Павлов Б.А., Вилесов Л.Д., Филатов В.Н. Генераторы с внешним возбуждением (2003) (1095874), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Зависимостипараметров генератора от сопротивления нагрузки называют нагрузочными характеристиками ГВВ. Их можно построить с помощью динамических характеристик генератора (см. рис. 8). Нагрузочные характерис18тики для токов и напряжений приведены на рис. 13, а для энергетических параметров – на рис. 14.l, UННРКРПНРP, η, KрННРКРПНРUнIвх1Iвх0Pрас.вхηIвых1Iвых0Rн.грРис. 13RнKрRн.грP0P1Pрас.выхRнРис. 14Пунктирная линия, проведенная через точку, соответствующую сопротивлению нагрузки для граничного (критического) режима Rн.гр, отделяет недонапряженный от перенапряженного режима.Чтобы определить характер поведения энергетических параметровна рис. 14, обратимся к рис.
13.В соответствии с динамическими характеристиками АЭ при увеличении Rн от нуля величины Iвых0 и Iвых1 сначала медленно уменьшаются, а затем, после наступления критического режима, крутизна их спадарезко возрастает. Обратную картину изменения имеют величины Iвх0 иIвх1 из-за перераспределения токов АЭ. Характер изменения Uн (быстрый рост в ННР и медленный в ПНР) объясняется ростом Rн и поведением Iвых1 в соответствии с выражением Uн = Iвых1 Rн.Теперь нетрудно обосновать характер кривых на рис. 14.
Мощностьпервой гармоники Р1 = 0,5Uн Iвых1, выделяемая в нагрузке, имеет максимум при Rн = Rн.гр, так как слева от этой точки поведение Р1 определяется в основном изменением Uн (Iвых1 слабо зависит от Rн), а справа –в основном резким падением Iвых1 при относительном постоянстве Uн.Ход кривой потребляемой мощности Р0 повторяет характер изменения Iвых0, так как Р0 = Ек Iвых0 и Ек = const. Графики зависимостеймощностей рассеяния на входном Рб = Ррас.вх и выходном Рк = Ррас.выхэлектродах от Rн повторяют ход кривых Iвх0 и Iвых0.
Коэффициент усиления мощности Kр достигает максимального значения в критическомрежиме, а КПД η – в слабоперенапряженном режиме.Таким образом, оптимальным режимом ГВВ по критериям максимума выходной полезной мощности Р1 и коэффициента усиления Kр явля19ется критический режим. Оптимальным режимом по критерию максимума η является слабоперенапряженный.Признаки и свойства режимов АЭ в ГВВРежимы АЭ в ГВВ обладают следующими признаками и свойствами.1.
Недонапряженный режим (Rн < Rн.гр):– малое напряжение на нагрузке Uн;– большое остаточное напряжение на выходном электроде;– режим опасный по выходному электроду, потери на нем могут превысить допустимые;– большой ток выходного электрода;– малый ток входного электрода;– импульс выходного тока косинусоидального вида.2. Критический режим (Rн = Rн.гр):– максимальная полезная мощность;– максимальный коэффициент усиления мощности;– высокий КПД;– импульс выходного тока уплощенный.3. Перенапряженный режим (Rн > Rн.гр):– большое напряжение на нагрузке;– малое остаточное напряжение на выходном электроде;– небольшой ток выходного электрода;– большой ток входного электрода;– слабоперенапряженный режим – максимальный КПД и импульсвыходного тока с «провалом»;– сильноперенапряженный режим – тяжелый по входному электроду,потери на котором могут превысить допустимые; импульс выходноготока имеет двурогий вид.Настройка ГВВДо сих пор предполагалось, что АЭ в ГВВ работает с нагрузкой,настроенной на основную частоту.
Поэтому можно было говоритьоб оптимальном режиме генератора в рабочем (штатном) состоянии.Однако на практике можно столкнуться со случаем, когда выходнойконтур еще не настроен на рабочую частоту или произошла его расстройка по каким-либо причинам. Рассмотрим, что происходит с АЭпри работе на ненастроенную нагрузку и как произвести настройкуГВВ.20Представим нагрузку в виде эквивалентной схемы последовательногосоединения активного R(ω) и реактивного X(ω) сопротивлений (рис. 15),т.е. комплексное сопротивление нагрузки Z(ω) = R(ω) + jX(ω). Для данной эквивалентной схемы на рис.
16 показаны графики зависимостейактивной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки от частоты ω. При настройке выходного контура ГВВ на рабочую частоту ω0активная часть R(ω0) принимает максимальное значение, а X(ω0) = 0.В понимании процесса настройки ГВВ и его работы на расстроенную нагрузку помогают настроечные характеристики, которые показывают изменение режима АЭ при изменении характера нагрузки.
Поднастроечными характеристиками будем понимать зависимости мощностей, напряжений и токов генератора от частоты.При расстройке колебательного контура резко меняется режим работы АЭ. Если при настроенном контуре этот режим был критическим или слабоперенапряженным, то с расстройкой контура он становится недонапряженным. Изменение режима объясняется двумяпричинами (см.
рис. 16): во-первых, с расстройкой уменьшается активное сопротивление контура и напряжение на нем; во-вторых, происходит сдвиг фаз между входным (базовым) и выходным (коллекторным) напряжениями АЭ.RXR(ω)R(ω)X(ω)ω0ωX(ω)Рис. 15Рис. 16Переход в недонапряженный режим при расстройке приводит к увеличению постоянной составляющей Iвых0 и первой гармоники Iвых1 выходного тока, к падению величины первой гармоники входного токаIвх1 (рис. 17). Чаще всего в качестве точки настройки колебательнойсистемы ГВВ используется эффект минимума постоянной составляющей выходного тока Iвых0 (Iк0).21IIвых1Iвых0Iвх1ω0Рис.
17PωP0Pрас.выхPдопПоведение энергетических параметров ГВВ при расстройке показано на рис. 18. Подводимая к генератору мощность Р0 растет с расстройкой, так как увеличивается постоянная составляющая выходного тока, анапряжение питания Ек – постоянно.Так как с расстройкой резко уменьшается эквивалентное сопротивлениеконтура, то уменьшаются переменноенапряжение на контуре и, следовательно, полезная колебательная мощность ГВВ Р1.Одновременное увеличение потребляемой мощности Р0 и уменьшение полезной Р1 приводит к резкомуувеличению потерь (мощности рассеяния) на выходном электроде (коллекторе)Ррас.вых = Pк = P0 − P1 .Если эта мощность превысит допустимую Рдоп, то АЭ может выйтииз строя. Поэтому начальную наP1стройку ГВВ, когда неизвестна величина расстройки, рекомендуется проω0−∆ωω0ωизводить при пониженном напряжеРис.
18нии коллекторного питания, а ужеболее точную подстройку осуществлять при его номинальном значении. Эта процедура особенно важна при настройке мощных каскадовпередатчика.Схемы усилителей мощностиМаломощные усилители на биполярных транзисторах предназначены для работы в диапазоне частот от 30 МГц до 1000 МГц и применяются в промежуточных каскадах передатчиков. Транзистор в них целесообразно включать по схеме с ОЭ, так как такая схема включения имеет отрицательную обратную связь через емкость коллекторного перехо22да, которая стабилизирует работу каскада и повышает его устойчивость.Коэффициент усиления мощности такого усилителя достаточно высоки может достигать нескольких десятков. При необходимости снижениякоэффициента усиления мощности можно включать небольшое активное сопротивление (порядка нескольких ом) в цепь эмиттера или базы.Схема маломощного усилителя на биполярном транзисторе приведенана рис. 19.
П-образная входная цепь согласования С1, С2, L1 обеспечиваетвозбуждение усилителя гармоническим напряжением. Блокировочные элементы Сбл1 и Lбл1, Сбл2 и Lбл2 – фильтры в цепях смещения и коллекторного питания соответственно. Делитель на сопротивлениях R1 и R2 предназначен для подачи положительного смещения на базу транзистора. Сопротивление Rэ обеспечивает устойчивость работы усилителя, подбором которого корректируется коэффициент усиления мощности. Ср – разделительный конденсатор. Выходная П-образная цепь С3, С4, L2 осуществляет согласование выходного нагрузочного сопротивления транзистора с сопротивлением потребителя, а также подавление гармоник, начиная со второй;Ек – источник коллекторного питания.CрL2L1Lбл2C1C2R1Lбл1С3С4RэСбл2Cбл1R2ЕкРис. 19Маломощные усилители на биполярных транзисторах по вышеприведенной схеме могут иметь выходную мощность от 1 мВт до 1 Вт икоэффициент полезного действия (50–70)%.В мощных усилительных каскадах в том же СВЧ-диапазоне сопротивление мощного биполярного транзистора составляет единицы и долиом.
Входной ток транзистора приближается к гармоническому за счетподавления высших гармоник индуктивностью входного электрода.Схема мощного усилителя с транзистором, включенным по схеме сОЭ, приведена на рис. 20. Цепь С1, L1, С2 представляет собой входную23цепь согласования Т-образного вида, в которой продольная индуктивность L1 позволяет форму входного тока еще больше приблизить к гармонической.
Выходная П-образная цепь согласования собрана на элементах С3, С4, L2. Назначение блокировочных и разделительных элементов то же, что и в схеме маломощного усилителя.CрC1L2L1Lбл2Lбл1C2С3С4СблЕкРис. 20Для обеспечения лучшей устойчивости работы усилителя транзистор целесообразно включать по схеме с ОБ, так как емкость переходаколлектор–эмиттер меньше емкостей других переходов транзистора, чтоприводит к уменьшению обратной связи по сравнению с ОЭ.На рис. 21 приведена схема мощного усилителя на транзисторе с ОБ.Назначение всех элементов аналогично назначению соответствующихэлементов предыдущей схемы.
Напряжение смещения в мощных каскадах устанавливается равным нулю, чтобы достичь максимальных полезной мощности P1 и коэффициента усиления мощности KP, высокогоКПД при угле отсечки Θ близком к 90°. Полезная мощность, развиваемая такими каскадами, больше 1 Вт.C1C2CрL1Lбл2Lбл1СблЕкРис. 2124L2С3С4Схемы умножителей частотыЭффект умножения частоты основан на нелинейности характеристики транзистора за счет отсечки тока. Маломощные умножители работают в диапазоне до 100 МГц, и тогда можно не учитывать индуктивности выводов транзистора, емкости закрытого эмиттерного перехода ипотерь в материале коллектора.
Маломощные биполярные транзисторыобеспечивают выходную мощность до 0,1 Вт при удвоении частоты идо 0,01 Вт при утроении. Их КПД составляет 30–40%. Применяют умножители в основном в промежуточных каскадах передатчиков для одновременного усиления сигнала и увеличения его частоты.Схема маломощного умножителя частоты аналогична схеме маломощного усилителя (см.
рис. 19). Разница заключается в выборе параметров делителя R1, R2, задающего требуемый угол отсечки тока, иреактивных элементов выходной цепи для выделения второй или третьей гармоник.Мощные транзисторные умножители работают в диапазоне частотот 100 МГц до 1000 МГц. На этих частотах необходимо учитывать ииндуктивность выводов, и емкость эмиттерного перехода, и потери вколлекторе.Схема мощного умножителя частоты приведена на рис. 22. Элементы входной цепи С1, С2 и L1 обеспечивают возбуждение транзисторагармоническим током, Rэ – сопротивление автоматического смещения.Цепь на выходе умножителя С3, С4, L2, L3 обеспечивает трансформацию выходного сопротивления нагрузки транзистора (обычно сотни ом)в относительно низкоомное сопротивление потребителя, а также возбуждение следующего каскада гармоническим током.C1CрL1Lбл2C2Lбл1L2С3L3С4RэСблЕкРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
