Автотрансформаторное входное устройство
Этот тип входного устройства нашел широкое применение на практике в приемниках метровых волн при несимметричном типе фидера. Нa более коротких волнах конструктивное выполнение такой схемы затруднительно, однако применяемые в этих диапазонах входные устройства приводятся к эквивалентной схеме автотрансформаторного типа. Поэтому изучению основных свойств таких входных цепей уделяется большое внимание.
Принципиальная схема автотрансформаторного входного устройства приведена на рис 4.2.
Настройка на частоту принимаемого сигнала производится изменением либо индуктивности либо емкости (что хуже). Но следует отметить, что настройка емкостью на практике применяется чаще, так как она проще конструктивно. Заменим эту схему эквивалентной (рис. 4.3).
Рис.4. 2
Рис.4. 3
Если антенна согласована с фидером, то сопротивление генератора равно активному волновому сопротивлению фидера W.
Объединим
. (4.7)
При этом резонансная частота входной цепи может быть определена как
. (4.8)
Проводимость Gк можно представить в виде
, (4.9)
dк - собственное затухание контура LC (обычно порядка 0,01÷0,005).
Обозначим
. (4.10)
Перейдем от генератора ЭДС к генератору тока, при этом справедливы следующие соотношения
, . (4.11)
Рис.4. 4 |
С учетом этих замечаний мы можем перейти к эквивалентной схеме на базе генератора тока. Эквивалентная схема при этом имеет вид представленный на рис. 4.4. В этом случае колебательный контур заменен эквивалентным с учетом входных параметров активного элемента усилительного каскада.
Генератор тока I с проводимостью g можно пересчитать ко входу активного элемента, при этом значения тока генератора и его проводимости можно представить следующим образом
, . (4.12)
Структурную схему входной цепи для этого случая можно представить в виде (рис. 4.5)
Рис.4. 5
На резонансной4'частоте проводимости индуктивной и емкостной ветвей взаимно компенсируются и схема принимает вид, показанный на рис. 4.6.
Напряжение на входе активного элемента U0можно определить по следующей формуле
. (4.13)
Рис.4. 6 |
Тогда резонансный коэффициент передачи по напряжению можно определить как
. (4.14)
Если уменьшать коэффициент трансформации т, перемещая отвод вниз по катушке индуктивности, то это будет оказывать на работу схемы два встречных действия:
1. Генератор слабее воздействует на контур, что учитывается множителем т в числителе выражения (4.14);
2. Проводимость g слабее шунтирует контур, увеличивая его добротность, что учитывается множителем m2при первом члене знаменателя.
В результате совместного действия этих факторов коэффициент передачи по напряжению К0при некотором т достигает максимального значения. Очевидно, что максимум К0достигается в режиме согласования нагрузки G сприведенной проводимостью генератора тока I. Из условия согласования определим оптимальное значение коэффициента трансформации
. (4.15)
Согласование возможно лишь при , т.к. в противном случае ,что в рассматриваемом случае неосуществимо.
Коэффициент передачи по напряжению в режиме согласования можнопредставить в виде
. (4.16)
На базе полученных выражений можно представить К0как функцию , mс, для этого разделим числитель и знаменатель выражения (4.14) на mс2 и после несложных преобразований получим
, (4.17)
где .
Зависимость К0от а представлена на рис. 4.7.
Рис.4. 7
Рис.4. 8
Из представленного графика видно, что умеренное отклонение от режима согласования слабо изменяет величину .
Резонансная кривая входной цепи соответствует резонансной кривой колебательного контура. Оценим затухание такого контура
(4.18)
,
где - затухание контура входной цепи, рассчитанное с учетом собственных потерь и шунтирующего влияния входной проводимости активного элемента, но без учета влияния потерь в антенно-фидерной системе.
Зависимость от а приведена на рис 4.8. Как видно из представленной зависимости при увеличении коэффициента трансформации m затухание d быстро возрастает, а, следовательно, избирательность входного
устройства соответственно ухудшается. В режиме согласования при затухание контура входной цепи увеличивается в 2 раза ( ).
Следовательно, присоединение согласованного фидера антенны вдвое ухудшает затухание контура, рассчитанное с учетом собственных потерь и шунтирующего действия активного элемента.
Из представленных графиков, показывающих изменение коэффициента передачи по напряжению и затухания входной цепи от коэффициента а, следует, что практически выгодно несколько уменьшать коэффициент трансформации по сравнению с режимом согласования, т.к. это почти не изменяет коэффициент передачи по напряжению, но заметно улучшает избирательность входной цепи.
При строгих требованиях к избирательности целесообразно сильно уменьшать коэффициент трансформации, если можно примириться с проигрышем в величине коэффициента передачи.
Необходимо иметь при этом виду, что рассогласование увеличивает потери в фидере и может вызвать в нем многократные отражения, что приводит к нежелательным повторениям принимаемого радиосигнала и искажению принимаемого сигнала.
Рассмотрим, как влияет величина емкости на коэффициент передачи по напряжению и на избирательность входного устройства.
Резонансная проводимость контура равна . Подставим ее в выражения для определения коэффициента передачи по напряжению и затухания при согласовании, тогда получим
, (4.19)
. (4.20)
Если изменять полную емкость контура С,то для сохранения настройки на заданную частоту необходимо изменять индуктивность L. При этом собственное затухание контура dкостается приблизительно постоянным. С учетом этих выражений можно сделать вывод, что уменьшение емкости С увеличивает коэффициент передачи по напряжению К0 и увеличивает результирующее затухание d, ухудшая избирательность входной цепи. Это действие изменения емкости проявляется более или менее сильно в зависимости от соотношения проводимостей и .
Чтобы лучше проследить эту зависимость, рассмотрим два крайних случая:
1. ,что соответствует случаю работы входной цепи на полевой транзистор (или лампу). В этом случае указанные величины могут определяться по следующим формулам
, (4.21)
. (4.22)
В этом случае уменьшение емкости увеличивает коэффициент передачи по напряжению К0, и не влияет на затухание (т.е. в этом случае избирательность входной цепи не изменяется).
2. ,что соответствует работе входного устройства на биполярный транзистор. Соответствующие выражения можно представить как
, (4.23)
. (4.24)
В этом случае, наоборот, уменьшение емкости не влияет на коэффициент передачи по напряжению, но увеличивает затухание во входной цепи, тем самым ухудшая ее избирательность.
Рассматривая эти выводы, необходимо помнить, что само соотношение проводимостей и зависит от величины емкости С и может случиться, что малая емкость С будет соответствовать случаю ,тогда как при большой емкости будет справедливо соотношение . Необходимо помнить, что уменьшение полной емкости контура С ограничивается указанными выше причинами.
К недостаткам автотрансформаторной входной цепи следует отнести то, что в режиме согласования нельзя получить заданную полосу пропускания входной цепи, т.к. в этом случае затухание во входной цепи увеличивается в два раза.
Дата добавления: 2014-12-26; просмотров: 2163;