Multiplicarea factorului Q al circuitului oscilator
În primul rând, o scurtă excursie în fundațiile teoretice ale ingineriei radio, fără de care este greu să înțelegi mai departe. Undele radio emise de transmițătoare se propagă în toate direcțiile de la antenele de transmisie la viteza luminii. Odată cu creșterea distanței față de antena, puterea undelor electromagnetice scade, în cel mai simplu caz, invers proporțional cu pătratul distanței:
unde P este puterea radiată de emițător;
r este distanța până la punctul de recepție;
p este densitatea fluxului de putere (puterea care trece printr-un patrat pătrat de 1m2 situat la o distanță r de la emițător). Evident, indiferent cât de mare este distanța r, densitatea fluxului de putere nu va ajunge niciodată la zero. Acest lucru înseamnă că în orice punct al spațiului există radiații de la absolut toate posturile de radio care operează pe glob, ceea ce, în sine, este destul de interesant. Undele electromagnetice se alternează în timp și spațiu, alternând câmpurile electrice și magnetice. În orice conductor orientat paralel cu liniile de forță ale intensității câmpului electric (E), EMF (E) este indus în conformitate cu regula
unde hd este înălțimea efectivă a conductorului. Atunci când conductor de dimensiuni semnificativ mai mică decât lungimea de undă, înălțimea efectivă este egală cu jumătate din lungimea geometrică a conductorului. Acum, în cazul în care conductorul este, de fapt antena de recepție, conectați acordat pe frecvența unui circuit de oscilație post de radio așa cum este prezentat în figura 1, atunci producția va sta o tensiune Uc. Să aflăm ce depinde magnitudinea acestei tensiuni, acordând atenție la ceea ce este de fapt tensiunea pe condensatorul C1.
Pentru simplificare, vom presupune că raportul dintre numărul de spire din bobinele L1, L2 și legătura dintre ele sunt de așa natură încât inducție mutuală electromotoare indusă în bobina L2, este egal cu EMF indus în antenă (Formula 2). Sub acțiunea acestui EMF, curentul din circuit va curge secvențial prin bobina L2 și condensatorul C1. Circuitul echivalent al circuitului oscilator poate fi reprezentat în forma prezentată în Fig.
p este impedanța caracteristică a circuitului;
0 este frecvența sa rezonantă.
Ecuația (3) arată că creșterea Q poate obține, teoretic, o valoare de tensiune arbitrar de mare Uc, aducând astfel semnalul primit la valoarea necesară pentru funcționarea normală a etapelor ulterioare. Din păcate, în practică, este dificil de a primi Q a circuitului 200. de mai sus 350. În plus, în circuitele reale la circuitul, în paralel cu condensatorul C1, se conectează restul receptorului, care poate lua în considerare impedanța de intrare Rin. Evident, chiar și în această rezistență, o parte din puterea primită va fi disipată. Pierderile adiționale rezultate sunt luate în considerare printr-o creștere echivalentă a rezistenței de pierdere rn din circuit cu o valoare a rop. Formula de recalculare are forma
Factorul Q rezultat al circuitului, numit echivalent (Qe), scade:
și în modele practice de mărime 50. 120. Pentru a completa imaginea, ar fi necesar în numitorul Formula (5) pentru a adăuga un al treilea termen care ia în considerare pierderile de energie în circuit, datorită efectului de manevră al antenei. Din motive de simplitate, vom presupune că aceste pierderi sunt zero.
Există o metodă cunoscută de lungă durată de creștere (multiplicare) a factorilor Q, descriși în detaliu în [2]. Esența sa constă în faptul că pierderile din circuit sunt compensate de energia sursei de energie. Mecanismul de compensare este clar din Fig.
Tranzistorul VT1 este conectat la condensatorul de buclă. Tensiunea Uc de la condensator ajunge la baza tranzistorului VT1, ceea ce provoacă o schimbare a curentului care curge în circuitul colectorului datorită sursei de alimentare G1. Amplitudinea modificărilor este dată de
unde S este panta tranzistorului la punctul de operare.
Făcând de-a lungul bobinei L2, acest curent induce în bobina L1 emf-ul de inducție reciprocă (feedback)
unde M este inducția reciprocă a bobinelor L1 și L2.
Fazarea bobinelor este selectată astfel încât EOS să fie în fază cu oscilațiile care apar în circuit, adică feedback-ul a fost pozitiv. Curentul curent în circuit curge acum sub acțiunea sumei E + Eoc, iar amplitudinea oscilațiilor crește. Să ținem atenția asupra faptului că amplitudinea crește, în final, datorită energiei sursei de energie.
Deoarece la rezonanță rezistența totală a elementelor reactive ale circuitului este zero, circuitul de intrare are expresia
Tensiunea pe condensator poate fi acum scrisă în formă
Substituind partea dreaptă a expresiilor pentru I și IK în formula anterioară, obținem
Expresia (3) este valabilă pentru acest caz, singura diferență este că aici avem în vedere echivalent factorul de calitate QE, luându-se în considerare compensarea pierderilor din circuit din cauza feedback pozitiv. Folosind (3), rescriim expresia anterioară în formular
După ce am redus ambele părți ale egalității prin E, exprimăm într-o formă explicită echivalentul Q
Folosind faptul că la rezonanță
Comparând expresiile (5) și (6), putem trage următoarele concluzii utile pentru practică:
- În numitorul cu formula (6), datorită feedback-ului pozitiv, apare un termen suplimentar MS / C1 având dimensiunea rezistenței;
- Semnul acestei rezistențe este negativ, ceea ce reduce rezistența totală a pierderii bucla;
- manipulând valoarea M sau S, putem face rezistența la pierdere a conturului să fie arbitrar mică, inclusiv zero;
- crescând Qe, în conformitate cu formula (3), se poate obține în buclă de oscilație orice amplitudine dorită.
Sensul fizic al rezistenței negativ, ceea ce reduce rezistența totală pierdere, constă în faptul că în circuit din cauza feedback-ul pozitiv este introdus din energia de alimentare a circuitului colector pentru a compensa pierderile de energie în circuitul de semnal. Energia este introdusă sub formă de oscilații de aceeași frecvență ca cele primite în circuit de la antena. Compensarea pentru pierderile care apar, sau cu alte cuvinte, restaurarea a energiei semnalului se numește regenerare și receptoarelor care utilizează principiul considerat a spori câștigul - regenerare. Schemele specifice de receptoare de regenerare pot fi văzute în [2].