Активная и реактивная составляющие для комплексно- |
Z*ВХГ1 |
|
|
|
2RН=RБ |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
сопряжённого сопротивления Z*ВХГ1 в преобразованной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
схеме равны, соответственно, 2RН и –j2X. Активное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– j2RН |
|||
|
|
|
|
|||||
сопротивление 2RН в ветви Z*ВХ Г1 |
является балластным |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
jR |
|
|
|
|
|
|
jRН |
|
|
|||||||
сопротивлением, а полезная нагрузка RН должна входить в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Н |
|
|
|
|
|
Z*ВХ Г2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
качестве активного сопротивления в ветвь Z* |
|
(рис. 7). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
ВХ Г2 |
|
|
|
– jR |
|
|
|
|
|
|
RН |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Входные сопротивления Т-моста оказываются равными |
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
RН со стороны каждого генератора, |
как в |
номинальном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
X1 = X2 = X > 0 |
|
|
||||||||||||||
рабочем режиме, так и при отклонении от него, в том числе |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
и при выходе из строя одного из генераторов. |
|
|
Рис. 7. Т-образный мост |
|
|
|||||||||||||
Входное сопротивление Т-моста для Г1 при КЗ Г2
|
|
|
|
i r r |
|
|
(i r) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
r i r |
|
|
|
2 i r 2 r |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i r |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
i r r |
|
|
|
|
|
|
|
2 i r 2 r |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
i r |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
r i r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i r r |
(i r) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
r i r |
|
|
2 i r 2 r |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i r |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
i r r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 i r 2 r |
||||||||||
|
|
|
|
i r |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
r i r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Схема усилителя о синфазными мостами, для суммирования мощностей синфазных генераторов и для получения синфазных напряжений в режиме деления мощности приведена на рис. 8.
jR
RВН |
|
|
|
|
|
|
|
-jR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2RБАЛД |
|
||||||
|
|
|
|
|
2RБАЛС |
|
-jR |
|
Rп |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-jR |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
jR
Рис.8. Схема усилителя с синфазными мостами
Фазовое условие компенсации выполняется, так как напряжение, поступающее на выход АЭ2 от АЭ1 (или наоборот к АЭ1 от АЭ2) через канал нагрузки, запаздывает на 180° по отношению к напряжению, поступающему через балластное сопротивление из-за наличия двух П-образных звеньев, каждое из которых сдвигает напряжение по фазе на 90°.
Таким образом, реактивная часть синфазного моста является фазовращателем на 180°. В качестве фазовращателя могут использоваться сосредоточенные LC-цепи, отрезки линий, трансформаторы на феррите и др.
а) |
б) |
в) |
г) |
|
|
|
|
Схемы фазовращающих цепочек
На практике целесообразно применять фазовращающие цепи а) и б), так они обеспечивают еще и ослабление высших гармоник.
25
Амплитудное условие компенсации требует определенного соотношения между 2RБАЛС, RП и реактивными элементами моста. Изменение любого из этих параметров вызовет появление связи между АЭ.
Аналогично обстоит дело с развязкой во входной цепи усилителя. Здесь также необходимо определенное соотношение между RВН источника, 2RБАЛД делителя и реактивностями МД. Отклонение, например, RBH от номинального значения нарушит развязку между входами АЭ.
Усилители с синфазными мостами не отличаются от усилителя на одиночном АЭ, потому что в симметричном режиме ток через балластные резисторы отсутствует. Это объясняется равенствами UВЫХ1=UВЫХ2, UBX1=UBX2 в силу симметрии мостового усилителя.
Недостатком усилителей с Т-мостами на сосредоточенных LC элементах является то, что условие баланса моста выполняется только на одной частоте. При отклонении от этой частоты условие баланса моста нарушается и развязка генераторов ухудшается.
26
На низких частотах КВ диапазона применяют |
Т-образные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Тр |
||||||||
мосты с использованием трансформаторов обмоточного типа с |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
коэффициентом трансформации 1:1, обеспечивающие развязку |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
генераторов в широкой полосе частот (рис.9). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
||||||
В СВЧ диапазоне применение элементов с сосредоточенными |
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
параметрами затруднено, так как L и C становятся малыми. И |
|
RН |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
паразитные индуктивности проводов и ёмкости элементов |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
нарушают работу схемы. |
|
рис.9 |
|
|||||||||
Поэтому начиная с метрового диапазона волн, применяются мостовые схемы сложения мощностей, построенные на отрезках длинных линий длиной /4 для средней частоты fсредн.
Г
2
По мере увеличения рабочих частот используются двухпроводные, коаксиальные,
затем полосковые или микрополосковые линии.
Входное сопротивление четвертьволнового отрезка линии с волновым сопротивлением Z0, нагруженного на сопротивление 2RН, как известно, равно:
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z0 |
|
RН |
|
|
2RН |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ZВХ |
|
Z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2RН |
ZВХ= RН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если Z0 
2RН , то оказывается ZВХ = RН. Обеспечение ZВХ = RН удобно при
использовании системы обхода моста в аварийном режиме, когда работающий генератор может быть непосредственно подключен к нагрузке RН без какой-либо
регулировки режима генератора. |
27 |
|
Если оба генератора одинаковы, то можно считать, что каждый из них соединяется через отрезок линии длиной λ/4 с сопротивлением нагрузки 2RН.
Сопротивление нагрузки RН удваивается, так как результирующий ток через это
сопротивление вдвое больше тока через него одного генератора. Следовательно, ощущаемое сопротивление одним генератором возрастает в два раза.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конструкции Y и U мостов для |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Rб= 2RН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rб |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сложении |
мощностей |
двух |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ℓ |
ℓ |
|
|
|
|
|
|
|
ℓ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ℓ |
|
|
|
|
генераторов |
|
|
напоминают |
|||||||||||
Г1 |
|
Г2 |
|
Г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соответствующие символы, |
как |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
показано на рис. (оплётки |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RН |
|
|
|
|
|
|
отрезков коаксиальной линии не |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rб = 2RН, |
l= λ/4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
показаны). |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Z0 2RН а |
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Волновое сопротивлении линии моста выбирают из условия Z0 |
|
2 |
RН . |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Сопротивление балластного резистора Rб = 2RН. При этих условиях на рабочей |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
частоте fсредн при любых режимах генераторов входное сопротивление моста для |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
каждого из генераторов |
|
|
|
Z |
|
|
Z02 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВХ |
|
|
|
|
2RН |
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Так как ℓ = λ/4 обеспечивается только на одной частоте, то рассматриваемые мосты на линиях оказываются узкополосными и используются в полосах частот
до 5% от средней частоты, что также является их недостатком. |
28 |
Конструкция моста на микрополосковых линиях (МПЛ) реализуется в форме кольца, образуемого полоской линии (рис.10, общая проводящая поверхность МПЛ не показана), что послужило основанием для названия такого моста: укороченное кольцо. 
|
Rб |
|
Выполнение моста в форме части кольца |
|||||
|
|
|
позволяет |
обеспечить |
присоединение |
балластного |
||
ℓ |
ℓ |
Г2 |
резистора |
Rб без |
дополнительных |
проводов, |
||
Г1 |
|
создающих |
индуктивное |
сопротивление |
и |
|||
|
|
|
||||||
Z0 |
2RН |
RН |
|
Rб = 2RН |
|
||
|
Рис. 10 |
||
|
λ/4 |
RН λ/4 |
|
|
Z0 |
Z0 |
|
Г1 |
λ/4 |
λ/4 |
Г2 |
|
|
Z0 |
|
|
Z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rб |
|
Рис.11
соответственно нарушающих работу моста. Балластный резистор может быть изготовлен вместе с МПЛ путём напыления высокоомного материала.
Для суммирования мощностей двух симметричных (двухтактных) генераторов можно применить мост на отрезках двухпроводной линии, показанный на рис.11 длиной ℓ = λ/4 на fсред. Так как длина всех отрезков одинакова, то мост сохраняет симметрию на любой частоте. Ток в балластном резисторе рассматриваемого моста отсутствует на любой частоте благодаря перевороту фазы сигнала одного из генераторов за счёт перекрещивания
проводов у одного из отрезков. |
29 |
Известна схема моста (рис. 12) на отрезках коаксиальной линии, обеспечивающая сложение мощностей двух генераторов в нагрузке RН и
позволяющая соединить балластный резистор Rб с землёю (корпусом) устройства,
что упрощает отвод тепла от балластного резистора в аварийном режиме.
В данной схеме синфазные генераторы соединяются с нагрузкой RН отрезками
линии длиной ℓ = λ/4, соответствующей средней частоте, а с балластным резистором Rб один из генераторов соединяется через отрезок длиной ℓ = λ/4, а другой – через
отрезок длиной ℓ = (3/4)λ. При этом токи генераторов в нагрузке оказываются в фазе, так как проходят равные пути, и суммируются, а в балластном резисторе токи генераторов оказываются в противофазе, так как ток одного генератора проходит путь на полволны больше, и соответственно вычитаются. Баланс моста обеспечивается на частоте, длина волны колебаний которой соответствует указанным длинам отрезков.
|
λ/4 |
λ/4 |
|
Г |
|
λ/4 |
Rб |
|
|
RН |
|
2 |
λ/4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
(3/4)λ |
|
|
λ/4 |
(3/4)λ |
|
Г |
λ/4 |
Г |
RН |
|
|
||
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
2 |
|
|
|
Z0 2RН |
|
|
Rб |
|
Г1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Rб = 2RН |
||
|
|
|
рис. 12 а,б |
|
|
30 |
|
Некоторые типы мостовых усилителей помимо развязки обладают еще одним важным свойством. Их входное и выходное сопротивление не зависят от параметров АЭ при идентичности последних. Это возможно при условии, что напряжения на выходе МД (или входе МС) равны по амплитуде и сдвинуты на 90° U1= jU2.
Такие мосты называют квадратурными. Квадратурный мост может быть реализован из синфазного моста путем добавления в выходную (входную) цепь одного из генераторов звена, поворачивающего фазу на 90°, например П-контур.
Rin= const при Rn1=Rn2 = var
31
В качестве простейшего квадратурного моста используется "трёхдецибельный" направленный ответвитель (НО), который представляет собой две связанные коаксиальные или полосковые линии длиной /4, нагруженны на согласованные нагрузки (рис).
Генератор подключён ко входу 1. В линии 1-2 протекает ток I1.
За счёт магнитной связи между линиями в линии 3-4 наводится ток Iм, а за счет электрического поля через взаимную ёмкостную связь токи Ic.
Подбором Z0 линии и расстояния между линиями можно добиться компенсации
наведённых токов на входе 4. На входе 3 наведённые токи сложатся. |
|
Если при этом длина участка взаимодействия составит /4, то мощность |
|
генератора поделится поровну между входами 2 и 3. |
32 |