Общие сведения о трактах усиления радиопередатчиков

Возбудители современных радиопередатчиков являются мало­мощными устройствами. Это объясняется тем, что при малых уровнях сигналов легче обеспечить требуемую стабильность частоты и высокую степень подавления побочных колебаний. Мощность возбудителей обычно не превышает 10 — 40 мВт, столь малая мощность не позволяет обеспечивать радиосвязь на тре­буемое расстояние при заданной надежности.

Поэтому сигналы, формируемые в возбудителе, усиливаются в усилительном тракте радиопередатчика, основное назначение которого состоит в обеспечении необходимой мощности в передающей антенне. Вели­чина этой мощности зависит от многих факторов:

—  от требуемой дальности связи,

—  требуемой надежности связи,

—  вида используемого сигнала,

—  типа передающих антенн  и  т.д.

Усилительный тракт радиопередатчика может включать в себя ряд последовательных каскадов или ступеней усиления. Послед­ний каскад усилительного тракта, развивающий заданную мощ­ность в нагрузке (антенне) называется выходным или оконечным каскадом, а все предшествующие — промежуточным каскадом. Каждый каскад усилительного тракта является усилителем мощ­ности, поэтому термин «усилитель мощности» может относиться как ко всему усилительному тракту, так и к отдельному его каскаду. Каскад усиления мощности иногда называют генерато­ром с внешним возбуждением.

Несмотря на то, что и промежуточные каскады, и выходной каскад являются усилителями мощности, требования которые к ним предъявляются различны.

Поэтому рассмотрим отдельно принципы построения выходных и промежуточных каскадов. Причем это рассмотрение целесооб­разно начать с выходных каскадов, так как именно они опреде­ляют необходимость применения в данном конкретном передатчи­ке промежуточных усилителей мощности.

ВЫХОДНЫМ или ОКОНЕЧНЫМ называется последний, самый мощный каскад усилительного тракта передатчика, основное назначение которого — в обеспечении в нагрузке (антенне) заданной мощ­ности. Этот каскад является основным потребителем энергии ис­точников питания, поэтому он должен работать q высоким КПД. КПД выходного каскада в значительной мере определяет КПД всего радиопередатчика, габариты и массу источника питания.

Таким образом, выходной каскад должен удовлетворять следу­ющим основным требованиям:

—  мощность в антенне на любой частоте диапазона и при ра­боте на различные типы антенн должна быть не менее тре­буемой

—  мощность в антенне должна  обеспечиваться  при  возможно
большем КПД = Ра/Рпер.

—  выходной каскад должен обеспечивать высокую фильтрацию
побочных колебаний и, прежде всего, колебаний на гармо­никах основной частоты.

Помимо указанных основных требований к выходному каскаду предъявляются и другие:

—  высокая надежность и устойчивость работы в заданных ус­ловиях эксплуатации

—  простота схемы

—  минимальное время настройки каскада   и др.

До последнего время выходные каскады передатчиков выпол­нялись в виде ламповых усилителей, однако разработка мощных ВЧ транзисторов создала реальные возможности создания радио­передатчиков на транзисторах (в радиопередатчиках большой мощности возможно частичное использование транзисторов, нап­ример в промежуточных каскадах.)

Применение транзисторов позволяет улучшить эксплуатацион­ные показатели радиопередатчиков, повысить их надежность, уменьшить габариты и массу, обеспечить практически мгновен­ную готовность передатчика к работе, повысить безопасность обслуживающего персонала.

Выходные каскады ламповых усилителей, в которых анод лампы связан с  антенной  многоконтурной  избирательной  системой, принято называть выходным каскадом сложной схемы.

Обычно количество  контуров  в  выходных каскадах сложной схемы не превышает двух.

К основным характеристикам усилителей мощности относятся:

  • Коэффициенты   усиления   выражают   усилительные   свойства:

К ним относятся коэффициенты усиления:

  1. Напряжения     kU =U2 / U1
  2. Тока          kI =I2 / I1
  3. Мощности          kP =P2 / P1

Где U1, I1, P1напряжение, ток и мощность сигнала на входе усилителя, a U2, I2, Р2 — те же величины на выходе.

kобщ = U2 / U1 = U2 / U2,3 * U2,3 / U1,2 * U1,2 / U1=> kобщ = k1 k2 k3

  • Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) — это не­который интервал значений частоты от Fn (нижняя частота) до F (верхняя частота) внутри которого коэффициент усиления изменя­ется в допустимых пределах.
  • Выходная мощность. В зависимости от назначения усилителя его выходная мощность может быть от сотых долей до сотен Ватт. Максимальная мощность, которую можно получить на выходе уси­лителя при условии, что величина искажений выходного сигнала не превышает заданных значений, называется номинальной мощно­стью. Эта мощность указывается в техническом паспорте усилите­ля.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полез­ной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку к суммарной мощности, потребляемой от источников питания.

Для транзисторных усилителей КПД, в зависимости от режима работы оконечного каскада, может быть 40-50%. Для ламповых 12-14%.

  • Искажения, вносимые усилителем. Качество усилителя опре­деляется степенью искажений, вносимых усилителем при усилении входного сигнала. Под искажением следует понимать изменение формы выходного сигнала по сравнению с формой входного.

Любой усилитель в той или иной степени искажает сигнал, по­данный на его вход. При расчете усилителя определяют параметры и режимы работы усилительных элементов, при которых искажения не будут превышать значений, допустимых техническими условия­ми. В зависимости от причин, вызывающих изменение формы вы­ходного сигнала искажения могут быть линейными и нелинейными. Линейные обусловлены влиянием реактивных элементов усилителей: емкостей, индуктивностей. Нелинейные искажения возникают в результате нелинейности характеристик усилительных приборов и характеристик намагничивания сердечников трансформаторов

  • Линейные искажения существуют трех видов:
  1. Частотные
  2. Фазовые
  3. Переходные
  • Частотные искажения искажения, обусловленные изменением коэффициента усиления усилителя на разных частотах входного сигнала. В усилителях они возникают за счет наличия реактивных элементов — сосредоточенных и рассредоточенных индуктивностей и емкостей. В усилителях звуковых частот частотные искажения из­меняют тембр звучания.
  • Фазочастотные искажения. В реальных условиях на вход уси­лителя поступает сложный сигнал, состоящий из основной частоты и ряда гармонических составляющих. При прохождении такого сиг­нала через каскады усилителя за счет его реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) возникает фазовый сдвиг.

Если углы сдвига фаз составляющих сложного сигнала пропор­циональны их частотам, или, время запаздывания для всех частот будет одинаковым, искажений сигнала не будет.

Если эта пропорциональность нарушается, то есть время запаз­дывания различных частотных составляющих сигнала при прохож­дении через усилитель будет различным, то форма сигнала будет искажена. Такие искажения называют фазовыми.

В усилителе звуковых частот фазовые искажения обычно не учи­тываются. В усилителях телевизионных, предназна­ченных для усиления визуально наблюдаемых сигналов, фазовые искажения сильно искажают воспроизводимое изображение.

  • Переходные искажения возникают в усилителях импульсных сигналов. Они характеризуются переходными процессами установ­ления токов и напряжений в усилителях, содержащих реактивные элементы.
  • Heлинейные искажения — искажения формы выходного сигна­ла, вызванные нелинейностью выходных и входных характеристик усилительных приборов, а также характеристик намагничивания сердечников трансформаторов.
  • Динамический диапазон сигнала представляет собой превыше­ние максимального уровня сигнала над его минимальным уровнем.

При преобразовании звука в электрический сигнал динамический диапазон может сохраняться или несколько сжиматься за счет огра­ничения его максимального значения.

Для обеспечения высокого качества воспроизведения динамиче­ский диапазон усилителя должен быть не меньше динамического диапазона сигнала.

Добавить комментарий