9. Ланцюги узгодження

Основні вимоги до ланцюгів узгодження (ЦС)

Ланцюги узгодження призначені для перетворення навантажувального опору в деякий інший еквівалентний опір колекторного ланцюга , що забезпечує критичний режим роботи транзистора (рис. 9.1). У загальному випадку опір навантаження містить як активну , так і реактивну , складові:.

Мал. 9.1. Узагальнена схема зв'язку транзистора із навантаженням

Реактивна складова опору навантаження повинна бути компенсована шляхом включення послідовно з навантаженням додаткового реактивного опору іншого знака , або враховується при розрахунку елементів ланцюга узгодження.

Працюючи транзистора як з відсічкою колекторного струму ланцюг узгодження має забезпечити хороше виділення необхідної гармонійної складової, тобто. повинна мати резонансні властивості.

Ланцюг узгодження повинен мати високий коефіцієнт корисної дії , і - потужності на виході ЦС та на її вході відповідно (рис. 9.1).

У ряді випадків потрібно забезпечити з високою точністю необхідну форму амплітудно-частотної характеристики каскаду.

До ланцюгів узгодження вихідних каскадів пред'являються жорсткі вимоги щодо фільтрації гармонік. Потужність побічних випромінювань має перевищувати 25*10 -6 . 1*10 -3 Вт залежно від діапазону частот, потужності та призначення передавача.

Коливальний контур у ланцюгах узгодження.Розглянемо один з варіантів використання паралельного контуру в ЦС, наведений на (рис 9.2.) Трансформація опорів забезпечується тут відповідно до наступного виразу:

,

деR, -еквівалентний опір колекторного навантаження;

-характеристичнеопір контуру (тут );

r0- опір власних втрат;

р -коефіцієнт включення контуру в колекторний ланцюг транзистора.

Мал. 9.2. Часткове включення контуру в колекторну

Коефіцієнт включення дорівнюєр=СЗ/(С2+СЗ).

При налаштуванні каскаду критичний режим можна забезпечити підбором оптимального зв'язку з навантаженнямМсвопт.При зміні зв'язку змінюється опір, що вноситься

(9.1)

та резонансний опір контуру

.

При слабкому зв'язку опір, що вноситься мало, резонансний опір велике, величина опору колекторного навантаження перевищує оптимальне значення, що відповідає критичному режиму. Каскад перебуває у перенапруженому режимі. При збільшенні зв'язку опір, що вноситься, зростає, добротність контуру і його резонансний опір зменшуються, каскад спочатку переходить в критичний, а потім в недонапружений режим. У критичному режимі корисна потужність максимальна. Таким чином, існує оптимальна зв'язок з навантаженнямМсвопт, що відповідає критичному режиму роботи каскаду.

Ми розглянули лише один вид зв'язку контуру з навантаженням – трансформаторний зв'язок. Насправді використовуються інші види зв'язку, наприклад - автотрансформаторная (рис. 9.3). В даному випадку ємність роздільного конденсатораСрвибирається з умови: , а опір, що вноситься, визначається за формулою (9.1), деXсв=ωL1.

Мал. 9.3. Автотрансформаторний зв'язок контуру з навантаженням

Часткове включення контуру в колекторний ланцюг транзистора.На практиці повне включення контуру вколекторний ланцюг використовується лише у малопотужних каскадах. У потужних транзисторних каскадах еквівалентний опір колекторного навантаження стає настільки малим (одиниці Ом), що його вдається лише за неповному включенні контуру в ланцюг колектора.

приклад. Нехай корисна потужністьP1=100 Вт, амплітуда змінної напруги на колекторіUmk= 20 В. Тоді необхідний опір колекторного навантаження дорівнює: .

Зазначимо, що у разі часткового включення контуру в колекторний ланцюг транзистора опір навантаження менший, ніж резонансний опір коливального контуру, а саме

, (9.2)

дер≤1 -коефіцієнт включення (рис. 9.4).

Мал. 9.4.Часткове включення контуру в колекторну

Покажемо справедливість формули (9.2). Дійсно, корисна потужність: , деUмк-амплітуда змінної напруги на кол-лекторі,Rк-еквівалентний опір колекторного навантаження,Uконт-амплітуда змінної напруги на контурі. З цього виразу випливає, що. Відношення - коефіцієнт включення.

Інший варіант часткового включення показано на рис. 9.2. Тут транзистор входить у ємнісну гілку контуру. Перевага такого способу в тому, що вищі гармоніки колекторного струму, проходячи через конденсатор С2 створюють значно менше падіння напруги на колекторі транзистора, ніж у разі включення в індуктивну гілка контуру (рис. 9.4).

Мал. 9.5. Принципова схема ГВВ із П-подібною

Змінюючи на рис 9.2 місцями конденсатор СЗ та котушку індуктивності Lk, виключивши котушку зв'язку та підключивши навантажувальний опір паралельноконденсатор СЗ, переходимо до третього варіанту включення контуру в колекторний ланцюг транзистора - П-подібного ланцюга узгодження (див. рис. 9.5).

Г-подібні ланцюга узгодження(рис. 9.6) містять два реактивні елементи X1 і Х2, перетворюють навантажувальний опір R2 в деякий інший еквівалентний активний опір R1, причому обов'язковою умовою реалізації є наступне: R2 3 смугу пропускання такого ланцюга можна оцінити за тією ж формулою, що і для паралельного контуру:

.

Формули для розрахунку елементів першої Г-подібної ЦС (рис.9.7 а):

, (9.5)

. (9.6)

Зазначимо, що якщо навантажувальний опір містить реактивну складовуХн, тобтоZн= Xн+Rн, то в реальній схемі дійсне значення індуктивності треба скоригувати:

,

де:Lрозч- величина індуктивності, розрахована за формулою (9.5).

Фільтруючі властивості ЦС можна поліпшити, якщо послідовно з Х2 включити додаткову індуктивністьLдоп, компенсуючи її опір ємністю Сдоп (рис.9.8).

Мал. 9.8. Включення додаткової індуктивності у Г-подібній ЦС

П-подібні ланцюги узгодженняшироко застосовуються як у вихідних, так і в проміжних каскадах передавачів. На відміну від Г-подібних ланцюгів, П-подібні ЦС можуть використовуватися як при R2 R1. П-подібний ланцюг може бути отриманий шляхом послідовного з'єднання двох Г-подібних ланцюгів, що перетворюють опори R1 і R2 в деякий проміжний опір R0

.

ДляГ-подібноїЦС, рис. 9.7,а, коефіцієнт фільтрації розраховується:

деQн- добротність,nномер гармоніки;

при послідовному з'єднанні ланцюгів узгодження Фп перемножуватиметься:

.

ДляП-подібноїЦС коефіцієнт фільтрації розраховується:

.

Ланцюг з частковим включенням (або ємнісним, або індуктивним):

.

Якщо підвищувати добротність, смуга пропускання зменшується, але іноді необхідна широка смуга робочих частот і ставиться додатковий фільтр гармонік.

---