Ю.Балтин, YL2DX

Двойной П-контур

    Выходные цепи любительских передатчиков обычно представляют из себя однозвенный П-образный LC-фильтр нижних частот, так называемый П-контур. К сожалению, столь примитивная цепь, как правило, не обеспечивает достаточного ослабления гармоник и довольно узкополосна в рабочем диапазоне. Намного более эффективен двухзвенный фильтр (рис. 1).

 Рис.1

    Добавление всего лишь одной небольшой катушки индуктивности и одного конденсатора существенно улучшает параметры выходной цепи. Значительно увеличивается фильтрация гармоник, уменьшаются потери, расширяется полоса пропускания в заданном диапазоне. Правильно сконструированный двойной П-контур при работе на согласованную нагрузку не требует подстройки в пределах большинства любительских диапазонов. Методика расчета двойного П-контура проста и может быть найдена во многих справочниках и учебных пособиях. Воспользовавшись моей программой "PIF-2DX", можно легко и точно рассчитать эту цепь для любых сопротивлений, частот и добротностей.

    Параметры двухзвенных фильтров с входными сопротивлениями от 300 до 4000 Ом, рассчитанные для частоты 1 МГц и сопротивления нагрузки 50 Ом, приведены в таблице 1, а для сопротивления нагрузки 75 Ом - в таблице 2. Добротность фильтров Q_нагр. = 4. Они обеспечивают ослабление второй гармоники более, чем на 50 дБ.

Табл.1. Сопротивление нагрузки 50 Ом, частота 1 МГц.

Табл.2. Сопротивление нагрузки 75 Ом, частота 1 МГц.

    Для пересчета фильтра на любой нужный диапазон достаточно разделить величины всех емкостей и индуктивностей на значение средней рабочей частоты в мегагерцах.

    Подстройка С3 (и, возможно, некоторая коррекция L2) потребуется при повышенных значениях КСВ нагрузки, она ведется по такой же методике, как и для одинарного П-контура: в режиме АВ при настройке С1 в резонанс глубина спада постоянной составляющей анодного тока должна быть 15% (по сравнению с сильно расстроенным контуром); чем меньше С3, тем меньше и глубина спада.

    Катушки L1 и L2 не должны иметь между собой ни индуктивной, ни емкостной связи, поэтому их следует располагать взаимно-перпендикулярно и не вплотную друг к другу. На низкочастотных диапазонах они (обе или тoлько L1) могут быть намотаны на тороидальных каркасах. Полезно поместить фильтр в достаточно просторную экранирующую коробку, разделенную перегородкой на два отсека - для входного и выходного звеньев фильтра.

    Важно учитывать, что емкость С1 включает в себя не только емкость первого конденсатора фильтра, но и выходную емкость лампы, емкость монтажа, а при параллельной схеме питания - и емкость анодного дросселя. Сумму этих дополнительных емкостей лучше всего измерить в реальной конструкции усилителя еще до монтажа выходных фильтров. Перед монтажом фильтров рекомендуется заранее подогнать с помощью любого измерителя LC параметры каждого из компонентов по отдельности. Тогда окончательная подстройка будет очень проста или вообще не понадобится.

    Требуемое сопротивление нагрузки усилительной лампы, работающей в классе АВ, можно приблизительно оценить по формуле:

R_н = 0,53·Е_a/I_a0

где Е_a - напряжение источника анодного питания, I_a0- постоянная составляющая анодного тока на максимуме огибающей сигнала (не более 30% пикового анодного тока I_a mах, который обеспечивает лампа данного типа при заданном Е_а). Для пентодов, которым на защитную сетку подано небольшое стабильное положительное напряжение смещения (несколько процентов от анодного), коэффициент можно брать несколько большим - до 0,62.

    В ряде случаев, особенно на ВЧ-диапазонах, сумма выходной емкости лампы и емкости монтажа может оказаться больше, чем рассчетная величина С1. В таком случае приходится искать компромиссные решения: задаваться большей нагруженной добротностью контура, меньшим значением сопротивления нагрузки лампы, снижать анодное напряжение, компенсировать выходную емкость лампы дополнительной индуктивностью.

    Разумеется, фильтры обратимы и могут трансформировать сопротивление 50 или 75 Ом в более высокое, поэтому их можно с успехом использовать и для согласования входных цепей усилителей мощности. Емкость выходного конденсатора фильтра (в данном случае им станет С1) при этом следует уменьшить на величину входной емкости усилительного каскада.

    В таблице 3 приведены данные двухзвенных фильтров нижних частот для дополнительного ослабления гармоник на 50- или 75-омном выходе передатчика, работающего на фидер с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, согласованный с антенной. Как и в предыдущем случае, они нормированы для средней частоты 1 МГц, т.е. величины емкостей и индуктивностей нужно разделить на значение требуемой средней рабочей частоты в мегагерцах. Для каждой комбинации входного и выходного сопротивлений приведены по 3 варианта, незначительно отличающихся величиной Q. Это сделано для того, чтобы было легче подобрать на каждом из диапазонов наиболее близкие к стандартным величины емкостей конденсаторов.

Табл. 3

    Фильтры весьма широкополосны, требуемые для них индуктивности не велики. При использовании катушек с легко реализуемой добротностью Q_xx =150, вносимые фильтрами потери в полосе прозрачности ничтожны - около 0,15 дБ. При надлежащем экранировании подавление второй гармоники 45 дБ, а более высоких - еще больше. Для дальнейшего улучшения фильтрации можно соединять несколько фильтров последовательно.

===========================================================

Статья опубликована в журнале "Радиолюбитель КВ и УКВ" (белорусской редакции EU1AA) № 6 / 2001 г.

===========================================================
All rights reserved © Yuri Baltin, 2001

    > К началу
    > На первую страницу