книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

Резистивная составляющая входного сопротивления со сторо­ ны одного плеча на нечетной гармонике: ЛВХ1К.Ч= Кп/2; реактивная составляющая входного сопротивления на нечетной гармонике со стороны одного плеча, подключаемая параллельно /?вх.„еЧ:

У^вх. неч = У ® ( ^ "*■ Щ -

При сильной связи М-> Ь, уХвх не,, -»у• 2шЬ.

При работе одного плеча, например со стороны источника 1\, составляющие токи V, />' на четных и нечетных гармониках опре­ деляются (2.46), а токи 1г, 1\2равны нулю.

В этом случае согласно соотношениям (2.45):

ушх[ян+усо(12- М 2)/х ]

^КИ+ у • 2со(I + М)

Входная проводимость со стороны источника 1\:

/, /г„+у-2(о(У+М)

*у, уш7У?м-со2 (у2 - М 2)

При сильной связи, когда М-+1,

Обратим внимание, что условие сильной связи М -> I в боль­ шей степени реализуется при размещении отрезка линии Тр2 на кольцевом ферритовом сердечнике.

Из приведенных соотношений видно, что при сильной связи и работе обоих плеч входное сопротивление на нечетной гармонике в два раза больше, чем при работе одного плеча, что отмечалось выше.

На рис. 2.19 показана схема совместного включения Тр2, Трз двухтактного генератора по схеме (см. рис. 2.12) с обозначением источников противофазных сигналов Е (первая и высшие нечетные гармоники) и продольных напряжений на обмотках трансформато­ ров (проводах отрезков линий).

Продольные напряжения на обмотках (проводах) трансформа­ тора Тр2 при принятых на рис. 2.19 обозначениях: II{= -Е; Щ= -Е.

электрической длине отрезка 11ци« 2Е, для продольных напряжений на обмотках (проводах) трансформатора Трз получаем: II\ = 1?ц„ -

-Е ~ Е ; Пг =Е\ 1]г =-Е .

В силу того, что продольные напряжения на обмотках (прово­ дах) трансформаторов Тр2, Трз оказываются при малой электриче­ ской длине отрезков практически одинаковыми по величине и находятся либо в фазе, либо в противофазе, отрезки линий, обра­ зующих эти трансформаторы, могут быть размещены на одном кольцевом магнитопроводе с соблюдением полярности продольных напряжений и соединений концов обмоток (проводов). Число вит­ ков у каждой обмотки, размещаемое на магнитопроводе, одинако­ вое и определяется длиной наименьшего из отрезков линий для изготовления Тр2 и Тр3. Так как выбор длины отрезков для Тр3 не критичен, а для Тр2 длина отрезка ограничивается в пределах I = (0,05...0,1) то длины всех отрезков обоих трансформаторов могут выбираться одинаковыми на основании последнего соотно­ шения.

На рис. 2.20 показано возможное размещение отрезков линий, образующих Тр2, Тр3, на общем кольцевом магнитопроводе и со­ единение их концов при подключении к плечам двухтактного гене­ ратора по схеме рис. 2.12.

кЯ„

Рис. 2.20

Как уже отмечалось, размещение отрезка линии Тр2 на кольце­ вом магнитопроводе практически обеспечивает сильную связь меж­ ду обмотками (проводами), что способствует замыканию четных гармоник через Тр2, минуя нагрузку Л„. Следовательно, реализация Тр2 на основе кольцевого магнитопровода как общего с Тр3, так и

раздельного, является предпочтительной при изготовлении двух­ тактного транзисторного ГВВ на трансформаторах из отрезков длинных линий.

Размещение Тр2, Трз на общем магнитопроводе позволяет уменьшить габариты устройства и сократить объем ферритового материала.

В заключение отметим, что при размещении отрезков линий, образующих Тр2, Трз, на фторопластовых каркасах входные сопро­ тивления плеч Тр2, Трз оказываются конечными как для нечетных, так и для четных гармоник. В этом случае необходимо, чтобы для четных гармоник, в первую очередь для второй гармоники, результи­ рующее входное сопротивление, определяемое параллельным со­ единением входных сопротивлений плеч Тр2 (2.37), Тр3 (/2с2 *§ РО и сопротивлением выходной емкости одного транзистора 1#©СВЬ1Х, стремилось к нулю. Для нечетных гармоник, включая полезную - первую, реактивная составляющая входного сопротивления также определяется параллельным соединением входных сопротивлений плеч Тр2 (2.38), Тр3 (/2^*8 РО и сопротивления выходной емкости одного транзистора 1//соСвых. Относительно коллекторов транзисто­ ров УТ\, УТг (см. рис. 2.12) реактивная составляющая входного со­ противления для нечетных гармоник удваивается, а резистивная составляющая равна Ки. Напомним, что при реализации режима ра­ боты транзисторов двухтактного генератора с углом отсечки кол­ лекторного тока 0 = 90° в составе выходных токов транзисторов кроме первой гармоники практически не будет никаких высших нечетных гармоник.

Двухтактные транзисторные генераторы с использованием ТЛ реализуют на частоты до 30...80 МГц, что обусловлено трудностя­ ми обеспечения низкого сопротивления (короткого замыкания) по четным гармоникам в коллекторной цепи транзисторов [5].

На частотах от 100 МГц до 1 ГГц двухтактные генераторы вы­ полняют на так называемых «балансных» транзисторах [5], пред­ ставляющих собой два транзистора одного типа проводимости, размещенных в одном корпусе. Как правило, внутри корпуса ба­ лансного транзистора во входной и коллекторной цепях размеща­ ются дополнительные Ь- и С-элементы, которые вместе с внешними ^С-элементами образуют входные и выходные согласующие цепи и цепи коррекции АЧХ, спроектированные на заданный рабочий диа­ пазон балансного транзистора. На входе и выходе двухтактного ге­ нератора на балансном транзисторе обычно включают ТЛ, вопервых, для повышения (понижения) нагрузочных сопротивлений

с нею выходной катушкой I, так как уменьшается требуемая индук­ тивность контура Ьк, соответственно уменьшается число витков у катушки Ь и трудно установить и заземлить у этой катушки сред­ нюю точку. В отдельных случаях при небольшом уровне мощности и относительно невысоких рабочих частотах катушки Ьк, Е могут быть размещены на ферритовом сердечнике кольцевой или цилинд­ рической формы. Во-вторых, концы катушки X асимметрично рас­ полагаются по отношению к земле (общей шине генератора), что нарушает симметричное возбуждение плеч двухтактного генерато­ ра. Нижний конец катушки Ь из-за наличия паразитной емкостной связи между катушками Ьк, Ь приобретает утечку на землю (общую шину) через узел подключения блокировочного конденсатора СбЛ.а или Сбл.к- С повышением частоты связь нижнего конца катушки Ь с землею усиливается, что ухудшает симметрию возбуждающих двухтактный генератор сигналов.

Для перехода от однотактного генератора к двухтактному часто применяют схему (рис. 2.22), у которой по высокой частоте зазем­ ляется средняя точка емкостной ветви контура, образуемой последова­ тельным соединением двух конденсаторов емкостью С каждый.

Заземление средней точки у емкостной ветви контура позволя­ ет обеспечить симметрию сигналов для возбуждения двухтактного генератора, а также создать путь для переменных составляющих анодного (коллекторного) тока. Напряжение питания анода Ея (кол­ лектора Ек) подается через блокировочный дроссель как в двух­ тактной схеме (см. рис. 2.5), чтобы предотвратить замыкание средней точки у катушки контура Ьк на землю (общую шину) по высокой частоте через емкость Сбл. Очевидно, одновременное за­ земление средних точек у емкостной и индуктивной ветвей контура недопустимо. Можно построить схему, аналогичную рис. 2.22, с за­ землением по высокой частоте средней точки у индуктивности кон­ тура Ьк и отсутствием заземления средней точки у емкостной ветви контура. Однако отыскать среднюю точку у катушки оказывается намного сложнее, чем обеспечить ее у емкостной ветви. Кроме того, наличие выходной емкости у АЭ усложняет получение симметрич­ ных сигналов при заземлении средней точки у катушки индуктив­ ности.

Емкостная связь АЭ с контуром в схемах (рис. 2.22) улучшает фильтрацию гармоник [3, кн. 1], что обеспечивает более гармоничес­ кую форму сигнала возбуждения двухтактного генератора. Обратим внимание, что в схемах рис. 2.22 индуктивность Ьк и емкости С фор­ мируют П-контур, эквивалентный колебательному контуру третье­

Наличие выходной емкости СВЬ1Ху АЭ (лампы, транзистора) на­ рушает симметрию схемы (рис. 2.22). Для поддержания симметрии схемы в нее включается симметрирующий конденсатор, имеющий емкость Сейм ~ СВых (в схеме добавляется еще емкость монтажа). При полной симметрии емкость контура в схемах (рис. 2.22): Ск = (С + Ссим)/2.

Если выходная емкость АЭ СВЫх (с учетом емкости монтажа) составляет заметную часть от требуемой емкости контура Ск: Ск = 1/со2Хк, то заземление средней точки у емкостной ветви конту­ ра, образуемой емкостями С, равно как и сами эти емкости, может отсутствовать. Подобные схемы представлены на рис. 2.23.

В схемах рис. 2.23 заземленной оказывается средняя точка у ветви, образуемой последовательным соединением емкостей

Свых» Ссим.

Коэффициент включения контура в схемах рис. 2.22, 2.23 р = 0,5. В ламповом генераторе при таком коэффициенте включения контура может оказаться невозможной реализация требуемого режима работы, особенно на высоких частотах, из-за низкого сопротивле-

= ~ <2н у!Ьк/ Ск , где 0,н- нагруженная добротность контура (с уче­

том нагрузки со стороны двухтактного генератора).

Коэффициент включения контура р > 0,5, соответственно большее значение сопротивления нагрузки в анодной цепи обеспе­ чивается в схемах рис. 2.24. На рис. 2.24,6 представлена классиче­ ская схема параллельного питания анода. Индуктивность Ь$л в схе­ ме рис. 2.24, б требуется больше, чем в схеме рис. 2.24,а, и усилива­ ется ее влияние на получение симметричных сигналов для возбуж­ дения двухтактного генератора.

Противофазные напряжения в схемах рис. 2.24 снимаются с конденсаторов С\, Сг. При наличии выходной емкости лампы СВЫх через емкость С\ протекает часть контурного тока /конт, тогда как через емкость Сг протекает весь контурный ток. Для получения одинаковых по величине напряжений на С\, Сг необходимо иметь емкость С] меньше емкости Сг, соответственно сопротивление ем­ кости С| больше, чем сопротивление емкости Сг. Из анализа схем (рис. 2.24) получаем: С\ = (С2 - СВЫх) С3/(С3 + Сшх), что соответст­ вует условию С] < С2. Реализация схем возможна при условии С2> СВых В схеме рис. 2.24, б к СВых АЭ добавляется емкость, вно­ симая 1бл-

При Сз = оо схемы рис. 2.24 переходят в схему рис. 2.22,а, когда напряжения возбуждения плеч двухтактного генератора сни­ маются с концов катушки контура Ьк. В этом случае согласно последним соотношениям С| = (С2 - СВых); Р ~ 0,5; Ск = С2/2 = = (С, + С„ых)/2, что полностью соответствует схеме рис. 2.22,а, по­ скольку С, = С, а СВЬ1Х= Сейм-

■^бл

а

^•бл

б

Рис. 2.24

При использовании ТЛ переход от однотактного генератора к двухтактному осуществляется с помощью симметрирующего ТЛ, выполняемого по схеме рис. 1.31, как это сделано в двухтактном транзисторном ГВВ по схеме рис. 2.12.