3.2.3. Усилитель мощности.
Усилитель мощности предназначен для усиления сигнала, сформированного в возбудителе.
Основным требованием, предъявляемым к усилителю радиопередатчика, является обеспечение заданной колебательной мощности при достаточно высоком коэффициенте полезного действия и минимальных нелинейных искажениях сигнала.
Усилитель может включать в себя ряд последовательных каскадов усиления, образуя усилительный тракт радиопередатчика. Последний каскад усилительного тракта, развивающий заданную мощность в нагрузке, называется выходным или оконечным каскадом, а все предшествующие – промежуточными каскадами Промежуточные каскады необходимы по следующим причинам: - благодаря промежуточным каскадам с достаточно большим коэффициентом усиления от возбудителя не требуется значительной мощности; - применение промежуточных каскадов между возбудителем и мощным выходным усилителем ослабляет влияние на возбудитель возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в антенне. Особенности усилителей мощности радиопередающих устройств. Усилители мощности в технике радиопередающих устройств принято называть генераторами с внешним возбуждением. Нагрузкой выходного каскада является контур, настроенный на частоту усиливаемых колебаний. Требования к усилителям мощности в радиопередающих устройствах отличаются двумя характерными особенностями: - во-первых, требуется получить большую выходную мощность при минимуме потерь; - во-вторых, нет необходимости сохранять форму усиливаемых колебаний, как в усилителях звуковой частоты. Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет собой преобразователь мощности источника постоянного тока Ро в мощность высокой частоты Рк. Работа ГВВ возможна только при подаче на его вход внешнего сигнала Рвх (от возбудителя). При этом Рвх < Рк. Основные показатели работы ГВВ: мощность радиочастоты в нагрузке Рк, КПД генератора ηг = РК/РО, коэффициент усиления по мощности Кр = PJPBX, спектр колебаний в нагрузке внутри и вне занимаемой полосы частот, отсутствие самовозбуждения. В качестве усилительных приборов в ГВВ используют электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы, а в ключевых генераторах - и тиристоры. Электронные лампы широко применяют благодаря их универсальности. Они работают в широком диапазоне частот и обеспечивают выходную мощность от единиц ватт до нескольких мегаватт, устойчивы к внешним воздействиям (температура, давление, механические нагрузки), имеют срок службы до 5000 ч. Полупроводниковые приборы
применяют в передатчиках малой и средней
мощности.
Рис. 3.22. Режимы работы ламп без отсечки (а) и с отсечкой (θ) анодного тока Генератор внешнего возбуждения может работать как в линейном, так и в нелинейном режиме. Линейный режим работы обеспечивается при угле отсечки θ = 180°. Углом отсечки называется та часть периода (см. рис. 3.22,б), в течение которого протекающий ток изменяется от максимального значения до нуля.
Режим усилителя мощности радиочастоты при θ = 180° называется колебаниями первого рода (они соответствуют классу А в апериодических усилителях). В режиме колебаний первого рода ГВВ применяют крайне редко из-за невысокого КПД, не превышающего 50 %. В этом режиме (его называют режимом без отсечки анодного тока) амплитуды входного напряжения и напряжения смещения подобраны так, что работа происходит на линейном участке характеристики лампы (рис. 3.22, а). При этом кроме переменной составляющей тока в цепи протекает большой постоянный ток I0, который обусловливает энергетические потери. Полная потребляемая мощность источника Ро определяется этим током и напряжением питания Еа. Полезная мощность связана только с переменной составляющей тока I1,. Нелинейный режим обеспечивается при θ < 180° (колебания второго рода). При этом форму импульсов анодного тока характеризуют амплитуда Iam и угол отсечки θ.
КПД такого каскада намного выше, чем в усилители класса А, т.к. ток покоя минимален.
Такая последовательность импульсов анодного тока может быть представлена в виде суммы постоянной составляющей и бесконечного множества переменных составляющих (гармоник). Требуемое ослабление уровня гармоник и работа в широком диапазоне частот при изменяющейся нагрузке обеспечиваются включением между электронной лампой и нагрузкой колебательного контура.