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高频机匹配电路的计算

高频机电路中,所谓匹配就是指满足大功率输出的条件。对功率振荡器来说,实现最大功率输出则需要高频机振荡器的输出阻抗等于复数共轭负载阻抗。亦即使输出等效电路中的总电抗等于零,振荡器等效内阻与负载电阻分量相等。实际上,这二者常常是不相等的,所以,要在两者之间插入一个电路通常就称为匹配电路。

先介绍一下电路变换的基本知识,然后讲述一些典型高频机匹配电路的计算.

匹配的高频机电路实际上就是一个阻抗变换电路。这种阻抗变换电路可用四端网络的形式来表示。

如果在四端网络的始端有阻抗等于Zλ的元件,而终端接有阻抗等于Z曲的元件,则这个网络就满足了功效最大传输的条件。亦即系统处于匹配状态。我们正是利用四端网络的这个性质,在自激振荡器与负载之间插入一节四端网络,令其Zλ等于自己振荡器的输入阻抗,而Z曲等于负载阻抗,从而使系统处于匹配状态。

在实际应用中,我们选择消耗极小的电抗元件构成匹配电路,使它在电路中只起阻抗变换作用,而不引入任何损耗。

常用的匹配电路有L形电路,π形电路和互感耦合电路。在复杂的系统中,一节电路不够,往往需要采用多节电路级联的形式才能满足要求。

1.L形高频机电路

图5-32所示的高频机电路就是L电路。它是由两个电抗元件X3和Xρ 接成“L”形状,起到阻抗变换作用,来达到使高频机荡器的输入电阻R1与负载电阻R2相匹配的目的,使1、2两端向终端看过去的阻抗等于R1使3、4两端向始端看过去的电阻等于R2,从而满足匹配条件,此时,串联电抗Xg和并联电抗Xp分别用下面的公式计算:

从上式可见,Xg和Xp必须是符号相反的两个电抗元件。由于介质加热负载电容器的等效阻抗不仅包含有电阻成分,而且还包含了电容成分。所以,在计算时要把电容部分考虑进去,折算到Xg或Xp之中。

在图5-32所示的电路中是R1<R2的情况。如果R1>R2,则应把Xp接到1、2两端。

由于L形高频机电路所需要的元件数目较少,结构简单,因此应用比较广泛。其缺点是,如果并联电抗为感抗,则对谐波的滤波作用不好。这种电路的匹配范围也不宽。在实用中,常把其中一个元件做成可调形式,以适应变化的负载。

2.T形高频机电路

图5-33所示是T形高频机电路,其中串联元件X81和X82符号相同。与并联元件Xp符号相反。和L形电路一样,负载的电抗成分也归算到串联电抗元件X82之中。其匹配条件是:

在实用中,常采用图5-34所示的曲线进行计算。图中曲线反应了Xp/ R2与Q2的关系,其中R1/ R2作为参变量。

在实际电路中,常采用图5-35所示的三种形式。图(a)中串联元件是电感,并联元件是电容。电容C与电感中间抽头连接,改变连接点便可以调节L1和L2的数值。C可采用可变电容器。这样一来,三个元件都是可调的,所以匹配范围比较广。

图(b)实质上与图(a)一样。不同的是L2是一段电轴电缆。这种电路的使用时有条件的,即必须满足

的条件,及负载阻抗Xp应小于电缆的特性阻抗Xg。只有满足以上条件,这一段电缆才呈电感性质。这种电路的优点是由于采用了同轴电缆,减少了空间辐射,适用于主机与副机之间的距离较远的情况。

图(c)中,串联元件是电容,并联元件是电感。C2可以是负载的容性分量,所以能使电路得到简化。调节C1或L就可以适应负载数值变化的要求。

3.π形高频机电路

在π形高频机电路中,并联元件X1p和X2p的符号相同而与串联元件X8的符号相反。匹配条件是:

以上关系,通过Y-△变换,也可以从T形电路演化过来。

计算时,先给定一个Q1或Q2值,就可以算出X1p、X2p和X8之值。

π形高频机电路中,1、2两端的高频电压U12与3、4两端的高频电压U34之比等于各端并联电容器的反比。所以,改变并联电容器就可以平滑地调整输出电压的大小。

π形高频机电路对高次谐波的滤波性能好,因此也就减少了由于电路对高次谐波不匹配所引起的空间辐射和能量损耗。

4.互感耦合谐振高频机电路

图5-37中画出的是初、次级都是串联调谐高频机电路的互感耦合电路。当调整回路元件时,可以得到三种状态:部分谐振、复谐振和全谐振。

(1)部分谐振。如果只改变初级回路的电抗X1,而保持次级回路的电抗X2及互感量M不变时,使初级回路与外热合机电源发生串联谐振,此时,初级电流达到最大,所以在次级回路的有功电阻R2上有最大功率。这种状态叫初级部分谐振。如果调谐初级,而调谐次级,使次级回路谐振,则次级电阻上也获得一个较大功率,这种状态叫次级部分谐振。

由此可见,两个回路的电抗X1和X2必须具有相同的性质时才能发生部分谐振。初级谐振时,次级不谐振;次级谐振时,初级不谐振 ;无论是那一种谐振,次级电流都分别有对应的最大值,但两个最大值不一定相等,功率传输的效率也不一定最高,所以部分谐振不算是匹配状态。

(2)复谐振。如果在部分谐振的情况下,再调节两个回路之间的互感量M,是刺激电流I2又进而增大到一个最大值,则这种状态叫复谐振。在初级复谐振的状态下,初级等效回路不仅满足串联谐振条件,同时还满足最大功率传输的条件。亦即从1、2两端向次级看过去的输出阻抗等于初级回路本身的电阻R1,从而使电路满足阻抗匹配条件。这就意味着次级有功电阻能从电源中汲取最大功率。

(3)全谐振。在复谐振的基础上,把另一个回路也同时调到谐振状态,并使之满足匹配条件,则这种状态叫做全谐振状态

点击次数:  发布日期:2012-12-30  【打印此页】  【关闭
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