Лекция 10 (лекции по УГФС), страница 2

При соответствующих параметрах избирательными свойствами обладает также последовательный колебательный контур, который позволяет также скомпенсировать реактивную составляющую сопротивления полезной нагрузки. Но он не даёт возможность трансформировать активную (резистивную) составляющую сопротивления полезной нагрузки и, следовательно, может быть применён только в том случае, если требуемое значение равно . Однако, если даже требуемое значение равно , то наличие междуэлектродных ёмкостей и индуктивностей вводов электродов АЭ, влияние которых возрастает с повышением рабочей частоты генератора, делает невозможной реализацию ЦС в виде последовательного колебательного контура. Наличие междуэлектродных ёмкостей и индуктивностей вводов у электродов АЭ также обусловливает отмеченный выше факт, что ЦС в общем случае – это четырёхполюсная электрическая цепь.

Н
а рис.10.2 показаны наиболее широко применяемые схемы параллельных колебательных контуров, которые носят названия: контур первого вида (а), контур второго вида (б), контур третьего вида (в). При этом контур первого вида носит также название контура с полным включением, а контуры второго и третьего видов носят названия контуров с неполным включением, соответственно, со стороны индуктивности или ёмкости контура.

В индуктивной и ёмкостной ветвях контура - сопротивления активных потерь. В представленных схемах контуров на рабочей частоте результирующее реактивное сопротивление левой ветви носит индуктивный характер, а правой – ёмкостный.

Условием резонанса параллельного колебательного контура принято считать равенство величин реактивных составляющих токов в ветвях контура, что, например, для контура первого вида имеет место на частоте

где - носит название характеристического сопротивления контура.

В колебательном контуре, то есть в контуре, проявляющем избирательные или резонансные свойства, выполняется условие

(10.2)

с учётом которого можно считать , что обычно и принимается на практике. То есть, принято считать, что резонансная частота параллельного колебательного контура определяется только величинами его индуктивности и ёмкости, как у последовательного колебательного контура. При этом для контура второго вида

а для контура третьего вида

.

На частоте реактивные сопротивления ветвей контура считаются одинаковыми по величине. При этом для контура первого вида

.

В практических схемах контуров второго и третьего видов (контуры с неполным включением) обычно выполняется условие

, (10.3)

где для контура второго вида

,

а для контура третьего вида

;

- активное сопротивление ветви контура, равное, соответственно, .

При выполнении условий (10.2), (10.3) эквивалентное сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте определяется соотношением

, (10.4)

где - сопротивление активных потерь контура.

С учётом приведенных выше соотношений получаем:

для контура первого вида, то есть для контура с полным включением,

(10.5)

для контура второго вида (контур с неполным включением со стороны индуктивности)

, (10.6)

где - коэффициент включения контура;

для контура третьего вида (контур с неполным включением со стороны ёмкости)

, (10.7)

где - коэффициент включения контура.

Коэффициент включения контура называется также коэффициентом трансформации, коэффициентом связи АЭ с контуром. Значение коэффициента включения контура р возможно в пределах от 0 до 1. Значение р = 1 соответствует контуру первого вида (контур с полным включением).

Так как выполняется условие (10.3), то коэффициент р определяет отношение напряжения на индуктивности к напряжению на всей индуктивности контура у контура второго вида, либо отношение напряжения на ёмкости к напряжению на всей ёмкости контура С у контура третьего вида. Отсюда и название – коэффициент трансформации. Очевидно, напряжение на индуктивности у контура второго вида и напряжение на ёмкости у контура третьего вида при подключении такого контура к АЭ практически будет равно напряжению на выходе АЭ ГВВ, амплитуда которого . На резонансной частоте в силу практического равенства величин сопротивлений индуктивности и ёмкости С контура и практически одинаковых величин токов в ветвях параллельного контура амплитуда напряжения на индуктивности равна амплитуде напряжения на ёмкости С.

В выражениях (10.5) – (10.7) добротность контура

. (10.8)

Сравнивая (10.6), (10.7) с (10.4), замечаем, что .

Из выражений (10.5) – (10.7) следует, что эквивалентное сопротивление параллельного колебательного контура можно изменять, если менять значения ,С, а следовательно, характеристическое сопротивление контура , но сохраняя при этом его резонансную частоту .

В контурах второго и третьего видов (контуры с неполным включением), как видно из (10.6), (10.7), появляется дополнительная возможность регулировки путём изменения коэффициента включения контура р без изменения его параметров ,С. Действительно, сравнивая (10.5) – (10.7), можно записать:

На практике коэффициент включения контура изменяется либо перемещением подвижного контакта по виткам катушки индуктивности, либо переключением одного из контактов вдоль индуктивности или ёмкости контура. В этом случае катушка индуктивности выполняется с отводами, а ёмкость контура реализуется из нескольких последовательно включенных конденсаторов. Указанные способы изменения р показаны на рис.10.3.

Способ изменения эквивалентного сопротивления контура , соответственно и сопротивления нагрузки АЭ ГВВ с помощью коэффициента включения контура р не может считаться совершенным по следующим причинам:

1. Колебательное напряжение на индуктивности и на ёмкости С контура может оказаться очень высоким, что может вызвать пробой отдельных элементов контура. Вероятность такого пробоя возрастает в мощных ламповых ГВВ, где амплитуда колебательного напряжения на элементах контура

.

2. С изменением р настройка контура не сохраняется, так как выходная ёмкость АЭ по-разному будет пересчитываться в контур (сравните случай р = 1 и р  0). На сравнительно низких частотах (до единиц МГц) с этим можно не считаться, так как выходная ёмкость АЭ много меньше требуемой ёмкости контура и, соответственно, слабо влияет на настройку контура. На более высоких частотах ёмкость контура С и ёмкость становятся соизмеримыми. При этом влияние последней ёмкости на настройку контура сильно возрастает, что требует его подстройки с изменением р.

Хотя регулировка эквивалентного сопротивления нагрузки АЭ ГВВ путём изменения коэффициента включения р имеет перечисленные выше недостатки, в ряде случаев приходится с этим мириться, так как, изменяя , можно всё время поддерживать оптимальный режим работы генератора. В противном случае режим работы генератора и отдаваемая им мощность могут заметно изменяться, например, при перестройке контура из-за изменения рабочей частоты ГВВ.

В транзисторных ГВВ вынужденно приходится применять неполное включение контура. Низкое рабочее напряжение и относительно большой ток коллектора приводят к тому, что требуемое сопротивление нагрузки для транзистора во много раз меньше, чем для лампы: . Обычно для транзисторов требуемое сопротивление нагрузки составляет единицы – десятки Ом, тогда как для ламп оно составляет сотни Ом – единицы кОм. Чтобы, в силу относительно малого значения требуемого сопротивления нагрузки транзистора, не получать конструктивно неприемлемые значения элементов контура ,С: слишком малую индуктивность и слишком большую ёмкость С, используют неполное включение контура. Использование неполного включения контура в этом случае при сравнительно высокой его добротности, соответственно хорошей избирательности, обеспечивающей достаточную фильтрацию высших гармоник коллекторного тока, позволяет реализовать требуемое значение сопротивления нагрузки

при практически оптимальных электрических и массогабаритных характеристиках контура.

Выше отмечалось, что в общем случае ЦС представляет четырёхполюсную электрическую цепь из реактивных элементов, к двум полюсам которой подключается полезная нагрузка генератора, а к двум – АЭ ГВВ.

В случае ЦС в виде параллельного колебательного контура полезная нагрузка генератора может либо целиком формировать одну из ветвей контура (рис.10.4,а), либо входить в состав одной из ветвей контура (рис.10.4,б,в,г). В последнем случае полезная нагрузка генератора может включаться последовательно с некоторым реактивным элементом в ветвь контура (рис.10.4,б) или подключаться параллельно части реактивного элемента ветви контура (рис.10.4,в). Возможна также трансформаторная (индуктивная) связь нагрузки с ветвью контура (рис.10.4,г). Сразу отметим, что практическое использование трансформаторной связи ограничивается возможностью реализации высокочастотного трансформатора с повышением рабочей частоты из-за возрастания ёмкостной связи между катушками трансформатора . Очевидно, в первом случае (рис.10.4,а) четырёхполюсная ЦС вырождается в двухполюсную.

Включение по схемам (рис.10.4,а,б) используется в том случае, когда активная (резистивная) составляющая сопротивления полезной нагрузки генератора сравнительно невелика (доли или единицы Ом); параллельное включение используется в том случае, когда активная (резистивная) составляющая сопротивления полезной нагрузки сравнительно велика (десятки – сотни Ом). Это позволяет реализовать контур с высокой добротностью, с нужным значением и хорошей избирательностью. Использование трансформаторной связи также целесообразно при относительно большом значении сопротивления .