Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Фильтрация сигналов и согласование нагрузок. Учебное пособие
.pdf
Контрольныевопросыкглаве6
Контрольные вопросы к главе 6
1. В чем отличие напряжений на входе и выходе отрезка идеально согласованной линии?
2. Почему при использовании отрезка длинной линии для инвертирования напряжения на его выходе коэффициент передачи
на низких частотах стремится к нулю?
3. Каким способом можно улучшить АЧХ фазоинвертора на отрезке длинной линии (см. рис. 6.7)?
4. Как должны соотноситься числа витков средней и верхней линий, намотанных на одном ферритовом сердечнике, в ШТЛ
с коэффициентом трансформации 1:3 (см. рис. 6.11)?
5. При каких условиях коэффициент передачи ШТЛ без фазокомпенсирующей линии станет равным нулю?
6. Какой основной недостаток ШТЛ?
101
11
;
Z
a
a
1
1
;
Z
a
a
1
1
;
а
′
I
a1
′′
I
a1
Z
каж
′′′
II
aа11
и
II
aа11
,
ZZ RR
р
7. Сложение мощностей ГВВ
7.1. Параллельная схема сложения
сли требуется увеличить мощность передатчика, то используют параллельное или последовательное включение активных
Е
лим сопротивление нагрузки, ощущаемое каждой лампой с помощью
закона Ома:
приборов. При параллельном включении (рис. 7.1) опреде-
аaa
здесь
U
a
I
U
a
I
каж
каж
— амплитуда напряжения (векторная величина) на аноде;
I
a
1
1
1
R
(7.1)
I
I
a
1
R
(7.2)
I
— амплитуда первой гармоники тока анода (векторная величина)
первой лампы;
торная величина) второй лампы;
— амплитуда первой гармоники тока анода (век-
— сопротивление контура;
—
сопротивление нагрузки, ощущаемое лампой.
Токи
могут отличаться (рис. 7.2) как по амплитуде (изза различий в крутизне и напряжений отсечки ламп), так и по фазе
(вследствие различных задержек сигналов на пути от входа до сеток
ламп). Это означает, что лампы будут ощущать комплексную нагрузку (см. формулы (7.1), (7.2)) при настроенном в резонанс контуре.
При идеальной симметрии схемы (
каждая лампа ощущает нагрузку равную номинальному значению
без фазовых сдвигов)
а гр
если выполняется условие
2
акажкаж конт г
,
102
7.1.Параллельнаясхемасложения
I
a1
0,
ZRR
акажАВконт гр
2
при этом каждая лампа отдает в общую нагрузку (контур) номинальную мощность. Полная мощность в нагрузке равна удвоенной мощности одной лампы (лампы предполагаются совершенно идентичными): Рн = 2Р
— это идеальное сложение мощностей. На практике
1 ном
идеальному сложению мешает масса причин: от упомянутых фазовых сдвигов, различий в параметрах ламп и до выхода из строя одной
из ламп. Последний режим является аварийным; явления, возникающие при этом, наиболее наглядны и актуальны.
I
a1
U
C
E
C1
Рис. 7.1. Сложение токов при параллельном включении ламп
I
a1
Рис. 7.2. Векторная диаграмма сложения токов
E
I
a1
U
a
C2
+
I
I
a1
a1
I
a1
E
а
Предположим, что вышла из строя вторая лампа:
тогда из вы-
ражения (7.1) следует, что
, (7.3)
то есть сопротивление нагрузки для оставшейся рабочей лампы
уменьшилось в два раза. Это означает, что режим ее превратится
из граничного (нормального) в недонапряженный. Рассмотрим следствия, которые произойдут из этого. Мощность первой гармоники,
103
7.СложениемощностейГВВ
Р
PР
aaаАВ каж АВ гр номн
1
2
1
2
1
,,
01
05,.
00
= ,
I
.
ом
05 05,( )( ),
′
I
к1
′′
I
к1
′
I
к1
′′
I
к1
развиваемая лампой и передаваемая в нагрузку, может быть рассчитана по формуле
IZ IR
05 05 05 05 025
,,,,
(7.4)
то есть мощность, отдаваемая лампой, уменьшается в два раза, а мощность в нагрузке уменьшается в четыре раза.
Мощность, рассеиваемая анодом лампы в аварийном режиме,
а АВ АВ АВ ном
В выражении (7.5) учтено, что
01
АВ
поскольку ток, потребля-
(7.5)
емый лампой от источника питания в недонапряженном режиме, считается неизменным и равным току
и вычтем
:
1н
ааАВ номном номном ном
01 11 01 1
Р
0051,.РР
ном
В соотношение (7.5) добавим
а0 гр
аномдоп
(7.6)
При такой перегрузке первая лампа также выйдет из строя. Для
сохранения лампы необходима схема автоматики, которая выключит
передатчик.
7.2. Последовательное (двухтактное) включение АЭ
Принципиальная схема двухтактного усилителя приведена
на рис. 7.3. С вторичной обмотки входного трансформатора в базовую
цепь транзисторов подаются возбуждающие напряжения, равные
по амплитуде, но сдвинутые по фазе одно относительно другого на 180°.
При таком возбуждении генераторов коллекторные токи транзисторов
и
имеют противоположную фазу.
К общей нагрузке транзисторы подключаются через трансформатор, с помощью которого на нагрузке выделяется ток, пропорциональный разности коллекторных токов. Временные диаграммы коллекторных токов приведены на рис. 7.4.
Из анализа рис. 7.3 и 7.4 можно сделать следующие выводы:
§ нечетные гармоники коллекторных токов (
противофазные;
104
и
и другие)
7.2.Последовательное(двухтактное)включениеАЭ
II
кк11
I
i
i
§ четные гармоники синфазные;
§ при симметрии схемы
в общем проводе, соединяющем контур с корпусом прибора, нечетные гармоники не протекают;
§ по катушкам коллекторного контура четные гармоники коллекторных токов протекают в противоположных направлениях;
§ в общем проводе схемы четные гармоники суммируются.
а б
к2
I
к1
С
R
~
н
E
б
~
к
С
К
L
I
I
к2
С
б
к1
E
к
б
R
н
Рис. 7.3. Двухтактная схема включения активных приборов:
а — последовательное включение источников; б — эквивалентное последовательное
включение источников
а б
к
i
1
к
i
2
к
t
к
i
1
к
i
2
к
t
Рис. 7.4. Временные диаграммы коллекторных токов:
а — токи верхнего транзистора; б — токи нижнего транзистора
С общей точкой схемы должна соединяться середина емкостной
ветви контура, чтобы уменьшить сопротивление для четных гармоник коллекторных токов и сохранить форму коллекторных напряже-
105
7.СложениемощностейГВВ
22
к
;
22
к
II
кк22
22
,
R
,
R
,
к
R
.
Z
к
к
кк
к
1
1
1
.
IIZZR
кккажкаж к11
2,
ний ближе к гармоническим. Средняя точка индуктивной ветви контура должна соединяться с источником питания через блокирующую
индуктивность Lб. При отсутствии индуктивности Lб коллекторный
контур может превратиться в два изолированных контура и преимущества двухтактной схемы не будут реализованы.
О каких же преимуществах идет речь? Предположим, что углы от-
сечки q коллекторных токов транзисторов равны 90°. В этом случае
все нечетные гармоники коллекторных токов начиная с третьей равны нулю. Четные гармоники большей частью протекают через емкости Ск. Меньшая часть четных гармоник протекает через индуктивности коллекторного контура и наводит во вторичной обмотке ЭДС:
jMaI
jMaI
. Коэффициент а определяет долю токов вто-
рых гармоник, протекающих по индуктивной ветви контура.
При симметрии схемы
и
то есть напряжения четных гармоник на нагрузке противофазные и компенсируют друг друга. Таким образом, двухтактная схема, активные приборы которой работают с отсечкой, «выглядит» как усилитель класса А. Теоретически
в нагрузке протекает только ток первой гармоники, при этом сохраняется высокий КПД, присущий режиму с отсечкой.
Для того чтобы проанализировать работу двухтактной схемы, найдем по принципу суперпозиции парциальные напряжения на коллекторах транзисторов:
2
pQ I
кк к
11
к
1
где р — коэффициенты подключения первого и второго транзисторов
к контуру (р = 0,5);
При фазовой симметрии схемы парциальные напряжения на коллекторах суммируются:
Кажущееся сопротивление нагрузки определим по формуле
При амплитудной симметрии схемы и отсутствии фазового разбаланса
106
кк к
11
— сопротивление контура между коллекторами.
кк ккк
U
каж
к
I
2
pQ I
UII
11 11
IIIRIIR
()
кк
11
4
1
1
к
к
к
1
(7.7)
4
, то есть сопротивление, которое ощу-
7.3.ШТЛдлядвухтактныхкаскадов
′′
I
к1
′
Z
каж АВ
ZR
каж АВ к
/.4
II
к1 к1
щает каждый транзистор, в два раза больше, чем сопротивление контура при коэффициенте подключения р = 0,5. В аварийном режиме,
например при обрыве коллектора нижнего транзистора (рис. 7.3), ток
= 0, сопротивление
новится равным
в соответствии с соотношением (7.7) ста-
Все соотношения, относящиеся к ава-
рийному режиму, совпадают с соотношениями (7.3), (7.4), (7.6).
7.3. ШТЛ для двухтактных каскадов
В схеме, изображенной на рис. 7.3, четные гармоники наводились
во вторичной обмотке выходного контура в противофазе и таким образом подавлялись при симметрии схемы. Но данная схема работает
в узкой полосе частот, определяемой добротностью контура.
Нельзя ли для расширения диапазона частот, в котором будет работать двухтактный каскад, использовать не резонансные контуры,
а ШТЛ?
Из рис. 7.4 следует, что первые гармоники токов коллекторов противофазны, а вторые — синфазны. Примем также, что все нечетные
гармоники, кроме первой, равны нулю. А вот четные гармоники: вторая, четвертая, шестая и т. д. — существуют, и для них необходимо создать путь между коллектором и эмиттером с малым сопротивлением.
В схеме, изображенной на рис. 7.5, для этого включена специальная
линия Л1.
Сопротивление нагрузки на частоте первой гармоники, которое
ощущает каждый транзистор (например VT1), можно оценить с помощью рис. 7.5, б. Действительно, в силу того что линия Л2 согласована с нагрузкой, она (линия) подключает между коллекторами транзисторов VT1 и VT2 сопротивление Rн = W. Так как
гармоники токов коллекторов противофазны), каждый из транзисторов ощущает сопротивление нагрузки Rкэ = W/2. Линия Л1 возбуждается первыми гармониками (с учетом схемы подключения) синфазно, падающие сверху и снизу волны встречаются синфазно посередине
линии, где происходит их полное отражение. На рис. 7.5, б это отражено в виде разомкнутого отрезка линии Л1 длиной l/2. Сопротивление Z1 учитывает выходное сопротивление транзистора, в частности
емкость Cкэ и индуктивность вывода коллектора Lк.
(первые
107
7.СложениемощностейГВВ
R =W/2
I
С
а
кэ
U
кэ
Р
I
к2
к1
VT1
W, l
Л1
U =U
U
пр кэ
пр
U
пр
Л2
W, l
R =W
н
2U
кэ
L
+ -
L
Б
U
Е
к
пр
С
Р
VT2
-U
кэ
R =W/2
кэ
I
к2
I
к1
б в
I
к1
Z1 Z2
R =W/2
кэ
Л1
W, l/2
Рис. 7.5. Схема выходной цепи двухтактного усилителя на транзисторах:
а — принципиальная схема усилителя; б — эквивалентная схема нагрузки транзистора
для первой гармоники тока; в — эквивалентная схема нагрузки транзистора для второй
гармоники тока
I
к2
Л1
W, l/2
Четные гармоники при симметрии схемы и их синфазности через
нагрузку не протекают.
Сопротивление нагрузки на частоте второй гармоники, которое
ощущает каждый транзистор (например, VT1) можно оценить с помощью рис. 7.5, в. Линия Л1 возбуждается вторыми гармониками противофазно, падающие сверху и снизу волны встречаются противофазно
посередине линии, где происходит их полное подавление. На рис. 7.5, в
данное условие предоставлено в виде включенного замкнутого отрезка линии Л1 длиной l/2. В частности, сопротивление нагрузки для
четных гармоник будет определяться параллельным контуром, образованным емкостью Cкэ и индуктивностью вывода коллектора Lк
включенной последовательно с эквивалентной индуктивностью короткозамкнутой линии Л1 длиной l/2. При проектировании необходимо проверять, чтобы резонансная частота данного контура располагалась выше частот (2…4) wв.
Дальнейшие преобразования схемы двухтактного усилителя связаны с заменой двухпроводных линий (рис. 7.5, а) на коаксиальные
линии (рис. 7.6).
108
7.3.ШТЛдлядвухтактныхкаскадов
Замечаем (рис. 7.6, а), что оплетки Л1 и Л2 эквипотенциальны,
следовательно, их можно соединить (рис. 7.6, б). Из рис. 7.6, б видно,
что проводник, соединяющий центральные проводы линий Л2 и Л1,
очень большой длины, следовательно, является большой индуктивностью, которая может нарушить работу схемы. Чтобы уменьшить длины
соединений, необходимо перегнуть эти две линии (намотать на ферритовое кольцо) так, чтобы выводы слева и справа (рис. 7.6, б) оказались рядом (рис. 7.6, в) и их можно было короткими проводниками
впаять в печатную плату.
а б
U
-U
2U
-U
U
кэ
U
кэ
Л2
Л1
кэ
R =W
Л1
кэ
U
н
Л2
R =W
н
2U
в
U
кэ
U
Л2
Л1
-U
кэ
R =W
н
Рис. 7.6. Преобразования ШТЛ для двухтактной схемы:
а — исходная схема; б — объединение эквипотенциальных оплеток;
в — ШТЛ на ферритовом кольце
Аналогичные преобразования трансформатора 1:2, которые позволяют перейти от несимметричной нагрузки к симметричной (источник —
двухтактный каскад), показаны на рис. 7.7. На линии Л1 выполнен ШТЛ
1:2 без ФЛ. На линии Л2 выполнен переход с несимметричного ШТЛ
1:2 к симметричной нагрузке. Если разбить линию Л1 на две — Л1а и Л1б,
то можно обнаружить, что оплетки линий Л1а и Л2 эквипотенциальны.
109
7.СложениемощностейГВВ
-U/2
а
2U
2W
U
б
2W
Л1а
2U
U
Л1
U
W
Л1б
U/2
в
2U
U
2W
Рис. 7.7. Вариант двухтактного каскада на ШТЛ:
а — исходная схема; б — определение эквипотенциальных оплеток; в — объединение
эквипотенциальных оплеток с условным обозначением ферритового кольца
а
U
1
2U
W
U
Л2
U/2
Л1а
U/2
Л1б
2
2W
Л2
U
Л2
3U
U/2
W
W/2
3W
W/2
U/2
-U/2
U/2
W/2
U/2
W/3
U
1 2
U
1
U/2
W
1’
2U
2 2’
U/2
U
3
2’
1’
3W
W/3
W/3
U/2
U/2
3
-U/2
-U/2
W
3
б
в
г
W/6
2W
3U
3W
U
3W
U
U/2
W/6
1
2
Рис. 7.8. Вариант ШТЛ для двухтактного каскада:
а — исходная схема; б — введение добавочной линии; в — разделение линий Л1 и Л2
на отрезки; г — объединение линий с эквипотенциальными оплетками
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]