Лекция 26 (лекции по УГФС), страница 3

В режиме минимальной мощности напряжение смещения

. (I)

Т ак как Е_{А МИН} = 0, то U_{МА МИН} = 0, а Е^/_С при Е_А = 0 в (I) равно –Е_С0 (см. лекцию 4). Соответственно получаем

. (II)

Последнее соотношение соответствует рис.26.5.

С другой стороны,

.

Так как, согласно рис.26.5 и учитывая (II),

,

то

. (III)

Из равенства (II) и (III) следует

.

Полагая Е_С0/U_MC = 0, получаем

.

Так как параметры в левой части последнего соотношения известны (S – крутизна статических ВАХ сеточного тока в перенапряжённом режиме, равная с достаточной точностью крутизне статических ВАХ анодного тока в основной области), то в соответствии с правой частью соотношения, используя, например, таблицы коэффициентов и , находим угол θ_МИН. Далее находим

и т.д.

В режиме минимальной мощности ток сетки (аналогично ток базы) достигает наибольшей величины и максимально нагружает источник возбуждения. В то же время очевидно, что в минимальном режиме большая мощность возбуждения не нужна, а при 100% модуляции вообще в минимальном режиме можно обойтись без какой-либо мощности возбуждения. Действительно, при 100% модуляции в минимальном режиме выходной ток равен нулю, то есть I_A1 = 0 (или I_К1 = 0), но такое значение выходного тока получается также и при снятии возбуждения, то есть наличие возбуждения в минимальном режиме при 100% модуляции не является необходимым. Поэтому при расчёте генераторов с анодной (коллекторной) модуляцией источник возбуждения (в радиопередатчике это каскад, стоящий перед модулируемым генератором) рассчитывается на мощность возбуждения, найденную при расчёте максимального режима, то есть на минимальную величину мощности возбуждения P_ВОЗБ = P_{ВОЗБ МАКС РЕЖ}. Это приводит к тому, что в режиме несущей частоты, а особенно в режиме минимальной мощности при Е_А,К → 0, амплитуда напряжения возбуждения модулируемой ступени U_{МС, МБ} несколько уменьшается за счёт большей загрузки источника сигнала возбуждения – предыдущего каскада, что способствует спрямлению нижнего участка СМХ. При этом в случае транзисторного генератора с коллекторной модуляцией начало СМХ подтягивается к началу координат (рис.26.2,б). Напомним, что изменение амплитуды напряжения возбуждения характерно для режима усиления АМ колебаний.

Таким образом, учитывая при практической реализации изменение амплитуды напряжения возбуждения в генераторах с анодной и коллекторной модуляцией, а также применение сеточного автосмещения в генераторах с анодной модуляцией для спрямления СМХ, можно отметить, что в чистом виде анодная и коллекторная модуляции практически не применяются. Однако в любом случае им принадлежит главенствующая роль.

В мощных ламповых генераторах с анодной модуляцией применяют, как правило, комбинированное смещение, когда часть напряжения смещения подаётся от независимого источника, а часть за счёт сеточного тока (см. лекцию 13). В этом случае величина сопротивления автосмещения ориентировочно определяется из соотношения

,

где Е_{ИСТ СМ} – напряжение смещения от независимого источника. Необходимо для предотвращения выхода из строя лампы модулируемого генератора при исчезновении возбуждения. Величина его должна быть такой, чтобы при исчезновении возбуждения ток лампы удовлетворял условию

.

Величина сопротивления R_C уточняется при настройке генератора. Сопротивление R_C , обеспечивая линейную зависимость I_С0(Е_А), способствует уменьшению средней за период модуляции мощности, рассеиваемой на сетке, по сравнению с режимом без такого сопротивления.

Схема сеточной цепи генератора с анодной модуляцией и с использованием комбинированного смещения представлена на рис.26.6.

В еличина ёмкости С_С , шунтирующей сопротивление R_C по высокой частоте, должна удовлетворять условию

. (**)

Только при таком условии, когда сопротивление цепи автосмещения для токов самой высокой модулирующей частоты F_В будет практически такое же, как и для постоянной составляющей, напряжение смещения при модуляции будет изменяться в фазе с изменением I_C0.⁴ Конденсатор ёмкостью С_{БЛ Ω} должен иметь очень малое сопротивление для токов самой низкой модулирующей частоты F_Н, защищая этим самым источник независимого смещения от переменных токов. Условие (**), очевидно, остаётся в силе и при отсутствии источника независимого смещения –Е_{ИСТ СМ}, то есть при использовании только сеточного автосмещения.

Несколько слов о настройке генераторов с анодной и коллекторной модуляцией. Если есть возможность снять СМХ, то настройка генераторов производится точно также, как и генераторов с модуляцией смещением (см. лекцию 24). Снятие СМХ возможно в транзисторных генераторах и в отдельных случаях маломощных ламповых генераторов при наличии регулируемого источника анодного питания. При осуществлении анодной модуляции в мощном выходном каскаде радиопередатчика нет возможности снять СМХ анодного или контурного тока, так как собственный источник напряжения питания анода Е_АН выполняется так, что его выходное напряжение нельзя изменять, особенно в сторону увеличения (для снятия СМХ генератора с анодной модуляцией нужен регулируемый источник напряжения от 0 до 2Е_АН с большим рабочим током).⁵ В таких случаях настройка генератора начинается с режима несущей частоты при постоянном анодном напряжении
Е_А = Е_АН. После подачи на анод напряжения питания Е_А = Е_АН устанавливается напряжение возбуждения, найденное при расчёте максимального режима. Далее настраивается контур и регулируется связь с нагрузкой так, чтобы режим работы лампы соответствовал расчетным данным режима несущей частоты. Режим работы контролируется с помощью приборов, измеряющих токи I_А0, I_С0, I_КОНТ. Затем включается модуляционное устройство, с выхода которого (от модулятора) подаётся необходимое напряжение низкой частоты и с помощью контрольно-измерительных приборов, включая измерители коэффициента модуляции и коэффициента нелинейных искажений, уточняют настройку режима несущей частоты.

Примечание:

Выше было показано, что при переиспользовании по анодному напряжению в два раза лампа для генератора с анодной модуляцией может выбираться на мощность

P_~НОМ = 2P_~Н, (А)

обеспечивая в максимальном режиме мощность 4P_~Н.

Если используется лампа с активированным катодом, то её номинальная колебательная мощность может быть ещё меньше. Действительно, в лекции 24 было показано, что при 100% амплитудной модуляции для таких ламп должно выполняться условие

0,61I_А0МАКС ≤ I_А0ДОП. (Б)

Соответственно, для максимального режима при 100% анодной модуляции⁶ можно записать

.

Полагая, что в максимальном режиме нижний угол отсечки анодного тока θ_МАКС равен нижнему углу отсечки анодного тока θ в ГВВ без модуляции на такой же лампе в оптимальном (критическом) режиме, последнее выражение можно записать в виде

,

откуда следует, что номинальная мощность лампы может быть выбрана из условия

,

то есть лампу, в отличие от (А), можно выбрать на мощность, примерно на 25% больше номинальной. При этом в максимальном режиме лампа будет отдавать мощность 4P_~Н, то есть примерно в 3,3 раза больше номинальной. Такой результат обусловливается переиспользованием лампы по анодному напряжению в два раза и более полным использованием её эмиссионных возможностей.

Используя (Б), для генератора со 100% сеточной модуляцией можно записать

. (В)

У генератора на такой же лампе без модуляции

. (Г)

Выражение (В) с учётом (Г) можно записать в виде

,

откуда следует

.

Из анализа последнего выражения следует, учитывая, что для ламп с активированным катодом в ГВВ без модуляции θ ≈ 60⁰ (см. лекцию 6), а в генераторе с модуляцией смещением θ_МАКС ≈ (110…120)⁰ (см. лекцию 24), при этом оказывается ξ_МАКС ≈ ξ_{КР НОМ},

,

что несколько меньше максимальной мощности 4P_~Н, то есть лампа с активированным катодом для генератора с модуляцией смещением может быть взята примерно на 20% меньше мощности максимального режима.

Схемы модуляторов для генераторов с анодной и коллекторной модуляцией

Выше было показано, что средняя мощность, потребляемая по анодной (коллекторной) цепи генератора с анодной (коллекторной) модуляцией,

.

Первое слагаемое определяет мощность, потребляемую от источника постоянного напряжения Е_{АН, КН} : P_0Н = Е_{АН, КН} I_{А0Н, К0Н}. Мощность , определяемая вторым слагаемым, зависит от глубины модуляции m, то есть от напряжения модулирующего сигнала U_{AΩ, КΩ} (см. (26.1), (26,2)), и подводится от модулятора. Величина этой мощности является одним из исходных параметров для расчёта модулятора и модуляционного устройства в целом.

В том, что определяет мощность, потребляемую от модулятора, легко убедиться следующим образом.

Обращаясь к схемам анодной (коллекторной) модуляции (рис.26.1), при условии линейности модуляции потребляемую от модулятора мощность можно определить как

.

Отношение