Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Устройства сложения и распределения 

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

Допустим, что к мосту подключен генератор V. Он создает в сопротивлениях /?н и ток /i, поэтому его мощность Р распределяется между сопротивлениямиRvlRcпоровну. Аналогично, при включении только генератора ъ R и Rq протекали бы одинаковые токи /а и половина его мощности также терялась бы ъ R. Можно установить такие входные напряжения (7i и U, чтобы токи 1 и 1 имели равные амплитуды и были в сопротивлении R синфазны. Тогда, как видно из рис. 1.3, в сопротивлении R они оказываются в противофазе. При совместном включении генераторов ток в сопротивлении удвоится (/ = 2 /j), а в будет отсутствовать (/б = /i - /г = 0). Вся мощность генераторов будет отдана нагрузке i? , и в сопротивлении Rq потерь не будет (Ро = 0).

Повторяем, такие благоприятные условия получаются только при определенном соотношении амплитуд и фаз входных напряжений t/j и и^. Если это соотношение почему-либо изменится, то генераторы будут по-прежнему работать независимо друг от друга, но в балластной нагрузке появится ток, часть мощности 2 Р будет теряться в ней и к. п. д. моста понизится.

Если при этом изменить разность фаз между напряжениями t/i и t/a на 180°, то полезная и развязывающая нагрузки поменяются ролями: вся мощность генераторов будет отдана сопротивлению R б, а в сопротивлении /? мощность Р„ = 0.

Так как входные сопротивления моста комплексны, то в рассматриваемой схеме предусмотрены компенсирующие реактивности = х12 и Хз = 2х, благодаря которым входные сопротивления для генераторов становятся активными: Rxi = 2 R и i?Bxa = /2. Тем не менее схема рис. 1.3 для практики мало пригодна: так как нагрузка Рн обычно имеет заземленный зажим, то один вход устройства получается симметричным, а другой - несимметричным.

Приведенные варианты схем мостового сложения мощности этих недостатков не имеют. Любую из них можно представить в виде восьмиполюсника (рис. 1.4, а), ко входам 1 и 2 которого подключены генераторы, акЗ и4 - нагрузки Рд и Рб- В § 2.2 будет показано, что у этого же восьмиполюсника пара входов 3 и 4 становится развязанной, если ко входам / и 2 подключить согласованные сопро-


О


Ю S) В)

Рис. 1.4. Варианты схем МУ сложения и распределения мощностей 10


тивления Pi = Pbxi и Pg = Рвхг- Тогда генераторы, подключенные ко входам 3 и 4 (рис. 1.4, б), будут работать независимо друг ст друга и при надлежащих амплитудах и фазах напряжений суммарная мощность будет выделяться в Р^ или Ра. Имея это в виду, заменим схему МУ, показанную на рис. 1.3, взаимообратной схемой, показанной на рис. 1.5. Получился так называемый ТМ-мост, применяемый в передатчиках ДВ, СВ и КВ диапазонов. Входные сопротивления его активные и одинаковые по величине.

Согласно принципу взаимности МУ сложения мощностей может быть превращено в МУ распределения мощности генератора. Для этого к одной паре развязанных входов подключаются нагрузки Pi и Ра (рис. 1.4, в), а к другой-источник с внутренним сопротивг лением Рг и балластное сопротивление Ре- Условие развязки нагрузок: Рб = Рг- Если Pi = Ра, то мощность генератора распределяется между ними поровну без потерь в Рб. МУ распределения мощности обладает весьма ценным для практики свойством: изменение модуля и фазы у одной из нагрузок, вплоть до ее обрыва или короткого замыкания, мало влияет на величину напряжения на другой нагрузке. Эти изменения отражаются главным образом на потерях мощности в балластном сопротивлении Рб и на величине нагрузки генератора.

Как и колебательные цепи передатчиков, МУ строятся на элементах с сосредоточенными и распределенными параметрами. В энергетическом отношении их свойства одинаковы. Приведем несколько менее сложных схем.

На рис. 1.6 показан принцип развязки генераторов посредством дифференциального трансформатора. На рис. 1.6, а генераторы связаны двумя резисторами R = R R благодаря повороту фазы на 180°, осуществляемому трансформатором с коэффициентом передачи 1: -1; эти связи взаимно компенсируются. Такой же эффект получается в схеме рис. 1.6, б, развитием которой служит МУ, показанное на рис. 1.6, в. Трансформаторные МУ применялись в 50-х годах в СВ передатчиках средней мощности. Теперь они широко используются в транзисторных передатчиках, работающих на частотах до сотен мегагерц [4].

На рис. 1.7 показан так называемый U-образный мост (иначе укороченное кольцо ). У него два плеча образованы отрезками линий. При длине отрезков линий / = А./4 генераторы развязаны и входные сопротивления МУ активны.

Для нормальной работы МУ рис. 1.5-1.7 напряжения и должны быть равны и синфазны. Действительно, как легко видеть из этих схем, тогда ток в сопротивлении Рб, соединяющем эквипотенциальные точки, должен отсутствовать. Если сделать входные напряжения противофазными, то, наобо-


Рис. 1.5. ТМ-мост

И




i 1

tt) S)

Рис. 1.6. Модификации трансформаторного МУ

-<7<-у^-

(X) t П^н h(X)



Рнс. 1.7. и-мост ( укороченное коль- Рис. 1.8. МУ из отрезков двухпровод цо )

ных линий



Рис. 1.9. МУ гибридное кольцо

Рис. 1.10. Квадратный мост

Г

Рис. МУ на связанных линиях

рот, ток будет отсутствовать в нагрузке и мощности будут суммироваться в нагрузке R.

Для суммирования мощностей генераторов, имеющих симметричные выходы, можно применить мост, выполненный из отрезков двухпроводных линий /= я/4 (рис. 1.8). Благодаря перекрещиванию проводов на участке зг - жб достигается развязка между генераторами и токи, создаваемые ими в 7? е. взаимно компенсируются. Тот же эффект можно получить без перекрещивания проводов, если удлинить участок линии зг-жб на полволны и заменить отрезки двухпроводных линий однопроводными. Получается МУ, называемое гибридным кольцом (рис. 1.9). Общая длина кольца 2 / = 1,5 Я. Его входы и нагрузки несимметричные.

На рис. 1.10 МУ содержит 4 отрезка линий равной длины (/ = Я/4, соответственно 2/ = Я). Здесь, как и в гибридном кольце, длины линий между входами генераторов различаются на полволны, что и создает развязку между ними. Для того чтобы создаваемые ими токи в одной нагрузке складывались, а в другой взаимно компенсировались, входные напряжения t/j и должны быть равны, но сдвинуты по фазе на 90°. Для суммирования мощностей в /?н напряжение должно опережать на 90°.

В диапазонах СВЧ широко применяется класс МУ, образованных отрезками связанных линий. Принцип их действия, основанный на интерференции возникающих в связанных линиях двух типов волн (например, синфазный и противофазный), тот же, что у направленных ответвителей, построенных на связанных линиях (рис. 1.11). Характерным для последних является резкое неравенство мощностей в нагрузках. При определенных условиях направленный ответвитель может быть превращен в МУ, предназначенное для сложения и распределения равных мощностей.

В зависимости от фазовых соотношений между напряжениями на развязанных входах (1-2 и 3-4 на рис. 1.4), требуемых для сложения мощности без потерь в балластной нагрузке, МУ можно классифицировать следующим образом:

1) синфазно-противофазные. К ним принадлежат такие, у которых напряжения и^я должны быть синфазными или противофазными (рис. 1.6, 1.8, 1.9);

2) квадратурные. У них напряжения на развязанных входах должны быть сдвинуты между собой на 90° (рис. 1.10 и 1.11);

3) синфазно-квадратурные. У них напряжения на одной паре развязанных входов должны быть или синфазными, или противофазными, а на другой-в квадратуре (рис. 1.5 и 1.7).

Как будет выяснено в §1.6, мостовые устройства могут быть построены для суммирования неравных мощностей. При заданном их соотношении

т = P,/Pi (1.1)

мощности суммируются в полезной нагрузке без потерь в балластной/? б-



1.5. МНОГОПОЛЮСНЫЕ МОСТОВЫЕ УСТРОЙСТВА СУММИРОВАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТЕЙ

На практике может потребоваться суммирование равных мощностей заданного числа N i> 2 развязанных генераторов, а также распределение мощности между N развязанными нагрузками. Эти задачи можно решить, используя систему мостов, предназначенных для развязывания двух генераторов или нагрузок, а также посредством одного МУ, представляющего собой единое целое, к входам которого непосредственно подключаются генераторы или нагрузки.

На рис. 1.12 показаны схемы МУ, построенных по первому принципу. Широко применяется метод так называемого попарного суммирования (рис. 1.12, а). Здесь мощности 2Р на выходе одинаковых мостов Ml я М2 суммируются посредством моста Мд с выходной мощностью 4 Р. Очевидно, мостовая система из k рядов позволяет складывать без потерь в балластных нагрузках мощность = 2* генераторов (/г = 1, 2, 3 и т. д.). При этом мосты каждого ряда одинаковы.

На рис. 1.12, б показан так называемый цепочечный метод суммирования. В мосте Ml складываются мощности двух генераторов; последующие мосты предназначены для суммирования без потерь неравных мощностей (т ф 1): мост М^ суммирует мощности Р + + 2Р (т = 2), мост Мз - мощности Р + ЗР (т = 3) [6]. Этим методом в принципе можно суммировать мощности любого числа генераторов, однако выполнение мостов с большими значениями m может встретить большие затруднения, чем при смешанном суммировании (рис. 1.12, в).

Для всех вышеприведенных схем МУ требуется - 1 мостов, общее число нагрузок равно N, их них N - 1 балластных. В обобщенном виде такая система показана на рис. 1.13 как некоторое устройство с двумя группами развязанных входов для N генераторов и нагрузок. При подключении одного источника его мощность распределяется между нагрузками неравномерно. Суммарную мощность источников можно выделить только в одной (рис. 1.12, б) или в двух (рис. 1.12, а) нагрузках, но в таких МУ нагрузки неравнозначны.

Применив в системе попарного суммирования (рис. 1.12, а) дополнительные мосты, можно получить устройство, у которого все нагрузки подключены только к выходным мостам системы, благодаря чему они становятся равнозначными. На рис. 1.14 мощности четырех генераторов суммируются в мостах / и 2. Далее в зависимости от синфазных или противофазных напряжений на входах мощности 2Р попадают на мост 3 или 4, суммарная мощность 4 Р в соответствии с фазами напряжений на входах этих мостов выделяется в одной из четырех нагрузок.

По второму принципу построены многополюсные МУ с поворотной (радиальной) симметрией. Их прототипами служат мосты для

= 2 с симметричными относительно нагрузки входами, например

г

т

р р рр р р

1*р

Т Х

т

яр

т

р р VP

р

р

Р

р

Рис. 1.12. Многополюсное МУ попарного (а), цепочечного (б) н смешанного (в) сложения

1 N1

т

к гн

- 3 -1

Рис. 1.13. функциональная схема многополюс- Рис. 1.14. Многополюсное ного МУ с минимальным числом развязываю- МУ с равнозначными на-щих резисторов грузками



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

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения