книги / Радиопередающие устройства
..pdfL
/ Y V Y \
Рис. 1.52. Схема П-образного кон тура
LI L2
-L"
Рис. 1.51. Схема выходного каскада на транзисторе
г
Рис. 1.53. Схема сдвоенного П-образ ного контура
В уэкодиапазонных передатчиках, работающих на фиксиро ванных частотах, для повышения фильтрации высших гармоник в выходную цепь включают дополнительные контуры — фильтрпробки и фильтр-дырки, настроенные точно на частоту п-й гар моники. Схема фильтрующей системы, состоящей из параллель ных колебательных контуров, настроенных на вторую 2f, третью 3f и четвертую 4f гармоники, приведена на рис. 1.54. Для токов высших гармоник сопротивления 'контуров велики, и они не по падают в антенну. Для токов основной рабочей частоты сопро тивления контуров малы, и они с незначительным ослаблением попадают в антенну.
1.21. н а с т р о й к а ВЫХОДНЫХ к а с к а д о в
Выходной каскад передатчика отдает мощность в антенну. Антенна подключается к выходу оконечного каскада передатчика либо непосредственно, либо с помощью фидера. Входное сопро тивление антенны может быть чисто активным (гд), активно-ем костным (гА—j ХА) и активно-индуктивным (rA+ j ХА) . Для наи более полной передачи колебательной мощности в антенну необ ходимо, чтобы ее входное сопротивление было чисто активным и значение его, пересчитанное в выходную цепь, согласовано с условиями получения наивыго'днейшего режима работы генерато ра. Для этого антенна настраивается в резонанс на рабочую час тоту передатчика.
В выходном каскаде простой схемы антенна включается не посредственно в анодную или коллекторную цепь, поэтому такой генератор можно считать нагруженным одиночным колебатель ным параллельным Контуром. Исходя из сказанного для выход ного каскада простой схемы наивыгоднейшим режимом является оптимальный, соответствующий оптимальному сопротивлению на грузки в выходной цепи. Выходной — антенный — контур нужно
71
Рис. 1.55. Элементы настройки простой схемы выхода
Рис. 1.54. Схема фильтрующей системы
настроить в резонанс на заданную частоту (частоту возбуждения), чтобы он имел активное сопротивление, конденсатором илЯ катушкой индуктивности LH или Сн, как показано на рис. 1.55. Оптимальное сопротивление R 3.опт достигается подбором коэф фициента включения р .контура в выходную цепь .перемещением щупа по виткам катушки связи LCB (рис. 1.55) или подбором Нн' дуктивности 1св вариометром (см. рис. 1.49).
В сложной схеме выхода для получения максимальной мощ ности в нагрузке генератора — антенне — необходимо добиться полного резонанса в системе связанных контуров — промежуточ ном и антенном. Настройку проводят в следующей последователь ности. Сначала настраивают промежуточный контур при мини мальной связи с антенным контуром по минимуму постоянной составляющей выходного тока или по максимуму тока в контуре. Затем немного увеличивают связь между контурами до появления заметного тока в антенном контуре и настраивают в .резонанс антенный контур по максимальному току в нем. После этого уве личивают связь между контурами до получения наибольшей мощ ности в антенном контуре. Затем подбирают коэффициент связи между контурами так, чтобы установить оптимальный (критичес кий) режим генератора по максимуму антенного тока.
В передатчиках, |
устанавливаемых |
на подвижных |
объектах — |
|
летательных аппаратах, где нужна |
максимальная оперативность, |
|||
с целью упрощения |
конструкции |
и |
эксплуатации |
передатчика |
можно «е добиваться полного резонанса на всех волнах. Это поз воляет исключить элемент настройки антенны. В таком случае активный характер сопротивления нагрузки выходной цепи элек тронного прибора обеспечивается настройкой промежуточного контура. Значение реактивного сопротивления его подбирается так, чтобы получить полный резонанс на какой-то одной частоте (на пример, на средней или наиболее важной волне диапазона). На других волнах достигается первый частичный резонанс. Но КПД выходной цепи при этом будет несколько ниже.
В передатчиках с небольшим рабочим диапазоном (/максДмин) < <1,5 связь между антенным и промежуточным контурами можно установить фиксированной, как показано на рис. 1.56. На рис. 1.57 приведена упрощенная схема выходного усилителя мощности ра*
Рис. 1.56. Выходной каскад сложной схе мы с фиксированной связью
диостанции «Ясень», применяемой для диспетчерской связи в граж данской авиации. Усилитель собран «а тетроде ГС15Б по схеме с заземленной через конденсатор С управляющей сеткой.
Схема питаиия анодной цепи — параллельная. Питание на анод подается через высокочастотный блокировочный фильтр L4C3L5C4. Анодный контур выполнен короткозамкнутой по высо кой частоте коаксиальной линией, емкостью анод — сетка и кон денсатором СЮ. С выхода усилителя мощности напряжение высо кой частоты подается на вход фильтра нижних частот, который обеспечивает ослабление высших гармонических составляющих. С выхода ФНЧ напряжение высокой частоты подается через нап равленный ответвитель в антенну.
Схема выходного усилителя передатчика радиостанции «Бак- лан-Рн», выполненного на транзисторе ТЗ, приведена на рис. 1.58,а. Напряжение радиочастоты от предыдущего каскада пода ется в цепь базы транзистора, который при нулевом напряжении на базе работает в режиме класса С. С коллектора транзистора ТЗ выходное напряжение через согласующий трансформатор пос тупает на антенный фильтр (АФ), а затем в антенну. В антен ном фильтре происходит подавление гармонических составляю щих спектра частоты сигнала.
Выходной усилитель передатчика самолетной КВ аварийной радиостанции выполнен на трех параллельно включенных лампах 1П24Б (рис. 1.58,6) со сложной схемой выхода. Схема питания анодов ламп — последовательная. На экранирующие сетки ламп
напряжение питания подается через |
гасящее сопротивление |
R3 |
от источника анодного питания. На |
антидинатронные сетки |
по- |
о
Рис. 1.58. Схемы выходного усилителя мощности радиостанций «Баклан-Рн*
(а) и аварийной (б)
дается отрицательное напряжение (или 0). Антенный контур наст раивается вариометром L13. Настройка в этом случае производится одной ручкой вместо двух или трех путем изменения реак тивного сопротивления одного из элементов промежуточного кон тура. Но КПД при этом еще более понижается на краях диапа зона. Настройку надо производить по максимуму тока в антен ном контуре.
1.22. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ КАСКАДЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Каскады передатчика, расположенные между возбудителем и вы ходным усилителем -мощности, называются промежуточными.
Как уже было сказано, для получения высокой стабильности частоты передатчика задающий генератор должен иметь неболь шую (мощность (до 1 Вт) и должен быть слабо связан с после дующим каскадом. Поэтому если передатчик должен иметь вы ходную мощность несколько десятков и более ватт, то для воз буждения выходного каскада необходимо устанавливать несколь ко промежуточных каскадов.
Основное назначение промежуточных каскадов — усиление мощности созданных возбудителем колебаний до достаточной для возбуждения выходного каскада и повышения стабильности час-
74
тоты передатчика. Промежуточные «декады защищают задающий генератор — возбудитель — от влияния изменяющихся парамет ров антенны и режима работы выходного каскада на рабочую частоту возбуждения. Промежуточные каскады осуществляют так же умножение частоты.
В зависимости от местоположения в структурной схеме пере датчика промежуточные усилители можно классифицировать на буферные, умножители частоты, нредоконечные.
К промежуточным каскадам предъявляют следующие основ ные требования:
обеспечивать высокий коэффициент усиления по мощности; ослаблять связь выходной цепи каскада со входной его цепью; обеспечивать постоянство амплитуды выходного напряжения
по диапазону.
Высокий коэффициент усиления следует выбирать с целью уменьшения промежуточных каскадов. Чем меньше каскадов, цроще их схемы, более облегченный электрический и тепловой ре жимы их электронных приборов, тем выше надежность. Умень шение связи между входной и выходной цепями в ламповых промежуточных усилителях достигается применением экраниро ванных ламп — тетродов и пентодов, у которых проходная ем кость анод — сетка незначительна. Кроме того, эти лампы тре буют малую мощность возбуждения, работают при малых сеточ ных токах, значения которых при изменении режима анодной цепи изменяются незначительно.
Промежуточные каскады являются генераторами сложной схе мы, полезной нагрузкой которых служит чаще всего ненастроенная цепь последующего каскада. Реактивное сопротивление, вноси мое ею в контур генератора, компенсируется расстройкой конту ра так, что вся нагрузка каскада практически считается активной.
Выходная мощность каждого промежуточного каскада рас ходуется частично в его выходном контуре на покрытие собствен ных потерь в нем и частично во входной цепи последующего каскада. Эти затраты мощности являются следствием наличия во входной цепи следующего каскада тока, источником которого яв ляется предыдущий каскад.
Промежуточный усилитель предназначен для создания мощ ности, необходимой для возбуждения последующего каскада. По этому мощность, расходуемая в следующей входной цепи Рвх.сл, является полезной, а затраты в своем выходном контуре РВЫх — потерями. Тогда КПД контура промежуточного каскада т|пром=
= Рвх.сл/Рвых.
Его выбирают в зависимости от мощности каскада. Чем мень ше т)„ром, тем слабее проявляется влияние изменения входного сопротивления каждого последующего каскада на предыдущий, т. е. тем больше ослабляется реакция на задающий генератор. Исходя из этого в мощных каскадах, стоящих ближе к выход ному, с тем, чтобы не ухудшать энергетические показатели, т)Пром выбирают порядка 0,8... 0,9, а в маломощных — 0,2... 0,5 для
75
ослабления влияния последующих 'каскадов на задающий гене ратор. При этом энергетические ‘потери в маломощном каскаде будут невелики, а ослабление обратной реакции — значительное. Постоянство амплитуды выходного напряжения можно обеспе чить установкой промежуточного усилителя в перенапряженный режим, ,в котором напряжение *на контуре меняется незначитель но, применением автоматической регулировки усиления и исполь зованием усилителей о апериодической нагрузкой. В транзистор
ных усилителях целесообразно использовать ключевой |
режим. |
В передатчиках большой мощности промежуточные |
усилите |
ли выполняют на электронных лампах, в маломощных — на тран зисторах. Принципиальная схема лампового усилителя промежуной частоты приведена на рис. 1.59. В качестве нагрузки в вы ходной цепи лампы используется фильтр нижних частот (тшта'/п) L1,L2,C3. При согласовании волнового сопротивления фильтра с сопротивлением R3 (рфНч ='#з) входное сопротивление фильтра будет активным в широком диапазоне частот. Фильтры в нагру зочных цепях, как указано выше, используют в тех случаях, ког да связанная система не обеспечивает заданную фильтрацию.
На рис. 1.60 приведена схема промежуточного усилителя ко ротковолнового диапазона с согласующим трансформатором, поз воляющая осуществить переход к двухтактной схеме, на рис. 1.61 схема узкополосного транзисторного промежуточного усилителя с двумя ФНЧ, обеспечивающими согласование и фильтрацию гар моник. Входной ФНЧ образуют элементы С2, L1 и Свх транзи стора. Емкостной делитель С7, С2 используется для расширения
СЬ
Рис. 1.60. Схема промежуточного усилителя с согласующим трансфор матором
CJ L2 М
VTZ
|
°0 |
б) |
Рис. 1.62. |
Схемы промежуточных усилителен: |
|
о — широкополосного; б — радиостанции «Баклан-Рн» |
|
|
пределов |
согласования. Выходной ФНЧ |
состоит из элементов |
СЗ, L2, С4 и С Вых транзистора. |
|
|
Схема |
широкополосного промежуточного усилителя приведена |
на рис. 1.62,а. Входной фильтр составлен элементами С2, L1, СЗ, L2 и Свх транзистора. Выходной П-образный фильтр нижних час тот образован элементами L3, С4 и Свых транзистора.
В передатчике радиостанции «Баклан-Рн» промежуточный уси литель 'Мощности (рис. 1.62,6) 'выполнен на транзисторах и со стоит из двух -каскадов. Первый каскад собран «а транзисторе VT1 (2Т922Б) по схеме с общим эмиттером. Напряжение радио частоты — от возбудителя через делитель R1—R3 и согласующий трансформатор L/, СЗ, С4УL2. Режим транзистора по постоянно му току задается резисторами R5t R6 и термостабилизирующими диодами VD2, VD3. Нагрузкой транзистора VT2 является катуш ка индуктивности L3 и входное сопротивление транзистора VT2. Индуктивность L4 и емкость С5 образуют согласующий фильтр.
Каскад, включаемый непосредственно после задающего гене ратора, называется буферным. Он обеспечивает задающему гене ратору постоянную нагрузку и ослабляет влияние антенны, вы ходного и промежуточных усилителей на режим и частоту его? колебаний.
Причины, вызывающие изменение режима и частоты колебании задающего генератора, -могут быть различны. Это изменение па раметров антенны в результате воздействия внешних условий погоды, изменение режима промежуточных и выходного каскадов при непостоянстве напряжения источников питания и др. Пусть, например, изменились параметры антенны в результате измене ния погодных условий. Так как антенна входит в состав сопро тивления нагрузки выходного усилителя, то изменение ее пара метров изменяет это сопротивление и режим усилителя, а сле довательно, и токи в выходной и входной цепях. Ток входной цепи нагружает контур промежуточного усилителя, и его изме нение вызывает изменение режима этого каскада, т. е. изменение его токов выходной и входной цепей. Итак изменение параметров
21 |
НЗ |
22 |
"Г"? |
УЗ |
и, |
||
|
~лЬ. |
-гг л |
|
|
|
Рис. 1.63. Выбор рабочей точки в буфер, ном каскаде
Рис. 1.64. Функциональная схема умножи. теля частоты
антенны достигает задающий генератор и вызывает изменение его частоты.
В ламповом буферном усилителе работа без сеточных токов окончательно прерывает воздействие изменения режима последую щих каскадов на режим задающего генератора. Чтобы в цепи управляющей сетки лампы не было тока, мгновенное значение
напряжения |
на сетке всегда должно быть отрицательным, т. е. |
£ c + t/c^ 0 , |
как показано на рис. 1.63. Следовательно, для буфер |
ного усилителя нужно использовать лампу с левой характеристи кой. Этим требованиям удовлетворяют пентоды и лучевые тетро ды. Но в таком режиме, как видно из рис. 1.63, лампа не полно стью используется по анодному току. Импульс анодного тока остроконечный косинусоидальный, и с целью увеличения колеба тельной мощности угол нижней отсечки его следует выбирать в пределах 100... 120°. Некоторое снижение КПД при этом не имеет существенного значения, так как буферные усилители всегда ма ломощные.
В настоящее время возбудители выполняют -на полупроводни ковых приборах. Поэтому ламповые буферные усилители имеются только в устройствах старых выпусков.
Транзисторный буферный усилитель выполняют по схеме с об щим коллектором (эмиттерный повторитель), так как он обла дает большим входным сопротивлением и незначительной обрат ной связью через проходную емкость. Хорошие показатели обес печиваются также применением эмиттерных повторителей. В ав тогенераторах, выполняемых на микросхемах, буферный усили тель входит в состав автогенератора.
1.23. УМНОЖИТЕЛИ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ Назначение
Промежуточный усилитель, частота 'колебаний на выходе кото рого больше частоты колебаний «а входе в целое число раз (ча ще всего в 2 или 3 раза) fBux= nfBX, где п — кратность умноже ния, называется умножителем частоты.
Использование умножителей частоты в передатчиках позво ляет:
1) понизить частоту задающего генератора при сохранении более высокой частоты на выходе передатчика, а, следовательно, применить 'кварцевую стабилизацию частоты в коротковолновых и ультракоротковолновых передатчиках, так как кварцевые плас тины непосредственно для КВ и УКВ оказываются механически непрочными и применить их нельзя; кварцевые резонаторы изго товляются на частоты не более 100 МГц, а применение умножи телей позволяет получить стабилизированные кварцем колебания до тысяч мегагерц; кроме того, при бескварцевой стабилизации частоты параметры контура автогенератора на более низкой час тоте получаются лучшими;
2)расширить в п раз диапазон волн передатчика, не расши ряя диапазон волн задающего генератора;
3)повысить устойчивость работы передатчика потому, что при большой разнице в рабочих частотах каскадов, стоящих перед умножителем и после него, паразитная обратная связь значитель но уменьшается;
4)повысить стабильность частоты возбудителя, так как при разных частотах настройки входного и выходного контуров ум ножителя изменение настройки входного контура почти не влияет на настройку его входного контура, а следовательно, и на настрой ку контура предыдущего каскада;
5)увеличить девиацию частоты или фазы при частотной или фазовой модуляции;
6)сформировать множество стабилизированных кварцем час тот в синтезаторах частоты возбудителей широкополосных пере датчиков.
Умножитель частоты должен состоять из нелинейного преоб разователя входного гармонического колебания и фильтра, выде ляющего требуемую гармонику. Исходя из этого функциональная схема умножителя частоты в общем виде может быть представ лена, как показано на рис. 1.64. Здесь Z1 и Z2 — цепи фильтра ции и согласования, а УЭ — усилительный элемент, обладаю щий нелинейными свойствами.
На вход умножителя подается гармоническое (синусоидаль ное) напряжение. Входная цепь Z1 обеспечивает согласование источника этого напряжения с усилительным (нелинейным) эле ментом (НЭ). В нелинейном усилительном элементе происходит преобразование гармонического напряжения в негармоническое — импульсное, спектр которого богат гармониками. Задача выход ной цепи — выделение из спектра импульсов требуемой гармо нической составляющей nfBX, подавление всех остальных гармоник и трансформация комплексного сопротивления ZHв требуемое ак тивное сопротивление, обеспечивающее заданный режим нелиней ного элемента НЭ.
В качестве нелинейного элемента используют электронные лампы, транзисторы и диоды. Ламповые и транзисторные умно жители усиливают колебания, диодные — не усиливают.
Схемы
Принципиальная схема генератора-умножителя частоты по свое му построению не отличается от схемы генератора-усилителя. Различие только в том, что выходной контур умножителя настраи вается не на основную (первую) гармонику выходного тока, а на вторую, третью и т. д. В этом случае в выходном контуре наи большую мощность будут иметь колебания с частотой, «а кото рую он настроен.
Практическая -принципиальная схема транзисторного умножи теля частоты приведена на рис. 1.65. На вход схемы подается колебание о частотой со. Базовым делителем напряжения тран зистор устанавливается в режим класса В или С. В один из полупериодов входного напряжения транзистор открывается и в цепи коллектора ток протекает в виде периодической последова тельности импульсов. Избирательной коллекторной нагрузкой яв ляется двухконтурный полосовой фильтр с внешнеемкостной связью Ссв, настроенный на вторую или третью гармонику вход ного напряжения. На выходе схемы создается напряжение с уд военной или утроенной частотой.
Схема транзисторного умножителя частоты на П-образных фильтрах приведена на (рис. 1.66. На входе умножителя фильтр Zl (L1C1C2C3) настроен на частоту первой гармоники. А фильтр Z2 (L2C4C5C6) — на частоту второй или хретьей гармоники. На вход фильтра Z1 подается импульсное напряжение с предыдуще го каскада — автогенератора или усилителя. На фильтре созда ется падение напряжения первой гармоники входного напряже
ния, поступающее на вход транзистора |
VT1. На нагрузке выход |
ной цепи — фильтре Z2 — выделяется |
напряжение с удвоенной |
частотой. |
|
Схема лампового умножителя частоты приведена на рис. 1.67. Физические процессы в этой схеме протекают так же, как в схеме усилителя, с гой лишь разницей, что контур в анодной цепи на строен на вторую гармонику напряжения на сетке лампы.
Рис. 1.65. Принципиальная схема |
ножителя частоты |
транзисторного умножителя частоты |
фильтрах |