Входное сопротивление трансформатора, разработанного с учетом (2.4) – (2.6), равно:
. (2.7)
Пример 2.2. Рассчитать , , трансформатора на ферритовых сердечниках и длинных линиях с коэффициентом трансформации сопротивления 1:9, если = 50 Ом, = 5 кГц.
Решение. В качестве ферритовых
сердечников трансформатора выберем кольца марки М2000НМ 20х10х5,имеющих
параметры: =
2000; d = 6 см; S = 0,5 см2. Из (2.5) –
(2.7) определим: N = 3, = 16,7 Ом, = 250 МГц. Теперь по известным
параметрам кольца из (2.4) найдем: n=16,7. То есть для создания трансформатора импедансов с = 5 кГц необходимо на
каждом ферритовом кольце намотать не менее 17 витков. Длина одного витка
длинной линии, намотанной на ферритовое кольцо, равна 3 см. Умножая это
значение на 17, получим, что минимальная длина длинных линий должна быть не
менее 51 см. С учетом необходимости соединения длинных линий между собой, с
нагрузкой и выходом усилителя, следует длину каждой длинной линии увеличить на
2...3 см.
2.3. ВЫХОДНОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР полосового УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании полосовых передатчиков средней и большой мощности, также как и при проектировании широкополосных, одной из основных является задача максимального использования по выходной мощности транзистора выходного каскада усилителя. Однако в этом случае между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включается трансформатор импедансов, выполненный в виде фильтра нижних частот [3, 19, 20]. Чаще всего он выполняется в виде фильтра нижних частот четвертого порядка [19–23]. Принципиальная схема усилительного каскада с таким трансформатором приведена на рис. 2.3,а, эквивалентная схема по переменному току – на рис. 2.3,б, где элементы формируют трансформатор импедансов, обеспечивающий оптимальное, в смысле достижения максимального значения выходной мощности, сопротивление нагрузки транзистора и практически не влияют на форму АЧХ усилительного каскада. Методика расчета оптимального сопротивления нагрузки мощного транзистора дана в [2, 3, 24].
Наиболее полная и удобная для инженерных расчетов методика проектирования рассматриваемых трансформаторов импедансов приведена в [25, 26]. В таблице 2.2 представлены взятые из [26] нормированные относительно и значения элементов для относительной полосы рабочих частот трансформатора равной 0,2 и 0,4 и для коэффициента трансформации сопротивления лежащего в пределах 2...30 раз, где = – входное сопротивление трансформатора в полосе его работы, = – средняя круговая частота полосы рабочих частот трансформатора.
а) б)
Рис. 2.3
Выбор w равной 0,2 и 0,4 обусловлен тем, что это наиболее часто реализуемая относительная полоса рабочих частот полосовых передатчиков средней и большой мощности, так как в этом случае перекрывается любой из каналов телевизионного вещания и диапазоны ЧМ и FM радиовещания [27].
Таблица 2.2 – Нормированные значения элементов трансформатора
2
3
4
6
8
10
15
20
30
w = 0,2
0,821
1,02
1,16
1,36
1,51
1,62
1,84
2,02
2,27
0,881
0,797
0,745
0,671
0,622
0,585
0,523
0,483
0,432
w = 0,4
0,832
1,04
1,19
1,40
1,56
1,69
1,95
2,15
2,46
0,849
0,781
0,726
0,649
0,598
0,559
0,495
0,453
0,399
При выбранных значениях нормированные значения элементов определяются из соотношений [23]:
(2.8)
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
(2.9)
Пример 2.3. Рассчитать элементы трансформатора импедансов (рис. 2.3) при w = 0,2, = 20 и предназначенного для работы в FM диапазоне (88...108 МГц) на нагрузку 75 Ом.
Решение. Из таблицы 2.2 для = 20 найдем: = 2,02, = 0,483. По формулам (2.8) определим: = 9,67, = 0,101. С учетом того, что == 3,75 Ом, а == 6.154·108 из (2.9) получим: = 12,3 нГн, = 208 пФ, = 58,9 нГн, = 43,7 пФ.
2.4. Фильтры высших гармонических составляющих полосового усилителя
Выходные каскады полосовых усилителей мощности работают, как правило, в режиме с отсечкой коллекторного тока, так как в этом случае можно получить в нагрузке значительно большую мощность, чем от каскада, работающего в режиме без отсечки, при одновременном обеспечении более высокого коэффициента полезного действия [2, 3, 4, 9, 24]. Однако в этом случае сигнал на выходе усилителя оказывается не синусоидальным и содержит в своем спектре высшие гармонические составляющие, приводящие к большим внеполосным излучениям. В соответствии с требованиями ГОСТ [28, 29], уровень любого побочного (внеполосного) радиоизлучения передатчиков с выходной мощностью более 25 Вт должен быть не менее чем на 60 дБ ниже максимального значения выходной мощности радиосигнала. Указанное требование достигается установкой на выходах усилителей мощности фильтрующих устройств, в качестве которых чаще всего используются фильтры Чебышева (рис. 2.4) и фильтры Кауэра (рис. 2.5) [2, 3, 4, 30].
Рис. 2.4
Рис. 2.5
В таблице 2.3 представлены взятые из [31] нормированные относительно и значения элементов приведенных фильтров, соответствующие максимальному значению затухания в полосе пропускания равному 0,1 дБ.
Таблица 2.3 – Нормированные значения элементов фильтров
Тип
,дБ
N=5
Ч
37
1,14
1,37
1,97
1,37
1,14
К
57
1,08
1,29
0,078
1,78
1,13
0,22
0,96
N=6
Ч
49
1,16
1,40
2,05
1,52
1,90
0,86
К
72
1,07
1,28
0,101
1,82
1,28
0,19
1,74
0.87
N=7
Ч
60
1,18
1,42
2,09
1,57
2,09
1,42
1,18
К
85
1,14
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
