ZH) ;

г) рабочий диапазон частот или полоса пропускания; д) искажения, вносимые усилителем.

4.Усилители на электронных лампах

иклассы усиления -

Область применения усилителей на электронных лампах. В та­ ких усилителях используются разнообразные лампы: триоды, те­ троды, пентоды. Благодаря большим усилительным возможностям электронных ламп область применения рассматриваемых усили­ телей чрезвычайно обширна. С их помощью производится усиление напряжений, мощности, токов, импульсов и сигналов разнообраз­ ной формы. Помимо типа применяемых ламп и принципов постро­ ения схем, на работу усилителя существенное влияние оказывает выбранный класс усиления.

Классы усиления. В зависимости от выбранного режима рабо­ ты электронной лампы различают классы усиления А, В и С.

Класс усиления А (рис. 53, а ) соответствует режиму реботы, при котором напряжение смещения на управляющей сетке — Ес и

79