Согласующие цепи широкополосных усилителей мощности передающих устройств. Назначение. Типы (на основе фильтров низкой частоты, на трансформаторах, на трансформаторных линиях).

Широкополосными называют усилители, относительная рабочая полоса частот которых состовляет десятки процентов и больше, т.е. отношение максимальной fmax частоты к минимальной fmin превышает 1, 5….2, 0. Идеальная согласующая цепь широкополосного УМ должна иметь постоянное входное сопротивление во всем диапазоне рабочих частот. На практике это не удается выполнить, поэтому при проектировании широкополосных согласующих цепей устанавливают допустимые отклонения.

Широкополосные согласующие цепи выполняют либо на основе фильтров из LC элементов, либо на трансформаторах или трансформаторах – линиях.

Согласующие цепи на основе ФНЧ. Если отношение fmax/ fmin не превышает 3…5, то согласующая цепь относительно не сложно выполнить из LC- фильтрах нижних частот. Простейший ФНЧ – преобразователь сопротивлений представляет собой последовательное соединение нескольких Г – образных цепочек

Легко заметить, что здест входное сопротивление больше сопротивления нагрузки, емксть С1 способствует фильтрации входного напряжения, индуктивность L3 – фильтрации выходного токак. Достоинство подобных преобразователей – в возможности использования межэлектродных емкостей и индуктивностей выводов АЭ в качестве элементов ФНЧ.

Проектирование согласующиъх цепей на базе ФНЧ осушествляется по методикам проектиррования фильтров. Максимальные рабочие частоты определяются возможностью создания сосредоточенных LC – элементов и составляет несколько гига герц.

Трансформаторы с магнитной связью между обмотками могут выполнить одну из функций согласующей цепи – преобразование сопротивлений – при отношении fmax/ fmin< 50 на частотах примерно до 10 Мгц. Трансформаторы для согласования сопротивлений обычно выполняют на ферритовых кольцах. Коэффициент трансформации сопротивлений N= Rвх/Rн=(w1/w2)², где w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток.

Трансформатор линии представляет собой тороидальный или стержневой ферритовый сердечник с двумя обмотками. Обмотки соединены таким образом, что образют двухпроводную линию передачи, по которой распростроняется бегущая волна от источника колебаний к нагрузке.

В схеме рис. 2.17, а входы трех трансформаторов- линий соединены параллельно, а выходы – последовательно. Учитывая, что амплитуда тока в нагрузке Iн=Iвх/3, а амплитуданапряжения в нагрузке Uн=3Uвх, где Iвх, Uвх – амплитуды входного тока и напряжения, получим входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх/

Таким образом, рассматриваемый трансформатор является понижающим с коэффициентом трансформации сопротивлений N = 1/9.

Применяя другие варианты включения, можно получить повышающий трансформатор с целыми или дробными N.

Чтобы коэффициент трансформации был постоянным в широкой полосе частот, необходимо отсутствие резонансов в трансформаторе линии. С этой целью линию нагружают сопротивлением, равным ее волновому сопротивлению, обеспечивая режим бегущих волн.

Вместо двухпроводной в трансформаторах часто используют гибкие ленточные и коксиальные линии. Поскольку трансформаторы – линии не обладают избирательными свойствами, работа в УМ в режимах АВ, В и С при однотактном включении АЭ приводит к генерации мощности на гармониках основной частоты. Для исключения излучений на гармониках в широкопролосных УМ активные элементы используют в режиме класса А или включают по двухтактной схеме и применяют класс В.