20367

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ широкополосных генераторов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Согласующие электрические цепи в широкополосных ВЧ генераторах 11. Согласующие электрические цепи в широкополосных ВЧ генераторах Предельная возможность согласования генератора с нагрузкой в полосе частот. На одной частоте можно произвести оптимальное согласование генератора с нагрузкой при любых параметрах последней выполнив условие 5. при создании широкополосного генератора.

Русский

2013-07-25

63 KB

29 чел.

Лекция 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ широкополосных генераторов

11.1. Согласующие электрические цепи в широкополосных ВЧ генераторах

11.2. Транзисторный усилитель с согласующими цепями лестничного типа.

11.3. Транзисторный усилитель с ВЧ трансформаторами типа «длинной линии».

11.4. Контрольные вопросы

11.1. Согласующие электрические цепи в широкополосных ВЧ генераторах

Предельная возможность согласования генератора с нагрузкой в полосе частот. На одной частоте можно произвести оптимальное согласование генератора с нагрузкой при любых параметрах последней, выполнив условие (5.13). Однако задача существенно усложняется при необходимости согласования с комплексной нагрузкой в полосе частот без перестройки элементов электрической цепи, т.е. при создании широкополосного генератора. Остановимся на данной проблеме более подробно, обратившись к схеме, представленной на рис. 11.1.

Рис. 11.6

В качестве согласующего устройства в схеме используется реактивный четырехполюсник взаимного типа, т.е. цепь, состоящая из реактивных элементов, активными потерями в которых можно пренебречь. Уравнение баланса мощностей в схеме имеет вид:

,    (11.1)

где Рг.ном=(Ei)2/8Ri - номинальная мощность генератора (см. разд. 5.5); Рн - активная мощность, передаваемая в нагрузку и I расходуемая в сопротивлении R; Ротр - мощность, отражаемая со входа четырехполюсника и поглощаемая внутренним сопротивлением генератора.

Согласно (11.1) потери, связанные с передачей мощности от генератора в нагрузку, возникают только по причине отражения сигнала от входа четырехполюсника. Уравнение (11.1) представим в виде:

,     (11.2)

где КР=Рн/Рг.ном1 - коэффициент передачи цепи по мощности; |Г|2=Ротр/Рг.ном1 - коэффициент отражения цепи по входу.

При идеальном согласовании, т.е. при отсутствии отражения и полной передачи номинальной мощности генератора в нагрузку, КР=1 и Г=0. Доказано, что при комплексной нагрузке в полосе частот f обеспечить идеальное согласование невозможно. Предельные возможности такого согласования при нагрузке, составленной из параллельно включенных сопротивления R и емкости С или последовательно включенных сопротивления R и индуктивности L (см. рис. 11.6), оцениваются следующим интегральным неравенством:

,     (11.3)

где Т=RC или Т=L/R - постоянная времени цепи нагрузки.

Приняв внутри полосы согласования f значение коэффициента отражения Г=Гв и вне ее Г=1, из (8.10) получим:

,     (11.4)

где Q=2nf0L/R или Q=2nf0CRдобротность нагрузки.

Из (11.1), (11.2) и (11.4) для коэффициента потерь или затухания согласующей цепи в децибелах получим:

.  (11.5)

Графики функции (11.5) при Q=2; 5; 10 построены на рис. 11.7.

Рис. 11.7

Из (11.5) следует, что три параметра - полоса пропускания согласующей цепи Δƒ нагрузка, характеризуемая добротностью Q, и потери, определяемые одним из трех параметров КР, В или Г, - жестко связаны между собой. Эта связь наглядно прослеживается с помощью графиков (рис. 11.7): чем больше добротность нагрузки Q и шире полоса пропускания Δƒ, тем больше затухание в согласующем устройстве за счет отражения. Практически реализовать предельно возможный случай согласования, вытекающий из (11.5), не удается, так как для этого требуется электрическая цепь с бесконечно большим числом элементов. При конечном числе элементов можно только приблизиться к теоретическому пределу. Поэтому практически затухание в согласующем устройстве любой конфигурации больше, чем это следует из графиков на рис. 11.7.

11.2. Широкополосный транзисторный усилитель с согласующими цепями лестничного типа.

Одной из широкополосных согласующих цепей является схема лестничного типа, составленная из Z-C элементов. Схема ВЧ транзисторного усилителя с такими цепями приведена на рис. 11.8.

Рис. 11.8

Коэффициент усиления по мощности ВЧ генератора определяется следующим образом:

,

где Kвх.ц(ƒ)≤1 - коэффициент передачи по мощности входной согласующей цепи; KPT(ƒ) - собственный коэффициент усиления транзистора; Kвых.ц(ƒ) ≤1 - коэффициент передачи мощности выходной согласующей цепи.

В широкополосном усилителе необходимо получить постоянство коэффициента KР(ƒ) в требуемой полосе частот Δƒ=(f2–ƒ1) с учетом того, что собственный коэффициент усиления транзистора KPT(ƒ) уменьшается с повышением частоты сигнала. Следовательно, для обеспечения Kp(ƒ)=const зависимости для коэффициентов Kвх.ц(ƒ) и Kвых.ц(ƒ)  должны иметь, противоположный характер (рис. 11.9).

Рис. 11.9.

Расчет схемы рис. 11.8 проводится на компьютере по программе, с помощью которой осуществляется синтез входной и выходной электрических цепей для получения необходимых зависимостей Kвх.ц(ƒ) и Kвых.ц(ƒ) в заданной полосе частот, при которых KP(f)=const.

Помимо схемы, приведенной на рис. 11.8, возможны также ее модификации с цепями лестничного типа иной конфигурации.

11.3. Широкополосный транзисторный усилитель с ВЧ трансформаторами типа «длинной линии» (ТДЛ).

Трансформатор типа «длинной линии» (ТДЛ) представляет собой тороидальный ферритовый магнитопровод, на котором располагается одна или несколько линий передачи, выполненных в виде скрученных проводов или на основе коаксиальных и полосковых линий. Наиболее простым вариантом является ТДЛ с одной линией передачи (рис. 11.10, а).

Эквивалентную схему ТДЛ в области низких частот можно представить в виде трансформатора обычного типа, а на высоких частотах - как длинную линию с волновым сопротивлением р (рис. 11.10, б). Длина линии определяется соотношением:

,

где λ - длина волны; μф>>1 - магнитная проницаемость феррита.

В зависимости от способа соединения концов обмотки с помощью ТДЛ можно получить коэффициент трансформации по сопротивлению 1:1 или 1:4.

Второй случай соединения и соответствующие ему эквивалентные схемы приведены на рис. 11.10.

Рис. 11.10.

Пример схемы широкополосного транзисторного генератора двухтактного типа с ТДЛ приведен на рис. 11.11.

Рис. 11.11.

Волновые сопротивления ТДЛ обозначены на схеме. Трансформаторы Т1 и Т4 служат для перехода от симметричной схемы к несимметричной. Входное сопротивление каждого транзистора должно быть близким к 2, выходное - к 1.

В заключение приведем некоторые рекомендации, связанные с проектированием и эксплуатацией мощных ВЧ транзисторных генераторов.

1. В генераторе необходимо обеспечить хороший отвод тепла от транзистора, для чего последний крепят к теплоотводящему радиатору.

2. Необходимо правильно выбрать дроссели и блокировочные конденсаторы, параметры которых могут повлиять на устойчивость работы генератора в области низких частот. Иногда для повышения устойчивости дроссели шунтируют резисторами.

3. Необходимо правильно выбрать рабочую точку транзистора, с учетом рабочего диапазона температур. Поскольку при изменении температуры внешней среды характеристики транзистора сдвигаются, то применяют методы термостабилизации режима работы. Сущность данного приема состоит в применении термосопротивлений в цепи базы, с помощью которых при изменении температуры соответствующим образом сдвигается и рабочая точка, обеспечивая неизменность электрического режима работы транзистора.

4. Для исключения пробоя p-n-переходов транзистора все значения пиковых напряжений в генераторе должны быть меньше предельно допустимых значений с запасом. Данное правило распространяется и на переходный режим работы при включении и выключении генератора.

5. Недопустимо даже кратковременное отключение нагрузки от генератора, что приведет к резкому возрастанию мощности тепла, рассеиваемой прибором. Для исключения такой ситуации в генераторах применяют специальные схемы защиты.

6. При требуемой мощности генератора, превышающей мощность одного транзистора, применяют суммирование сигналов.

Контрольные вопросы

1. Как изменяется полоса пропускания согласующей электрической цепи при увеличении добротности нагрузки?

2. Нарисуйте электрическую цепь лестничного типа.

3. Как определяется коэффициент усиления по мощности широкополосного генератора?

4. Как устроен трансформатор типа длинной линии (ТДЛ)?

5. Нарисуйте эквивалентные схемы трансформатора типа «длинной линии».

6. Нарисуйте схему транзисторного генератора с ТДЛ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66865. GREAT BRITAIN AND THE UNITED KINGDOM. THE SYSTEM OF GOVERNMENT IN THE UK 80.5 KB
  The British Isles today are shared by two separate and independent states. The smaller of these is the Republic of Ireland, with its capital in Dublin. The larger, with London as its capital, is the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland.
66869. Базы и банки данных 1.05 MB
  База данных должна содержать сведения о следующих объектах: Клиенты регистрационный номер адрес телефон пол образование номер квитанции об уплате. 1 Разработка концептуальной модели Очевидно что в разрабатываемой базе данных БД предметной областью является Бюро по найму.
66871. Решение алгебраических и трансцендентных уравнений. Метод половинного деления 499 KB
  Анализ технического задания Для выполнения задания требуется: Найти область определения функции корень. Блок-схема алгоритма Блок-схема функции представлена на рисунке 2. Выполняемые функции реализует алгоритм нахождения корня уравнения.
66872. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 997 KB
  Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из взаимодействующих электрических, электромеханических и механических преобразователей, а также управляющих, информационных устройств и устройств сопряжения...