5.2. Схемы согласования каскадов радиопередатчика с нагрузкой

Для согласования одного каскада РПУ с другим используются цепи согласования, проектируемые, исходя из критериев обеспечения высокого значения коэффициента полезного действия, хорошей фильтрации паразитных составляющих спектра и согласования сопротивлений. Под фильтрацией понимают число, которое показывает во сколько раз вес гармоник в нагрузке меньше веса гармоник в цепи выходного электрода активного элемента. При углах отсечки от 60⁰ до 90⁰ для наибольшей по уровню (второй гармоники для однотактной и третьей гармоники для двухтактной схемы ГВВ) коэффициент фильтрации Ф_2f может быть приблизительно определен следующим образом:

где Р_~2 - мощность второй гармоники в нагрузке.

Для радиопередающих устройств по международным нормам уровень излучения на высших гармониках не должен превышать величины, приведенной в Приложении 3. В большинстве случаев решается задача согласования необходимого оптимального сопротивления активного элемента R₁ c резистивным сопротивлением R₂ следующего каскада или нагрузки. Если нагрузка имеет еще и реактивную составляющую, то цепь согласования должна ее компенсировать. Упрощенно для любой из схем согласования можно считать, что коэффициент фильтрации пропорционален числу m_опт реактивных элементов цепи:

m_опт =(0,05…0,1) а_ф,

где а_ф – относительный уровень максимальной мешающей гармоники напряжения (или тока):

а_ф =20lg(U_~2/U_~)

Полоса пропускания цепи согласования должна превышать ширину спектра полезной составляющей сигнала, проходящего через данную цепь (при амплитудной модуляции она соответствует удвоенной верхней частоте в спектре модулирующего сигнала).

В зависимости от типа каскада и необходимого коэффициента фильтрации используется одна из известных цепей согласования:

- резонансный контур;

- связанные контура;

- Г - образная цепь;

- П - образная цепь;

- Т - образная цепь;

- лестничные цепи на основе Г, Т, П - образных звеньев.

При расчете цепи согласования задано:

f_мах - максимальная частота рабочего диапазона частот;

f_мин - минимальная частота рабочего диапазона частот;

R₁ - сопротивление нагрузки активного элемента;

R₂ - сопротивление нагрузки каскада;

Ф_nf. - требуемый коэффициент фильтрации.

5.2.1. Одноконтурная цепь связи

Одноконтурные цепи связи рекомендуется использовать в маломощных промежуточных каскадах для согласования входного сопротивления последующей ступени с выходом данного каскада. Задача подавления высших гармоник при проектировании такой схемы связи, как правило, не ставится, и коэффициент фильтрации не рассчитывается.

Схема одноконтурной цепи связи приведена на рис. 7.

Каскад работает на активное сопротивление нагрузки R₂, связь с которой обеспечивается конденсатором С₂ (для подстройки необходимой связи он может выполняться подстроечным или переменным). Требуется рассчитать параметры цепи С₁, С₂, L₁, обеспечивающие каскаду оптимальное расчетное значение сопротивления нагрузки R₁.

С ₂

С₁ L₁ R₂

Рис. 7. Одноконтурная цепь связи.

Расчет элементов схемы начинается на максимальной рабочей частоте f_мах.

1) Задаемся минимальной емкостью контура С_мин, определяемой выходной емкостью генераторного прибора С_вых, емкостью монтажа С_м, минимальной емкостью конденсатора С₁, емкостью связи С₂, пересчитанной в контур,

С_мин=(2 … 3)l

где С в пикофарадах, l в метрах.

2) Вычисляем индуктивность контура L₁:

L₁=1/((2pf_мах)²С_мин)

3) Вычисляем емкость конденсатора связи С₂:

С₂=1/(2pf_мах(R₁R₂ - R²₂))^0,5

4) Вычисляем внесенную в контур емкость со стороны цепи связи С_вн:

С_вн=Х_С2/(2pf_мах(Х²_С2+R²₂))

Х_С2=1/(2pf_махС₂)

5) Вычисляем минимальную емкость контурного конденсатора С_1мин:

С_1мин =С_мин - С_вых - С_м - С_вн

6) Вычисляем максимальную емкость контурного конденсатора С_1мах:

С_1мах=С_1мин+С_мин((f_мах/f_мин)² -1) - С_м - С_вн((f_мах/f_мин)-1)

7) Вычисляем нагруженную добротность контура (пренебрегая потерями в индуктивности):

Q_н=R₁/(2pf_махL₁)

8) Вычисляем коэффициент полезного действия контура (при известной добротности контура на холостом ходу):

h_к=1-Q_н/Q_хх

Если контур в выходную цепь активного прибора включен частично, тогда под сопротивлением R₁ следует понимать оптимальное сопротивление нагрузки активного элемента R_экв, пересчитанное к колебательному контуру:

R_экв=R₁(2pf_махL₁)²

С учетом этого пересчета расчет элементов схемы согласования ведется по вышеприведенной методике.