Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 2
Текст из файла (страница 2)
По существующим нормам мощность любого побочного излучения вновь разрабатываемых передатчиков не должна превышать 25 1О ' ...1 10 ' Вт в зависимости от диапазона частот, мощности и назначения передатчика. Экономичность передатчика определяется промышленным коэффициентом полезного действия (КПД), т. е. отношением мощности в нагрузке к полной мощности, потребляемой от источников питания, Помимо удешевления эксплуатации при повышении КПД снижается рассеяние тепла и упрощается система охлаждения. Среди прочих можно назвать требования к безопасности и удобству обслуживания, надежности, массе, габаритным размерам и стоимости, приспособленности к работе в заданных условиях, технологичности конструкции.
Какие из них важнее, зависит от конкретных условий работы радиосистемы в целом и передатчика как ее части. Часть ! РЕЖИМЫ И СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ И АВТОГЕНЕРАТОРОВ Г Л А В А 1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ТЛ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕНЕРАТОРАХ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называется каскад передатчика, в котором энергия источника питания преобразуется в энергию высокочастотных колебаний активным элементом (АЭ), управляемым периодическим сигналом внешнего возбуждения на входе.
Обычно частота генерируемых колебаний совпадает с частотой возбуждения. Тогда ГВВ назывмот усилителем мощности колебаний. Можно построить ГВВ, преобразующие частоту колебаний: умножите. ли и делители частотьд а также смесители, на выходе которых частота равна сумме или разности частот двух входных сигналов. В качестве АЭ в ГВВ применяют вакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры, тиратроны, таситроны, электронно-лучевые приборы (клистроны, лампы бегущей волны и др.), приборы, в которых потоки электронов движутся в скрепьвнных электрическом и магнитном полях (магнетроны, платинотроны и др,), твердотельные двухполюсники (туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды) и другие приборы, перечень которых все время расширяется. Эти АЭ можно представить эквивалентнымп схемами в виде активного нелинейного четырехполюсника (иногда трехполюсника) или активного нелинейного двухполюсника.
Анализ режимов работы ГВВ различных диапазонов волн с различ. ными АЭ имеет в каждом случае специфические черты, связанные с конкретным механизмом работы АЭ или структурой остальных цепей схемы. Однако постановка задачи их проектирования, принципы анализа и методы расчета ряда основных параметров оказываются сходными. ГВВ должен вырабатывать требуемую мощность в нагрузке в заданной полосе частот.
При этом на формируемое им колебание или на конструкцию ГВВ могут накладываться определенные ограничения (например, на уровень побочных гармонических составляющих, стабильность частоты и фазы, диапазон рабочих условий, массу, габаритные размеры и т. д.). Должны быть оговорены показатели качества, по которым сопоставляются различные варианты (например, КПД, технологичность конструкции, надежность). Перечни ограничений и показателей качества, а также их ранжировка по степени важности определяются в каждом конкретном случае. При некоторых условиях показатели каче- стеа могу г становиться ограничениями и наоборот.
Цель проектирования состоит в оптимизации показателей качества ГВВ при выполнении заданных ограничений. Любой ГВВ содержит активный элемент, цепи возбуждения, нагрузки и питания (рис. 1.1), Источник периодичеакого возбуждены . (г) с внУтРенним сопРотивлением Х,н ()Ф) и источник погтоинногв гчещеиия Е, создают на входе АЭ напряжение и„(г), управляющее л иженцем носителей электрических зарядов в АЭ: и,„(г) = Е, + и„а (г). Ток 1,„(у) во входной цепи вызывает падение напряжения на Х„, ()уы). Поэтому и,п, (г) = и", (г) — Х,„(1оэ) („(г).
Желательно иметь Х,н возможно малым для всех частот, тогда и, (г) ж и,"„(г). Под действием напряженна иел (у) и при включенном источнике пят;иия выходной цепи Е, на выходе АЭ появляется периодический ток ~пы„(г). Этот ток протекает по входной цепи четырехполюсника ЦС (цепи согласования, рис. 1.1) с сопротивлением Хп (1ог) и образует на нем падение напряжения ип (г), в результате чего на выходе АЭ получаетси напряжение ппых (У) = Еп — пн (Г) = Еп — Хн (1оа) геыь (Г).' (1.2) Евп гьп Рнс 1 1 Функпнональнап схема генератора с ннешннм позбуакденнен с обобщенным аюнаным элементом Сопротивление Х„()го) — нагрузка выходной цепи АЭ. Оно отлнгается от сопротивления реального потребителя Х„, которому через ЦС передается мощность от АЭ. Назначение ЦС вЂ” трансформировать Х, в сопротивление Хн, требуемое для получения расчетного режима АЭ на частоте рабочей гармоники тока а,„, (г).
На остальных (побочных) гармониках и на постоянном токе Хп должно быль близко к нулю. Тогда ЦС будет пропускать к нагрузке Х, поток мощности на частоте 1-й (в усилителе мощности) или А'-й (в умножителе частоты) гармоники н отражать поток мощности на остальных гармониках. Конденсаторы С„, С,„,(рис. 1.!) шунтируют источники питания Е„Е, и защищают (блокируют) их от токов высокой частоты, В качестве источников питания используют выприхпмелп или химические источники (аккухбляторы, батареи и т. д.).
В установившемся режиме периодические входные напряженке и„(1) и ток 1„(1) можно представить рядами Фурье: и„х(1) =Е,+ ~ (1„и соз(пы„1+ф, и); (1.3) и ! (1.4) 'вх(1) = 1вх в+ ~Ч.", 1вх и сов(пмвх(+рви и) и=! где ы,х — угловая частота входного сигнала; и — номер гармоники; ф„, !р„„— фазы п-х гармоник напряжения и тока. Обычно цепи возбуждения строят так, что у одной из переменных — ивх или 1„— можно не учитывать гармоники, начиная с и = 2. Если это относится к напряжению, то говорят, что АЭ возбуждается гармоническим напряжением и„(т) Е, + (1вх с т, (1.8) где т =- ха„„1+ ф„! — нормированное время; (1;„=и У,„! — амплитуда первой гармоники напряжения; У„„О, п = 2, 3, ...
При этом все гармоники тока 1в„и могут отличаться от нуля. Если АЭ возбуждается гармоническим током, то х,х (т) = 1„, + 1„соз т, (1.6) а все гармоники напряжения могут быть отличны от нуля. Далее, за исключением специально оговоренных случаев, будет рассматриваться возбуждение АЭ гармоническим напряжением (!.5). Периодический выходной ток 1, (т) также удобно представить рядом Фурье: . ° !,„,(т) 1,„„+ ~ 1,,„соз(пт+!р„,„„), П.?) и=! где 1, „— постоянная составляющая выходного тока; 1„„и, !р,„,„— амплитуды и фазы и-х гармоник. Составим выражение для напряжения на выходе АЭ, подставив (1.7) а (1.2); и,„,х(т) =Е,— (Х„(0) 1,„, + ~з ~Л„(пса,„) 1„„„х) и=! Х соз (пт+ !ивых и + Ч!ии)) где х.в (пах„) — модуль сопротивления нагрузки на частоте пах„; !р„„— его фаза; х.„(0) — сопротивление ЦС постоянному току, как правило, ничтожно малое.
Обозначим через У„„амплитуду падения напряжения на ЦС от п-й гармоники тока !', „, (т): ив„= г. ( „) 1в„„и. (1.8) Полагая У„(0) = О, получаем и„„,(т) ń— ~ У„„соз(пт+!Г,„,и+!рв„). (1,9) и=! <а Обычно ЦС обладает избирательными свойствами, Ее входное сопротивление Я„ (ое) мало на частотах всех гармоник, кроме рабочей; Я„(Мех„) )) Яп (па„), п ~ А(. Поэтому напряжение и„(т) получается почти гармоническим; тогда и „, (т) = Е, — (У„~ соз (АИ + <р, л + ф»и) (1.10) а амплитуды нерабочих гармоник напряжения близки к нулю, хотя амплитуды этих же гармоник тока соизмеримы с /, и.
Иногда в усилителях мощноета (Ф = 1) применщот режимы с существенно негармоническим напряжением на выходе АЭ, что поаволяет несколько увеличить мощность и КПД. При рассмотрении таких режимов форма напряжения на выходе АЗ будет авепиально обсуждатьая.
Во веех остальных случаях предполагается, что выходное напряженна АЭ имеет вид (1.10). Наибольший ннтереа представляетрежимнастроенной нагрузка, когда ф»» 0 н 2»бд~ы»х) = )с»м, а дла УсилителЯ мощности ()У = 1) фщ = О, 2»()мех) = Кв !.2. БАПАНС МОЩНОСТЕЙ В ГЕНЕРАТОРАХ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Преобразование энергии источника питания Е, в энергию высокочастотных колебаний происходит в выходной цепи АЭ.
Важнейшими энергетическими характеристиками ГВВ являются выходная мощность на й-й гармонике Рм, электронный КПД выходной цепи АЭ о), и коэффициент усиления по мощности Кр. Рассмотрим, как распределяется мощность Р„отдаваемая источником питания Е„; Ро Е»увыхо (1.11) Перепишем (1.9) в виде Е„= и„(т) + и„„(т) и, умножив левую и правую части равенства на выходной ток АЭ 1„», (т), проинтегрируем по периоду. В результате получим баланс мощностей в выходной цепи АЭ: — ~ Е„(„,х(т) с(т= — ~ и»(т) (,ы„(т) с(т+ 1 Г и л + — 1 и,„„(т)1,„,(т) бт.
2п О Левая часть (1.12) равна Р, так как — !1,„,'(т)с(т = Увы»о. Пер! с 2п» вый интеграл в правой части это суммарная мощность Рк„всех гармоник, выделяемых в нагрузке У„, а второй — мощность Рр„, рассеиваемая на выходном электроде АЭ, т. е. Ро = Ркл + Ррао. (1.13) ЦС строят так, что при расчете энергетических соотношений в ГВВ для всех п, не равных номеру М рабочей гармоники выходного тока АЭ, можно положить Р„= О„так как либо У„„)лен = О (в схемах 11 в гармоническим ин), либо у„„т гс!2 (сали и негармоническое, но Ен (!пш„,) при и Ф М являются чисто реактивными).
Следовательно, можно считать, что ГВВ выделяет в нагрузке мощность только на частоте Ау-й гармоники: Рх = Р = 0,5У чг', ~сезар„~. (1 14) Таким образом, с учетом (1.14) уравнение баланса мощностей в выходной цепи АЭ (1.13) можно упростить: Ро — Рм + Ррас. (1.! 5) Запишем соотношения для баланса мощностей во входной цепи АЭ. Здесь действуют источники напряжений Е, и ио (т)„мощность которых расходуется на управление выходным током и рассеивается в АЭ в виде тепла. Применяя к (1.5) преобразования, аналогичные (1.12), имеем Р„, + Р,о = Р„ро„ (1 16) где Р,„,=Оби,„,(„,с р,„, (!.1?) — мощность, отдаваемая источником возбуждения; Р„ра, — мощность, рассеиваемая во входной цепи АЭ; ! со Ес»вх о (1.
! 8) — мощность, отдаваемая источником смещения Е,. В случаях, когда Б, отрицательно, Р„=. 0 и источник смещения превращается в потребителя хющности. Козррриццент усиления АЭ по мощности в ГВВопределим как отношение мощности Рм, отдаваемой в ЦС, к мощности Р,„;. Кр =- Рм(Р (1.19) Электронный о>КПД выходной цепи Ч, равен отношению мощности, отдавзез ой в цепь согласования с нагрузкой, к мощности, потребляемой от з сточника питания выходной цепи АЭ: Чо Рм~Ро. С учетом (1.15) можно записать Ч,=1 — Р „!Рс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
