Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
5.8. Практикум
ЗАДАЧА № 13. ФИЛЬТРЫ ГАРМОНИК
Усилитель мощности передатчика NorCal 4OA обеспечивает выходную мощность 2 Вт на несущей частоте 7 МГц. Но в то же время на выходе усилителя имеются
5.8. ПРАКТИКУМ [W]
незначительные по мощности излучения высших гармоник, кратные частоте 7 Мгц, то есть 14, 21 и 28 МГц. Сигналы на данных частотах получили «название паразитные (ложные) излучения. Они накладываются на сигналы других радиостанций и мешают их работе. Международным консультативным комитетом по радио установлено предельное значение паразитных излучений. Для ВЧ передатчиков с выходной мощностью менее 5 Вт на каждой гармонике оно должно быть не менее чем на 30 дБ ниже уровня сигнала на несущей частоте.
В радиостанции NorCal 4OA есть многозвенный фильтр нижних частот, предназначенный для фильтрации гармоник. Он состоит из катушек индуктивности на тор-роидальных сердечниках L7 и L8 и дисковых
конденсаторов С45, С46 и С47 (рис. 5.17).
ДЛЯ Катушек ИНДУКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗуЮТСЯ | І І
Eo I ю о.
о ^ =? о о
cd о о >, 2
IO Cl
U CM
2 —
о ->
- 011 >,
n q.. о j г
о о
сердечники Т37-2, как в фильтре смесителя передатчика (рассматривался ранее), которые окрашены в красный цвет. Поскольку они имеют только по 18 витков, это позволяет ис- Рис. 5.17. Фильтр гармоник NorCal 4OA пользовать более толстый провод (диаметром
0,4 мм вместо 0,32 мм), удовлетворяющий большим токам передатчика. Для намотки нужны отрезки проводов длиной по 30 см для каждой катушки. Закончив подготовительные работы, припаяйте элементы фильтра, оставив частично выступающими выводы конденсатора С45, чтобы потом можно было легко подсоединить зажимы измерительного прибора. На выходе фильтра припаяйте гнездо Jl для антенного разъема типа BNC, в котором два маленьких штырька служат для электрического соединения, а два больших - для механического. Вам потребуются все четыре штырька.
Используя измерительные зажимы, подключите генератор к конденсатору С45, при этом зажим «земля» обязательно должен быть подключен к выводу конденсатора, соединенному с земляной шиной (на схеме нижний вывод). Осциллограф подключите коаксиальным кабелем к антенному гнезду Jl. На осциллографе необходимо использовать вход с параллельной нагрузкой в 50 Ом.
1. Установите на генераторе размах сигнала 10 В, чтобы было удобнее проводить прямые измерения напряжения падающей волны U+1. Это значение позволяет без труда рассчитать ослабление L в децибелах по формуле:
L = 20 log(10 / U) (5.47)
где U - размах выходного напряжения. Проведите измерения на частотах 7 и 14 МГц и вычислите соответствующие значения L в децибелах.
2. Используя значение постоянной индуктивности, указанное производителем сердечников в паспорте (в данном случае оно равно A1 = 4,0 нГн/виток2), рассчитайте значения индуктивности L7 и L8.
3. С помощью компьютерной программы Puff смоделируйте частотную характеристику фильтра в диапазоне частот от нуля до 28 МГц (четвертая гармоника). Инструкции по установке и пользованию программой даны в приложении 3. Расчетная частота fd должна составлять 7 МГц. Нажмите клавишу
[Ї4в| 5. ФИЛЬТРЫ_______
F2, откройте окно Plot (Исходные данные), выберите параметр S21H установите количество точек для расчета. Для получения частотной зависимости вполне достаточно 101 точки. Выбирать масштаб по оси у необходимо так, чтобы на графике отобразилась нижняя часть зависимости. Определите по графику ослабление в децибелах на частотах 7 и 14 МГц и сделайте распечатку частотной характеристики.
Вместе с уменьшением уровня излучения гармоник фильтр стабилизирует полное выходное сопротивление усилителя мощности. Выходная мощность усилителя во многих случаях сильно изменяется при изменении полного сопротивления, например уменьшение величины полного сопротивления в два раза может удвоить значение выходной мощности. Но если использовать небольшой индуктивный элемент, КПД схемы почти наверняка увеличится, что позволит усилителю работать в режиме класса Е, в котором теряется лишь малая мощность на перевод транзистора во включенное и выключенное состояния.
4. С помощью программы Puff можно быстро определить полное входное сопротивление фильтра. Для этого выделите на экране коэффициент отражения S11, затем подведите курсор к линии S11 в окне Plot. Наберите символ «=», после чего величина полного сопротивления появится в окне Message Box (Сообщения). Запишите полное входное сопротивление фильтра.
5. Представьте, что необходимо удвоить выходную мощность. Для этого нужно подобрать характеристики элементов фильтра таким образом, чтобы величина полного сопротивления фильтра уменьшилась вдвое. Существует много элементов, для которых значение можно уменьшить, однако, чтобы задача была более специфичной, ограничимся только элементами L7 и С46. Что касается конденсаторов, то существенным ограничением будет стандартная пятипроцентная шкала величин, согласно которой первые две цифры величины емкости обязательно должны быть из последовательности: 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43,47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91. Конденсатор с иным набором цифр в кодировке просто невозможно приобрести. Для катушки индуктивности следует использовать только те значения, которые можно получить, добавляя либо убирая витки проволоки. Определите, при каких значениях L7 и С46 величина полного сопротивления будет максимально близкой к половине значения исходной величины полного сопротивления фильтра.
