аналогично с предыдущим фильтром при L1=L2 , n=3 ,Q=1 имеем Ф3=51 (2% третьей гармоники) , то есть фильтр весьма хороший для гармоник напряжения.
Ещё лучшими свойствами обладают фильтры четвёртого порядка составленные , либо из двух Г – образных звеньев, либо из двух контуров, например, последовательнопараллельного или наоборот.
1.3.2 Трансформаторы |
|
Трансформатор – устройство из двух или более к |
атушек индуктивности, |
имеющих общий магнитный поток. |
|
Назначение трансформатора – согласование сопротивлений между каскадами, т.е. согласование Rэ генератора с сопротивлением нагрузки Rн.
Трансформатор – широкополосная колебательная цепь. На схеме он изображается, как показано на рис.1.25а.
Параметры трансформатора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W2 |
|
U2 |
|
i1 |
|
|
|
||||
– коэффициент трансформации m = |
= |
= |
= |
R н |
, |
|||||||
|
||||||||||||
|
W |
|
U |
1 |
|
i |
2 |
|
R |
э |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
где W – число витков в обмотке;
–нижняя ωн и верхняя ωв частоты среза, определяющие полосу пропускания;
–расчетная мощность трансформатора Ртр;
–КПД, величина которого обычно близка к 1.
Рис. 1.25 Схемы трансформатора
30
При анализе КЦ пользуются эквивалентной схемой трансформатора (рис 1.25 б). Здесь Lμ – индуктивность намагничивания, определяемая, как индуктивность холостого хода трансформатора. Вместе с сопротивлением источника эта индуктивность
определяет нижнюю граничную частоту: fн = Rист
Lµ
Lр – индуктивность рассеяния, возникающая из-за неполной связи между обмотками и определяемая, как индуктивность короткого замыкания трансформатора. Вместе с сопротивлением нагрузки индуктивность определяет верхнюю граничную
частоту:fв = mR2Lн p .
Если трансформатор имеет сердечник, то материал сердечника, вследствие потерь в нем, тоже влияет на верхнюю граничную частоту.
Кроме того, наличие сердечника определяет связь между напряжением и числом витков в трансформаторе по следующеи классической формуле (для гармонического колебания):
U = 4,44W f Вm S 104
Где U – амплитуда напряжения [В];
Вm – максимальное значение индукции [Т];
S – сечение сердечника, [см2];
f – частота [Гц].
Для импульса длительностью τ [с] имеем:
U = W Вm S 104
τ
Формула (1.6) применяется при расчете ключевых (импульсных) режимов ГВВ.
(1.5)
(1.6)
В настоящее время есть широкий выбор материалов сердечников на частоты до единиц ГГц. И ограничивающим фактором обычно выступает индуктивность рассеяния. Применяя ту или иную конструкцию, ее стараются уменьшить. Так, Ш-образный сердечник заменяют кольцевым, затем броневым сердечником, делают связь между обмотками через короткозамкнутый виток и т.п. Кардинальным же решением этого вопроса является применение трансформаторов ТДЛ – типа длинной линии. Конструктивно он представляет собой скрученную из двух проводов обмотку (длинная линия), намотанную на кольцевом сердечнике, как показано на рис. 1.26 а). Здесь же показано, как такой трансформатор изображается на схеме, рис.1.26 б).
31
Рис. 1.26 Трансформатор ТДЛ
ТДЛ принципиально не имеет индуктивности рассеяния ввиду 100% связи между обмотками:
I1 = −I2 , Uвх = Uвых , m =1, число витков определяет нижнюю граничную частоту fн.
Трансформатор, показанный на рис.1.27, можно применить для перехода от симметричного включения к несимметричному (рис.1.27 а) и наоборот, для получения инверсии колебания (рис.1.27 б).
Рис 1.27 Использование одного ТДЛ
С помощью ТДЛ можно получить и трансформацию колебаний m>1. Для этого надо включить несколько трансформаторов ТДЛ. На рис.1.28 показано получение m = 3 с помощью трех трансформаторов, параллельно включенных по входу и последовательно на выходе (рис. 1.28 а) и m=2 с помощью одного трансформатора (рис.1.28 б).
32
Рис. 1.28 Пример получения m=3 с помощью ТДЛ
На частотах, где потери в сердечнике становятся большими, можно вообще отказаться от сердечника, используя отрезки кабеля и другие длинные линии.
1.4 Принципиальные схемы генераторов с внешним возбуждением
1.4.1 Способы включения активных элементов
Свойства схемы генератора определяются не только типом активного элемента, но и способом его включения в схему. Рассмотрим способы включения АЭ. Как известно, для трехэлектродных АЭ их три:
–с общим эммитером, коллектором, истоком;
–общей базой, сеткой, затвором;
–общим коллектором, анодом, стоком.
Схема с общим эмиттером представлена на рис.1.29.
Рис. 1.29
Эта схема создает как усиление по напряжению, так и по току, и поэтому обладает
наибольшим усилением по мощности:
KP = Ku KI .
33
Кроме того, происходит инверсия фазы, т.е. Ku – (-). Входное активное сопротивление равно сопротивлению АЭ. Входная емкость увеличивается за счет проходной емкости Ск:
Cвх ≈ Cбэ + Ku Cк , что создаёт трудности при ключевых режимах.
С увеличением частоты коэффициент усиления токаβ снижается и на частотах близких wt приближается к 1. Таким образом, использование этой схемы включения ограничивается частотой wt.
В резонансных схемах входная емкость не влияет на режимы работы, т.к. она входит в КЦ источника возбуждения. Но в импульсных схемах входная емкость требует определенных затрат энергии источника и тем самым снижает коэффициент передачи по мощности.
Схема с общей базой представлена на рис.1.30.
Рис. 1.30
Эта схема имеет усиление только по напряжению, т.к. КI ≈ 1, КP ≈ Ku, и не инвертирует фазу входного колебания: Ku – (+). Входное сопротивление имеет малую
величину: |
r |
|
= |
|
rбэ |
|
– для биполярных транзисторов; |
|
1+β |
||||||
|
вх |
|
|
||||
r |
|
= Uвх |
≈ Uвх – для всех АЭ, т.к. Iвх ≈ Iвых. |
||||
вх |
|
|
Iвх |
|
Iвых |
||
|
|
|
|
|
|||
Входная емкость не превышает входную емкость АЭ. Обычно схема с общей базой (затвором, сеткой) применяется на частотах близких и больших wt, когда нецелесообразно использование схем с общим эмиттером (истоком, катодом) . При этом даже на частоте wα
усиление снижается только в 
2 раз, применяется она в основном в диапазоне СВЧ.
Таким образом, схема с общей базой (затвором, сеткой) является наиболее
высокочастотной.
Схема с общим коллектором представлена на рис.1.31.
34