Вот схема усилителя для диапазона 88-108
http://www.vsi.ru/~sva/rxtx/power.htm .
Как видно он достаточно широкополосен (полоса 20 МГц). Меня в этой схеме привлекла нагрузка у транзисторов (индуктивности L1, L3, L5). Получается, что транзисторы работают на индуктивное сопротивление катушек. Но как расчитывать, ведь в пределах полосы 20 МГц их сопротивление измениться весьма значительно? Достаточно прикинуть сопротивление на
калькуляторе чтобы в этом убедиться. Сначало узнаем индуктивность приведенных в схеме катушек, для быстрого расчета я использую встроенный в программу Mmana калькулятор:
Дано:
Катушки L1,L3,L5 – бескаркасные, намотаны на оправке, диаметром 8 мм посеребренным проводом, диаметром 1 мм. Они содержат по 3 витка, намотанных с шагом 1 мм.
Решение:
Длина катушки = 0.6 см
Индуктивность = 0.059 мкГн
Сопротивление на частоте 88 МГц = 3.26 Ом
Сопротивление на частоте 108 МГц = 4 Ом
Да, после несложных математических действий я ответил сам на свой вопрос. Видно, что сопротивление меняется в небольших пределах. Но взгляните, что происходит в нагрузке:
Ток течет не линейно, как в случае резистивной нагрузки, а описывает фигуру - эллипс. Обратите внимание на стрелки, которые показывают направление движения рабочей точки при наличие сигнала для индуктивной и емкостной нагрузок. Но прямая превращается в эллипс только в случае подачи переменного напряжения, а для постоянного тока характеристика будет прямой, т.к. индуктивное сопротивление в этом случае равно нулю и падение напряжения происходит только на сопротивлении провода катушки.
Цитата из книги:
При комплексном* характере нагрузки выходной цепи усилительного элемента нагрузочная линия, являющаяся траекторией движения рабочей точки на семействе выходных характеристик, уже не представляет собой прямую вследствие появления сдвига фазы между током и напряжением сигнала в выходной цепи.
Так, например, при комплексной нагрузке, имеющей активную и емкостную составляющие сопротивления, и синусоидальном или косинусоидальном входном сигнале траектория движения рабочей точки на семействе выходных характеристик близка к эллипсу, который рабочая точка обегает против часовой стрелки. При нагрузке с индуктивной составляющей сопротивления и таком же сигнале форма нагрузочной линии также эллиптическая, но рабочая точка обегает эллипс в направлении часовой стрелки.
Что же этот сдвиг фазы в действительности из себя представляет не в абстрактной модели, а физической? Попробуем смоделировать в своем воображении происходящие в схеме процессы:
На постоянном токе, транзистор, для приведенной в самом начале схемы усилителя, окажется подключенным к источнику питания напрямую, т.к. сопротивление катушки будет очень низким. Нагрузочная прямая в таком случае идет строго вверх, т.е. режим короткого замыкания, но транзисторы ВЧ усилителей не работают на постоянном токе, эту прямую строят только для расчета рабочей точки по постоянному току. Последнее предложение написано туманно, я поясню, когда расчитывают каскад то строят две прямые одну для постоянного тока другую для переменного, по одной определяют статические параметры по другой динамические. В самый первый момент расчета пользуются статической характеристикой, т.к. надо определить рабочую точку каскада, а когда нужно посмотреть, как она изменяется под воздействием сигнала, то переходят к динамической характеристике.
При переменном токе произойдет короткий, но плавный рывок электронов, равный половине периода частоты (половина лямбды), например, в сторону к транзистору. Индуктивное сопротивление для этого рывка будет равно уже расчитанному выше, т.е. ~ 3.26...4 Ом. Оно образуется в результате того, что электроны проходя через витки катушки окажутся на ее выходе не все, а лишь их немногая часть. К тому же электроны по катушке будут двигаться с трудом. Первый электрон вошедший в спираль и подошедший к месту перекрытия двух соседних витков оттолкнул, прижал к краю провода, затормозил своим полем электрон оказавшийся параллельным, но этот в свою очередь так же оттолкнул первый электрон. Что произошло? Образовался эффект обратный конденсаторному, где электроны притягиваются дырками, только здесь участники электроны, которые взаимно друг друга отталкивают и тормозят тем самым движение по проводу. Так происходит со всеми парами. Поясняю, взгляните на изображение показывающее принцип действия катушки индуктивности:
На рис.1 электроны испытывают взаимное отталкивающее действие в результате чего провод электрически утончается (рис.2). Рис.3 поясняет работу трех-витковой катушки. Видно, что электрон в среднем витке выдавился в середину провода - давление на электроны возросло в два раза - провод стал электрически еще тоньше и в нем стало циркулировать меньше свободных электронов - сопротивление возросло. Действие поля подобно механической пружине. Как мы уже заметили сопротивление с каждым витком увеличивается в два раза, а это уже называется нелинейной зависимостью сопротивления. Но прежде, чем продолжить дальше, разберем работу меандрового сигнала на емкостную нагрузку.
*Имеется ввиду, что сопротивление представляет комплекс из двух и более сопротивлений, которые в сумме дают т.н. импеданс, т.е. общее сопротивление. Например катушка индуктивности обладает комплексным сопротивлением. Ее комплекс состоит из двух сопротивлений: первое, сопротивление переменному току, т.е. индуктивное и оно называется еще реактивным или мнимым; второе, сопротивление постоянному току - активное, которым является сопротивление проволоки катушки. Мнимым называют реактивное сопротивление потому, что оно мнимое, стеснительное или скрытое.
