4.1. Расчет элементов трансформирующего г-звена

Предлагаемая ниже методика расчета опирается на соотношения, изложенные в [2,5]. Расчет элементов Г-звена проводится на средней частоте рабочего диапазона.

1. Известными величинами являются первый элемент Г-звена - и входное сопротивление . Искомыми величинами являются индуктивность и сопротивление нагрузки (рис. 4.4.а,б).

Рис.4.4. Трансформирующее понижающее Г- звено

Реализация трансформирующего Г- звена возможна только в том случае, если

.

Параметры элементов Г-звена можно рассчитать по формулам

; .

Индуктивность образована индуктивностью ввода коллектора и дополняющей индуктивностью , равной

.

Потери в трансформирующем Г-звене снижают уровень мощности в оконечной нагрузке. Их можно оценить по формуле

Обычно величина мало отличается от единицы и потерями в Г-звене можно пренебречь. В противном случае влияние потерь в Г-звене необходимо учесть при последующих расчетах цени согласования.

Трансформирующее Г-звено обладает небольшой фильтрующей способностью. Значение коэффициент фильтрации Г- звена можно рассчитать по формуле

,

где n – номер гармоники. Поскольку обычно , величина незначительно превышает n и может быть использована как запас по фильтрации всей цепи согласования ВУМ.

4.2. Принципиальные схемы цепей согласования

Как говорилось выше, при коэффициенте перекрытия по частоте цепи согласования ВУМ можно выполнить в виде связанных резонансных контуров и работать в полосе их пропускания без перестройки. Такая реализация ЦС ВУМ позволяет совместить решение двух задач: задачу трансформации нагрузки и задачу фильтрации высших гармоник. На рисунках, приведенных ниже, представлены схемы ЦС для однотактных и двухтактных схем ВУМ.

При выборе варианта построения целесообразно выбирать схемы ЦС, которые обеспечивают выполнение поставленных перед ними задач по согласованию и фильтрации и в тоже время наиболее просты в реализации.

На рис.4.5 представлена ЦС в виде двух связанных параллельных контуров третьего вида, внешне напоминающая ФНЧ.

Рис.4.5.

Эта схема отличается повышенной фильтрующей способностью [Eв]. Коэффициент фильтрации такой цепи по n-ой гармонике на частоте полного резонанса можно рассчитать по формуле

,

где - нагруженные добротности первого и второго контуров. Значения нагруженных добротностей связаны с добротностями контуров на холостом ходу соотношением

,

где - КПД контура. Все другие виды связанных контуров по фильтрующей способности уступают приведенной схеме. Вместе с тем при низкоомных значениях и фильтрующая способность двух связанных контуров может оказаться недостаточной. Тогда для получения требуемого коэффициента фильтрации можно увеличить число связанных контуров, либо уменьшить коэффициенты включения сопротивления нагрузки и АЭ в контуры путем использования в продольных цепях последовательных контуров, настроенных на рабочую частоту (рис.4.6)

.

Рис.4.6

После объединения индуктивностей и каждого контура в одну индуктивность схема рис.4.6 принимает вид, представленный на рис.4.7.

Рис.4.7

В схемах рис.(4.5-4.7) элементом связи между контурами служит емкость С₂. Такой вид связи получил название внутриконтурной емкостной связи. Величина сопротивления связи

.

При расчетах полосы пропускания связанных контуров и их АЧХ возникает необходимость рассчитать величину коэффициента связи между контурами и фактор связи .

Величины и рассчитываются по формулам

,

где волновые сопротивления первого и второго контуров соответственно, - нагруженные добротности контуров.

При факторе связи или близком к единице АЧХ двух связанных контуров имеет уплощенную форму. Такая форма АЧХ наиболее желательна при работе ЦС в диапазоне частот без перестройки.

Иногда бывает удобнее использовать внешне емкостную связь между контурами. Такой вид связи может быть получен из схемы рис.4.7 путем пересчета емкостей , соединенных звездой, на емкости , соединенные треугольником (рис.4.8)

Рис.4.8

Формулы для пересчета емкостей из звезды в треугольник

.

Преобразованная схема ЦС принимает вид, представленный на рис.4.9.

Рис.4.9

Сопротивление связи между контурами в данном случае может быть рассчитано по формуле

Рассмотренные виды ЦС наиболее целесообразно использовать в однотактных ВУМ. В двухтактных ВУМ применение таких цепей согласования осложняется необходимостью включения в состав ЦС симметрирующих устройств, например, симмертрирующего трансформатора. На рис.4.10 представлена ЦС двухтактного ВУМ, которая выполнена на основе схемы рис.4.5 с симметрирующим трансформатором типа ТДЛ. Достоинством двухтактных схем является способность подавлять в оконечной нагрузке все четные гармоники: и т. д. Кроме того, при работе АЭ ВУМ в классе «В» в токе выходного электрода каждого плеча отсутствует третья гармоника .

Рис.4.10.

Степень подавления четных гармоник зависит от качества симметрии схемы. Наибольшее влияние на качество симметрии схемы оказывает разброс параметров АЭ. При подборе транзисторов степень ослабления второй и четвертой гармоник достигает (15…20) дБ. Налажен выпуск специальных балансных транзисторов [1], представляющих собой транзисторную микросборку с очень малым разбросом параметров. При использовании балансных транзисторов степень ослабления второй и четвертой гармоник может достигать 25 и более дБ.

Снижение уровня четных гармоник позволяет снизить требования к цепям согласования в двухтактных схемах по коэффициенту фильтрации в среднем на (15…20)дБ. Снижение требований по подавлению существенно упрощает схемы ЦС двухтактных ВУМ и позволяет использовать в них контуры с меньшей фильтрующей способностью.

На рис.4.11 представлен вариант построения ЦС двухтактного ВУМ с ВЧ трансформатором.

Рис.4.11

Сопротивление связи между первым и вторым контурами определяется соотношением

, где .

Коэффициент фильтрации такой ЦС на частоте полного резонанса меньше, чем в первой схеме [Ев]. Его можно оценить по формуле

.

Если фильтрующая способность ЦС недостаточна, то, как и ранее, ее можно увеличить путем включения в продольные цепи последовательных контуров и , настроенных на частоту (рис.4.12).

Рис.4.12

Включив в состав и , а также пересчитав величину из условия

,

получим схему ЦС, представленную на рис.4.13.

Рис.4.13.

Реализуемость схемы рис.4.13 ограничена по частоте. Ее применение ограничивается частотами, на которых возможно построение ВЧ трансформатора с магнитной связью.