Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Назначение и принцип действия ГВВСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Генератор с внешним возбуждением представляет собой усилитель мощности радиочастотных колебаний. Он состоит из активного элемента (электронной лампы, транзистора и т.д.), нагрузочного элемента (одного или нескольких связанных колебательных контуров) и источника питания. Применение резонансной нагрузки позволяет использовать данный каскад не только в качестве усилителя, но и умножителя частоты колебаний. В последнем случае колебательный контур настраивается на вторую или третью гармоники анодного тока. Тогда частота колебаний на выходе генератора будет превышать соответственно вдвое или втрое частоту колебаний на его входе. Генератор с внешним возбуждением является основным каскадом радиочастотного тракта. Он выполняет функции буфера, промежуточного усилителя, умножителя частоты или оконечного (выходного) каскада. В подавляющем большинстве генераторов, имеющих выходную мощность более нескольких десятков ватт, в качестве активного элемента используется электронная лампа. Она может работать практически во всех диапазонах частот — вплоть до сантиметровых волн. Ее выходная мощность может достигать сотен киловатт. Транзисторы конкурируют с электронной лампой только в относительно маломощных передатчиках. В диапазонах дециметровых и сантиметровых волн генераторы строятся на так называемых клистронах и лампах бегущей волны. Электронные лампы каскадов радиочастотного тракта носят название генераторных. Если их выходная мощность не превышает одного киловатта, то по своим конструктивным особенностям и эксплуатационным характеристикам они мало чем отличаются от аналогичных электронных приборов, используемых в усилителях звуковых сигналов. Более мощные генераторные лампы уже в значительной степени отличаются от приёмно-усилительных. Прежде всего, их конструкция предусматривает возможность принудительного отвода тепла, выделяющегося на аноде и сетках. Иначе работа лампы в нормальном режиме становится невозможной. Большие выходные мощности, а следовательно, значительные анодные токи (до сотен ампер) и напряжения (десятки киловольт), также накладывают определенный отпечаток на конструкцию генераторных ламп. Рисунок 5.1 Разрез мощного генераторного триода
На рисунке 5.1 показан разрез мощного генераторного триода. Анод А выполнен в форме цилиндра из красной меди, наглухо заваренного с одного из торцов. Внутри него расположены катод прямого накала К в виде спирали и цилиндр управляющей сетки С с отверстиями. Второй торец анода соединен со стеклянным баллоном Б, через дно которого пропущены вводы катода ВК. Цилиндр сетки ЦС пропущен сквозь стекло баллона наружу и охлаждается потоком воздуха, создаваемого вентилятором. С увеличением числа сеток возрастают трудности по их охлаждению. Поэтому мощность современных пентодов не превышает нескольких, а тетродов — десятков киловатт. В то же время выпускаемые генераторные триоды могут иметь мощность сотни киловатт. Рассматриваемый вариант генераторной лампы имеет принудительное водяное охлаждение анода: медный цилиндр помещается в специальный бак. Дистиллированная вода охлаждается, в свою очередь, в теплообменнике водопроводной водой. Этот вид принудительного охлаждения значительно увеличивает габариты и стоимость радиопередающего устройства, но он может быть использован в лампах с любым верхним пределом по мощности. Конструкция генераторной лампы, предназначенной для принудительного охлаждения потоком воздуха, имеет дополнительно радиатор из медных пластин, насаженный на цилиндр анода. Он соединяется воздухопроводом с мощным вентилятором. Этот вид охлаждения все шире применяется в радиопередающих устройствах благодаря его компактности, экономичности и высокой надежности. Недостаток — значительный акустический шум, ухудшающий условия работы обслуживающего персонала. Существующая тенденция автоматизации передатчиков позволит со временем нейтрализовать этот- недостаток. Верхний предел мощности для ламп с таким охлаждением несколько ниже, чем для ламп с водяным охлаждением. Весьма перспективной является система принудительного охлаждения анодов за счет испарения жидкости. Она компактна и бесшумна. Однако система чувствительна к изменениям атмосферного давления. Катоды мощных генераторных ламп, как правило, активированные, прямого накала, питаемые переменным током промышленной частоты 50 Гц. Массивная нить накала в холодном состоянии обладает небольшим сопротивлением. Для предотвращения разрушения ее пусковыми токами, достигающими десятикратного номинального значения, напряжение накала подается постепенно по мере разогрева катода. Сетки генераторных ламп нагреваются не только катодом и анодом, но и собственными токами. Поэтому их изготовляют из тугоплавких металлов. Для эффективного управления электронным потоком при наличии высокого анодного напряжения управляющая сетка должна быть очень густой, а это, в свою очередь, увеличивает статический коэффициент усиления лампы μ. В соответствии с определением, известным из курса электронных приборов, данный параметр представляет собою отношение соответствующих приращений анодного Δеа и сеточного Δес напряжений (рисунок 5.2а): При большой величине μ сдвиг статической характеристики влево относительно начала координат незначителен: Таким образом, статические характеристики почти целиком расположены в правом квадрате (рисунок 5.2а). С целью получения от лампы максимальной мощности необходимо полностью использовать рабочие участки указанных характеристик, что возможно только в том случае, если мгновенные значения напряжения на управляющей сетке ес будут иметь положительные значения. Генераторы с внешним возбуждением, за исключением буферного каскада, работают с токами сетки. При этом каждый последующий каскад потребляет от предыдущего некоторую мощность, называемую мощностью возбуждения. Большая величина μ или, что одно и то же, малая проницаемость D=1/ μ, предопределяет вид статических характеристик мощного генераторного триода в анодной системе координат (рисунок 5.2б). С этой точки зрения они практически ничем не отличаются от аналогичных характеристик лучевого тетрода или пентода, обладающих, как известно, тоже большим μ и малым D. Рассмотрим физические процессы, происходящие в генераторе с внешним возбуждением, используя его упрощенную принципиальную схему, представленную на рисунок 5.3а. Мгновенное значение напряжения, приложенного между сеткой и катодом, представляет собою алгебраическую сумму:
ес = Ес + ис = Ес + Uсcos wt, где Еc — напряжение смещения, определяющее положение начальной (рабочей) точки на характеристике лампы, а uc = Uccos wt — переменное напряжение возбуждения, поступающее от предшествующего каскада (возбудителя). Графически эта математическая зависимость представлена на рисунке 5.36. В интервалы времени 1—2, 1'—2',.... когда напряжение на сетке положительно, в ее цепи появляется ток ic, представляющий собою периодическую последовательность импульсов, форма которых несколько отличается от усеченной косинусоиды (синусоиды) (на графиках изображается обычно синусоида, а в математических выражениях удобнее пользоваться косинусоидой) вследствие значительной нелинейности характеристик сеточного тока лампы (рисунок 5.3в). В соответствии с теоремой Фурье такая последовательность импульсов может быть выражена тригонометрическим рядом:
…..
где Ic1 — постоянная составляющая сеточного тока; Ic2cos2wt, Ic3coswt — переменные составляющие (гармоники), амплитуды которых быстро убывают с увеличением их номера.
Рисунок 5.2 Статические характеристики генераторного триода в системах координат: а) анодно-сеточной; б) анодной
Постоянная составляющая /с0 всегда протекает внутри лампы от сетки к катоду и далее через источник смещения Ес к сетке. В этом же направлении в положительный полупериод напряжения возбуждения проходят и переменные составляющие сеточного тока, а при отрицательной полуволне — в обратном. Источник смещения они обходят через конденсатор Сс, емкость которого выбирается достаточно большой величины. Это позволяет избежать неоправданных потерь анергии возбуждения на внутреннем сопротивлении источника Ес и исключает возникновение паразитной связи между каскадами в случае, если источник смещения является для них общим. Из курса электронных усилителей известно, что при работе каскада с отсечкой анодного тока повышается КПД выходной цепи. Если в классе А его величина не превышает 50%, то в классах АВ, В и С она может достигать значений 70—80%, что особенно желательно иметь в мощных генераторах, где повышение КПД приводит к заметному снижению эксплуатационных расходов. Применение резонансной нагрузки позволяет выделить из спектра анодного тока
колебание заданной частоты и отфильтровать все остальные составляющие. Если, например, анодный контур настроить на частоту основного колебания ω, то на его сопротивлении Rœ возникнет переменная разность потенциалов:
ua= Ia1 Rœ cos wt = Ua cos wt где Ua=Ia1 Rœ — амплитуда колебательного напряжения на контуре.
Рисунок 5.3 Упрощенная принципиальная схема генератора с внешним возбуждением и его волновые диаграммы: а) схема; б) изменение напряжений на управляющей сетке; в) импульсы таков сетки и анода; г) изменение напряжений на аноде
Емкость конденсатора Са выбирается достаточно большой величины, так что его сопротивление для переменных составляющих анодного тока незначительно. Следовательно, в схеме с общим катодом (рисунок 5.3а) это переменное напряжение действует также между анодом и катодом лампы. Мгновенное значение анодного напряжения определяется на основании следующего выражения:
еa = Ea — Ua cos w t. Знак «минус» указывает на то, что напряжение на аноде иa всегда противофазно сеточному ис. Это характерно для любого усилителя электрических сигналов. График изменения анодного напряжения показан на риснке 5.3г. Его минимальное значение соответствует
Eamin = Ea - Ua.
а в это время напряжение на сетке (рисунок 5.36) максимально:
ecmax = Ec + Uc.
Если генератор с внешним возбуждением предназначен для работы в качестве умножителя частоты колебаний, то его анодный контур настраивается на вторую или третью гармонику анодного тока. Рассмотренный режим работы генераторной лампы называется динамическим. На рисунке 5.4а показана нагрузочная характеристика анодного тока в анодно-сеточной системе координат. Способы ее построения рассматриваются в курсе усилителей. Здесь положение начальной (рабочей) точки при помощи напряжения Еc выбрано в точке касания этой характеристики с горизонтальной осью, что соответствует работе генератора в классе В с углом отсечки анодного тока θ = 90°. Рисунок 5.4 Изменения напряженности режима генератора: а) в анодно-сеточной системе координат; б) в форме импульсов анодного тока
Если амплитуда напряжения возбуждения UC относительно невелика (1 на рисунке 5.4а), то лампа по току используется неполностью, а это невыгодно в эксплуатации, поскольку из-за небольшой величины импульса анодного тока (1" на рисунке 5.4б) от лампыможно получить неполную колебательную мощность. Одновременно велики потери на аноде лампы, что может вывести ее из строя. Физические процессы вгенераторе обычно рассматриваются с использованием только первых четырех членов этого ряда. Гармоники более высоких порядков во вниманиене принимаются из-за малости их амплитуд. Такой режим генератора, получивший название недонапряженного (HP), из-за указанных недостатков весьма нежелателен. Если использовать нагрузочную xapактеристику анодного тока до точки перегиба (2' на рисунке 5.4а), то в генераторе установится так называемый критический режим. Ему соответствуют максимальные значения импульса анодного тока (2" на рисунке 5.4б) и колебательной мощности. Для него характерны также значительно меньшие потери на аноде, чем в HP, и более высокий КПД анодной цепи η. Критический режим является основным для подавляющего большинства генераторов с внешним возбуждением. Дальнейшее увеличение амплитуды входного напряжения вызывает заметное возрастание тока управляющей сетки i с. Такой режим генератора носит название перенапряженного. Из-за значительного сеточного тока импульс анодного тока получает провал в своей вершине (3" на рисунке 5.4б), что влечет за собою снижение выходной мощности генератора. Для дальнейших рассуждений целесообразно рассмотреть влияние на напряженность режима генератора и форму импульсов анодного тока (рисунок 5.4а) величины сопротивления его нагрузки Rœ, которое подвержено изменениям в процессе перестройки колебательного контура. На рисунке 5.5б показаны три динамические характеристики в анодной системе координат.
Рисунок 5.5 Графики, поясняющие физические процессы при перестройке генератора: а) формы импульсов анодного тока; б) позиции нагрузочных характеристик; в,г) характер изменения постоянных составляющих анодного и сеточного токов в процессе настройки
Первая из них соответствует режиму короткого замыкания анодной цепи по переменному току (Rœ =0). Увеличение сопротивления нагрузки Rœ приводит к уменьшению угла ее наклона. Верхний конец динамической характеристики, по которому определяется величина импульса анодного тока (рисунок 5.5а), с ростом Rœ постепенно перемещается из области недонапряженного (HP) в области критического (КР) и перенапряженного (ПР) режимов. Импульс анодного тока постепенно уменьшается, а в ПР в его вершине возникает седловина, обусловленная токоперераспределением между анодом и управляющей сеткой лампы. Максимальное значение тока в ПР определяется по точке пересечения продолжений линии катодного тока и динамической характеристики (показано пунктиром). Таким образом, с увеличением сопротивления нагрузки генератора (Rœ) происходит убывание постоянной составляющей анодного тока Iао (рисунок 5.5в), величина которой прямо пропорциональна амплитуде импульса iамакс. Одновременно возрастает постоянная составляющая сеточного тока Iс0. При переходе с волны на волну собственная частота колебательного контура генератора не совпадает в начальный момент с частотой возбуждения. Расстроенный контур имеет малую величину эквивалентного сопротивления, и в генераторе устанавливается недонапряженный режим, опасный для него с точки зрения выделения на аноде лампы большой тепловой мощности, которая может превысить допустимое значение. Во избежание этого при переходах с волны на волну пользуются специальными таблицами, при помощи которых до включения анодного напряжения устанавливают грубо собственные частоты контуров в соответствии с частотой возбудителя. Далее при пониженном анодном напряжении подстраивают каждый контур. По мере приближения к резонансу его сопротивление возрастает, что вызывает уменьшение Ia0 и увеличение Iс0. В момент резонанса первый из них достигает минимального значения, а второй — максимального. Характер изменения этих токов в процессе настройки показан на рисунке 5.5г. Контроль за постоянными составляющими сеточного и анодного токов осуществляется по электроизмерительным приборам, постоянно включенным в соответствующие цепи генератора с внешним возбуждением. В мощных генераторах с внешним возбуждением на аноды ламп в момент включения подается пониженное напряжение. Тем самым даже при расстроенном контуре удается установить режим, близкий к критическому (используя рисунке 5.5б, можно выявить, что при малых значениях Еа верхний конец динамической характеристики сместится влево). Снижение Еа позволяет также уменьшить опасные броски тока в момент включения. Практические схемные решения генераторов, с внешним возбуждением выглядят несколько сложнее, чем упрощенная схема (рисунок 5.4а), построенная без учета таких важных факторов, как выходная мощность каскада, диапазон его рабочих волн (частот), необходимость защиты источников питания от проникновения в них переменных составляющих токов.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; просмотров: 1139; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.15.186.56 (0.01 с.) |