Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 68
Текст из файла (страница 68)
(10.41 На,ркс. 103 изображены графики изменений напряжений и токов в генераторе, саответсвнунштие уравнениям (10.1), (1О 3) и (10.4). Из ~них непосредственно видно, что электроны, пролетая в лампе, подвергаются воздействию двух полей; ~постоянного ускоряющего, поля источника вводного напряжения и переменного поля канту~ра. Постоянное поле исто знака разгоняет электроны, сообщая и~м запас |кинетичссной энергии. Переменное же ,поле ~контура тормозит электроны, их скорость уменьшается, и за счет потерннной ими ки. нетичеокой энергии пополняется запас энергии ~в контуре. Так происходит преобразование энергои источника постоянного така н энергию высокочастотных колебаний. В общем случае для получения гене.
рацион нет необходимости отключать истая~них от колебательной системы на половину периода. Для получения незату. хающих колебакий достаточно, чтобы число злеквронов, отдающих энергию колебательной системе, было больше числа эленгранав, отбирающих энергию 216 Рис. 10.3. Временные диаграм- мы процессов в ламповом ге- нераторе от нее. Для этого нужно, чтобы число электронов, пролетающих ~в тормозящем поле, было больше числа электронов, пролетающих в ускоряющем поле, т.
е. чтобы электронный поток был во времени н сод но род,н ы~м (~разной плотности). Если .поток будет иметь постоянную плотность, то половику периода ои будет отдавать энергию колебательной системе, а во вторую половину столько же ее отбирать, и генерацни высокочастотных .колебанвй не будет. Суммируя все сказан~нее, можно сформулировать общие условия получения генерации высокочастотных колебаний: генератор должен содержать электромагнитную колебательную систему; ~в иоле этой ислебателыной системы должен переходить н еод~нородный во з|ре~мени электронный поток; увравле~ние ~потоком должно осуществляться так, чтобы в тормозящем поле колебателыной системы проходилоо больше зле~неронов, чем н .ус~ко р яюще м.
Рассмотрим теперь вопрос о мощности, необходнмой для управления электронным потоком в помпе. Сначала допустим, что сетка не ~перехватывает электроны, летящие к аноду, однако это вовсе не означает, что в ее цели при этом не может ~протекать ток. Если около,проводящей поверхности (в данном случае сетки) появляется электрический заряд (рис. 10.4), то сво- Рис. 10.4. Токи, наводимые движущимися зарядами: а — ток 1м, наводимый в проводящей плоскости приближающимся зарядом; б — токи 1 ~ и 1чь нааодимые в сетке приближающимися н удаляющимися зарядами бонные электроны проводн~ика в зависимости от знака заряда либо скапливаются на ближайпгих к заряду участках, либо уходят от них.
Это явление получило название эл е кт р ос та т ич ее к о й и н д у к ц и и, з заряды, возникающие на новерхности, называются наведенными за~рядами Очевидно, что навцхенный заряд, зависит от силы притяжения первичного заряда, т. е. от расстояния между за~рядом и поверхностью. Поэтому если ~первичный заряд булет двигаться к новцрхиостн, то наведенный заряд будет возрастать эа счет притока электронов с друонх частей проводника, создающих н а л е д е ни ы й т о к одного направления. При удалении первичного заряда наведенный заряд будет уменьшаться, электроны будут возвращаться на свои места, создавая нанеден~ный ток ~противоположного иаира~аления. Если сетка лампы ~не перехватывает электроны, то сколько электронов подлетит к ней, столько же н удалится от нее к а~неду, и,резульимруюшнй наведенный ток 1ч в ее цепи будет равен нулю. Поэтому мощность источника возбуждения, управляющего ~потоком электронов лампы в этом случае, Р,= 1 1 = — (г 1,= — (?,1,=0.
Следовательно, ес- 2 2 ли элекяроны не оседают нв сетке лампы, то н а у п ~р а ~в л е н и е е е о д н ородным ното~ком (измененне скоростями зле~игроков) источник возбуждения мощности не зат,рачивает. Это очень важный вывод, который объясняет усилительные свойства большинства генераторных приборов. Ведь речь здесь идет именно о ~них; ~в общем случае источник возбуждения затрачивает некоторую высокочастотную мощность на управление ~потоком Р„ благодаря чему в анодном контуре ~выделяется некоторая мощность Р колебаний той же частоты. Для того чтобы устройство обладало усилительными свойсввамн, первая мощность,должна быть меньше второй, т.
е. генератор должен об. падать коэффициентом усиления по,мощности Км = Р)Ра, (!0.5) превышающим единицу. В рассмотренном вьпне ядеалнном случае он развея бесконечности. Ну, а как будет на самом деле? Можно лн практически получить такое усиление? Как ни странно на пцрвый взгляд, но это возможно. Электроны не будут оседать на сетке, если напряжение на ней лежит в области отрицательных значений; анодный ток при этом может существовать, как это следует нз нида статических характеристик лампы. Выбрав соответствующим образом;напряжения смещения л возбуждения, монино установить подобный режим работы, называемый б уф е р н ы м эрнс.
10.5). Однако из !рис. 10.5 видно, что в таком режиме лампа сильно недоисполь- Рпс. 105. Использование лампы без токов сетки (буферный ре'ким) Рис. 106. Ламповые генераторы: а — с внешним возбухсдением; б — с самовозбуждением 10.2.
ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (УСИЛИТЕЛИ) зуется по току, поэтому в устройствах, пде важно ~получение максимальной модности на выходе, он используется редко и генераторы работают с токами управляющей сетки, но амплитуда их обычно не ~превышает 10ч!бе от а~водного тока. Поэтому коэффициент усиления генераторов по мощности практически лежит .в пределах от деоятков до сатен единиц. Из рис.:10.2 видно, что и сеточный так представляет собой периодическую последовательность импульсов, т. е. состоит из постоянной соста~вляющей и гармоник: (е = 1ее + 1сз соз ю 1+ 1сз соз 2 ы 1 + + 1сз соз Зы 1+ ...
(10.6) Для того чтобы уяснить полностью схему ла~мпового генератора, остается еше определить, каким образом создается напряжение возбуждения. Источником возбуждающего напря- :Из расемопрения общего принципа работы ламповых генераторов следует, что в отличие от усилителей, расомотреиных в гл. 9, лампа в них используется как существенно нели пейн ы й эл ем е нт: часть периода анодный ток лампы изменяется пропорционально напряжению нн уаравляющей сетке, а часть периода анодный ток отсутствует, хотя напряжение на сетке изменяется.
В результате этого гоми в ансдной н сеточной целях получаются неоинусоидальными, и иснользуюгся только их отдельные ссстэвляющие. Может показаться, что это ,нерационально, но на самом деле именно нелинейность генератс)рав позволяет в принципе получить 218 жения может служить другой генсратор высокочастотных колебаний; в этом случае возбуждаемый генератор,называюг генератор ам с внешним возб у ж,де н и е.м (рис. 1О.б,а). Но можно обойтись и без внешнего источника возбуждения, если снять часть напряжения со своего же анодного контура и подвести его к сетке лам~пи по специальной цепи обратной с~вязи (рис. 10.6,б). В таком генераторе при выполнении определенных условий включение или малейшее нарушение электрического равновесия ариводит к возникновению колебаний без подведения высокочастотной энергии от внешнего источника. Поэтому подобные генераторы называют гс н е р а гоар а м,и с с а м он озб ужден и ем; ови и служат источниками первичных колебаний в радиоустройствах.
Явления ~в ~иих сложнее, чем в генераторах с внешним возбуждеии. ем, поэтому целесообразно начать более подробное изучение последних. нх КПД околысо угодно близким к единице. Разобранный выше механизм преобразования энергии н генераторе позволяет сделать вывод, что оно,происходит тем эффективнее, чем сильнее тормозятся электроны, аролетающие в лампе. Поэтому ~для повышения эффективности генератора нужно, чтобы возмбжно большее число элмгпронов пролетало в мвкюимальнам тормозящем поле. Из рассмотрения рис.
10.3 следует, что для этого нужно работать с предельно узкими импульсазш анадного тока. Ферму импульсов характеризует их амплитуда 1, и угол отсечки 6, под котарым подразумевают выра- вш М' в в гвв'веха' в ю" вгз ! ! женную в угловой мере половину той доли периода, в течение ноторой существует анодиый ток. В случае, изображенном на,рис. 10.3, анодный тон существует в течение половины периода, следовательно, угол отсечки рзвен 90'. Данный вид ~работы называют р еж и м ом В. Работу с углами отсечки 0(90' называют режимом С. Из сказанного не следует делать вывода, что работа генератора в линейном режиме невозможна.
Если уменьшением смещения поставить генератор в режмм, яри,котором анодный ток ве спадает до нуля (рис. 10.7), то угол отсечки 0=180'. П~ри этом гаворят, что генератор работает в ~режи~не А. Полезный энергетячеоний эффект в нем достигается несмотря на непрерывное протекание тока за счет того, что в благоприятной (тормозящей) фазе пролетает больше электронов, чем я неблагоприятной (ускоряющей). Однако очевидно, что в этом случае эффектпвиость преобразования энергии будет весьма низкой.
Поэтом~у тамой режим используется только тогда, когда важно вес. п~роиэвести в а~нодной цепи возможно точнее закон изменения на~в~ряжения возбуждающего источника. С,подобным требованием чаще всего п~риходится встречаться в усилителях низкой чзстоты. Рис. !0.7, Режимы А, В и С генератора Рассмотрим основные энергетические соотношения в ламповом генераторе. На основании выводов $2.4 о том, что энергетическое взаимодействие источника напряжения происходит только с токами тай частоты, какую имеет источник, множно заключить, что мощность, потребляемая генератором от источника анодного напряжения, Ро = 1оо Во ° !10.7) Не заторможенные полностью полем контура электроны ударяются об анод лампы, затрачивая при этом остаток своей кинетической энергии на нагревание анода.
Согласно закону сохранения энергии тепловая мощиость, рассеиваемая на аноде, (10.9) Ро = 1 о Важнейшей ха!рактернстмкой всякого генератора да~к ~преобразователя энергии является э л е кт,р о н н ы й к о э ф ф ициент полез~ного действия (КПД), под которым, подразумевают отношеиие генерируемой мощности к потребляемой; 1 1ат Ро 2 1оо Ео (10.10) 219 Мощность генерируемых к о л е б а н и й, выделяющаяся в анодном контуре, ! и Р= — У 1оз= 2 К 2 ))о 1 = — !о )7 (10.8) 2 Мощность источника возб у жд е~нк я согласно выражению (106) и выводам $ 24, в соответствии с которыми ан может взаимодействовать толью с первой гармоникой сеточного тока, имеияцей ту же частоту, 1 1,=.
— и,1„. (10.11) 2 Коэффнц,иент усиления по м о щ в ос т и соглаано уравнениям (10.8) и (10.11) Р У„1»з = р,— и,1„. (10.12) Из формул (10.7) — (10.!2) следует, что энергетические соотношения в ламповом генераторе определяются гармоническими составляющими токов лампы; последние же зависят от формы импульсов.
У используемых в генераторах усеченных синусоидальных импульсов составляющие являются функциями углов отсечки, На рис. 10.8 приведены графики, характеризующие зависимости относи- ои Вв вг вв" Рис 10.8. Зависимости коэффициентов разложения свнусоидальных импульсов от угла нижней отсечки тельных амплитуд трех первых гармонических составляющих, называемые коэффициентами разложения импульсов, от угла отсечки: 1»а 1а! аз= — =1>(8); а>= — =.)а(0); 1а>а 1»т 1аа 1аа аа = — = 1» (8); аа = — = /, (8). 1»а» 1а>а Эти графики показывают, что для каждой гармоники существуют оптимальные углы отсечен, при которых их содержание в импульсах достигает ма- 220 ксимального значения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
