Это следует учитывать и в схемах с частичным включением контура.
Поскольку RH= p2 QH = p2(rП+rЦС)QН2 – резонансное сопротивление нагруженного контура (p<1), очевидно, что RНЕН=p2 QL=p2rЦСQL2 – резонансное сопротивление ненагруженного контура. Оно определяет максимально достижимое значение RН при регулировке rП и фиксированном коэффициенте включения р.
Чем больше RНЕН контура по сравнению с RНКР, тем меньше будут потери в ЦС.
Если ввести отношение |
a |
Rнен |
|
|
|
|||
|
R |
|
(22) |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
нкр |
|
||||
то ЦС =1–QН/QL (21) нетрудно представить формулой |
||||||||
цс 1 |
|
Rн |
|
1 |
Rн |
|
||
Rнен |
aRнкр |
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
(23) |
||
из которой видно, что в КР (при RН=RНКР) ЦС КР=1–1/a растет с увеличением отношения а.
24
Из (19), (23) и идеализированной нагрузочной характеристики Pl=f(RH/RНКР)
получим (рис.11). |
P |
|
R |
Н |
|
R |
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
П |
|
|
1 |
|
|
при R |
Н |
R |
НКР |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
P1КР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
RНКР |
aRНКР |
|
|
|
|
|
|||||
|
P |
|
R |
|
|
R |
|
|
при RН RНКР |
(24) |
|||
|
П |
|
|
|
1 |
|
Н |
|
|||||
|
|
|
НКР |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
P1КР |
|
RН |
|
aRНКР |
|
|
|
|
|
|||
При больших значениях отношения а (а > 2) максимальная мощность передается в нагрузку в КР.
Рис.11. Зависимости РН (RН) и ЦС(RН) ЦС при различных значениях RН/RН КР
Если же RНЕН настолько мало, что а <2, то максимум мощности передается в нагрузку в при RH= RНЕН/2, т.е. в HP.
Как следует из (23), здесь ЦС=0,5, т. е. лишь Pl КР/2 является полезной.
Малые отношения RНЕН/RНКР встречаются
редко, например, если лампа работает на весьма высоких частотах и достижимое значение RНЕН ограничено собственными
емкостями лампы и монтажа. |
25 |
а) |
б) |
(jВ2) |
Рис.10. Схема ЦС транзистора с нагрузкой с учетом потерь в индуктивности (а)
иее преобразование (б), удобное для расчета КПД
ВЦС транзистора с нагрузкой (рис.10а, пл.17) сопротивление rЦС и проводимость
GП включены в разных ветвях. Поэтому для расчета ЦС сначала определим сопротивление последовательной эквивалентной схемы цепи GП, jВ2 (рис.10б).
Y=1/Z=1/(r+jx)=(r-jx)/(r2+x2)=r/Z2-jx/Z2=g-jb; r=gZ2=g/Y2=g/(g2+b2) |
|
|||||||||||||||||
При этом r |
ПЭ |
=G / (G |
2+В 2). |
Для расчета |
ЦС |
можно использовать формулу |
||||||||||||
|
П |
П |
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ЦС=rП/(rП+ rЦС)=1- rЦС/(rП+ rЦС), |
|
заменив rП на rПЭ. |
|
|||||||||||||
Вводя коэффициент h= –Х3С/Х3, запишем |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
r |
X3L |
|
|
X3 X3C |
|
(1 h) |
|
X3 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
цс |
|
QL |
|
QL |
QL |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
26 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При rЦС<<rПЭ |
|
|
практически |
не |
изменятся условия согласования |
|||||||||||||||||
B3= –B1 и B1 |
|
|
|
|
|
|
в соответствии с которыми В32=GПGНКР=1/X32, |
|||||||||||||||
GнкрGп |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
получим |
rцс |
|
|
1 h |
|
|
|
rпэ |
|
|
1 |
|
|
|
||||||||
X3=1/(GПGНКР)1/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
G |
|
|
|
||||||||
Q |
|
G G |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
н |
|
|
|
||||
|
|
|
|
L |
|
|
п нкр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rцс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gнкр |
|
||||
|
|
|
|
|
1 1 |
|
|
|
Gп |
|
|
|
|
|
||||||||
|
цс |
|
1 |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
r |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
G |
|
|
G |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
пэ |
|
|
L |
|
|
|
нкр |
|
|
п |
|
|
|
||||
(25)
Из (25) следует, что увеличение параметра h (т.е. индуктивности L) при заданных GП, GНКР и QL сопровождается уменьшением КПД ЦС= ЦС.
Таким образом, улучшение фильтрации высших гармоник обусловливает рост мощности потерь в ЦС (рис. 8б пл.13).
Рис. 8. Зависимости мощности потерь в ЦС (б) от параметра h=ХСЗ/Х3
27
Сложные ЦС АЭ с нагрузкой на заданной частоте
Если требования к фильтрации высших гармоник в выходном ГВВ с простейшей одноконтурной ЦС АЭ с нагрузкой оказываются нереализуемыми, а КПД ЦС неприемлемо малым, то используют сложные ЦС в виде каскадно соединенных двух (и более) простых ЦС (рис.12а).
r |
П |
rП |
|
|
|
а) |
|
б) |
Рис.12. Двухзвенная сложная цепь согласования АЭ с нагрузкой (а); вариант с трансформаторной связью - (б)
В оконечной ЦС rП преобразуется в некоторое сопротивление r'П, которое служит нагрузкой для промежуточной ЦС. Сопротивление r'П и элементы
промежуточной ЦС выбирают так, чтобы ее КПД был достаточно высок.
Для оценки фильтрации гармоник нужно найти ZНn на частоте n-й гармоники и затем определить активную составляющую сопротивления нагрузки RНn в цепи
коллектора.
Сложную ЦС с трансформаторной связью с нагрузкой (рис.12б), используемую в ламповых каскадах, можно привести к схеме на рис.12а, заменив трансформатор28 его эквивалентной схемой.
Рис.12. Двухзвенная сложная цепь согласования АЭ с нагрузкой: вариант с емкостной связью - (в)
в)
Сложная ЦС выходного каскада на транзисторе, состоящая из двух П-звеньев (рис.12в), с тремя емкостными связями хорошо фильтрует гармоники.
Зависимость КПД выходной ЦС от коэффициента фильтрации по току для одиночного (m=3) и сдвоенного
(m=5) П-контуров при Zвх=Zн=Rн , Qхх=QL=250, QC=∞.
29
Для фильтрации гармоник 2 , 3 в передатчиках большой мощности, работающих на фиксированных частотах (ТВ, РВ) в ЦС включают режекторные фильтры (рис.13) в виде последовательных или параллельных контуров с частотами резонанса 2 , 3 .
L1 |
L2 |
L3 |
L1 |
L2 |
|
L4 |
L5 |
C2 |
C4 |
|
|
C1 |
C3 |
C5 |
|
C1 |
C2 а) |
|
б) |
|
|
|
|
Рис.13. Дополнительные резонансные контура для улучшения фильтрации гармоник.
Сопротивление последовательного контура L4C1 (рис.13а) на частоте XL4C1( ) = XС1экв, на резонансной частоте n XL4C1(n ) в n2)QХХn меньше.
Для параллельного контура L1C2 (рис.13б) на частоте XL1C2( ) = XL1экв,
на резонансной частоте n XL1C2(n ) в n2)QХХn больше.
Выигрыш в фильтрации n-гармоники для к контуров режекции составляет
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
k |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
ххn |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|||
j 1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
Сложные цепи межкаскадного согласования применяются также в схемах, обеспечивающих гармонические ток или напряжение в нагрузке.
Простая ЦС может быть конструктивно нереализуемой. Тогда используются схемы, аналогичные показанным на рис.14, где введены промежуточные ЦС:
а – с трансформаторной, создающей гармоническое напряжение на входе следующего каскада;
б – с емкостной, с возбуждением следующего каскада гармоническим током.
|
Uвх |
|
Iвх |
|
|
||
|
|
||
|
|||
а) |
б) |
||
Рис.14. Схемы межкаскадной связи: а – с трансформаторной, создающей гармоническое напряжение на входе следующего каскада; б – емкостной, с возбуждением следующего каскада гармоническим током
На очень высоких частотах часть элементов этих ЦС составляют собственные емкости и индуктивности трансформаторов, ламп или транзисторов.
31
Цепи согласования АЭ с нагрузкой в заданной полосе частот
Если передатчик предназначен для работы в диапазоне частот (до октавы), удобнее строить его каскады так, чтобы при смене частоты не требовалась перестройка ЦС.
ЦС должна обеспечить постоянство мощности в нагрузке в рабочей полосе частот. Для этого входное сопротивление ЦС д.б. близким к оптимальному для АЭ.
При наличии реактивных составляющих в выходном сопротивлении генератора ZГ или нагрузки ZП точно согласовать генератор с нагрузкой в конечной полосе частот невозможно.
Существуют ограничения, связывающие неточность и полосу согласования со значениями реактивных элементов в ZГ и ZП.
Мерой неточности согласования генератора и преобразованного ЦС сопротивления нагрузки является модуль коэффициента отражения |Г|, определяемого равенством
Г = (ZГ–ZН) / (ZГ+ZН) |
(27) |
При Г в ЦС передается мощность РН, связанная о мощностью РНСОГЛ. |
|
отдаваемой в согласованную нагрузку, соотношением |
|
PН = (1–|Г|2) РНСОГЛ = |t|2 РНСОГЛ |
(28) |
где t = 1–|Г|2 называется функцией передачи. |
32 |
Рассмотрим два важных для практики случая:
•сопротивление генератора ZГ представляется параллельным соединением
активного сопротивления Rг и выходной емкости АЭ Сг, а нагрузка чисто активная
(рис.14а) (задача согласования выходного АЭ с нагрузкой);
• сопротивление генератора чисто активное (ХГ=0), a ZП в рассматриваемой полосе представляется последовательным соединением LП и RП (рис.14б) (задача межкаскадного согласования на частотах, на которых во входном сопротивлении АЭ
доминируют индуктивности вводов).
RГ СГ RГ LП
Рис.14. Схемы включения широкополосной ЦС генератора, имеющего выходную емкость СГ с активной нагрузкой RН - (а), и генератора с нагрузкой,
последовательно с которой включена индуктивность LП - (б)
Связь максимально допустимой полосы согласования СОГЛ с мерой рассогла- сования | Г | внутри полосы и параметрами генератора и нагрузки определяют формулы Фано.
33