Глава 9.

СЛОЖЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ АКТИВНЫХ ПРИБОРОВ

При проектировании радиопередающих устройств часто возникает проблема генерации высокочастотной мощности больше той, которую может отдать в нагрузку один активный прибор, имеющийся в распоряжении разработчика. В ряде случаев КПД генератора получается выше, если его реализовать не на одном мощном активном приборе, а на двух или трех менее мощных. Иногда аргументом в пользу применения маломощных приборов может служить то обстоятельство, что их общая стоимость оказывается ниже, чем одного мощного.

В этом случае маломощные приборы работают на общую нагрузку, и возникает проблема суммирования их мощности.

Применяется ряд способов решения этой задачи, а именно:

–применение параллельной схемы соединения активных приборов,

–использование двухтактной схемы включения,

–мостовые схемы суммирования мощности.

Каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки, которые рассматриваются ниже.

Параллельная схема включения активных приборов

В параллельной схеме включении активных приборов их одноименные электроды соединяются между собой. Как правило, параллельно включают не более двух – трех активных приборов. Схема генератора на двух параллельно включенных генераторных лампах изображена на рис. 9.1.

Рис. 9.1.

44

Через колебательный контур, который является нагрузкой генератора, протекает суммарный ток двух ламп. Если резонансное сопротивление контура равно R, то амплитуда переменного напряжения Ua на нем равна:

	′	+	′′	(9.1)
Uа =	(Iа1		Iа1)R,

где Iа′ 1 – ток первой гармоники первой лампы,

Iа′′ 1 – ток первой гармоники второй лампы.

Сопротивление нагрузки для каждой из ламп отличается от реальной нагрузки генератора R и зависит от соотношения токов в лампах. Это виртуальное сопротивление носит название «кажущегося». «Кажущееся» сопротивление нагрузки для каждой из ламп в общем случае различается по величине и имеет комплексный характер. Это объясняется несовпадением фаз токов в лампах, различной крутизной их проходной характеристики, неодинаковым напряжением отсечки анодного тока. «Кажущиеся» сопротивления нагрузки для ламп рис. 9.1 соответственно равны:

ZКАЖ¢ = U¢a

Ia1

	¢¢			Ua
Z		=		I ¢¢
	КАЖ
				a1

= æççè 1+

æ

= çç 1+

è

Ia¢¢¢1 ö÷÷ R;

Ia1 ø

Ia¢ 1 ö÷ R;

I ¢¢ ÷ a1 ø

При идеальной симметрии схемы (это достаточно жесткое требование к ее конструктивному осуществлению)

′	′′	Z ¢		= Z ¢¢	= R = 2R;
Ia1 =	Ia1 ;		КАЖ	КАЖ	a

РН = 2Р1 НОМ.

Р1 НОМ – это справочная величина мощности каждой из ламп, а РН – колеба-

тельная мощность в нагрузке генератора.
	Мощность в нагрузке равна удвоенной мощности одной
	лампы. На практике мощность в нагрузке получается меньше
	из-за фазовой и амплитудной асимметрии генератора, что по-
	ясняется векторной диаграммой (рис. 9.2).
	Во-первых, суммарный ток нагрузки получается меньше
	удвоенного тока одной из ламп. Во-вторых, контур в анодной
	цепи настраивается в резонанс c суммарным током первой
Рис. 9.2	гармоники и напряжение Uа по фазе совпадает с этим током.
	Фаза напряжения Ua отличается от фазы токов	I′	I′′
		a1 и	a1 .

Мощность, отдаваемая в нагрузку первой лампой, в этом случае определяется так:

Р1 = 0,5	I′ 1 U	a	сosφ;	(9.2)
	a

В соотношении (9.2) φ – разница фаз напряжения Ua и тока первой гармони-

ки той лампы, для которой определяется отдаваемая мощность.

Подбор генераторных ламп с близкими параметрами не представляет большой проблемы, поэтому усилители мощности с параллельным включением ламп используются довольно часто.

45

Транзисторы всегда имеют большой разброс параметров, поэтому кроме подбора транзисторов необходимы специальные схемные решения, позволяющие подобрать симметричные режимы транзисторов [1,2].

Двухтактная схема включения АЭ

Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности приведена на рис. 9.3. С вторичной обмотки трансформатора в базовую цепь транзисторов подаются возбуждающие напряжения равные по амплитуде, но сдвинутые по фазе одно относительно другого на 180о. При таком возбуждении генераторов

коллекторные токи транзисторов IK1′ и IK1′′ имеют противоположную фазу. Не

трудно показать, что фазовые соотношения для гармоник коллекторного тока получаются следующими:

Рис. 9.3

–нечетные гармоники коллекторных токов ( IК′ 1 и IK′′ 1 и другие) противофазны;

–четные – синфазны;

–при симметрии схемы ( IK′ 1 = IK′′ 1) в общем проводе, соединяющем контур

скорпусом прибора, нечетные гармоники не протекают;

–по катушкам коллекторного контура четные гармоники коллекторных токов протекают в противоположных направлениях;

–в общем проводе схемы четные гармоники суммируются.

С эмиттерами транзисторов должна соединяться средняя точка емкостной ветви контура, чтобы уменьшить сопротивление для высших гармоник коллекторных токов и сохранить формы коллекторных напряжений ближе к гармоническим.

46

Средняя точка индуктивной ветви контура должна соединяться с источником питания через блокирующую индуктивность Lб, задача которой – устранить влияние источника питания на работу генератора.

Величина этой индуктивности не критична, так как амплитуда высокочастотного напряжения на центральных витках катушки колебательного контура относительно невелика. При ее отсутствии в индуктивной ветви контура в точке подключения источника питания искусственно создается нулевой высокочастотный потенциал, что может привести к асимметрии схемы.

Конструктивное исполнение двухтактной схемы сложнее, чем схемы с параллельным соединением активных приборов. Тем не менее, этот вариант схемы сложения мощностей широко используется. В чем состоят достоинства двухтактного включения генераторных приборов?

Предположим, что углы отсечки

Рис. 9.4

θ коллекторных токов транзисторов

равны 90°. В этом случае все нечетные гармоники коллекторных токов, начиная с третьих, равны нулю. Четные гармоники большей частью протекают через емкости СК. Меньшая часть четных гармоник протекает через индуктивности коллекторного контура.

На схеме рис. 9.3 изображена трансформаторная связь генератора с нагрузкой. Индуктивность контура с коэффициентом взаимной индукции М связана со вторичной обмоткой трансформатора, к которой подключена нагрузка генератора RH. ЭДС, наводимая в нагрузке второй гармоникой генераторов, равна:

e′	= jω Ma I′	;
2	K2
e′′	= − jωMa I′′		,
2	K2

где коэффициент а определяет долю тока второй гармоники, протекающей по индуктивной ветви контура.

При симметрии схемы и IK′ 2 = IK′′2 e2′ = − e2′′ , то есть напряжения четных гар-

моник на нагрузке противофазны и компенсируют друг друга. Таким образом, двухтактная схема, активные приборы которой работают с отсечкой, с точки зрения высших гармоник «выглядит» как усилитель класса А. Теоретически в нагрузке протекает только ток первой гармоники. При этом сохраняется высокий КПД, присущий режиму с отсечкой.

Рассмотрим режим работы каждого из транзисторов. Амплитуды перемен-

′	′′	определяются так:
ного напряжения на коллекторах транзисторов UK1	и UK1

47