Лекция 10 (лекции по УГФС), страница 8

Найденное значение ёмкости используется для выбора по справочнику или каталогу типовых конденсаторов, соответственно, постоянной или переменной ёмкости. При выборе конденсатора учитываются действующее на нём напряжение и ряд других параметров, о которых будет сказано ниже.

Соотношение (10.31) можно использовать, пока определяемое на основании его значение ёмкости контура существенно (в несколько раз) превышает выходную ёмкость АЭ.

Обратим внимание, что (10.31) определяет результирующую ёмкость, соответствующую контуру первого вида (рис.10.2,а), то есть полному включению контура. Если используется контур с неполным включением со стороны ёмкостной ветви, то каждая из составляющих ёмкостей , включенных последовательно (рис.10.2,в), по величине больше результирующей ёмкости контура (10.31). Соответственно, влияние выходной ёмкости АЭ на ёмкость контура будет меньше, так как выходная ёмкость АЭ подключается параллельно ёмкости большей величины (ёмкость на рис.10.2,в), чем результирующая ёмкость контура С. Чем меньше коэффициент включения контура р, тем больше различие емкостей , тем слабее будет влияние выходной ёмкости АЭ на настройку контура.

Когда определяемое (10.31) значение ёмкости контура оказывается сравнимым с выходной ёмкостью АЭ и даже меньше её, использование соотношения (10.31) становится неприемлемым. В этом случае величина ёмкости контура С принимается равной выходной ёмкости АЭ с добавлением монтажной ёмкости, величину которой в контурах с сосредоточенными параметрами на основании опыта часто принимают в пределах

С повышением рабочей частоты генератора уменьшается величина требуемой индуктивности контура L и может оказаться, что при индуктивность контура получается конструктивно невыполнимой. В этом случае реализуют контур третьего вида, одна из ветвей которого (ёмкость на схеме рис.10,2,в) формируется выходной ёмкостью

АЭ, а во вторую ветвь включается ёмкость такой величины, при которой требуемая индуктивность L контура оказывается конструктивно выполнимой. Результирующая ёмкость контура в этом случае

коэффициент включения контура

Принимать значение ёмкости контура обычно приходится на частотах от 30 МГц и выше. На этих частотах, в зависимости от мощности генератора, контур часто реализуют не на сосредоточенных параметрах, а на других принципах, которые будут рассмотрены в лекции 12.

На частотах ниже 1 МГц выходную ёмкость АЭ и монтажную ёмкость (естественно, при правильном конструировании генератора) практически можно не учитывать.

Когда ёмкость контура выбрана, определяют характеристическое сопротивление и индуктивность контура по формулам:

Существующие методы расчёта добротности контуров дают результаты, плохо согласующиеся с действительностью. Поэтому рекомендуется выбирать добротность контуров с учётом имеющихся опытных данных. В контурах с сосредоточенными параметрами, обычно При выборе добротности в этих пределах руководствуются следующими соображениями: активные потери в применяемых конденсаторах малы, поэтому добротность контура главным образом определяется добротностью катушки. Добротность катушки зависит от материала, сечения и длины провода намотки, количества и качества крепёжных деталей, размеров и качества экранирующего кожуха или шкафа. Получение катушки с большой добротностью связано с увеличением её размеров и затратой более дорогих материалов. Поэтому большие значения добротности катушки индуктивности контура следует принимать только для мощных генераторов. В маломощных генераторах, если нет каких-либо специальных соображений, добротность контура принимают меньше, естественно, проигрывая при этом в КПД контура. Однако, если устройство многокаскадное, то проигрыш в КПД в маломощном каскаде практически не сказывается на КПД всего устройства, определяемом мощным каскадом, который развивает наибольшую мощность, естественно, при наибольшем потреблении энергии. Поэтому даже незначительный выигрыш в КПД мощного генератора оказывается весьма заметным в абсолютном исчислении.

Выбрав ёмкость С и определив индуктивность L контура, следует рассчитать токи и напряжения, действующие на этих элементах. Если контур первого вида, то высокочастотное напряжение на элементах контура

где - колебательное напряжение на выходе АЭ, равное в ламповом ГВВ и в транзисторном ГВВ; - амплитуда высокочастотного напряжения на контуре.

Если используется контур с неполным включением (контур второго или третьего вида), то

где р - коэффициент включения контура.

Ток через ёмкость и индуктивность контура (контурный ток)

.

Найденные значения напряжения и тока используются для выбора по каталогу или справочнику типовых конденсаторов и для конструктивного расчёта катушки индуктивности. Конденсаторы должны выбираться из соответствующей группы, подходящей по диапазону рабочих частот, иметь требуемую величину ёмкости, выдерживать действующее на них напряжение и пропускать найденный ток.

Действующее на конденсаторе контура напряжение зависит от реализации схемы генератора.

На рис.10.14,а показана анодная цепь лампового ГВВ с включением контура по схеме рис.1.1,а, с которой мы начинали рассмотрение ГВВ. Очевидно, ничего не изменится в работе генератора, если элементы в анодной цепи генератора включить, как показано на рис.10.14,б. Однако, если в схеме рис.10.14,а на конденсаторе ёмкостью С действует только высокочастотное (колебательное) напряжение генератора, то в схеме рис.10.14,б на конденсаторе С действует высокочастотное (колебательное) напряжение генератора и постоянное напряжение источника анодного питания. Следовательно, при выборе конденсатора для схемы рис.10.14,а следует исходить из условия

а для схемы рис.10.14,б из условия

,

где - допустимое рабочее напряжение конденсатора, указанное в справочных данных.

Для некоторых типов конденсаторов вместо допустимого тока в справочных данных указывается допустимая реактивная мощность

где - соответственно, амплитуда переменного напряжения на конденсаторе и амплитуда тока через конденсатор; - величина сопротивления конденсатора .

При отсутствии одного конденсатора нужной ёмкости С, удовлетворяющего всем требованиям, необходимая ёмкость может быть сформирована путём последовательного, параллельного или комбинированного соединения нескольких конденсаторов, подходящих по рабочей частоте (диапазону частот). Конденсаторы выбираются с учётом действующих на них напряжений.

Катушки индуктивности не выпускаются типовыми, и найденные из расчёта контура ток и напряжение используются при разработке конструкции катушки: определение сечения провода и шага намотки, способа крепления витков и др.

При использовании ЦС в виде связанных контуров дополнительно требуется произвести расчёт связи, например, исходя из обеспечения нужного сопротивления нагрузки R_oe (10.30).

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 10:

1. Представьте в виде электрических цепей полные входные сопротивления лампового и транзисторного ГВВ. Приведите соображения по определению составляющих этих сопротивлений.

2. Приведите пример используемого в быту генераторного устройства, полезной нагрузкой которого является пищевой продукт. Приведите пример известного вам генератора, используемого в медицинских целях.

3. Обоснуйте возможность представления полезной нагрузки генератора высокочастотных электрических колебаний в виде двухполюсной электрической цепи.

4. Чему, по вашему мнению, равно в схеме (рис.10.4,а)? Попробуйте определить для схемы (рис.10.4,в) и для схемы (рис.10.4,г).

5. Получите соотношение (10.12).

6. Коэффициент включения контура р = 0,5; нагруженная добротность контура = 10; амплитуда первой гармоники тока, возбуждающего контур, А. Определите контурный ток. Как изменится контурный ток, если р = 1?

7. Представьте на одном графике зависимости (10.26) и (10.27) при условии и равенстве значений на средней частоте . Зависимости рассчитайте относительно значения на средней частоте. Рассчитайте подобные зависимости и изобразите их на другом графике при выборе . Сравните зависимости и сделайте выводы.

8. Представьте на рисунке разбивку диапазона частот на три поддиапазона при

9. Изобразите возможные АЧХ двухконтурной колебательной системы. От чего зависит форма АЧХ? Дайте пояснения. Сравните с АЧХ одиночного параллельного колебательного контура.

10.Поясните возможность обеспечения полного согласования АЭ с нагрузкой на двух частотах при
использовании системы двух связанных контуров. Какие результаты могут быть получены при
использовании системы трёх связанных контуров?

1 Подразумевается ГВВ – усилитель. Однако сказанное справедливо относительно любой гармоники: чем меньше угол нижней отсечки, тем более соизмеримыми оказываются гармоники.

2 Речь не идёт о целенаправленном создании помех определённым линиям или системам радиосвязи, радиолокации и др.