Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Колебательное напряжение на индуктивности L и на ёмкости С контура можетоказаться очень высоким, что может вызвать пробой отдельных элементов контура. Вероятность такого пробоя возрастает в мощных ламповых ГВВ, где амплитуда колебательного напряжения на элементах контураUEU ML  U MC  MA  A .pp1282. С изменением р настройка контура не сохраняется, так как выходная ёмкость АЭС ВЫХ АЭ по-разному будет пересчитываться в контур (сравните случай р = 1 и р  0). Насравнительно низких частотах (до единиц МГц) с этим можно не считаться, так как выходная ёмкость АЭ много меньше требуемой ёмкости контура и, соответственно, С ВЫХ АЭслабо влияет на настройку контура. На более высоких частотах ёмкость контура С и ёмкость С ВЫХ АЭ становятся соизмеримыми.

При этом влияние последней ёмкости нанастройку контура сильно возрастает, что требует его подстройки с изменением р.Хотя регулировка эквивалентного сопротивления нагрузки АЭ ГВВ путём изменения коэффициента включения р имеет перечисленные выше недостатки, в ряде случаевприходится с этим мириться, так как, изменяя Roe , можно всё время поддерживать оптимальный режим работы генератора.

В противном случае режим работы генератора и отдаваемая им мощность могут заметно изменяться, например, при перестройке контура из-заизменения рабочей частоты ГВВ.В транзисторных ГВВ вынужденно приходится применять неполное включение контура. Низкое рабочее напряжение Е К и относительно большой ток коллектора приводят ктому, что требуемое сопротивление нагрузки для транзистора Roe  E K I K 1 во много разменьше, чем для лампы: Roe  E A I A1 . Обычно для транзисторов требуемое сопротивление нагрузки составляет единицы – десятки Ом, тогда как для ламп оно составляет сотниОм – единицы кОм. Чтобы, в силу относительно малого значения требуемого сопротивления нагрузки транзистора, не получать конструктивно неприемлемые значения элементов контура L ,С: слишком малую индуктивность L и слишком большую ёмкость С, используют неполное включение контура.

Использование неполного включения контура вэтом случае при сравнительно высокой его добротности, соответственно хорошей избирательности, обеспечивающей достаточную фильтрацию высших гармоник коллекторноготока, позволяет реализовать требуемое значение сопротивления нагрузкиRoe  p 2Q L C  E K I K 1при практически оптимальных электрических и массогабаритных характеристиках контура.Выше отмечалось, что в общем случае ЦС представляет четырёхполюсную электрическую цепь из реактивных элементов, к двум полюсам которой подключается полезнаянагрузка генератора, а к двум – АЭ ГВВ.В случае ЦС в виде параллельного колебательного контура полезная нагрузка гене*ратора Z Н может либо целиком формировать одну из ветвей контура (рис.10.4,а), либовходить в состав одной из ветвей контура (рис.10.4,б,в,г).

В последнем случае полезнаянагрузка генератора может включаться последовательно с некоторым реактивным элементом в ветвь контура (рис.10.4,б) или подключаться параллельно части реактивного элемента ветви контура (рис.10.4,в). Возможна также трансформаторная (индуктивная) связьнагрузки с ветвью контура (рис.10.4,г). Сразу отметим, что практическое использованиетрансформаторной связи ограничивается возможностью реализации высокочастотноготрансформатора с повышением рабочей частоты из-за возрастания ёмкостной связи междукатушками трансформатора L1 , L2 .

Очевидно, в первом случае (рис.10.4,а) четырёхполюсная ЦС вырождается в двухполюсную.*Включение Z Н по схемам (рис.10.4,а,б) используется в том случае, когда активная (резистивная) составляющая rН сопротивления полезной нагрузки генератора сравнительно*невелика (доли или единицы Ом); параллельное включение Z Н используется в том случае, когда активная (резистивная) составляющая rН сопротивления полезной нагрузкисравнительно велика (десятки – сотни Ом). Это позволяет реализовать контур с высокой129добротностью, с нужным значением Roe и хорошей избирательностью. Использованиетрансформаторной связи также целесообразно при относительно большом значении сопротивления rН .*jx2jx1r2*jx1jxНr1*ZНjxН*ZНrНrНr1**аб**jx2jx1jx1jx2r2r2r1jxСВ*ZН*L1rНrСВMr1jxН*вL2*ZНгРис.10.4В схемах (рис.10.4) х1 , х2 , хСВ - реактивные сопротивления элементов, формирующихветви контура, при этом хСВ рассматривается как сопротивление связи полезной нагрузкигенератора с контуром; r1 , r2 , rСВ - сопротивления активных потерь в соответствующихветвях контура из-за неидеальности реактивных элементов (все конденсаторы, тем болеекатушки индуктивности, при работе в электрических цепях поглощают некоторую мощность из-за наличия в них сопротивлений активных потерь).

При трансформаторной связииндуктивность L1 должна учитываться при определении реактивного сопротивления ветви контура.**Параллельное соединение Z Н и Z СВ  rСВ  jxСВ  jxСВ в схеме (рис.10.4,в) и трансформаторная связь нагрузки с контуром (рис.10.4,г) могут быть заменены соответствую130щей эквивалентной последовательной цепью, а указанные схемы по структуре становятсяподобными схеме (рис.10.4,б). Отличие будет только в том, что в правой ветви контура*(рис.10.4,б) вместо сопротивления Z Н следует учитывать пересчитанное сопротивлениеполезной нагрузки генератора, называемое в общем случае вносимым сопротивлением*Z ВН  rВН  jx ВН .*Следовательно, при любом включении Z Н в контур, последний можно представитьв обобщённом виде (рис.10.5), где rП1 , rП 2 - сопротивления активных потерь всех реактивных элементов, формирующих ветви контура с реактивными сопротивлениями х1 , х2 , соответственно.На резонансной частоте у контура (рис.10.5) реакI1тивные сопротивления ветвей одинаковы по величине, ноIВ2*разного знака, что соответствует условиям:IВ1х1  х2  х ВН  0;(10.9)jx2х1  х2  х ВН  х ВР .(10.10)jx1Контур при этом представляет чисто активное (резистивrП 2ное) сопротивление, величина которого в общем случаеUМКIКОНТопределяется выражением (10.4), в котором следует принятьjxВНrL  rC  rП1  rП 2  rВН .rП 1Следовательно, для контура (рис.10.5)rВН2х В2Рх12х2  х ВН Roe .rП1  rП 2  rВН rП1  rП 2  rВН rП1  rП 2  rВН*(10.11)I1Выделяемаянаконтуремощность–колебательнаяРис.10.5мощность ГВВ211 U MKP~  I12 Roe ,22 Roeгде I1 - амплитуда первой гармоники выходного тока АЭ ГВВ; U MK  I1 Roe - амплитудаколебательного напряжения на контуре, равная амплитуде колебательного напряжения навыходе АЭ ГВВ Е А, К .Очевидно, колебательная мощность генератора выделяется на результирующем сопротивлении активных потерь в контуреr  rП1  rП 2  rВНи может быть определена как11P~  I B21rП1  I B2 2 rП 2  rВН ,(10.12)22где I B1 , I B 2 - амплитуды токов в соответствующих ветвях контура.В каждой ветви контура ток имеет реактивную и активную составляющие, причёмреактивные составляющие в ветвях контура одинаковы по величине на резонансной частоте.3Последовательные соединения сопротивлений в ветвях контура (рис.10.5) могутбыть преобразованы в параллельные соединения сопротивлений.

Соответственно контурможет быть представлен в виде схемы (рис.10.6). Сопротивления ветвей контуров(рис.10.5) и (рис.10.6) связаны соотношениями:3Напомним, что именно равенство реактивных токов в ветвях контура рассматривается как условие резонанса параллельного колебательного контура.131R1  rП1 x12x2 1 ;rП1 rП1X 1  x1 rП21 х1 ;х1R2  rП 2  rВНx  xВН 2  х2  хВН 2 ; 2rП 2  rВН(10.13)rП 2  rВНrП 2  rВН 2Х 2  х2  х ВН *jX2R1UМК IВ1 аIВ2 аIВ РjX1R2*Рис.10.6 х2  х ВН .х2  х ВНСоотношения (10.13) позволяют определить составляющие токов в ветвях рассматриваемого параллельного колебательного контура.Активные составляющие токов, с учётом выражения (10.11),UIR rI1rП1I B1a  MК  1 oe2 П1 ;R1х1rП1  rП 2  rВНI B 2a U MA I1 Roe rП 2  rВН  I1 rП 2  rВН .R2rП1  rП 2  rВНх2  хВН 2Нетрудно убедиться, чтоI B1a  I B 2 a  I1 ,то есть активные составляющие токов ветвей определяют распределение тока генератораI1 по ветвям контура и удовлетворяют первому закону Кирхгофа в узлах контура.

Еслиактивных потерь мощности в ветви нет, то ток генератора в эту ветвь не протекает, а полностью проходит через ветвь, в которой имеют место потери мощности, в частности, обусловленные полезной нагрузкой генератора.Реактивная составляющая тока в первой (левой) ветви контураIRUI1 x1I B1P  MK  1 oe .X1x1rП1  rП 2  rВНРеактивная составляющая тока во второй (правой) ветви контураIRUI  x  x ВН I B 2 P  MK  1 oe  1 2.X2x2  x ВН rП1  rП 2  rВНСогласно условию резонанса (10.9) x1   x2  x ВН  . Соответственно, реактивные составляющие токов в ветвях одинаковы по величине, но противоположно направлены, что отражено на схеме (рис.10.6). Реактивные составляющие токов в ветвях контура также удовлетворяют первому закону Кирхгофа в узлах контура.

Реактивные составляющие токовна резонансной частоте определяют контурный ток, величина которого, учитывая соотношение (10.10),I1 x BPI КОНТ  I BP .rП1  rП 2  rВНТак как в общем случае контура с неполным включением x BP  p , то получаемI КОНТ  I BP  I1 p I1 pQ,rП1  rП 2  rВНгде Q - добротность контура с учётом полезной нагрузки.Так как активная и реактивная составляющие тока в ветви контура сдвинуты по фазена 90, то величина тока в ветви1322I B  I Ba I B2P .С учётом приведенных выше соотношений получаем для величин токов в ветвях параллельного колебательного контура:I B1  I1rП1 rП1  rП 2  rВН2 rП1   p 2 ;  22  p 2 Q 2  I1Q2 rП 2  rВН r r   p 2 Q 2  I1Q  П 2 ВН   р 2 .I B 2  I1  rП1  rП 2  rВН Учитывая, что для параллельного контура справедливо соотношение (10.2), первыми слагаемыми в подкоренных выражениях последних соотношений можно пренебречь. В результате можно считатьI B1  I B 2  I A1 pQ  I КОНТ .Тогда выражение (10.12) для колебательной мощности генератора, соответственно, длямощности, выделяемой в контуре, можно записать в следующем виде1 21 222P~  I КОНТrП1  I КОНТrП 2  rВН   1 I КОНТrП1  rП 2   1 I КОНТrВН .(10.14)2222Так как rВН обусловливается исключительно активной (резистивной) составляющейrН сопротивления полезной нагрузки генератора, то, очевидно, первое слагаемое в правойчасти (10.14) определяет мощность потерь в контуре1 2P~ ПОТ  I КОНТrП ,(10.15)2где rП  rП1  rП 2  - сопротивление собственных потерь контура,а второе слагаемое определяет мощность, поступающую в полезную нагрузку генератора,1 2P~ Н  I КОНТrВН .(10.16)2Если реактивные элементы контура идеальные, то есть не имеют сопротивлений потерь, то P~ ПОТ  0 ; если нагрузка генератора не потребляет мощность rН  0 , то P~ Н  0.Таким образом,P~  P~ ПОТ  P~ Н .(10.17)Полученный результат соответствует закону сохранения энергии применительно крассматриваемой электрической цепи – параллельному колебательному контуру, используемому в качестве ЦС АЭ с полезной нагрузкой генератора: вырабатываемая генератором мощность расходуется на сопротивлениях активных потерь в реактивных элементахконтура из-за их неидеальности и на активном (резистивном) сопротивлении полезнойнагрузки генератора.Коэффициент полезного действия ЦС.

Характеристики

Список файлов книги