Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 59

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

Текст из файла (страница 59)

В некоторых ФАР обеспечиваетсясложение нескольких тысяч относительно маломощных генераторов.В современных радиопередатчиках всех диапазонов волн широкое применение получил метод сложения мощностей генераторов с помощью мостовых схем. В этом случаепри суммировании мощностей двух и более генераторов обеспечивается их взаимнаяэлектрическая развязка: каждый из генераторов работает независимо от других на оптимальную для него нагрузку, в то время как у остальных генераторов режим может меняться вплоть до короткого замыкания или холостого хода.Простейшая мостовая схема для сложения мощностей двух генераторов гармонических сигналов Г1 и Г2 показана на рис.16.3.Мост образован двумя реактивными сопротивлениямиодинаковогохарактера (ёмкостного или индуктивного)Г1Х1, Х2 и двумя резистивными (активными) сопротивленияI1//ми: Rн - сопротивление полезной нагрузки, Rб - балластноеI1сопротивление.

Без сопротивления Rб нельзя сбалансировать мост и этим развязать генераторы. Поэтому сопротивI2jX2jX1ление Rб в схеме моста называют также развязывающимсопротивлением.При выполнении условия баланса моста:Г2I2//I2/Х1Rб = Х2Rн(16.1)ток (напряжение) одного генератора не попадает в ветвьвключения другого генератора, в силу чего режим работыRбRнодного генератора никак не сказывается на режиме работыдругого генератора.I1/Пути протекания составляющих комплексных токовгенераторов при условии баланса моста (16.1) показаныРис.16.3стрелками на рис.16.3. При этом комплексный ток генера///тора Г1 I1 = I1 + I1 , а комплексный ток генератора Г2 I2 = I2/ + I2//.Схема рис.16.3 является одним из вариантов классической мостовой схемы: конфигурация её напоминает квадрат (или ромб), по сторонам которого включены сопротивления, а в диагонали включены генераторы.При принятых на рис.16.3 обозначениях и направлениях токов комплексная амплитуда результирующего тока через нагрузку IRН = I1/ + I2/, соответственно выделяемая внагрузке мощность21PRн  I1/  I 2/ RН ;2комплексная амплитуда результирующего тока через балластное сопротивлениеIRб = I1/ – I2//, а выделяемая в нём мощность21PRб  I1/  I 2// Rб .2Если обеспечить I1/ = I2//, то IRб = 0, PRб = 0 и вся мощность от генераторов Г1, Г2 выделяется на сопротивлении нагрузки RН, то есть происходит сложение мощностей генераторов на сопротивлении нагрузки.Входные сопротивления моста, нагружающие каждый из генераторов в схемерис.16.3, не являются одинаковыми и определяются параллельным соединением сопротивлений ветвей, подключаемых к соответствующей диагонали.При принятых на схеме рис.16.3 обозначениях входное сопротивление моста для генератора Г1:j  X 1  X 2 RН  Rб Z ВХ Г 1 ;(16.2а)RН  Rб  j  X 1  X 2 для генератора Г2:255Z ВХ Г 2 RН  jX 1 Rб  jX 2  .RН  Rб  j  X 1  X 2 (16.2б)Как видим, входные сопротивления моста со стороны каждого из генераторов являются комплексными и отличающимися от сопротивления полезной нагрузки RН.Неравенство входных сопротивлений моста (16.2) для каждого из генераторов приводит к тому, что при идентичности генераторов и синфазном возбуждении их токи в ветвях моста не будут одинаковыми: равными по амплитуде и совпадающими по фазе.

Однако в мостовых схемах можно и не требовать точного равенства и синфазности токов генераторов в ветвях моста. Это также, помимо электрической развязки генераторов при балансе моста, является одним из достоинств сложения мощностей генераторов с помощьюмостовых схем.Так как при разработке генератора известно сопротивление полезной нагрузки RН, то,очевидно, целесообразно для удобства реализации моста принять Х1 = Х2 = Х, тогдаRб = RН. В этом случае в схеме (рис.16.3) обеспечивается равенство токов: I2/ = I2//.В схеме рис.16.3 ток I1/ определяет потребляемую от генератора Г1 мощность, а ток//I1 - реактивную мощность этого генератора. Токи I2/ и I2// определяют потребляемую отгенератора Г2 мощность и реактивную мощность этого генератора.Очевидно, если в схеме рис.16.3 I1/ = I2//, то при Х1 = Х2 = Х и Rб = RН:IRН = I1/ +I2/ = I1/ + I2// = 2I1/;IRб = 0.221Соответственно РRб = 0, PRН  2 I1/ RН  2 I1/ RН , где I1/ - амплитуда тока I1/.2При работе только генератора Г1 потребляемая от него мощность выделяется на сопротивлениях Rб, RН и при Rб = RН , Х1 = Х2 = Х будет:21 2Р Г 1  I1/ RН  Rб   I1/ RН .2При работе только генератора Г2 потребляемая от него мощность также выделяется на сопротивлениях Rб, RН и при Rб = RН , Х1 = Х2 = Х будет:221 21Р Г 2  I 2/ RН  I 2// Rб  I 2/ RН ,22///где I 2 , I 2 - амплитуды соответствующих токов I2/ = I2//. Очевидно, при I1/ = I2/ = I2//: РГ1 = РГ2 = РГ.Как видим, при выполнении баланса моста и равенстве токов от обоих генераторовчерез ветви с резистивными (активными) сопротивлениями Rб, RН :РRН = PГ1 + РГ2 = 2РГ,то есть имеет место сложение мощностей генераторов на сопротивлении нагрузки RН.

Равенство токов через Rб, RН от генераторов Г1, Г2 соответствует равенству мощностей, потребляемых от этих генераторов: РГ1 = РГ2.Итак, при Х1 = Х2 = Х , Rб = RН в рассматриваемой схеме моста (рис.16.3) ток I2 генератора Г2 поровну распределяется между ветвями с сопротивлениями (RН + jX) и (Rб + jX):I2/ = I2//.Активная составляющая I1/ тока I1 генератора Г1, протекающая через ветвь из сопротивлений RН, Rб, в общем случае связана с током I2/ (или I2//) соотношением*I 2/  A I1/  AI1/ e j  AI1/ cos   j sin  ,*где A  Ae j - коэффициент, учитывающий различие токов генераторов по амплитуде ифазе, протекающих через ветви с сопротивлениями RН, Rб.Результирующий ток через сопротивление нагрузки RН: *I Rн  I1/ 1  A .256Амплитуда тока через нагрузкуI Rн  I1/1  A cos  2   A sin  2 I1/ 1  2 A cos   A 2 .Результирующий ток через балластное сопротивление Rб: *I Rб  I1/ 1  A .Амплитуда тока через балластное сопротивление Rб:I Rб  I1/1  A cos 2   A sin  2 I1/ 1  2 A cos   A 2 .Мощность, выделяющаяся на сопротивлении нагрузки RН,11 22РRн  I Rн RН  I1/ RН 1  2 A cos  A 2 .22Мощность, выделяющаяся на балластном сопротивлении Rб,11 22РRб  I Rб Rб  I1/ Rб 1  2 A cos   A 2 .22Отношение мощности РRн, выделяющейся в полезной нагрузке, ко всей мощности(РRн + РRб), выделяющейся на обоих сопротивлениях RН, Rб, называется коэффициентомполезного действия (КПД) моста.

Обозначая КПД моста ηМ, на основании последних соотношений при Rб = RН получаем:РRн1  2 A cos  A 2М .(16.3)РRн  РRб2 1  A2Из (16.3) следует, что при равенстве токов I1/, I2/ по амплитуде (А = 1) и синфазностиих (  = 0) КПД моста ηМ = 1 (100%). Если токи синфазные (  = 0), но разнятся по амплитуде в два раза (А = 2 или А = 1/2), то ηМ = 0,9 (90%). Если токи одинаковы по амплитуде(А = 1), но отличаются по фазе на ±40°, то КПД моста также оказывается порядка0,9 (90%), то есть только десять процентов суммарной мощности генераторов теряется вбалластном сопротивлении.

При А = 1 и  = ±180° ηМ = 0 и вся мощность от обоих генераторов выделяется на балластном сопротивлении, то есть RН и Rб «меняются ролями».При выключении (выходе из строя) одного из генераторов (А = 0 или А = ∞) КПДмоста ηМ = 0,5 (50%), то есть половина мощности работающего генератора теряется набалластном сопротивлении, что крайне невыгодно.2 Мощность в полезной нагрузке RН приэтом оказывается в 4 раза меньше по сравнению с режимом работы двух генераторов приусловии А = 1,  = 0. Поэтому при выключении одного из генераторов целесообразно работающий генератор переключить с моста сложения непосредственно на полезнуюнагрузку, чтобы избежать потери мощности в балластном сопротивлении.

Обычно это делается автоматически с помощью системы обхода моста, подключающей работающий генератор к полезной нагрузке, минуя мост. При подключении работающего генератора кполезной нагрузке, минуя мост, выделяемая на полезной нагрузке мощность будет тольков два раза меньше по сравнению с режимом работы двух генераторов при условии А = 1, = 0. Уменьшение мощности в полезной нагрузке в 2 раза по сравнению с номинальнымрежимом, имеющим место при работе двух генераторов, в большинстве случаев позволяетрешать, пусть и в не полном объёме, задачи, возлагаемые на радиотехническую систему.Например, мостовые схемы сложения мощностей генераторов широко используются припостроении выходных каскадов телевизионных радиопередатчиков.

Уменьшение мощности телевизионного радиопередатчика в 2 раза лишь сокращает зону уверенного приёма2Согласно (16.3) при50%.= ±90° также ηМ = 0,5 (50%), а при | | > 90° оказывается ηМ < 0,5, то есть меньше257телевидения (уменьшение мощности в 4 раза приводит к более существенному сокращению зоны уверенного приёма телевизионного сигнала).Выход из строя одного из генераторов является наихудшим случаем для режима балластного сопротивления Rб. Большая расфазировка генераторов (величина |φ| > 90° ,включая  =±180°) может быть только результатом грубой технической ошибки.

Характеристики

Список файлов книги