Лекция 15 (1084995), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Необходимая мощность возбуждения двухтактного ГВВ при включении ламп с общим катодом: 
, где 
- мощность возбуждения одной лампы; IC1- амплитуда первой гармоники сеточного тока одной лампы. При использовании N ламп PВОЗБ = NPВОЗБ 1.
Обратим внимание, что при выходе из строя одной из ламп в двухтактном генераторе остальные переходят в менее напряжённый режим, так как уменьшается ощущаемое каждой из оставшихся ламп сопротивление нагрузки. Уменьшение напряжённости режима снижает КПД по аноду.
Уменьшение вносимой в контур нагрузки лампами ёмкости в два раза не рассматривается как преимущество двухтактного включения по реализации контура нагрузки с большим ненагруженным сопротивлением Roe0 и соответственно с возможностью получения большего КПД контура: 
.
Дело в том, что в двухтактном генераторе требуется контур с Roe = 2Roe1, то есть требуемое сопротивление контура оказывается в два раза больше, чем в однотактном генераторе на одной такой же лампе и в таком же режиме. Если принять при реализации однотактного генератора на одной лампе
то 
В двухтактном генераторе на двух таких же лампах
а 
где QН – нагруженная добротность контура, определяемая необходимой полосой пропускания.
Как видим, необходимое соотношение между требуемыми сопротивлениями контуров в однотактном и двухтактном генераторах выполняется автоматически, и получить какие-либо преимущества в двухтактной схеме по обеспечению большего Roe и КПД контура не удаётся.
В тех случаях, когда выходная ёмкость лампы пренебрежимо мала либо составляет небольшую часть от требуемой ёмкости контура СК, что возможно только в относительно низкочастотных генераторах, проблем с реализацией параллельного колебательного контура с любым требуемым эквивалентным сопротивлением не существует. Следовательно, затронутый вопрос в этом случае неактуален.
В последние 25…30 лет в технике радиопередающих устройств наметился отказ в ряде случаев от двухтактной схемы лампового генератора в пользу однотактной. Объясняется это тем, что постепенно изменяются требования к радиопередатчикам. Одним из основных требований становятся требования максимальной надёжности и упрощения настройки и эксплуатации. В этих условиях отмеченные достоинства двухтактных генераторов становятся малосущественными при использовании мощных ламп, а недостатки выдвигаются на первый план. Заслуживают внимания также и следующие соображения. Двухтактная схема ГВВ ослабляет только чётные гармоники, поэтому при её применении на выходе радиопередатчика всё равно приходится ставить фильтр, препятствующий прохождению высших гармоник в фидер и антенну. Фильтр для двухтактной схемы в конструктивном отношении получается более сложным, чем для однотактной. На крупных автоматизированных радиоцентрах целесообразно применять несимметричные коаксиальные фидеры, которые легче защитить от несанкционированного доступа и которые обладают меньшими потерями, особенно на излучение. При использовании коаксиального фидера однотактная схема мощного ГВВ удобнее двухтактной.
В транзисторной технике, наоборот, двухтактное построение ГВВ в настоящее время широко используется на частотах от десятков килогерц до 1 ГГц, позволяя строить относительно мощные и довольно широкополосные (с шириной полосы несколько октав) устройства. Разрабатываются транзисторные сборки, специально предназначенные для использования в двухтактных генераторах.
Всё изложенное в настоящей лекции и касающееся принципа работы, особенностей, достоинств и недостатков ГВВ с двухтактным включением ламп, включая приведенные соотношения для них, распространяется и на ГВВ с двухтактным включением транзисторов. Как и в однотактных схемах, в двухтактных ГВВ широко используется включение биполярных транзисторов с общим эмиттером.
На частотах до 1…10 МГц при уровнях колебательной мощности в единицы-десятки ватт двухтактные генераторы на транзисторах выполняют с использованием трансформаторов обмоточного типа. Принципиальная схема такого генератора на биполярных транзисторах при включении с общим эмиттером представлена на рис.15.9.
Противофазное возбуждение транзисторов VT1, VT2 обеспечивается с помощью трансформатора Тр1 со стороны вторичной обмотки, концы которой присоединены к базам транзисторов. Если среднюю точку вторичной обмотки Тр1 соединить напрямую либо через блокировочный конденсатор ёмкостью СБЛ 1 с землёю (корпусом), то на входы транзисторов будут подаваться противофазные напряжения:
и можно считать, что транзисторы возбуждаются от источника напряжения. Если такого соединения нет, то ток, проходящий через вторичную обмотку Тр1, является током, проходящим через входы (переходы база-эмиттер) транзисторов и следует считать, что транзисторы возбуждаются от источника тока. При возбуждении от любого источника к
оллекторные токи транзисторов iK VT1, iK VT2 описываются подобными (15.6) выражениями.
В отличие от двухтактного ГВВ на лампах с нагрузкой в виде параллельного колебательного контура СК, СК, LK (см. рис.15.5) применение в выходной цепи транзисторного двухтактного ГВВ трансформатора Тр2 при полной симметрии схемы обеспечивает полное отсутствие (подавление) токов и напряжений чётных гармоник коллекторных токов на полезной нагрузке RН. Дело в том, что чётные гармоники коллекторных токов транзисторов, находясь в фазе в общем проводе, протекают по половинам первичной обмотки Тр2 в противоположных направлениях, создавая в общем магнитопроводе трансформатора взаимно компенсирующиеся магнитные потоки. При равенстве токов чётных гармоник результирующий магнитный поток от них равен нулю и никакой трансформации (передачи) их во вторичную обмотку Тр2 в сторону нагрузки RН не происходит. Индуктивность намагничивания Тр2 по токам чётных гармоник оказывается равной нулю, и, следовательно, трансформатор Тр2 для токов чётных гармоник представляет короткое замыкание. Полезная первая и высшие нечётные гармоники коллекторных токов транзисторов, как и чётные гармоники, протекают по половинам первичной обмотки Тр2 в противоположных направлениях, но входят они в обмотку, будучи в противофазе. В итоге магнитные потоки, создаваемые первой и высшими нечётными гармониками коллекторных токов транзисторов, складываются в общем магнитопроводе и происходит их передача (трансформация) во вторичную обмотку Тр2 в сторону полезной нагрузки RН. Для нечётных гармоник индуктивность намагничивания трансформатора Тр2 не равна нулю. Если реализовать режим работы транзисторов VT1, VT2 с косинусоидальными импульсами коллекторных токов, имеющими нижний угол отсечки θ = 90°, то в составе коллекторных токов не будет высших нечётных гармоник (при θ = 90° коэффициенты разложения косинусоидальных импульсов α3 = α5 = … = 0). Таким образом, использование трансформатора в качестве нагрузки и реализация режима работы транзисторов с углом отсечки коллекторного тока
θ = 90° позволяют при обеспечении симметрии схемы полностью исключить присутствие в нагрузке каких-либо высших гармоник17. Если имеется асимметрия, то высшие гармоники будут присутствовать в нагрузке с учётом отмеченных выше особенностей.
Цепи смещения из резисторов R1, R2 позволяют обеспечить необходимый режим работы транзисторов.
Очевидно, если на выходе двухтактного лампового генератора включить высокочастотный трансформатор (часто его называют фидерным трансформатором), то на концах нагрузки при полной симметрии схемы не будут обнаруживаться напряжения чётных гармоник относительно земли (корпуса) и в фидере не будут возбуждаться синфазные (чётные) волны. Схема реализации выходной цепи двухтактного лампового генератора с применением высокочастотного трансформатора Тр показана на рис.15.10. При полной симметрии схемы в индуктивности LK, как отмечалось, нет токов чётных гармоник, поэтому они не будут обнаруживаться со стороны нагрузки во вторичной обмотке высокочастотного трансформатора Тр.
Если между обмотками выходного трансформатора в любой схеме двухтактного ГВВ будет существовать помимо магнитной ёмкостная связь, то отмеченного подавления чётных гармоник в нагрузке не будет. Чётные гармоники будут «просачиваться» через ёмкостные связи между обмотками трансформатора. Следовательно, должны приниматься конструктивные меры при выполнении трансформаторов для двухтактных генераторов, уменьшающие ёмкостные связи между обмотками. Уменьшение ёмкостных связей становится более актуальным с повышением рабочей частоты генератора, когда эта связь усиливается. Усиление ёмкостной связи между обмотками трансформатора с повышением частоты сказывается не только на фильтрации гармоник, но и на обеспечении симметрии схемы. Так, в схеме рис.15.9 за счёт ёмкостной связи между обмотками входного трансформатора Тр1 конец вторичной обмотки, присоединяемый к базе транзистора VT2, имеет утечку на землю (корпус) в месте заземлённого конца у первичной обмотки Тр1. Конец вторичной обмотки Тр1, присоединяемый к базе транзистора VT1, подобной утечки на землю (корпус) не имеет. У него проявляется связь с верхним концом первичной обмотки Тр1 в месте присоединения источника возбуждения. Из-за указанных связей не удаётся обеспечить симметричное противофазное возбуждение транзисторов. Наличие ёмкостных связей между обмотками выходного трансформатора Тр2 в схеме (рис.15.9) нарушает симметрию выходной цепи генератора. Конец обмотки трансформатора Тр2, присоединяемый к коллектору VT2, имеет утечку на землю (корпус) через заземлённый конец выходной обмотки в месте присоединения сопротивления полезной нагрузки RН. Конец обмотки Тр2, присоединяемый к коллектору транзистора VT1, такой утечки на землю (корпус) не имеет, но у него проявляется связь с верхним концом выходной обмотки в месте присоединения RН. В итоге транзисторы VT1, VT2 нагружаются несимметрично со всеми вытекающими из этого последствиями.
На частотах выше 10 МГц и при больших уровнях мощности двухтактные транзисторные генераторы строят на трансформаторах из отрезков длинных линий (трансформаторы на линиях – ТЛ)18, которые вносят меньшие паразитные индуктивности и ёмкости.
Возможная схема двухтактного ГВВ на биполярных транзисторах, включенных с общим эмиттером, с использованием ТЛ во входной и выходной цепях показана на рис.15.11.
В
о входной цепи используется трансформатор Тр1, выполненный по схеме симметрирующего ТЛ. Нагрузкой трансформатора является входное сопротивление последовательно включенных транзисторов VT1, VT2, равное 2UМБ /IБ1, где UМБ - амплитуда напряжения возбуждения на входе одного транзистора; IБ1 - амплитуда первой гармоники тока базы транзистора.
В генераторе по схеме (рис.15.11) имеет место режим возбуждения от источника тока. Возбуждение транзисторов осуществляется противофазной составляющей токов в проводах 1, 2 отрезка линии, образующей Тр1, и равной IБ1. Линия (провод) 3 необходима для обеспечения полной симметрии ТЛ. Трансформатор Тр1 целесообразно изготовить из двух отрезков коаксиальной линии с волновым сопротивлением Z0 = 2UМБ /IБ1. Один отрезок линии соответствует проводам 1, 2, а у другого отрезка используется только оплётка в качестве провода 3. Оба отрезка наматываются на кольцевой ферритовый магнитопровод. Точками на схеме (рис.15.11) помечены концы согласного включения обмоток. Режимы работы транзисторов устанавливаются с помощью делителей напряжения из резисторов R1, R2.
В выходной цепи генератора для связи с полезной нагрузкой RН используется трансформатор Тр3, выполненный по аналогичной Тр1 схеме. Волновое сопротивление коаксиальной линии, из отрезков которой изготавливается трансформатор Тр3, должно быть равно сопротивлению нагрузки RН, то есть Z0 = RН.
Трансформатор Тр2 обеспечивает короткое замыкание токов чётных гармоник. Он должен изготавливаться из отрезка симметричной двухпроводной линии, чтобы не нарушать симметрию плеч генератора. Для обеспечения требуемой жёсткости конструкции отрезок линии наматывается на кольцевой ферритовый сердечник или диэлектрический каркас. Использование кольцевого ферритового сердечника является предпочтительным, так как при этом облегчается обеспечение короткого замыкания токов чётных гармоник. Трансформаторы Тр2 и Тр3 могут быть размещены на общем кольцевом магнитопроводе с соблюдением согласного включения обмоток. Длина отрезков линий обоих трансформаторов при размещении на общем магнитопроводе должна быть одинаковой и выбирается в пределах (0,05…0,1) λВ, где λВ - длина волны, соответствующая верхней рабочей частоте генератора (минимальная рабочая длина волны генератора). Чем меньше волновое сопротивление линии для изготовления Тр2, тем лучше. Часто выбирают его в пределах (0,5…1,0) RН.
Двухтактные транзисторные генераторы с использованием ТЛ и обычных транзисторов реализуют на частоты до 30…80 МГц, что обусловлено трудностями обеспечения низкого сопротивления (короткого замыкания) по чётным гармоникам в коллекторной цепи транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
