Лекция 17 (1084997), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Транзисторные генераторы СВЧ строят по схеме с общим эмиттером и по схеме с общей базой, для которых разрабатываются специальные транзисторы (рис.17.3). Широко применяют двухтактные схемы с использованием «балансных» транзисторов.⁶

Схемы и конструкции ламповых генераторов СВЧ

В метровом диапазоне волн применяют генераторы по схемам с общим катодом (ОК) и общей сеткой (ОС). При этом в длинноволновой части диапазона широко применяются двухтактные схемы с колебательными системами из отрезков двухпроводных линий.

На рис.17.6 показаны схемы упрощенных конструктивных реализаций двухтактных генераторов по схеме с ОК (рис.17.6,а) и с ОС (рис.17.6,б). Провода линий анодных контуров выполнены в виде труб, внутри которых осуществляется подводка анодного питания. Разделительные конденсаторы С_РА, выполняемые конструктивно, разделяют цепи по постоянному и переменному току. В генераторе с ОС провода катодного контура также выполнены в виде труб, внутри которых проходит один из проводов накала.

Для обеспечения устойчивой работы генератора с ОК часто используется нейтрализация действия проходной ёмкости С_АС. С этой целью в двухтактном генераторе вводятся в схему конденсаторы нейтрализации С_НТР, ёмкость которых примерно равна межэлектродной ёмкости С_АС. Через эти конденсаторы в сеточную цепь одной лампы подаётся напряжение с анода другой лампы, находящееся в противофазе с переменным напряжением, поступающим на сетку через проходную ёмкость С_АС. Из-за относительно большой паразитной связи между контурами из отрезков двухпроводных линий часто приходится использовать нейтрализацию и в двухтактном генераторе с ОС. При этом конденсаторы нейтрализации присоединяются между анодами и катодами разных ламп. Ёмкости конденсаторов нейтрализации в этом случае С_НТР ≈ С_АК.

На схемах (рис.17.6) показана кондуктивная связь с нагрузкой и возбудителем. Принципиально может быть использован другой вид связи: с помощью коротких витков, ёмкостная связь.⁷

На рис.17.7 показаны эквивалентные принципиальные схемы двухтактных генераторов рис.17.6. Роль блокировочных индуктивностей L_БЛ в цепях анодов играют провода анодного питания, конструктивно проходящие внутри труб линии анодного контура.

Внешняя дополнительная блокировочная индуктивность при этом может отсутствовать. Аналогично в генераторе с ОС роль блокировочных индуктивностей в цепях катодов играют провода, подводящие накал к лампам и также конструктивно проходящие внутри труб линии входного контура. Блокировочная индуктивность в цепи сетки генератора с ОС может отсутствовать.

В верхней части метрового диапазона, а также в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн в основном применяются однотактные генераторы по схеме с ОС. Колебательные системы, как правило, выполняют из отрезков коаксиальных линий с проводами в виде труб-цилиндров. При этом различают два варианта конструкции: двусторонний и односторонний. В случае двустороннего варианта отрезки линий входного и выходного контуров развёрнуты в разные стороны от лампы.

Упрощенный вариант двусторонней конструкции генератора с ОС показан на рис.17.8.

Недостатки двустороннего варианта конструкции: большие габариты по длине и трудность смены лампы. Достоинство: простота выполнения колебательных контуров. Двусторонний вариант используется в сравнительно маломощных генераторах из-за трудностей отвода тепла от лампы.

На рис.17.8 представлено катодное автосмещение, обеспечиваемое цепью С_КR_К. Возможно независимое смещение. Связь с нагрузкой генератора и возбудителем ёмкостная. Возможно осуществление кондуктивной связи или с помощью петли. В короткозамыкатели контуров входного (катодно-сеточного) и выходного (анодно-сеточного) встроены разделительные конденсаторы ёмкостью С_КЗ.

В
одностороннем варианте конструкции генератора входной и выходной контуры развёрнуты в одну сторону относительно лампы. Чаще используется вариант, когда контуры развёрнуты в сторону катода. Упрощенная конструкция такого варианта показана на рис.17.9.

Разделительный конденсатор С_Р в цепи анода, а также конденсаторы С_КЗ в короткозамыкателе входного (катодно-сеточного) контура выполняются конструктивно. С нагрузкой использована ёмкостная связь, а с возбудителем с помощью петли связи. Принципиально возможен любой тип связи. Конкретный выбор связи определяется удобством реализации конструкции генератора в целом. Блокировочная индуктивность в цепи питания анода L_БЛ может отсутствовать, так как контуры из отрезков коаксиальных линий являются самоэкранирующимися. Электромагнитная энергия в таких контурах из короткозамкнутых отрезков сосредоточена в пространстве между цилиндрами линии. В рассматриваемой конструкции генератора (рис.17.9) некоторое просачивание электромагнитной энергии наружу будет иметь место у разделительного конденсатора С_Р и у прижимных контактов внешнего цилиндра анодно-сеточного контура.

Односторонний вариант конструкции применяется в мощных генераторах, когда требуется принудительное охлаждение электродов лампы и в первую очередь анода. У мощных ламп СВЧ анод, как правило, завершается металлическим радиатором. В одностороннем варианте конструкции легче осуществляется смена лампы, однако колебательная система оказывается сложнее для изготовления, так как требуется соосно разместить три цилиндра, образующих линии контуров. Поперечные размеры колебательной системы и генератора в целом у одностороннего варианта больше, хотя продольные размеры могут оказаться меньше, чем у двустороннего варианта. В одностороннем варианте порой имеются трудности в осуществлении связи с одним из контуров, чаще всего со входным (катодно-сеточным). Проблемой является и создание пути для постоянного тока сетки I_С0, так как часто не удаётся выполнить конструктивно конденсатор требуемой ёмкости в короткозамыкателе катодно-сеточного контура. Иногда размещают разделительный конденсатор у катода, например, аналогично С_Р у анода (рис.17.9). Применяется также выполнение сеточной трубы в виде трёх цилиндров, разделённых диэлектрической прокладкой (рис.17.10).

При использовании одностороннего варианта конструкции (рис.17.9) анодно-сеточный контур образуется двумя последовательно соединёнными отрезками линий, как показано на рис.17.11. Условие резонанса такого контура:

откуда

Найденное значение геометрической длины контура ℓ может быть увеличено на целое число полуволн nλ/2.

Размер ℓ_А определяется лампой. Если ℓ_А = 0, то последнее выражение переходит в (12.8).⁸ Что касается диаметров труб-цилиндров (проводов) линий, то в обоих вариантах конструкций генераторов они определяются диаметрами выводов соответствующих электродов лампы с учётом требуемых электрической и механической прочностей контуров. Диаметры цилиндров определяют волновые сопротивления соответствующих линий, от которых зависит длина отрезка и действующие параметры контура (см. лекцию 12). Геометрическая длина катодно-сеточного контура генератора по схеме рис.17.9 определяется по формуле (12.8).

Расчёт лампового генератора СВЧ чаще всего начинают с расчёта анодно-сеточного контура, определяя величину его ненагруженного эквивалентного сопротивления R_oe0. При этом для двустороннего варианта конструкции применимы соотношения лекции 12. Что касается расчёта Q₀ и R_oe0 контура рис.17.11 для одностороннего варианта конструкции, то подход к расчёту этих параметров аналогичен рассмотренному в лекции 12: определяются реактивная мощность и мощность потерь в контуре за период высокой частоты. Контур в этом случае образуется двумя короткозамкнутыми отрезками линий, соединёнными последовательно. К каждому отрезку применимы исходные выражения лекции 12.

После расчёта R_oe0 и выбора КПД контура η_К определяют ожидаемую величину нагруженного сопротивления контура R_oeН = R_oe0 (1– η_К). Для выходных генераторов обычно принимают η_К = (0,6…0,8), для промежуточных – η_К = (0,3…0,6). Расчёт режима генератора проводится исходя из найденного нагруженного эквивалентного сопротивления анодно-сеточного контура R_oeН по методике лекции 7, пример 5 с учётом особенностей генератора с ОС (см. лекцию 14).

Очень часто металлокерамические триоды СВЧ работают практически без сеточных токов, когда заход в область положительных напряжений на сетке не допускается, и в этом случае параметр аппроксимированных ВАХ анодного тока S_КР не может быть использован для расчёта. Поэтому расчёт режима генератора, когда работа с сеточными токами не допускается, проводят, исходя из использования лампы по току, выбирая
I_А0 ≤ I_А0ДОП. Приняв рекомендуемое значение нижнего угла отсечки анодного тока для генератора с ОС, определяют значения I_А1 = I_А0β₁; U_{М АС} = I_А1R_oeН. Так как работать предполагается без сеточных токов, то должно быть е_{С МАКС} = U_МС – Е_С ≤ 0. Если принято
е_{С МАКС} = 0, то U_МС = Е_С. Причём, если принят нижний угол отсечки анодного тока θ = 90°, то Е_С = Е ^/_С. В общем случае, исходя из принятых значений е_{С МАКС} и θ, определяют значения Е_С и U_МС . Определив U_МС , можно найти значение амплитуды колебательного напряжения между анодом и катодом лампы: U_МА = U_{М АС} – U_МС . Необходимое напряжение источника анодного питания Е_А = е_{А МИН} + U_МА, где е_{А МИН} определяется по статическим характеристикам анодного тока при е_С = е_{С МАКС} и i_А = I_МА, как показано на рис.17.12.

Колебательная мощность генератора

Е сли требуется при имеющемся R_oeН получить определённую мощность, то необходимое значение анодного тока

Необходимо, чтобы выполнялось условие I_А0 ≤ I_{A0 ДОП}.

Амплитуду напряжения возбуждения можно также определить, используя выражение

а напряжение смещения определить из выражения

Необходимо, чтобы выполнялось соотношение

Транзисторные генераторы СВЧ

На частотах до 300 МГц транзисторные генераторы СВЧ реализуются, как правило, с использованием согласующих цепей (колебательных контуров) на сосредоточенных элементах. Поэтому схемы таких генераторов практически не отличаются от схем генераторов более низких частот. Транзистор включается по схеме с ОЭ.

На более высоких частотах транзисторные генераторы СВЧ чаще всего строят с использованием колебательных систем (контуров или цепей согласования) из отрезков несимметричных полосковых линий. Отрезки таких линий применяют для изготовления индуктивных элементов согласующих цепей на частотах выше 300 МГц и для реализации ёмкостных элементов – на частотах выше 1000 МГц. Генераторы строят как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОБ. При этом схема с ОБ рассматривается как более высокочастотная и более широкополосная (см. лекцию14). Выбор схемы ОЭ или ОБ часто определяется конструктивным оформлением транзистора. Транзисторные генераторы СВЧ обычно имеют двусторонний вариант конструкции.

Характеристики

Список файлов лекций