Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 22

Одним из способов построения широкополосных усилителей является разбиение рабочего диапазона частот на ряд поддиапазонов каждый из которых октавы. Усиление сигнала в каждом поддиапазоне производится с помощью сравнительно простого усилителя. Эти устройства называются усилители с раздельными полосами. В таком усилителе входной сигнал разделяется на несколько смежных частотных полос с помощью частотно-разделительного устройства – мультиплексора (МП). Каждый из входных сигналов в относительно узкой полосе надеяться на предназначаемые для них усилители, выходы которых объединяются частотно-суммирующим устройством. Схема усилителя с раздельными полосами показана на рис. 12.

Рис. 12. Усилитель с раздельными полосами.

ЛЕКЦИЯ 9. Сложение мощностей ВЧ генераторов.

Параллельное сложение мощностей АЭ. Принцип работы двухтактного УМ. Алгоритм расчета режима АЭ при их параллельном и последовательном включении. Комбинация двухтактной и параллельной схем включения АЭ. Принцип работы мостового устройства суммирования мощностей ГВВ. Широкодиапазонные мостовые схемы сложения мощностей двух генераторов. Квадратурный мост. Сложение мощностей генераторов в пространстве. Блочно-модульное сложение мощностей.

Нередко одного АЭ недостаточно для получения заданной выходной мощности передатчика, особенно, при построении его на транзисторах. Возникает задача сложения мощностей нескольких АЭ или УМ, которая в настоящее время осуществляется следующим образом: несколько АЭ соединяется параллельно или последовательно (по выходному току нулевой гармоники); мостовое включение АЭ; объединение мощностей n-го числа усилительных модулей в одном контуре или в пространстве.

При параллельном сложении мощностей однотипные электроды АЭ соединяются вместе. Увеличение мощности на выходе происходит за счет того, что суммарный выходной ток равен сумме выходных токов отдельных АЭ. Используют параллельное включение полупроводниковых ячеек в одном кристалле, нескольких кристаллов на одном кристаллодержателе, корпусированных АЭ. Наиболее широко используется I вариант, например, современные мощные транзисторы имеют в своем составе до нескольких тысяч параллельно соединенных ячеек. Реже применяется третий. Ограничение числа параллельно включенных АЭ обусловлено уменьшением действительной части входного сопротивления и оптимального сопротивления нагрузки АЭ, что затрудняет построение согласующих цепей, неравномерностью распределения тока и напряжения по элементам структуры, в результате чего эффективность суммирования мощностей и снижается.

Последовательное соединение АЭ на практике именуется двухтактным включением АЭ, при котором два одинаковых усилителя имеют общую нагрузку и возбуждаются в противофазе. Схема двухтактного УМ имеет вид:

Рис. 1. Схема двухтактного усилителя мощности.

Необходимо отметить, что выходные токи АЭ протекают через нагрузку (первичную обмотку трансформатора) в противоположных направлениях. Выходная мощность двухтактного УМ равна сумме мощностей двух его плеч и при их идентичности в два раза больше мощности одного усилителя. Рассмотрим особенности процессов в двухтактном УМ. При работе усилителя в режиме с отсечкой выходные токи АЭ имеют вид косинусоидальных импульсов, сдвинутых во времени на половину периода колебаний.

Рис. 2. Временные зависимости токов в двухтактной схеме при .

Ряды Фурье, представляющие функции  и  - коллекторные токи АЭ – могут быть представлены в виде:

Ток , ток протекающий через первичную обмотку выходного трансформатора, равен полуразности токов  и :

Как видим, выходной ток не содержит четных гармоник, что облегчает фильтрацию выходного напряжения. Еще более благоприятные условия для фильтрации напряжения возникают при угле отсечки коллекторного тока, равном . В этом случае  и  коэффициенты всех нечетных гармоник кроме первой, равны нулю, а следовательно, в выходном токе эти гармоники отсутствуют. В результате выходной ток и выходное напряжение двухтактного УМ имеют гармоническую форму без применения избирательных цепей.