 |
 |
 |
 |
2. ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНОСТИ УСИЛИТЕЛЯ НА СПЕКТР ОДНОПОЛОСНОГО СИГНАЛА
В идеальном линейном усилителе выходное напряжение строго пропорционально входному. Например, при увеличении входного напряжения от 10 до 15 в напряжение на выходе такого усилителя изменится точно в полтора раза (допустим, от 200 до 300 в). Если выходное напряжение увеличилось, скажем, до 280 или 320 в, наблюдается нелинейность усиления. При этом форма огибающей сигнала неизбежно искажается и в составе импульса анодного тока, кроме первой гармоники, появляются гармонические составляющие высшего порядка.
Нагрузкой линейного усилителя мощности служит колебательный контур, настроенный в резонанс с первой гармоникой импульса анодного тока. Контур, настроенный на первую гармонику, для переменной составляющей анодного тока основной частоты имеет сопротивление, которое можно определить по формуле:
3= 106 [мкгн)
С[пф)Я[ом)
Для токов высших гармонических составляющих сопротивление колебательного контура невелико, поэтому на нем выделяется незначительное напряжение колебаний этих час- тот, т. е. в антенну они почти не попадут.
Совершенно иначе дело обстоит, когда нелинейным усилителем производится усиление сигнала, содержащего составляющие с разными частотами, например усиление однополосного сигнала, соответствующего спектру речи. Кроме того, что возникают гармоники каждой из составляющих, эти гармоники взаимодействуют друг с другом и с основными частотами, в результате чего возникают комбинационные частоты, часть которых попадает в рабочий диапазон.
Иногда радиолюбители, имеющие в возбудителе электромеханический фильтр и, как следствие, очень хорошее подавление нежелательных частот, удивляются, откуда же появляются на выходе передатчика составляющие с частотами, лежащими вне пределов полосы пропускания электромеханического фильтра. Возникают эти составляющие в процессе преобразования и особенно нелинейного усиления однополос-яого сигнала.
Разберем это явление на примере. Примем подавленную несущую частоту передатчика равной 7000 кгц. Допустим, возбудитель генерирует верхнюю боковую полосу и на усилитель поступает сигнал, состоящий из колебаний двух частот- 7001 и 7002 кгц, что соответствует в низкочастотном спектре частотам 1 и 2 кгц. При нелинейном усилении в анодном то-
ке будут присутствовать составляющие как основных частот,, так и их гармоник, в нашем случае 14 002 (вторая гармоника-частоты 7001 кгц) и 14 004 кгц (вторая гармоника частоты 7002 кгц), 21 003 и 21 006 кгц (третьи гармоники), 28004 и 28 008 кгц и т.,д„ Гармоники эти, однако, будут ослаблены анодным контуром усилителя. Тем не менее их действие проявляется иным, более неприятным образом.
Как уже было сказано, некоторые комбинационные частоты, возникшие в процессе взаимной модуляции, оказываются расположенными в рабочем диапазоне частот.
Произведем в качестве примера анализ комбинационных частот, ограничиваясь для простоты третьими гармоникам» основных частот 7 001 и 7 002 кгц.
Здесь возможны четыре случая.
1. Колебания основной частоты 7 002 кгц взаимодействуют с колебаниями второй гармоники частоты 7 001 кгц, т.е. с частотой 14 002 кгц. В результате получаются ко- и лебания с частотой 7 000 кгц ровно и с частотой 21 004 кгц. Колебания с частотой 21 004 кгц ослабятся анодным контуром, колебания же с частотой 7000 кгц свободно пройдут в антенну п будут восприняты как недостаточно подавленная несущая.
2. Колебания основной
частоты 7001 кгц взаимодействуют с колебаниями второй гармоники частоты 7002 кгц, т.е. с частотой 14 004 кгц. Суммарная частота 21 005 кгц ослабится, частота же 7003 кгц (разностная] проходит в антенну.
3. Колебания второй гармоники частоты 7 001 кгц (14 002 кгц) взаимодействуют с колебаниями третьей гармоники частоты 7 002 кгц (21 006 кгц), получаются колебания с частотами 35 008 и 7 00Акгц. Последняя беспрепятственно проходит в антенну.
4. Наконец, колебания второй гармоники частоты 7 002/сгг взаимодействуют с колебаниями третьей гармоники частоты 7 001 кгц. В результате получаются колебания с частотами 35 007 кгц и 6 999 кгц. Колебания с частотой 6 999 кгц, проходящие в антенну, оказываются расположенными в районе нижней боковой полосы, тогда как передатчик должен излучать только верхнюю боковую. Если переключить приемник на другую боковую полосу, легко удастся обнаружить эти нежелательные составляющие, хотя разобрать ничего и не уда-
5 S
•§ t§ ё
Рис. 137. Расположение на оси частот продуктов взаимодействия гармоник двухтонового сигнала
ется. Точно так же можно проанализировать и взаимодействие гармоник более высокого порядка.
Если мы обозначим основные частоты буквами Л и Б, то в рабочий диапазон попадут составляющие вида 2А-\Б (третьего порядка, так как 2+1=3), 2Б-1Л (также третьего порядка); ЗЛ-2Б и 35-2Л (обе составляющие - пятого порядка); 4Л-ЗБ и 45-ЗЛ (седьмого порядка) и т. д. Составляющие четных порядков (вида 2Л-25, 4Л--2Б и т. п.) и часть составляющих нечетных порядков (например, 4Л--1£, 65-ЗЛ и т.п.) в рабочий диапазон не попадают. Разнос частот продуктов взаимной модуляции, попадающих в рабочий диапазон, всегда равен разности между основными частотами (рис. 137).
Как видно из примера, нелинейность усилителя значительно ухудщает основные параметры однополосного сигнала. Есть такая радиолюбительская пословица: передатчик никогда не лучше своего оконечного каскада, т. е. даже безукоризненная работа возбудителя может быть сведена на нет плохой работой оконечного каскада. Уровень комбинационных частот пропорционален степени нелинейности усилителя, поэтому качеству работы линейного усилителя должно быть уделено особое внимание.
3. РЕЖИМ РАБОТЫ И ПРИЧИНЫ НЕЛИНЕЙНОСТИ УСИЛИТЕЛЕЙ
Хорошая линейность усилителя колебаний высокой частоты зависит от многих факторов: от величины анодного напряжения, напряжения смещения, напряжения возбуждения,
анодной нагрузки, напряжения экранной сетки и степени его стабильности (у пентодов и тетродов), от выходного сопротивления предыдущего каскада и т.д.
Искажения вызываются нелинейностью характеристики лампы, нестабильностью питающих напряжений и изменением нагрузки предыдущего каскада вследствие появления тока управляющей сети! лампы оконечного каскада, а также паразитными связями и наводками. Амплитудные характеристики линейных усилителей .мо-
Рис. 138 Различные формы характеристики усилителя
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103