|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 33  -1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 J I I-L. 0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 VJfh 0,1 0,2 ze,0M го 18 15 n гг ю go 7 6 5 ч ? г g, /  -1,0 -0,в -0,6 -0,4 -0,2 a I I- J I I I L L 0,4 0,B 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 D,S 1 Рис. 3.59 L L igfm I I I Ъ 4 5 S ur/h Таблица 3.20
- С1 JL VI i I il I I a) 5) Рис. 3.60 =C1 C2 m L Фс1 ci=i= Рис. 3.61 П(и проектировании колебательных систем чаще решают обратную задачу: найти геометрические размеры сечения МПЛ для выбранного Zc- В этом случае удобно пользоваться графиками, связывающими величину Zc с отношением w/h или логарифмом этого отношения (рис. 3.59) [3.10]. Hanpntyiepj требуется найти геометрические размеры МПЛ с волновым сопротивленцем Zc = 50 Ом; толщина слоя диэлектрика h = 0,5 мм, материал - поликор с £ = 9,6. Из рис. 3.59,6находим w/h - 1; следовательно, ширина металлической полоски w = 0,5 мм. С уменьшением Zc До 20 Ом ширина w возрастает до 2,25 мм. Диэлектрические проницаемости некоторых типовых материалов приведены в табл. 3.20. Более подробные сведения об органических и неорганических диэлектриках можно найти в [3.10]. Так как длина волны в МЛП Ад (см) связана с частотой / (МГц) и £эф соотношением 3 10 (3.68) то при использовании керамики с высокой диэлектрической проницаемостью г длина волны Х„ уменьшается на порядок и линия действительно становится микрополосковой. Что касается дисперсии в МЛП, то ее можно учесть увеличением £эф с ростом частоты. До частот 10 ГГц это увеличение составляет проценты от £эф, т.е. лежит в пределах точности расчетов. При необходимости уточнение £эф можно сделать по формулам (2.75), (2.76), приведенным в [3.10]. Добротность резонаторов на ПЛ и МПЛ лежит в пределах 150. . .450. Большую часть контуров, где применяют отрезки линий, можно свести к двум схемам: рис. 3.60,а и 3.61,а. Схеме рис. 3.60,а соответствует эквивалентная схема рис. 3.60,б , где Слэ - емкость, концентрирующая реактивную мощность электрического поля, запасенную в линии Wi. Распределение амплитуд напряжения и тока в линии Wi показано на рис. 3.62. Исходными данными для расчета контура являются: резонансная частота контура /о (МГц) соответствующая ей длина волны в линии Ал, рассчитанная по (3.68) (для линий с однородным заполнением диэлектриком: кабелей, ПЛ, £эф = £), сосредоточенная емкость контура Cl (пФ), волновое сопротивление линии Zc (Ом). Длина ко-роткозамкнутого отрезка линии £ (см) равна: Ал 5,31 Ал , пАл (3.69)
Рис. 3.62 Рис. 3.63 Обычно п = О, только при очень низких сопротивлениях длину линии увеличивают на Ал/2. Волновое сопротивление Zc подбирают так, чтобы получился конструктивно выполнимый отрезок линии. Мощность электрического поля на участке €1-2 однородной линии гг2 /тпа Pp,= i/ cos\mi)dme = ml2 - mil sin(2m4) -sin(2m.£i) (3.70) где [/ - амплитуда напряжения в пучности; электрическую длину mi отсчитывают от пучности напряжения. Общая реактивная мощность Рр, запасенная в элементах схемы (рис. 3.60), складывается из мощности Ррс, запасенной в конденсаторе Ci, и мощности в линии Ррд (в Слэ на рис. 3.60,6): Рр - Ррс + Ррл - ml sin(2m) 2Zcs\r?{ml) V 2 4 Характеристическое сопротивление эквивалентного контура t/2 ZcS\r\{mt) ml sin(2m) 2 4 Эквивалентная емкость контура Cl + Слэ = Ci[0,5 -\- mllsin{2rrd)\. (3.71) (3.72) (3.73) При расчете схемы (рис. 3.61,а) обычно вначале получают ее аналог (рис. 3.61,6), а затем нереализуемую из-за ее малости индуктивность L1 заменяют отрезком линии. Следует, однако, помнить, что линия обладает трансформирующими свойствами и токи, протекающие через конденсаторы С1 и С2 в схеме (рис. 3.61,а), будут разными. Поэтому при расчете линии W1 в схеме (рис. 3.61,а) можно исходить из двух вариантов исходных данных. Эти варианты, а также последовательности
расчетных формул сведены в табл. 3.21. Эпюра напряжения, поясняющая расчет, приведена на рис. 3.63. В расчетных формулах Табл. 3.21 использованы модули сопротивлений конденсаторов Xd и Хс2. Напряжения U2 v\ Ul ъ соответствии с рис. 3.63 взяты с обратными знаками. Далее рассчитывают реактивную мощность в контуре, характеристическое сопротивление и добротность контура. Вариант 1 целесообразно применять при расчете контуров автогенераторов, вариант 2 - при проектировании фильтрующих и согласующих устройств. Пример. Рассчитать МПЛ в контуре в схеме рис. 3.61,а при следующих данных: Cl = 15 пФ, Сг = 7 пФ (варикап), /о = 900 МГц, Zc = 20 Ом. Расчет ведем по 1-му варианту. Напряжения на контуре нормируем к напряжению C/j. 1. Определяем длину волны в свободном пространстве: Ао (см) = 3 . lOV/ (МГц) = 3 10*/900 = 33,3 см. 2. Находим сопротивления конденсаторов: xci = 5,31 (cm)/Ci (пФ) = 11,8 Ом; ХС2 = 5,31 (см)/Сг (пФ) = 25,3 Ом. 3. Выбираем МПЛ с = 20 Ом. 4. Рассчитываем = srctg(Zc/Хс2) = arctg(20/25,3) = 0,67. 5. Рассчитываем т4 = arctg(c/(-a;ci) = arctg(20/ - 33,3) - 2,10. 6. Определяем длину волны в МПЛ. Используем подложку из поликора с е = = 9,6. Из графиков на рис. 3.69,6 находим отношение параметров МПЛ w/h = 4,4. С помощью (3.66) определяем е^ф. Рассчитываем р = \/y/l + \2h/w = 1 1-1-12/4,4= 0,5; эф = 0,5(£ -f 1) -Ь 0,Ър(е - 1) = 0,5(9,6 + 1)+ 0,5 0,5(9,6 - 1) = 7,5. Длина волны в МПЛ Ал = Хй/./ = ZZ,Z/y/TJ = 12,2 см. 7. Определяем длину отрезка МПЛ: m4-m4 (т4-т4)Ал (2,10-0,67)12,2 <-л - -= -г-=---= 2,77 см. m 2-к 6,28 8. Определяем размеры сечения полосковой линии (рис. 3.44,5). При h = = 0,66 мм ширина металлической полоски составляет 4,4Л. = 2,65 мм. 9. Напряжение на конденсаторе С2: .. U2 = - и cos{mf.u] cos(m4 cos(0,67] cos(2,l) = -i,55ai. 10. Рассчитываем реактивную мощность, запасенную в элементах схемы (нормируем к напряжению U). Реактивные мощности в конденсаторах? Ppci = 0,bUll Xci = 0,SVll\\,B = 4,24 lO-U, РрС2 = 0,bbq/Xc2 = 0,5 1,55[/2/25,3 = 4,74 IQ-t/. Реактивную мощность в линии рассчитываем по формуле (3.70): 2 (ih -mtn sin{2miy) - sin{2mix)\ 1 V 2 4 / ZcCos2(mJ?K) = 0,5ai2[(2,l - 0,67)/2 + (sin4,2 - sin l,34)l/(20cos=2,l) = 2,55 IQ-U. Полная реактивная мощность, запасенная в контуре, Рр = PpCl4PpC2+ipл = 4,24-10-2ai44,74-10-2a2+2,55.10-2a2 = 11,5.Ю'У^ 11. Характеристическое сопротивление контура в точке с напряжением C/i р = и^/2Рр = 10 (2 11,5) = 4,34 Ом. 12. Оцениваем собственную добротность контура. Добротность керамического конденсатора Qci = 400 (с учетом монтажа), добротность варикапа Qc2 = 120, добротность МПЛ <3л = 250. Потери в контуре Рпот = Ppci/Qci + PpC2/Qc2 + +Ррл/<Эл = 6,0 10-*и^, добротность контура Qx = Рр/Рпот = 190. В ВЫХОДНЫХ усилителях мощности на лампах в передатчиках телевизионного вещания и УКВ ЧМ вещания применяют резонаторы коаксиального типа (рис. 3.64). Резонатор включают между анодом (радиатором) лампы и экранирующей сеткой. Участок лампы длиной £ от конца радиатора до вывода экранирующей сетки представляет собой фактически неоднородную коаксиальную линию, которую при расчетах обычно заменяют однородной линией с волновым сопротивлением Zc = m\g{D/d), (3.74) где d - внутренний диаметр линии, равен диаметру радиатора с насадкой для крепления резонатора. При настройке резонатора подвижные короткозамкнутые шлейфы позволяют устранить неточность расчетов. Диаметр внешней трубы D выбирают из условий электрической прочности, отсутствия волн высших типов и компактности конструкции. Между внутренней и внешней трубами резонатора действует сумма напряжений = Еа + U{i)max, где и{£)шах = Uh. Для коаксиальной линии минимальный диаметр внешней трубы Daim (см)  Dmin 2,75С/з/£доп, (3.75) Рис. 3.64 где Едоп = 5... 10 кВ/см - допустимая напряженность поля для нормальных атмосферных условий. Обычно волновое сопротивление резонатора конструкции, приведенной на рис. 3.64, лежит в пределах Zc = 18...30 Ом. Задаваясь Zc, из (3.74) определяют D. Кроме выполнения условия (3.75) электрической прочности, существует верхний предел величины D, обусловленный появлением волн высших типов. Условия отсутствия азимутальных и радиальных колебаний 7r(Z)-t-tf)/2A un, где Amin - минимальная длина волны, на которую настроен резонатор. Эквивалентной схеме контура соответствует рис. 3.60, где под Ci следует понимать выходную емкость лампы С^ых = Сас2 + См; Сас2 - емкость между анодом и экранирующей сеткой; См ~ (0,5 ... 0,7)Сас2 - емкость монтажа лампы. Длину резонатора £р рассчитывают по (3.69) с заменой Ci на Свых при п = 0. Так как длина резонатора зависит от Zc, а следовательно, и от D, то оптимальной является конструкция, когда длина £р и диаметр D близки. Если £р в 2...3 раза превышает диаметр D, то целесообразно применять составные резонаторы. Состоящие из отрезков коаксиальных линий с различными волновыми сопротивлениями, что будет рассмотрено далее. Если £р < £ , то используют радиальные резонаторы [3.26]. Реактивную мощность в контуре рассчитывают по формуле (3.71), характеристическое сопротивление контура р^ых, приведенное к выходному зазору лампы, - по (3.72). По величине р^ых и по известному из расчета режима лампы сопротивлению нагрузки Кж определяют добротность резонатора Q = Рэк/Рвых или при заданной Q рассчитывают Рэк- Так поступают, например, при проектировании выходных каскадов мощных телевизионных передатчиков, где добротность анодного контура Q определяется требуемой полосой пропускания (см. гл. 7). Коэффициент полезного действия резонатора т]р = 1 - Q/Qx, где Qx - добротность холостого хода, обусловленная потерями в стенках резонатора, контактных соединениях и главным образом в лампе. Величина Qx коаксиальных резонаторов составляет 400...800. Заметим, что эквивалентные параметры р, Сж и Zsk зависят от сечения линии £, для которого они рассчитаны. Это связано с тем, что амплитуды напряжения и тока вдоль линии распределены по гармоническому закону. Так, в сечении £ < £р р' = Рпых5\п^{т£)/вт\т£р). (3.76) По такому же закону изменяется эквивалентное сопротивление контура Кж- Выражение (3.76) используют при расчете элементов емкостной связи с фидером. Для расчета элементов связи, находящихся в пучности тока (например, петель связи), следует представлять резонатор в виде последовательного контура. Характеристическое сопротивление контура в пучности тока PI = 2Pplll = IPpZllVl Как было сказано, при большой длине трубы > 2D целесообразно использовать составные резонаторы. Эти резонаторы состоят из двух Рис. 3.65 Рис. 3.66
или трех участков однородных коаксиальных линий с разными волновыми сопротивлениями. На рис. 3.65 приведена эквивалентная схема резонатора иэ двух линий. Участок длиной £i > £ образован коаксиальной линией с волновым сопротивлением Zd- Внутренний диаметр этой линии d определяется радиатором лампы (рис. 3,64). Участок с короткозамыкателей длиной £2 имеет Zc2 > Zd за счет уменьшения внутреннего диаметра линии d2 < di или использования спирального резонатора, в котором внутренняя труба заменена спиралью (рис. 3.58,5). Волновое сопротивление спиральной линии Zc = ZF, где Zo = 138 Ig {mtdf f d Afi{D/d) \ D где n - число витков, приходящихся на единицу длины линии. На эквивалентной схеме рис. 3.65 неоднородность линии из-за изменения внутреннего диаметра учитывают дополнительной емкостью Сн. Как правило, С„ не превышает единиц пикофарад, и при расчете резонаторов ОВЧ ею можно пренебречь. Приведем расчетные соотношения для составного резонатора из двух линий (рис. 3.65). Заданными являются Zd, Zc2, длина £i и емкость Свых (емкостью Сн пренебрегаем). Электрическая длина линии £2 ml2 = arctg(-a;Bx2/.c2), где *вх2 - ~я;с.вых| l-tg(mi) По аналогии с (3.71) полная реактивная Мощность Рр - -Ррс + Ррл1 + -Ррлг; Ррс = г/еых/2а;,.вых|, tg(m£i) 634 -I-  Рис. 3.67 Рис. а.68
а реактивная мощность, запасенная в отрезках линий, согласно (3.70) Ррл1 = Ррл2 = 2Zcisin(mi3) 1 rf/c,BbixSin[m(£i3-i)] m4 в;п(2т^1э) - sih[2m(£i3 - . 2Zc2 I s\n{m£i)sm{m£2) 2 г m£2 sln(2m2) (3.78) где m£i = arctg(2;c,Bbix/2ci). Для отвода мощности во внешний фидер или для ввода мощности при возбуждении колебаний в резонаторе используют ЦС. С помощью элементов связи сопротивление фидерной линии (внешнего волновода) пересчитывают в сопротивление эквивалентного контура, замещающего резонатор в сечении, где включек элемент связи: конденсатор (емкостная связь), петля (индуктивная связь) или отверстие в стенке волновода (дифракционная связь). Конденсатор связи в коаксиальном резонаторе выполняют в виде плоского или цилиндрического конденсатора, одна из пластин которого закреплена на внутреннем проводнике фидерной линии, а другую образует внутренняя труба волновода (рис. 3.66,а). Расстояние от пластины конденсатора до внутренней трубы h определяется допустимой напряженностью поля: /imin съ/Едрп, где Едоп = 5 ... 10 кВ/см. Площадь пластины рассчитывают по формулам плоского конденсатора. Для расчета сопротивления конденсатора связи воспользуемся эквивалентной схемой рис, 3,67, Вносимое из фидера в резонатор сопротивление Двн = ДэкДх/(Дх - Дэк), где Дх = Рсв<9х, Дэк = РсБ<9, а Рев вычисляют по формуле (3,76), Сопротивление связи Хсъ = -а;н + t/cBУ^ф/(2Р^г/А'с.вн) = -Жн 4- УДвнГн ~ г2, (3.79) где [/св - напряжение в месте размещения элемента связи; А'свн - максимальное значение коэффициента, стоячей волны в нагрузочном фидере; Гд и Жн - активная и реактивная составляющие сопротивления нагрузки; ?7с = 1 - Дэк/Дх- Вместе с,активным сопротивлением в резонатор из фидера вносится некоторая реактивность х^н, определяемая р-еактивным сопротивлением нагрузки и индуктивностью штыря. Эту вносимую реактивность компенсируют Подстройкой (изменением длины) резонатора. При индуктивной связи петлю связи помещают в область пучности тока (рис. 3.66,6). Активное сопротивление, вносимое в контур, Гък^ PlIQ- PlIQx-Полное сопротивление, вносимое в контур, 2 4- .-р2 Отсюда Жсв = \/гвн[н + [к/гвУ]. Сопротивление связи Жсв = 138[lg(r2/ri)][tg(m.£2) - sin(mi)/ cos(m£2)]. .(3.80) Предельное значение сопротивления связи можно получить, увеличив размеры витка до полного использования площади продольного сечения резонатора, т.е. перейдя от индуктивной связи к кондуктивной. При этом li- = О, ri = d/2, Г2 = D/2. Отсюда при кондуктивной связи Хсв - Zcg{rn£2)- Выражение (3.80) позволяет с помощью метода последовательных приближений найти параметры витка. Индуктивность витка из проводника круглого сечения (рис. 3.68,а) [нГн] Lb =47гД[1п(16Д/(/)-2], где R - радиус витка. Индуктивность витка квадратной формы (рис. 3.68,6) Lb = 8с fin - + 0,223-i + 0,726 V а -I- г с Для компенсации индуктивности витка в ряде случаев последовательно с ним вводят компенсирующий конденсатор. 3.12. Выбор стандартных радиодеталей для депей связи, согласования, коррекции, фильтрации и питания; расчет катушек индуктивности В предыдущих главах приведены руководства по выбору и электрическому расчету каскадов усиления мощности радиочастоты (ГВВ) на транзисторах и радиолампах. По результатам этого предшествующего этапа проектирования становится известным режим (токи и напряжения) транзистора или лампы, схемы цепей питания, согласования и фильтрации, значения емкости, индуктивности, активного сопротивле- ния потерь входящих в эти цепи конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов, а также приложенные к ним напряжения, протекающие токи, выделяющиеся мощности и пр. Особенно легко и полно эти сведения получают при грамотном использовании в процессе проектирования современных программ для ЭВМ. Следующий этап работы состоит в выборе стандартных комплектующих изделий - конденсаторов и резисторов и в конструктивном расчете катушек индуктивности. Завершается этап составления спецификации. Выбор конденсаторов и резисторов производится по справочникам, достаточно полным и наиболее поздним по времени издания на момент проектирования (например, [1.2; 1.3] или другие, более свежие и полные)..В подавляющем большинстве случаев катушки индуктивности для радиечастЬткых каскадов передатчиков изготавливаются по индивидуальным д/]я дачного типа передатчика расчетам в процессе производства передатчи|<а. Исключение составляют унифицированные радиочастотные дросселкЕ Для транзисторных каскадов (см., например, [1.50]). В справочниках приводятся сведения о многочисленных видах конденсаторов и резисторов. В нашем случае пригодны только разновидности, предназначенные для использования на радиочастотах. Конденсаторы. Используемые в каскадах радиочастоты передатчиков конденсаторы условно можно разделить на две группы: конденсаторы для колебательных контуров, фильтров, согласующих цепей и т.п. и конденсаторы для цепей питания, блокировочные, разделительные и др. [1.1]. К первым ( контурным , или типа 1 ) всегда бывают приложены относительно большие радиочастотные напряжения, и через них протекают большие радиочастотные токи; кроме того, могут быть приложены и большие постоянные напряжения. Ко вторым ( блокиро-вочнЬ|м , или типа 2 ) обычно бывает приложено большое постоянное напряжение, а амплитуда переменного бывает на два-три порядка меньше и может в расчет не приниматься; протекающие через блокировочные конденсаторы токи также меньше, чем токи через контурные конденсаторы. Порядок величины емкости блокировочных конденсаторов примерно в 50... 200 раз больше, чем контурных в том же каскаде. К моменту выбора стандартных конденсаторов по справочникам из предыдущих расчетов известно: назначение конденсатора, его емкость, приложенные напряжения, протекающие токи. Для обеспечения приемлемого КПД фильтрующих и согласующих цепей, для уменьшения потерь мощности и соответствующего нагрева самих конденсаторов (что особенно важно в мощных каскадах) контурные конденсаторы должны обладать малыми собственными потерями, т.е. высокой добротностью Qc 1000 или малым значением тангенса угла диэлектрических потерь tg б 10~; Qc = l/tgS. Необходимо также постоянство емкости во времени при изменении температуры, влажности, давления, приложенных напряжений. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) должен быть равен обратному температурному коэффициенту индуктивности (ТКИ), так как требуется поддерживать резонанс собственной частоты контура резонансного ГВВ с частотой воздействия. На повышенных радиочастотах необходима также малая паразитная индуктивность самого конденсатора и его выводов для избежания паразитных резонансов и для уменьшения зависимости эквивалентной емкости от частоты Сэк С/(1 - WLnC). Благодаря малым переменным напряжениям блокировочные конденсаторы могут иметь малую добротность; допустимо также большое отклонение фактического значения емкости от номинала (от расчетного значения), особенно - в большую сторону. Во многих случаях паразитная индуктивность блокировочного конденсатора и его выводов должна быть особенно малой. Важным параметром конденсатора, используемого в каскадах передатчика, является так называемая реактивная мощность Рреакт = = иIs\n (р к, иI и^иС. Реактивная мощность определяет и рассеиваемую в конденсаторе мощность Ррас = Рреакт tg 5. В табл. 3.22 приведены сведения о некоторых диэлектриках, используемых в современных конденсаторах: тангенс угла диэлектрических потерь tg5 и диэлектрическая проницаемость £. Из таблицы следует, что в радиочастотных каскадах передатчиков могут применяться конденсаторы с вакуумным, воздушным, керамическим, стеклянным, стеклоке-рамическим диэлектриком, а на частотах примерно до 3...5 МГц - некоторые типы самых современных пленочных. Представление о возможных величинах ТКЕ конденсаторов с различным диэлектриком дает табл. 3.23. Следует обратить внимание на существование как положительных, так и отрицательных величин ТКЕ. В табл. 3.24 приведены сведения о собственной индуктивности некоторых типовых конденсаторов и соответственно о примерном значении их верхней предельной рабочей частоты, а в табл. 3.25 и 3.26 - обобщенные параметры некоторых отечественных конденсаторов, применявшихся и применяющихся в каскадах передатчиков, выполненных на дискретных элементах. Наметив по сведениям из этих таблиц целесообразные типы конденсаторов для проектируемого передатчика, следует по наиболее свежим справочникам (например, [1-46]) выбрать конкретные типы с учетом действующих напряжений, протекающих токов, реактивной мощности. Если в справочнике указаны только минимальное и максимальное значения емкости выбранного типоразмера конденсатора, промежуточные значения определяются по стандартному ряду номинальных значений (табл. 3.27). При проектировании передатчика, предназначенного для крупносерийного или массового производства, следует использовать конденсаторы, предназначенные для автоматизированной сборки, что специально указывается в новейших справочниках. Дополнительное представление об областях применения различных конденсаторов по частоте дает табл. 3.28. Таким образом, при малых напряжениях и небольших мощностях в широком диапазоне частот применяются низковольтные керамические конденсаторы группы К10 и им подобные. При высоких напряжениях, средних и больших мощностях применяются высоковольтные керамические конденсаторы группы К15, а также вакуумные постоянные К61 и им подобные и вакуумные переменные КП. Находят применение и га га о 3 J i* - m 2.2; 1Л ц, 1Л Ю 1Л tN LO LO LO r-l r-l ,-i ,-1 ° й i О о 8 g 2 2 i 5 о w о со ю 1-1 т-Н о 1л' о - о о о ю Ю 1 1 S 5 2 2 2 5 5 !-; t <о iL l < ) (О > Г- С 2 S 5о5 го го . . 5 го го с с с 5 с 5 с: го го го го го С С С о о о g cn о о t3 5 I i о S i 2 i- -1 о) о) о I Q. О) о ь ь а о о 3 ё о* ф S а, О- S ,s S с о о ь S о OJ о - ct н о ю 1Л г- .. о о 1 ооо ооо ,-1 ,-1 о ,,-cn 1Л о й d ю - со о о г-о : i о I о о о CN . CN см CN . . , i......о < i о о о -н in ..... .. . . 1Л U-) ,-1 1Л (М о о CD о о со ю d г-< со см см см <5 о т со о 1Л ю I 1Л см г-1 r-t о со со го . - о to I i 5с со т , сз со из S о см из о U, го о d d ч- (N ; .... о о иэ см го г-1 о о о U, . §й : g о о ? - : S <М u5 5 гн го г? о о Осм о см о .. см .. см о .. о i . . 1-t о г-1 ч о к (N о и . . см go.. из и in в о ой сл см ~ со о й> о 2 - см 8 §8 g ° о rl со о о о см г-1 (N1 <5 о <N о см rl и о о о . о 5 о X ? X 2 Ц. X л L) .5 .о m га о т о S S С1 т н <5 2 о у ю к d о >, CL S с; Q. с: с; с н <5 2 . I I о с о S а. га и Ш с; S о о с; с; 5 5 ччн Т-Н 1-Ч CN CN CM > : I- Г u : с
* у высокочастотных конденсаторов потери измеряются на частоте 1 МГц или более высокой, у низкочастотных (пленочных, металлобумажных, бумажных и т.п.) - на частоте 1 кГц, у электролитических, а также бумажных емкостью больше 1 мкФ - на частоте 50 Гц.
Таблица 3.24
подстроечные конденсаторы, рассчитанные, как правило, на невысокие напряжения - керамические группы КТ4 или КПК и с воздушным диэлектриком группы КТ2 или КПВ. Основные параметры блокировочных конденсаторов Таблица 3.26
Конструктивный расчет спирали контурной катушки индуктивности. Предшествующий электрический расчет каскадов передатчика дает основание для проектирования катушек индуктивности этого передатчика: контурных, для полосовых фильтров, дросселей. В подавляющем большинстве случаев проектирования Типовые (стандартные) катушки не существуют. Для проектирования катушки должно быть известно: 1. Назначение катушки и ее индуктивность. 2. Протекающий по катушке ток и допустимый нагрев в заданных условиях окружающей среды, особенно важный для каскадов мощно-
Таблица 3.28 Ориентировочный диапазон частот для разных групп конденсаторов
10 1 кГц 10 1МГц 10 1 ГГц стью выше средней (более сотен ватт). 3. Действующие в каскаде напряжения и электрическая прочность конструкции, т.е. отсутствие пробоев между витками катушки, между катушкой и корпусом или другими деталями как по поверхности каркаса катушки, так и по воздуху. 4. Механическая прочность катушки, способ изменения индуктивности (если это требуется), удобство компоновки каскада. В современных передатчиках чаще применяются цилиндрические катушки. Если требуется катушка с переменной индуктивностью, то чаще используется вариант катушки со скользящим контактом и реже - в форме вариометра. Расчет спирали катушки производится методом последовательных приближений, и приходится предварительно задаваться некоторыми размерами проектируемой катушки. Поэтому перед началом расчета полезно ознакомиться с существующими катушками, близкими к проектируемой по назначению, индуктивности, току, напряжениям. Ознакомление может быть реализовано на объекте учебной практики, в учебной лаборатории, по учебной литературе (например, [2.25]) и по заводским описаниям. Таблица 3.29
C£li;oo продставленую об основных параметрах катушки: температурном ксэфф[лциенте индуктивности (ТКИ), добротности и паразитной межвиткооой емкости дает табл. 3.29. Последовательность расчета спирали. 1. По предшествующему расчету уточняются исходные данные, и прежде всего необходимая индуктивность спирали L. По табл. 3.28 и по прототипу вЬбирается конструкция катушки. 2. Определяется расчетное значение индуктивности с учетом влияния экрана катушки и дросселя питания, если они имеются. Экран в соответствии с законом Ленца уменьшает индуктивность катушки. Дроссель, шунтирующий катушку, также уменьшает эквивалентную индуктивность контура. Если диаметр экрана по крайней мере вдвое больше ожидаемого диаметра катушки, а индуктивность дросселя не менее чем на порядок больше индуктивности катушки, то их влияние невелико и следует принять расчетное значение индуктивности спирали контурной катушки £расч ~ (1,1 . 1,2)L. 3. По аналогии с катушкой-прототипом задаются отношением длины намотки катушки к ее диаметру D. От отношения £/D зависит добротность катушки Q: у небольших катушек {D ss 20...30 мм) для получения наибольшей добротности должно быть £/D = 0,33 .. .0,4, но при этом катушка получается неудобной - короткой и толстой. Так как оптимум добротности от £/D выражен слабо, то для катушек диаметром до 50 мм берут £/D = 0,5.. .0,8, а для больших катушек мощных каскадов £/D - 1...2. 4. Диаметр провода катушки выбирается исходя из протекающего по ней тока и допустимого нагрева. Рассмотрим часто встречающийся вариант катушки: цилиндрическая однослойная, с естественным (конвекционным) охлаждением. В инженерной практике обычно используется эмпирическая формула с/ (1,8...3,75)/< /(АГ)2, где d - диаметр провода, мм; / - радиочастотный ток, А (эффективное значение); / - частота тока, МГц; ЬТ - разность температур провода и окружающей среды, С (для катушек ГВВ принимают 0,5 1 1,5 г г/в Рис. 3.69  12 3 Щ Рис. 3.70 ДТ = 40...50 С). Меньшее значение коэффициента (1,8) относится к крупным бескаркасным катушкам и катушкам с ребристым (гребенчатым) каркасом, не мешающим свободной циркуляции воздуха вокруг провода. При намотке катушки на керамический трубчатый каркас и свободной циркуляции воздуха вокруг катушки коэффициент можно принимать равным 2,3 при намотке с шагом 2,75 при сплошной намотке, 3,5 при намотке в паз, нарезанный на каркас. При расположении катушки в ограниченном объеме с затрудненной циркуляцией воздуха следует дополнительно увеличить коэффициент на 25...30 %. Тепловой режим катушки рассчитывают: для передатчиков радиотелеграфных и с частотной модуляцией - в режиме номинальной мощности; для однополосных (если не оговорены специальные условия) - в режиме максимальной (пиковой) мощности; для передатчиков с AM получаемой методамибазовой или сеточной модуляции (возбуждением или смещением), - также в режиме максимальной мощности; для передатчиков с коллекторной, стоковой или анодной AM - в режиме непрерывной модуляции с глубиной т, предусмотренной для рассчитываемого передатчика (см., например, ГОСТ 13924-80). Если при расчете диаметра провода по допустимому нагреву получается d 1...1,5 мм, это означает, что катушка слабо нагружена током. В этих условиях правильнее выбирать диаметр провода по методике, обеспечивающей наименьшее активное сопротивление катушки. Иа декаметровых и метровых волнах такой оптимальный диаметр й?опт = g/Kd, где д - шаг намотки; Kd - коэффициент, определяемый по графику рис. 3.69. Из двух значений диаметра провода - по нагреву и по сопротивлению - принимают больший, и по нему выбирают стандартный обмоточный провод с ближайшим большим диаметром. Для бескаркасных катушек малой мощности (менее 12... 15 Вт) метрового диапазона волн выбор диаметра провода определяется его механической прочностью и составляет d - 1. . .3 мм при трех-пяти витках катушки диаметром D = 15...30 мм. 5. Шаг намотки, при котором достигается наименьшее активное сопротивление провода катушки току радиочастоты, д - (2... 2,5)с!, но при этом катушка получается длинной . Теоретические исследования  г J i 5 6 glu а) 0,1 0,20,5 0,5 1 2 3 5т В) Рис. 3.71 И практика проектирования рекомендуют д = (1,3 ... l,5)d. Приемлемость выбранного шага намотки по допустимой напряженности электрического поля между витками катушки по воздуху и по поверхности каркаса (если он имеется) необходимо проверить после определения числа витков спирали катушки. 6. Число витков спирали катушки N - \JЬрсч/D), где Lpacn - расчетное значение индуктивности, мкГн; D - диаметр катушки, см; F{£/D) - коэффициент формы катушки, представленный на графике рис. 3.70. Поскольку D, i/D, д = i/N выбраны ранее произвольно или по аналогии с прототипом, проверяют правильность их выбора: должно выполняться равенство N = l/g. При совпадении результата с точностью (5.. .7) % расчет можно считать законченным. В противном случае весь расчет надо повторить, задавшись новым значением D. 7. Проверяют электрическую прочность катушки, для чего определяют напряжение между соседними витками = Uy/N, где - приложенное к катушке напряжение радиочастоты. Напряженность поля между витками U/ig - d) должна быть меньше допустимой: 500... 700 В/мм по воздуху и 250. 300 В/мм по поверхности керамического каркаса катушки. 8. Рассчитывают собственную емкость однослойной контурной катушки по эмпирической формуле Со ~ Q,lkgkcD, где Со - собственная (паразитная) емкость катушки, пФ; D - диаметр катушки, мм; kg - коэффициент, зависящий от отношения g/d (рис. 3.71,а); к^ - коэффициент, зависящий от отношения i/D (рис. 3.71,6). Формула дает достаточно точные для практики результаты при гладком каркасе катушки с диэлектрической проницаемостью £ = 4...6; для катушек, намотанных в паз (в нарезку) каркаса, емкость на 20... 25 % больше; для бескаркасных катушек - на 15... 20 % меньше. 9. Проверяют длину провода катушки €пр ttDN, которая должна быть меньше длины рабочей волны < О, ЗА, чтобы катушку можно было считать деталью с сосредоточенными параметрами. В противном случае приходится переходить к использованию отрезков линий передачи ( длинных линий ) (см. § 3.11). Как уже отмечалось, при монтаже передатчика с помощью печатных плат целесообразно применять катушки индуктивности, выполненные также печатным способом. Плоские спиральные катушки позволяют реализовать примерно следующие значения индуктивности: при наружном диаметре ~ 40... ...50 мм достижима индуктивность в 7... 10 мкГн; при очень тонких печатных проводниках - до 50 мкГн; в микроминиатюрном исполнении при диаметре катушки D 10 мм - до 0,1 мкГн; при одновитковой катушке - 0,5.. .4 нГн. Добротность плоских печатных катушек невелика: на частотах до 10. ..30 МГц величина Q 100... 120; на частотах порядка 1 ГГц Q 50 ... 100. Применительно к транзисторным каскадам передатчиков пониженная добротность допустима благодаря невысоким значениям эквивалентного сопротивления коллекторной нагрузки Т^экв = Uk/Ik1- Индуктивность плоских печатных катушек рассчитывается методом последовательных приближений по формулам: для квадратной спирали L = 5,55ЛсрvAlg(8cp/<) 10~; для круглой спирали L = 2,5£>ср vig(4£>cp/<) 10~. В этих формулах: L - индуктивность, мкГн; Dcp = {D + D )/2 - средний диаметр спирали, мм; Аср = {Аа + Лбн)/2 - средняя длина стороны квадратной катушки, мм; А„ 1л Da - наружные размеры квадратной и круглой спирали, мм; А^ и Da - внутренние размеры спиралей соответственно, мм; t - 0,5(£) - Dh) и < = 0,5(Лн - вн) - радиальная ширина намотки, мм. Собственную емкость плоских катушек можно очень приближенно оценить по соотношению Спар ~ 0,025£)н, где D - как и ранее, наружный диаметр, мм; Спар измеряется в пФ. Более подробно информацию о расчете контурных катушек передатчиков можно получить из литературы [2.3; 2.25]. Конструктивный расчет обмотки дросселя радиочастоты. Электрические требования к дросселю определяются также при расчете каскадов ГВВ передатчика. Обязательное условие правильного проектирования дросселя - выбор достаточно большой его индуктивности по сравнению с контурными . Если индуктивность дросселя достаточно велика (Ьдр (20 .. .50)Lkoht), обеспечивается малое вредное шунтирующее действие дросселя по отношению к радиочастотным цепям и упрощаются требования к самому дросселю, то допускается большее отклонение индуктивности дросселя от номинала, не обязательна большая добротность и соответственно допустимы заметные потери в экране (если он есть) или в сердечнике. Очень важно обеспечить работу дросселя вдали от частоты собственного резонанса, для чего собственная паразитная емкость дросселя должна быть малой. Для обеспечения малой паразитной емкости применяют в основном дроссели с однослойной намоткой и большим соотношением длины к диаметру £/D = 3...6. Часто применяются дроссели с переменным шагом намотки. Диаметр провода дросселя определяется в основном постоянным током 7дро, однако из-за конечного сопротивления дросселя для радиочастоты А'др = uiLjp некоторый радиочастотный ток 7др.рч протекает по его обмотке. У правильного спроектированного дросселя эффективный ток, обусловливающий его нагрев и определяющий выбор диаметра провода дросселя: /др.эф = Ipo + /др.рч немного больше постоянного тока Тцр.эф ~ (1,1... 1,25)7дро. По этому току и выбирают диаметр провода дросселя исходя из допустимой плотности тока 2...3 А/мм. Число витков обмотки дросселя рассчитывают по приведенным выше формулам. В транзисторных каскадах на не слишком высоких частотах используются малогабаритные дроссели серийного производства типа ДПМ (дроссель радиочастотный промышленный модернизированный), ДВА, ДМ, Д [1.50]. В зависимости от марки и типоразмера дроссели могут иметь индуктивность от 1 до 500 мкГн, а некоторые - и до 2000 мкГн. Дроссели выпускаются на ток от 0,1 до 3 А (12 градаций). Собственная (паразитная) емкость 1,5... 8 пФ, активное сопротивление постоянному току 0,1... 16 Ом (некоторые - до 55 Ом), добротность 25... 100, диаметр дросселя 3...7 мм, длина 11...22 мм, длина с выводами 62... 72 мм, масса 0,7. ..4 г; для некоторых типов дросселей указывается предельная частота (для типа Д - 100 кГц). Применение резисторов. В справочниках приводятся сведения о разнообразных резисторах [1.47]. В каскадах радиочастоты передатчиков основное применение имеют постоянные непроволочные резисторы. Используются также переменные резисторы двух групп: подстроенные с числом циклов регулирования порядка 1000 и регулировочные с числом циклов 10 ООО и более. Наиболее массовыми являются постоянные непроволочные металлодиэлектрические резисторы общего применения с широкоизвестным, но устаревшим обозначением МЛТ. Более современные обозначения С2 и Р1. К этой же группе относятся более дорогие и по некоторым показателям более совершенные резисторы ОМЛТ и МТ. Металлодиэлектрические резисторы выпускаются на номинальные мощности рассеяния от 0,062 (1/16 Вт) до 2 Вт При мощностях более 2 Вт находит применение другая разновидность резисторов: постоянные непроволочные общего применения углеродистые, обозначаемь:е ВС или С1, с номинальной мощностью рассеяния до 10 Вт. При равной рассеиваемой мощности резисторы ВС несколько больше по габаритам, чем МЛТ, но и несколько дешевле. У углеродистых резисторов наименьшая зависимость сопротивления от частоты по сравнению со всеми другими. Еще большей номинальной рассеиваемой мощностью обладают объемные непроволочные постоянные резисторы общего применения -типа ТВО или С4. Их максимальная рассеиваемая мощность достигает 60 Вт. Зависимость сопротивления от частоты у ТВО самая существенная из Всех непроволочных. 1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 33 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||