Глава 4

ПРОЛ\ЕЖУТОЧНЫЕ СТУПЕНИ ПЕРЕДАТЧИКОВ

§ 4,1. Назначение и особенности работы промежуточных ступеней

Как следует из § В.4, структурная схема современного передатчика (см. рис. В,2), как правило, содержит между автогенератором (возбудителем) и выходной ступенью несколько промежуточных ступеней. Основное назначение промежуточных ступеней состоит в усилении мощпости колебаний, созданных возбудителем, до уровня, достаточного для возбуждения выходной ступени. Кроме того, промежуточные ступени защищают автогенератор от влияния изменяющихся параметров антенны и режима выходной ступени на рабочую частоту автогенератора. В этих ступенях производят (при необходимости) умножение частоты возбудителя до заданной рабочей, осуществляют амплитудную или фазовую модуляцию или манипуляцию и т. д.

Мощность предшествующих ступеней меньше мощности последую-идих; исключение составляют только варакторные умножители и преобразователи частоты, диодные модуляторы и те приборы, у которых /\ р < 1. Поэтому промежуточные ступени потребляют мало энергии. Потребляемая мощность и промышленный к. п. д. передатчика в основном определяются параметрами последней, самой мощной, выходной ступени. Следовательно, при выборе схемы, типа и режима электронного прибора в промежуточной ступени получение возможно большего к. п. д. не является основным требованием. Прежде всего необходимо, чтобы промежуточные ступени обеспечивали высокий коэффициент усиления по мощности, простоту управления и об- служива-нпя, а при усилении модулированных колебаний (например, AM или ОМ) - допустимый уровень искажений.

Сигнал на выходе промежуточной ступени должен быть близким к гармоническому, однако специальных мер по подавлению нерабочих гармонических составляющих не принимают, так как уровень побоч-3!ых составляющих на выходе передатчика обсловливается в основном режимом выходной ступени и степенью фильтрации ее контуров. К. п. д. анодной (коллекторной) цепи лампы (транзистора) определяет ее (его) тепловой режим, от которого в значительной степени зависит надежность ступени и передатчика в целом.

В промежуточных ступенях современных передатчиков применяют и транзисторы. Небольшая мощность транзисторов не является существенным препятствием, а большой срок службы упрощает эксплуатацию. В таких ступенях используют широкополосные неперестраивае-мые усилители, напри.мер ламповые усилители с распределенным усилением (УРУ) или транзисторные с широкополосными трансформаторами. К.п.д. таких усилителей ниже, чем резонансных, но эксплуата-

цня передатчика с этими усилителями упрощается и повЬ!И1Ястся надежность.

При работе с постоянн10Й амплитудой колебаний режим выбирают граничньш (критическим) или слабо перенапряженным; в транзис-торны.х ступенях целесообразно использовать ключевой режим. Такие режимы обеспечивают постоянство напряжения возбуждения для последующих ступеней при некоторо.м изменении питающих напряжений, старении электронных приборов и др. При усилении колебаний с меняющейся амплитудой необходим недоиапряженный режи.м.

§ 4.2. Генератор с внешним возбуждением - умножитель частоты

8 передатчиках ОВЧ и более высоких частот частота автогенератора /аг. как правило, во хшого раз ниже рабочей частоты на выходе передатчика /рао- Частоту /аг ДОВОДЯТ ДО рабочей с помощью умножителя частоты. Рассмотрим работу генератора с внешним возбуждением в режиме умножения частоты. Как указывалось, анодный токлампы, работающей с отсечкой тока при напряжении возбуждения с = cosX X со/, содержит гармонические составляющие, кратные частоте возбуждения;

а = аО + -а! OS 0)/ + /32 COS 2(о/ + +/аз COS З03/+...

Ранее был разобран случай успления колебаний при настройке анодного контура на основную частоту, т. е. когда на выходе выделяется составляющая анодного тока, частота которой равна частоте возбуждения. Аналогично возможна работа генератора с внешним возбуждением при настройке анодного контура на частоту одной из высших гармонических составляющих анодного тока 2со, Зсо, 4со, пи, где п = 2, 3, 4,.... - коэффициент умножения частоты. При л = 2 генератор называют удвоителем частоты или

просто удвоителем, при п==3 - утроителем и т. д.

Режи.м работы генератора с внешним возбуждением - умножителя частоты - несколько отличается от режима генератора - усилителя. Частоты колебаний в сеточной и анодной цепи отличаются в п раз (рис. 4.1). Для получения наибольшего значения нужной составляющей анодного тока при полном использовании лампы по току угол отсечки выбирают с учетом положения максимумов графиков а (0). Оптимальный угол отсечки анодного тока при умножении частоты в п раз е ор1 = 1207 , a opt = 0,54 г. Часто для удвоителя принимают

9 = 604-70°, для утроителя О = 40ч-50°, Так как уже aj оказывается много меньше а, на практике применяются в основном удвоител!! и

Рис. 4.1

строители. Из-за меньшей амплитуды второй или третьей гармонических составляющих полезная мощность и коэффиниент усиления умножителя примерно в п меньше, чем усилителя.

К.п.д. анолной цепи умножителя также несколько меньше к. п. д. усилителя при одкнаковом коэффициенте использования анодного напряжения Н.

Амплитуда анодного напряжения умнож1ггеля U-i или U-z может иметь то же значение, что и у усилителя. В умножителях частоты обычно применяют граничный !!ли слабо переирпря.женный режим. Граничное значение Срр вычисляют по (1.19) с заменой (6) на а (6).

Сопротивле1Н1е анодного контура умно.жнтеля, необходимое для того, чтобы при токе /а получить пере.менное напряжение U.п, Rmm = = UaJf&n- Поскольку I аг - сопротивление анодного контура /? пп в п раз больше, чем усилителя. При увеличении Рак снижается к. п. д. анодного контура.

Таким образом, энергетические показатели умножителя частоты всегда хуже энергетических свойств усилителя. Поэтому режим умножения обычно используют в маломощных ступенях передатчика, низкий к.п.д. которых практически не влияет на общий к. п.д. передатчика.

Схема умножителя соответствует схеме усилителя (см. рис. 1.6). При крмбин1!рованном напряжении сеточного смещения обеспечивается лучшая стабильность режима при изменениях питающих напряжений, что важно для многоступеьшых передатчиков.

Поскольку умножители используют в мало:.;ощных ступенях передатчика, а применяемые в них лампы (тетроды или пентоды) имеют небольшие значения Ur и малые D, расчет умножителей в первом приближении производят по формулам, приведенным в § 1.5, 1.7 и 1.9. При этом в расчетных выражениях следует принимать D =-- О, а для выбранного угла отсечки (6) заме!!ять на а (0).

Работа транзисторных генераторов в качестве умножителей частоты основана на использовании двух физических процессов; выделения из импульса коллекторного тока нужной гармонической составляющей и использования нелинейной зависимости коллекторной емкости от напряжения на коллекторе транзистора.

Выделение из импульса тока (коллекторного или анодного) нуж-iOi; гармонической составляющей является общим для ламповых и транзисторных схем (см. § 4.2).

Расчет режима работы транзисторного ум.чожителя частоты аналогичен расчету усилителя мощности (гм. § 1.12), но вместо коэффициентов разложения импульса коллекторного тока по первой гарлюнике 1 (6) используют коэффициенты разложения ио требуемой гармонике a,j (6). Напряжение смещения, обеспечивающее оптимальный или близкий к нему угол отсечки коллекторно!о тока (6 = 120°/п), подается на базу от внешнего источника смещения !!ли создается сопротивлением автомат1!ческого смещения. Особенностью расчета и проектирования такого умножителя является учет максимально допустимого напряжения на базо-эм!!ттррном переходе egpcu Так как у большинства современных транз!1сторсв гдодои -54-5 В, то в базовой цепи исполь-