Важным параметром передатчика является его коэффициент полезного действия (КПД) — отношение мощности в нагрузке к полной мощности, потребляемой от источника питания. Коэффициент полезного действия маломощных передатчиков определяет во многом его габаритные размеры и массу, а КПД сверхмощных передатчиков, кроме того, — стоимость их сооружения и эксплуатации. Высокий КПД позволяет повысить экономичность системы охлаждения, а также увеличить надежность работы передатчика.
Не меньшее значение имеют электроакустические показатели радиопередатчика, такие как требования к коэффициенту модуляции (для передатчиков с AM), индексу модуляции (для передатчиков с ЧМ и ФМ), нелинейным искажениям, амплитудно-частотной характеристике (АЧХ), уровню фона и шума и т.д.
В связи с ростом числа радиостанций и повышением требований к качеству передачи информации электроакустические и технические показатели радиопередатчиков постоянно совершенствуются.
В последние годы в мощных передатчиках НЧ СЧ диапазонов дальнейшее распространение получил бигармонический режим усиления мощности, позволяющий повысить КПД передатчиков на 10…15% . Совершенствуются и генераторные лампы. В настоящее время АМ передатчики мощностью до 1000 кВт с СЧ диапазоне и 500 кВт в ВЧ диапазоне имеют лишь одну лампу в выходном каскаде. Были созданы выходные колебательные системы, обеспечивающие выполнение современных норм на побочные излучения даже в более мощных передатчиках, шире используются испарительное охлаждение анодов мощных лам. В модуляционных устройствах мощных передатчиков с АМ успешно применяются усилители класса Д. В этих усилителях активные приборы (лампы и транзисторы) работают в ключевом режиме с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и выделением на выходе усиленного модулирующего колебания. В этой связи КПД модуляционного устройства оказывается высоким при любой глубине модуляции.
В телевизионных передатчиках широко реализуется постоянный автоматический контроль основных параметров выходных сигналов. Для формирования АЧХ канала изображения на промежуточной частоте применяются фильтры на поверхностно-акустических волнах. В последние годы в этих передатчиках стали использовать систему совместного усиления радиосигналов изображения и звукового сопровождения в общем тракте.
Значительного повышения качественных показателей радиопередатчиков, повышения оперативности их работы удается достигнуть с помощью ЭВМ в системе телеуправления и контроля.
ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
1. Основные параметры переменного тока. Понятие о токах промышленной, звуковой, высокой и сверхвысокой частот
Электрический ток, изменяющийся с течением времени по величине и направлению, называется переменным током. Чаще всего применяется так называемый периодический синусоидальный переменный ток - ток, изменяющийся по синусоидальному закону.
В радиотехнических устройствах имеют дело также с пульсирующим током, который изменяет свою величину подобно переменному току, но протекает только в одном направлении.
Источником переменного тока служат генераторы переменного тока, принцип действия которых основан на использовании явления электромагнитной индукции. Простейшая конструкция такого генератора - проводник в виде рамки, вращающийся в магнитном поле постоянного магнита или электромагнита.
Величины, определяющие характер изменения переменного тока, называются его параметрами. К ним относятся период, частота и амплитуда тока.
Время, в течение которого происходит полный цикл изменений переменного тока или одно полное колебание тока, называется периодом. Период обычно обозначается буквой Т.
Частота переменного тока - число полных колебаний тока (или число периодов) в 1 сек. Частота переменного тока обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Частота равна 1 Гц, если в секунду происходит одно полное колебание тока (э.д.с.). Частота, равная 1000 Гц, равна 1 кГц (килогерцу), частота, равная 1 000 000 Гц, - 1 МГц (мегагерцу).
Частота и период колебаний являются величинами обратными, т.е. f=1/T.
Наибольшая величина тока за время одного периода называется амплитудой и обычно обозначается Im. За одно полное колебание ток дважды достигает амплитудного значения: один раз при изменении в одном - положительном направлении, второй раз в противоположном - отрицательном.
Переменный ток, применяемый в промышленности, имеет частоту f = 50 Гц и называется током промышленной частоты. Продолжительность периода такого тока 0,02 сек.
Переменные токи, частота которых соответствует частоте звуковых колебаний (примерно от 16 до 20000 Гц), называются токами звуковой частоты или токами низкой частоты.
Переменные токи с частотой в сотни тысяч, миллионы и десятки миллионов Герц называются токами высокой частоты.
Переменные токи, частота которых исчисляется сотнями миллионов, тысячами миллионов и даже сотнями тысяч миллионов Герц, называются токами сверхвысокой частоты.
2.Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи переменного тока
В цепях переменного тока различают три вида сопротивлений: активное, индуктивное и емкостное.
Активным сопротивлением называется сопротивление переменному току со стороны материала проводника (при прохождении переменного тока по проводнику последний нагревается, т.е. потребляет мощность). Сопротивление проводника, измеренное при постоянном токе, иногда называют омическим. При низких частотах разница между активным и омическим сопротивлением проводника очень мала и ею практически пренебрегают. При высоких частотах активное сопротивление в десятки раз больше омического.
На переменный ток влияют не только напряжение и сопротивление цепи, но и индуктивность проводников, включенных в цепь. При включении в цепь переменного тока катушки индуктивности в ней индуцируется э.д.с. самоиндукции (так как магнитный поток, пронизывающий витки катушки, изменяется), которая препятствует нарастанию тока при его увеличении и уменьшению тока при спаде его величины. Иными словами, когда напряжение в цепи переменного тока с включенной катушкой индуктивности достигнет максимума, ток не успеет достигнуть той величины, которой он достиг бы в цепи без катушки индуктивности. Между напряжением U и током I возникает сдвиг по фазе.
Таким образом, действие индуктивности в отношении величины переменного тока подобно действию сопротивления проводника. С увеличением индуктивности сопротивление цепи переменному току увеличивается. Сопротивление, которым обладает цепь вследствие наличия в ней индуктивности, называется индуктивным сопротивлением.
Если в цепь переменного тока включить конденсатор, переменный ток не исчезнет, как это случилось бы с постоянным током. В цепи будет продолжать течь ток заряда или разряда конденсатора, т.е. переменный ток. Величина этого тока зависит от емкости конденсатора: чем больше емкость, тем больше ток заряда и разряда. Следовательно, конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, возникающее вследствие того, что при заряде конденсатора между его обкладками возникает напряжение (Uc), направленное навстречу напряжению, которое приложено на зажимах. Это дополнительное сопротивление, вносимое конденсатором в цепь, называется емкостным сопротивлением.
Чем больше частота переменного тока (напряжения, приложенного к конденсатору), тем большее число раз в секунду конденсатор будет заряжаться и разряжаться, тем большее количество электричества пройдет в цепи конденсатора в секунду, т.е. тем больше будет ток.
Таким образом, емкостное сопротивление зависит от величины емкости конденсатора С и частоты тока f: чем больше емкость конденсатора С и частота тока f, тем меньше емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление Хс определяется по формуле
Xc= 1/2p fC=1/w C,
где Хс - емкостное сопротивление, Ом; f - частота, Гц; С - емкость конденсатора, Ф; w - угловая частота, равная 2p fС, сек-1.
Емкость в цепи переменного тока так же, как и индуктивность, приводит к сдвигу фаз между током и напряжением, но в этом случае ток опережает напряжение. Так же как и индуктивное сопротивление, емкостное сопротивление является реактивным. Конденсатор в течение одного периода изменения напряжения источника дважды заряжается и дважды разряжается, не потребляя практически энергии от источника.
3. Получение электромагнитных колебании в колебательном контуре. Резонанс напряжений и резонанс токов
Колебательный контур - один из важнейших элементов большинства радиотехнических устройств. Он представляет собой электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности (L), конденсатора (С) и соединительных проводов. Основное назначение колебательного контура - получение электромагнитных колебаний высокой частоты.
Если конденсатор колебательного контура зарядить от какого-либо источника тока, а затем подключить к нему катушку индуктивности, конденсатор станет разряжаться через эту катушку и в цепи колебательного контура потечет ток. Катушка индуктивности обладает индуктивным сопротивлением, и ток нарастает в цепи постепенно, достигая наибольшей величины в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится. За счет энергии, накопленной в магнитном поле катушки, ток продолжает течь в том же направлении, постепенно убывая. Разряженный конденсатор будет теперь заряжаться противоположно. Энергия будет накапливаться в электрическом поле конденсатора, и, когда она достигнет максимума, ток в контуре прекратится. Но в тот же момент конденсатор снова начнет разряжаться. В контуре потечет ток, но уже в обратном направлении. Он постепенно возрастет до максимальной величины, а затем снова постепенно упадет до нуля. Этот цикл составляет одно полное колебание. Затем колебательный процесс повторяется.