|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы на этом этапе устанавливается схема колебательной системы выходного каскада, уточняются необходимые источники питания и номиналы питающих напряжений. Ориентировочный расчет структурной схемы удобно начать с распределения нелинейных искажений по каскадам тракта группового сигнала, поскольку в результате этой операции появляются основания для выбора типов электронных приборов для каждого каскада и их режимов. Для оценки степени нелинейных искажений здесь и ниже будем пользоваться коэффициентом нелинейных искажений третьего порядка Лз (см. [1.1, § 7.10; 6.4, с. 213; 1.44]). Результирующее значение 7\/зобщ, дБ, для усилителя с числом каскадов Л можно получить из формулы А/зобщ « 20 Ig \i=i Здесь Kfzi = А3/А1 - отношение амплитуд составляющих третьего и первого порядков на выходе усилителя с номером г. Формула справедлива при Kjsi < 0,05, т.е. при Kjs < -20 дБ, и в тех случаях, когда нелинейные искажения, возникшие в одних каскадах усилителя, не компенсируются обратными по знаку искажениями в других. В промежуточных усилителях получение низких значений Kjzi дости-J гается применением ламп с квадратичными характеристиками и полевых МДП-транзисторов и слабым их использованием (низкие значения 7*1 max/PiJv)- Для мощных каскадов Kjs выбирают компромиссное решение между уровнем нелинейных искажений и энергетическими показателями каскада. Обычно для выходного каскада принимают 7\/Зсум на 4...6 дБ меньше 7\/Зоб1ц. Оставшуюся часть искажений распределяют между остальными каскадами, задавая для каскадов меньшей мощности более низкие уровни искажений (-45 ... - 65 дБ). По полученным результатам целесообраз- / N \ аналогично тому, но построить график функции Kfz = 20 Ig Kfsj Vi=i / который показан для иллюстрации на рис. 6.4 штриховой линией для передатчика с Г/зобщ = -36 дБ. При построении графиков PiAmax и 7i/3cyM следует руководствоваться тем, что уровень сигнала на выходе типового возбудителя около 5 мВт, на выходе передатчика для конкретного случая, принятого для рис. 6.4, 80 кВт; /\/зсум на выходе типовых возбудителей можно принимать равным -55 дБ; на выходе проектируемого передатчика - по ГОСТу. Далее производится расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде всего необходимо установить по материалам гл. 1 ориентировочные значения ?;вкс - КПД колебательной системы ВКС и т/ст - КПД симметрирующего трансформатора СТ. Коэффициент полезного действия ВКС зависит от числа контуров в ВКС, их загрузки и определяется в результате расчета ВКС для необходимой фильтрации. Для расчета же t> HAH п> Ршах  Рис. 6,4 структурной схемы tjbkc и j/ct можно задать, руководствуясь соотношениями между PiAmax и ?7вкс. Приведенными в гл. 1, а г]ст принять равным 0,9...0,97. Найдя максимальную мощность, отдаваемую электронным прибором выходного каскада в колебательную систему: -Pi max = 7lAmax/(»7BKC HCv), следует перейти к выбору типа ЭП. Если в ТЗ нет специфических требований, из которых следует однозначный выбор, то можно руководствоваться примерными правилами: передатчик для фиксированной службы мощностью больше 5 кВт - в выходном каскаде целесообразны лампы-тетроды; передатчик подвижной службы до 1 кВт - более целесообразны транзисторы (МДП). Желательно использовать лампы суперлинейной серии с удлиненным нижним сгибом статических характеристик (ГУ-82, ГУ-84, ГУ-94П, ГУ-104А и др.). Такие лампы могут отдавать мощность, равную до 70. .. 100 % от номинальной, работая без токов управляющей сетки и обеспечивая 7/з -40 дБ. Поскольку со-временнь1е тетроды имеют номинальные мощности от 50 Вт до 1 МВт, то в коротковолновых передатчиках, связных и радиовещательных, начиная с 70-х годов применяется в выходном каскаде однотактная схема с общим катодом, а для получения заданной мощности используется подходящая по мощности лампа. В передатчиках на транзисторах целесообразны блочное построение мощнЬ1х каскадов (например, рис. 7.32 в [1.1] и рис. 1.15 в [2.1]) и двухтактные схемы в блоках. Что касается выбора номинальной мощности ЭП для выходного каскада, то можно исходить из следующих соображений: а) в передатчиках, которые должнь! длительное время работать при максимальной мощности Рдтах (например, при одноканальной передаче сигналов А1А, Fib и др.), номинальную мощность ЭП Pihom выбирают из условия Р\-яоы - (1,1 • l>4)Pi max И ПО справочнику подбирают тип лампы, которая отдает такую мощность в режиме линейного усиления и желательно при отсутствии тока управляющей сетки; 6) для ламповых передатчиков, в которых Pi max достигается на очень коротких интервалах времени (многоканальный групповой сигнал), а длительная работа с излучениями А1А, F1B, F7B и др. предусмотрена с пониженной мощностью lA Рдср, целесообразнее задавать и нормировать среднюю мощность в антенне PiAcp- Критерием пригодности того или иного ЭП в этом случае является выполнение неравенства Ра.ср < Ра.доп при заданной PiAcp (Ра.ср - средняя, а Ра.доп - допустимая мощности рассеяния ЭП). Ориентировочный расчет средней рассеиваемой мощности производится в следующем порядке. 1. По известной средней мощности PiAcp определяется средняя мощность, отдаваемая ЭП, Picp = PiAcp/»7BKC, где jjbkc - ориентировочный КПД выходной колебательной системы (см. табл, 1.12). 2. Из всех заданных для проектируемого передатчика видов работ по табл. 6.1, выбираем такой, для которого отношение Х"/Х минимально, i 3. Приняв ориентировочно максимальный КПД анодной цепи усилителя ?7атах = 0,7 И коэффициент /?п равным 0,15...0,25, найдем для i выбранного вида работы средний КПД анодной цепи оконечного усилителя ?7а.ср = »7атах/( + Ра) И затем среднюю мощность, рассеиваемую на аноде, Да.ср = Plcp(l - »7а.ср)/?а.ср- По Plcp и Ра.ср выбирают подходящие типы ламп. Окончательное решение о пригодности выбранной лампы производится после полного расчета усилителя. Выбор типов транзисторов для КВ передатчиков, в которых транзисторы работают в недонапряженном режиме с ОМ, может проводиться аналогичным образом (см. выше п. 1), однако соотношение между номинальной мощностью транзисторов и максимальной отдаваемой транзисторами мощностью принимается в виде 1ном так как в транзисторных усилителях перегрузка ЭП недопустима. Число и выбранный тип ламп или транзисторов указывают на составляемой структурной схеме (рис. 6.4). Для определения максимальной отдаваемой мощности предоконеч-ным каскадом необходимо установить коэффициент усиления по мощности КР для выходного каскада и КПД колебательной системы предоконечного каскада тукспром- Для ориентировочного расчета структурной схемы передатчика с ОМ значения Кр = Np = Pi max/Рстах можно установить по табл. 1.12, где эта величина обозначена через Np. Выбор ?7кСпром обусловлен степенью снижения напряжения возбуждения при возникновении тока в цепи управляющей сетки (или базы) ЭП выходного каскада, а значит, нелинейными искажениями. Для того чтобы не увеличивать заметно общий уровень нелинейных искажений, 7/КСпром принимают В пределах 0,1...0,5. Большая цифра относится к малым сеточным (или базовым) токам (icmax < O.Oliamax)- Ориентировочная отдаваемая мощность предоконечного каскада ДхтахПОК = Д1тахОк/(»7КСпромЛГр). По этой мощности выбирают тип ЭП предоконечного каскада. Приведенные выше для предоконечного каскада расчеты повторяются последовательно для каждого предварительного каскада ЛУ. При этом следует иметь-в виду, что для сравнительно маломощных каскадов в целях достижения низких значений Kf3 допускают весьма слабое использование ЭП ( 0,7.. .0,5) и работу в классе А без сеточных токов для ламповых и с малыми токами базы для транзисторных усилителей. После выбора типов ЭП для всех каскадов уточняют номинальные значения питающих напряжений, которые указывают на структурной схеме. Целесообразно также указать на схеме рабочие частотные диапазоны для каждого узла схемы, т.е. составить частотный план передатчика. Все данные, полученные при ориентировочном расчете структурной схемы, следует рассматривать как основные пункты ТЗ для детального проектирования каждого каскада. Для проверки ориентировочного расчета структурной схемы передатчика целесообразно построить диаграмму уровней мощности в передатчике, принимая за нулевой уровень 1 мВт на сопротивление 600 Ом и откладывая в децибелах уровни сигналов на выходе каждого каскада. В некоторых узлах тракта передатчика (диодные БМ, фильтры, сумматоры на активных сопротивлениях и др.) имеет место ослабление группового сигнала. При составлении диаграммы уровней можно принять следующие приблизительные значения этих ослаблений в децибелах; Диодный БМ, амплитудный детектор ............................ 4. ..12 Кварцевые канальные фильтры .................................. 8. ..12 Механические канальные фильтры .............................. 6. ..14 Катушечные ФСС................................................ 6. ..10 Сумматоры резистивные ....................................... Свыше 20 При использовании в проектируемом передатчике типовых возбудителей расчет структурной схемы производится для всех каскадов, включая первый после возбудителя каскад. На рис. 6.4 для примера приведена диаграмма уровней для передатчика мощностью 80 кВт (непрерывная линия - выходные мощности каскадов, штриховая - уровни нелинейных искажений /\7зсум). Эта диаграмма дает ясное представление о распределении усиления в тракте, а также показывает точки с малым уровнем сигнала, где наиболее вероятно возникновение помех при недостаточной экранировке. В начале следующего этапа проектирования необходимо разработать или выбрать принципиальные схемы проектируемых каскадов. Для этой цели можно использовать следующие схемы:  Рис. 6.5 схемы выходных каскадов на тетродах, см. [1.1, рис. 3.2; 3.23; 3.24 й 7.36], а также рис. 6.5 данной главы; схемы выходных усилителей с распределенным усилением (УРУ) [1.1, рис. 3.14; 6.8, рис. 6.23; 6.24; 6.27]; схемы усилителей с общей сеткой [1.1, рис. 2.26; 3.27]; транзисторные усилители с вилкой фильтров [1.1, рис. 2.62]; структурные схемы оконечных каскадов рис. 1.15 и [1.1, рис. 7.32];; схема двухтактного усилителя [1.1, рис. 3.33]; усилители с ООС по ВЧ [1.1, рис. 7.37]; структурная схема усилителя с ООС по огибающей [1.1, рис. 7.38]. Наконец, можно воспользоваться рис. 6.5,0, где представлена схема мощного предоконечного усилителя на транзисторах, схема суммирова- ния мощности четырех транзисторных блоков. На рис. 6.5,6 показано) искажение напряжения возбуждения при работе лампы оконечного каскада с токами в цепи первой сетки. Из этого рисунка следует, что при увеличении мгновенного напряжения Сс > О возникает сеточный ток, резко падает входное сопротивление и вершина импульса снижается, достигая значения вест вместо бетах- После разработки принципиальных схем каскадов можно переходить к техническому расчету. 6.5. Технический расчет параметров режима ВЫХОДНОГО каскада Технический расчет каскада, состоящий из расчета параметров ре-жимаЭП по заданной отдаваемой мощности, расчета средних значений электрических величин, расчета элементов схемы и расчета ВКС, ведется по ТЗ, сформулированному при проектировании структурной схемы передатчика (отдаваемая ЭП мощность Pi max или Picp, тип и число ЭП, диапазон рабочих частот, способ охлаждения ЭП, номинальные напряжения питания, коэффициент нелинейных искажений и др.). Расчет параметров режимов ламп и транзисторов усилительных каскадов можно выполнять по традиционным методикам, изложенным в [1.1, гл. 2; 1.44 и 2.1], а также в гл. 2-4. При этом для расчета коэффициентов нелинейных искажений следует воспользоваться одной из методик из [6.6, гл. 3]. Более точный и полный расчет энергетических параметров режима и нелинейных искажений можно выполнить на компьютере, используя разработанные для этой цели программы LUARA и TETROD. В этих программах применяются реальные статические характеристики ламп и полевых транзисторов. Пояснения к использованию этих программ имеются в [6.11]. Для усилителей на биполярных транзисторах рассчитываются только энергетические показатели, а для достижения малых нелинейных искажений следует использовать рекомендации, имеющиеся в гл. 2, а также в [1.1, гл. 2 и 3; 1.44; 2.3]. Расчет параметров режимов тетродов в усилителе сигналов с ОМ. Исходные данные для расчета: 1) отдаваемая лампами только максимальная мощность Pi max. кВт, или (и) средняя мощность Picp, кВт; в обоих случаях расчет ведется и для максимальной расчетной мощности Pi max! 2) тип ламп; 3) напряжение анодного питания Еа, 4) параметры группового сигнала; 5) коэффициент нелинейных искажений К/зри- Напряжение питания анодной цепи Е выбирают по рекомендациям гл. 2, а также [1.1, гл. 2 и 7], напряжение питания экранирующей сетки Ес2 обычно выбирают равным номинальному. Расчет производится по статическим характеристикам ламп. Для иллюстрации на рис. 6.6 приведены анодные характеристики для современных тетродов. На характеристиках в том месте, где их линейная часть переходит в изогнутую, отмечаются точки а, ai, аг, «з- • • и через них проводят прямую а, Сашап. отделяющую область линейного усиления от области, где усиление будет сопровождаться заметными искажениями. Напряжение смещения Е = Есопт, при котором нелинейные искажения имеют минимум (рис. 6.7), можно для современных Генераторных тетродов с протяженным нижним сгибом статических характеристик (СХ) анодного тока определить следующим образом. Из семейства сеточных характеристик 4 = /(е<;) (рис. 6.8) выбирают три, снятые при ба = fiamin. Еа/2 И Е.. На Характеристиках при Са = Camin и Еа/2, отмечают точки о и б, значения тока 4 для которых равно «а = 7атах = SPi/J/amax И = 7amax/2. Через ТОЧКИ а \Л б Прово- Дят прямую до пересечения с осью абсцисс в точке в. Напряжение на управляющей сетке для точки в равно Е w сопт! расстояние между точками виг равно амплитуде напряжения возбуждения Сметах, а отрезок вд соответствует току покоя 7п. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 [ 79 ] 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |