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 |
1,37 |
0,052 |
1,87 |
1,29 |
0,23 |
1,79 |
1,23 |
0,17 |
1,03 |
При этом приняты следующие обозначения: N – порядок фильтра; – гарантированное затухание высших гармонических составляющих на выходе фильтра; Ч – фильтр Чебышева; К – фильтр Кауэра.
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
(2.10)
Пример 2.4. Рассчитать фильтр Кауэра пятого порядка при = 50 Ом и = 100 МГц.
Решение. Из таблицы 2.3 найдем, что нормированные значения элементов фильтра Кауэра пятого порядка равны: = 1,08; = 1,29; = 0,078; = 1,78; = 1,13; = 0,22; = 0,96. После денормирования по формулам (2.10) получим: = 34,4 пФ; = 103 нГн; = 2,5 пФ; = 56,7 пФ; = 90 нГн; = 7,0 пФ; = 30,6 пФ. Как следует из таблицы 2.3, спроектированный фильтр обеспечивает гарантированное затухание высших гармонических составляющих на выходе фильтра равное 57 дБ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
