Конспект лекций для студентов 4 курса дневного отделения специальности 210401. 65 «Физика и техника оптической связи»

Двойная автотрансформаторная схема входного устройства


Эта схема применяется достаточно часто. В этом случае фидер антенны и вход активного элемента присоединяются к отводам катушки индуктивности контура входной цепи. Принципиальная схема такого устройства может быть представлена следующим образом (Рис. 4.9).
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.
Эквивалентная схема входной цепи может быть представлена в сле­дующем виде (Рис. 4.10).

Рис.4. 9



Рис.4. 10

Заменяя, как и в предыдущем случае, антенно-фидерную систему генератором тока I=Eg с проводимостью g=1/W, перейдем к новой эквивалентной схеме. Пересчитаем входную проводимость и входную емкость активного элемента ко входу колебательного контура:


, . (4.25)


При этом будем считать, что коэффициенты трансформации опреде­ляются по следующим формулам


, . (4.26)


При n=1 исследуемая схема превращается в простую автотрансформа­торную схему входной цепи.
С учетом этих замечаний, эквивалентная схема входной цепи этого типа может быть представлена в следующем виде (Рис. 4.11).

Рис.4. 11

Она имеет вид, как и в рассмотренной ранее просто автотрансформа­торной схемы. Полная емкость контура при этом равна


, (4.27)


и она определяет резонансную частоту входной цепи


. (4.28)

Проводимость контура равна

, (4.29)
где .
Так как n < 1, то величины G_к, G, C получаются меньше, чем в случае непосредственного присоединения входа активного элемента к контуру.
Таким образом, автотрансформаторное присоединение входа активного элемента к контуру ослабевает его шунтирующее действие на контур. Имеете с тем ослабляется вредное действие разброса входной емкости активного элемента на настройку входного устройства.
Аналогично, как в простой автотрансформаторной связи получим ре­зонансный коэффициент передачи по напряжению К₀


. (4.30)


Если при постоянном m уменьшать n, то это будет оказывать на работу схемы два встречных действия:
1. По мере уменьшения n ослабляется шунтирующее действие входа активного элемента на контур, в результате чего убывает проводимость G (в знаменателе указанного выражения) и напряжение на всем контуре возрастает.
2. Вместе с тем при уменьшении n, на входе активного элемента дейст­вует все меньшая доля U_вх от напряжения U, возникающее на всем контуре.
Рассмотрим два случая:
1. . Указанное условие выполняется при работе входной цепи на первый каскад, выполненный на полевых транзисторах или лампах.
При этом заметно сказывается лишь второе действие, изменение п почти не сказывается на проводимости G и напряжении U, но изменяет долю U_вх от напряжения U. В результате коэффициент передачи по напряжению К₀, меняется почти пропорционально коэффициенту п.


. (4.31)


При этом максимальное значение коэффициента передачи достигается при и мы переходим к простой автотрансформаторной схеме входного устройства.
2. G_вх - велико и при этом выполняется условие .
Изменение п влияет на оба фактора. При этом К₀, может достигать максимального значения при некотором оптимальном значении . Это значение соответствует согласованию входа активного элемента с антенно-фидерной системой при выбранном значении т.
Такое же согласование можно достичь, задаваясь значением п и подбирая соответствующее оптимальное значение m_с. При этом условие согласования имеет вид:
, (4.32)
. (4.33)


Величина m_с зависит от выбранного значения п. Следует отметить, что согласование возможно при условии , т.к. в противном случае m_с>1, что в данной схеме не осуществимо.
Это условие можно выполнить соответственно выбирая п. В режиме согласования


. (4.34)


Поэтому резонансный коэффициент передачи по напряжению получается равным


. (4.35)


Если величина т отличается от m_с, то коэффициент передачи по на­пряжению определяется выражением


, (4.36)

где .

Проследим как влияет выбор п на величину

. (4.37)

Отсюда видно, что при уменьшении п величина убывает, причем это убывание получается более или менее заметным в зависимости от соотношения величин G_вх и .

Если G_вх невелико, то вторым членом можно пренебречь и учитывая, что обычно выполняется условие , можно получить:


, (4.38)


т.е. величина получается пропорциональной п.
В области, где можно пренебречь первым членом, т.е. ре­зонансной проводимостью колебательного контура, и получить следующее выражение:


. (4.39)


Таким образом, величина от выбора п не зависит, что объясняется тем, что мы пренебрегаем потерями в контуре. При согласовании путем совместного выбора т и n номинальная мощность антенно-фидерной системы целиком передастся во входную проводимость активного элемента и развивает на ней одно и то же напряжение


. (4.40)


При этом действие схемы удобно характеризовать общим коэффици­ентом трансформации от входа активного фидера до входа активного элемента


. (4.41)


При согласовании величина М_с должна быть равна


. (4.42)


При этом коэффициент передачи по напряжению в режиме согласования можно представить в виде


. (4.43)


При работа схемы может быть описана с помощью коэффи­циента рассогласования с ледующим образом:
. (4.44)

Избирательные свойства входного устройства определяются его результирующим затуханием

, (4.45)
где – затухание контура, рассчитанное с учетом собственных потерь и шунтирующего действия входного активного элемента, равное

. (4.46)

В режиме согласования и .

Р ассмотрим как зависит затухание контура входной цепи в режиме согласования от выбора величины . Из последнего выражения следует, что уменьшение снижает затухание, т.е улучшает избирательность входной цепи. Это действие проявляется более или менее заметно в зависимости от соотношения проводимостей и .
П ри затухание колебательного контура в режиме согласования определяется как , т.е затухание в основном определяется потерями в контуре и не зависит от .
Во втором случае, когда , затухание контура определяется выражением
. (4.47)

Если , то

, (4.48)

т.е. при уменьшении затухание быстро убывает, что дает соответствующее улучшение избирательности.

Подводя итоги можно отметить, что неполное включение активного элемента позволяет ослабить шунтирующее влияние ее входных емкости и активной проводимости на контур, что улучшает избирательность входного устройства. Коэффициент передачи по напряжению в режиме согласования при этом убывает слабее, чем меньше резонансная проводимость контура по сравнению со входной проводимостью.
Двойная автотрансформаторная связь позволяет выбрать коэффициент трансформации так, чтобы получить заданную полосу пропускания входной цепи в режиме согласования.
При согласовании результирующее затухание равно и полоса пропускания равна , откуда получаем


. (4.49)


Из соотношения следует


. (4.50)


Подставляя сюда и , получим


. (4.51)


Последнее выражение позволяет при заданной полосе пропускания и полной емкости С определить необходимое значение коэффициента трансформации n.