15. Широкодиапазонные цепи связи.
ЦС: согласования и коррекции.
1) УПрезонансные 2) ШП
По месту применения: входные, мжкаскадные, выходные.
Требования к ЦС: 1) трансформировать на основной ч-те комплексное сопротивление нагрузки в такое комплексное сопр-е входа, которое является оптимальным (т.е. близким или –эквив-му) для электронного прибора.
Для межкаскадных и вх-х цепей Zн – это вх.сопр-е следующ.каскада. Zвх и Zн – это параметры ЦС.
2) обеспечивать опред-е вх.сопр- вых-х и межкаскадных ЦС на частотах высших гармоник. Для больш-ва случае достат-но обеспечить отн-но большое или малое сопр-е по сравн-ю с их знач-ями на основной частоте. Ислючения – бигармонический и ключевой режимы.
3) задерживать, отфильтровывать высшие гармоники в нагрузке, чтобы их мощ-ть не прешала опред-х знач-й.
4) вноить малые потери мощ-ти и иметь высокий КПД.
5) в широкодиап-х генераторах сохранить заданные хар-ки во всём дип-не частот.
6) предусматривать работу при заданных уровнях мощ-ти.
Все требов-я одинаково хорошо удовлетв-ть нельзя – в кажд.случае выделяют основные и второстепенные.
В предварит-х и предоконеч-х каскадах основное – трансормация сопр-я, а правильное проектир-е обеспеивет и ильтр-ю гароник. Высоки КПД здесь не нужен.
В выходных каскадах вслед-е доп.требов-й функцию фильтр-ии гармоник часто перекладывают на отдел.устр-ва.
ШП ЦС.
Это ЦС для генераторов с коэф-м перекрытия по частоте >1,7-1,8. на частотах>100МГц тоже условно принято считать широкодиапазонными цепи с меньшим перекрытием, т.к. ширина перекрытия оказывается значит-й.
«+»: 1) малое время переключения, 2) меньшие размеры, 3) больше надёж-ть, 4) снижается реактивный ток напряжения на элементах колебат.сист., что приводит к уменьшению потерь и габаритов.
«-»: 1) необходимость выравнивания коэф-та передачи в рабочем дип-не, 2) гармоника осн-й частоты может проникать в след.каскады и нагрузку.
Оцениваются свойства ЦС по колебат-й мощ-ти 1й гармоники в диапазоне частот.
Δ=(Pmax-Pmin)/Pmin – коэф.передачи→неравномерность.
Осн.эл-т ШП ЦС – трансформатор, который может быть выполнен как: -) тр-р с магнитной связью и -) тр-р на отрезке линии.
Характеристики на ср.частотах почти идеальны: Кu=u2/u1= W2/W1; КI=I2/I1= W1/W2; Rн/Rвх=W22/ W12. индекс – первич.,вторич обмотки.
Реальная сх.транс-ра далека от идеал:
rs 1,2 – сопр-е потерь обмотки, RМ – сопр.потерь в магнитопроводе (влияет, в осн-ном, на КПД).
Реактивные Эл-ты влияют в осн-м на коэф-ты трансформации и этим ограничивают полосу пропускания: снизу огр-на LМ (эквив.инд-ть намагничивания первичной обмотки), сверху – Ls2 и Ls1 (ин-ти рассеяния обмоток), а также эквив-ми емкостями Сп2 и Сп1 обмоток и экв.ёмк-ю между обмотками Сп1-2. поэтому для расширения полосы пропускания необх-мо увелич-ть LМ и одновр-но уменьшать Ls и Сп. тогда удаётся обеспечить коэф.перекрытия по ч-те ≤10-30 на частоте от 100кГц до 100МГц и Rн>25 Ом.
-) в мощных транзисторных генераторах такие транф-ры малопригодны, т.к. сопр-е транз-ра сост-т ед-цы и доли Ом. При таких сопр-х индукт-ти рассеяния обмоток должны быть ед-цы,доли нГн – это нереализуемо.
-) для трансф-ров с сопр-ем от 100 кГц до 300 МГц используют трансф-ры на отрезках линий с заданным волн.сопр-ем. В таких трансф-х при при согласованной нагрузке верхняя граничная частота определяется только потерями в линии.
2 схемки какие-ти (коэф.трансф =1 для обеих: Rвх=Rн):
1
.
Rвх=Rн;
Zвх=Zс=Rвх.
за счёт сильной ЭМсвязи при Zс=Rн потери малы и напряж-е на нагр=напряж генератора. Трансформатор вносит только фаз.сдвиг φ=2πlэ/λ.
2. Rвх=Rн; Zвх=Zс=Rвх.
по сравнению с предыд.сх. напряж-е в нагрузке находится в противофазе по сравн-ю с предыд-м случаем. К проводникам 1-2, 3-4 приложено продольное напряж-е: от ист-ка на землю и обратно. /uпр/=/uг/=/uн/. чтобы токи, образованные этими напряж-ми, были < основного тока, должны выполняться нерав-ва: ωLпр12>>Rвх; ωLпр34>>Rн. I= uпр /ω L12= uпр /ω L34.
Iвх=uг/ Rвх; Iн=uн/ Rн – основные токи.
Для выполнения нерав-в линия должна быть достаточной длины и рсположена на феррите с большой магнитной прониц-ю. для изгот-я таких линий использ-ся полосковые и коакс-е кабели с волн.сопр-ем от 3,2 до 150 Ом и больше.
При коэф.трансф ≠1 (Rвх≠Rн) использ-ся несколько линий одинаковой длины, включ-х паралл-но и послед-но по вх. и вых. в различ-х комбинац-х. часто использ-т парал.соед-е с одной стороны и послед-е с др. в этом случае необх-мо обеспечить соотн-я: Rвх=Zс/N, N – кол-во линий. Rн=Zс. Zс=√ Rвх· Rн. /Ku/=/uн//uг/=N.
Фазовый сдвиг, как в предыд.сл-е φ=2πlэ/λ. → Rн/Rвх=N2.→трансформировать сопр-е можно кратно квадрату цел.чисел (1,4,9..).
Пример(uн= Nuг):
слева парал-е вкл-е, справа – послед-е. знач-е продол-го напряж-я на линиях различно. N-ю линию наз-ют разнокомпенсирующей, наматывают без сердечника. Инд-ть 1й линии д.б. наибольшей, чтобы прямой ток был малым.
С увлич-ем прямого напряж-я необх-мо увеличивать объём феррита либо длину и кол-во витков линии, чтобы магн-я индукция феррита не превышала доп.знач-й (чтобы феррит не намагничивался слишком). Однако, при разной длине будут различные фаз.сдвиги, что приводит с увеличением частоты к измен-ю коэф.передачи отн-но N (обычно = 3-5). (т.е. регулировка ведётся ферритом).
Имеются частотные ограничения при рассогласовании нагрузки: * сверху: lэ<(0,1-0,2) λв – верх.дл.волны. * снизу: ωLпр12>10Rвх, ωLпр34>10Rн. поэтому на относит-но НЧ необходимо использ-ть трансф-ры с магнитной связью, а на ВЧ – с ЭМсвязью (т.е. на линиях).