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 Qнагр. = 4. Они обеспечивают ослабление второй гармоники более, чем на 50 дБ.

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

R вх, Ом

С1, пФ

L1, мкГ

C2, пФ

L2, мкГ

C3, пФ

300

1810

16,5

10280

5,88

7400

400

1370

21,5

8520

6,60

6990

500

1100

26,4

7330

7,26

6670

600

928

31,2

6460

7,88

6400

800

702

40,9

5270

9,05

5970

1000

565

50,5

4480

10,2

5640

1200

473

60,0

3910

11,2

5370

1500

381

74,2

3300

12,7

5040

1800

318

88,4

2860

14,1

4770

2200

261

107

2450

16,0

4490

2600

222

126

2140

17,8

4260

3000

193

145

1910

19,5

4060

3500

166

168

1680

21,6

3860

4000

145

191

1500

23,7

3690

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

R вх, Ом

С1, пФ

L1, мкГ

C2, пФ

L2, мкГ

C3, пФ

300

1770

17,2

8840

7,64

5310

400

1350

22,2

7390

8,45

5050

500

1090

27,2

6400

9,20

4840

600

914

32,2

5680

9,89

4660

800

693

42,0

4670

11,2

4380

1000

559

51,7

4000

12,4

4160

1200

468

61,3

3510

13,6

3980

1500

377

75,7

2980

15,2

3760

1800

315

90,0

2610

16,8

3580

2200

259

109

2240

18,8

3380

2600

220

128

1970

20,7

3220

3000

191

147

1760

22,6

3080

3500

165

170

1560

24,9

2940

4000

144

194

1400

27,1

2820

    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:

Rн = 0,53·Еa/Ia0

где Еa - напряжение источника анодного питания, Ia0- постоянная составляющая анодного тока на максимуме огибающей сигнала (не более 30% пикового анодного тока Ia mах, который обеспечивает лампа данного типа при заданном Еа). 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

Rвх/Rвых Ом

Qнагр

С1, пФ

L1, мкГ

C2, пФ

L2, мкГ

C3, пФ

50 / 50

2,3

4138

10,83

5380

10,83

4138

2,5

4775

8,842

7162

8,842

4775

2,7

5410

7,435

9200

7,435

5410

75 / 75

2,3

2760

16,25

3586

16,25

2760

2,5

3183

13,26

4775

13,26

3183

2,7

3608

11,15

6133

11,15

3608

50 / 75

2,3

3874

12,36

4354

14,50

2920

2,5

4487

10,00

5800

11,90

3360

2,7

5100

8,365

7450

10,07

3796

    Фильтры весьма широкополосны, требуемые для них индуктивности не велики. При использовании катушек с легко реализуемой добротностью Qxx =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