книги / Радиопередающие устройства

ного максимального значения на управляющем электроде (еБ, е'Б) положение точки критического режима изменяется (£, Б'). Геометрическое место точек критического режима назы­ вается линией критического режима.

Поскольку динамическая характеристика ia= /( e a, ес) — прямая линия, то выходной (анодный или коллекторный) ток повторяет по форме напряжение возбуждения. В оптимальном режиме импульс анодного тока синусоидальный с немного притупленной верхуш­ кой за счет появления небольшого сеточного тока.

Режим работы генератора при сопротивлении, меньшем, чем оптимальное, называется недонапряженным. В недонапряженном режиме падение напряжения на нагрузке [/'а меньше, чем в опти­ мальном.

цепи генератора, что ограничивает применение недонапряженного режима в каскадах умножения частоты и при сеточной модуляции.

Режим работы генератора при сопротивлении нагрузки, боль­ шем оптимального, называется перенапряженным. В транзистор­ ных генераторах он называется режимом насыщения. В этом ре­

щий электрод перегружен, отсюда и название режима — перена­ пряженный.

В перенапряженном режиме происходит значительное перерас­ пределение тока выходного и управляющего электродов (катодно­ го тока между сеткой и анодом, эмиттерного — между базой и кол­ лектором).

Пользуясь динамическими характеристиками, строят нагрузоч­ ные характеристики, приведенные на рис. 1.34. Рассматривая эти характеристики, можно проследить, как изменяются основные па­ раметры генератора при изменении сопротивления нагрузки R3. Выше было показано, что важнейшими параметрами генератора

являются колебательная мощность Р~ и КПД. Рассматривая на­ грузочную характеристику колебательной мощности P ~ = f(R 3), ви­ дим, что значение колебательной мощности сначала возраста­ ет, достигая максимума, а затем уменьшается. Максимум колеба­

муму полезной колебательной мощности, называется граничным. Штриховая линия, проведенная через точку, соответствующую Р~ макс, параллельно оси ординат, отделяет область недонапряженного режима от области перенапряженного. Она называется лини­ ей граничного режима. Слева от этой линии расположена область недонапряженного режима, справа — область перенапряженного режима.

Из нагрузочной характеристики КПД видно, что максимально­ го значения КПД выходной цепи генератора достигает в слегка перенапряженном режиме.

Амплитуда первой гармоники /выл и постоянная составляющая /выхо выходного тока сначала медленно убывает до критического режима. Это уменьшение /в ы х ! И /выхО небольшое. Им можно пре­ небречь и для ориентировочного расчета принять значения / вьш и

/выхо ПОСТОЯННЫМИ И рЭВНЫМИ /вых1 = /в ЫХ1 Гр И /выхо — /вЫХО Гр*

С переходом в перенапряженный режим оба тока убывают бы­ стрее, так как в этом режиме происходит перераспределение тока исходного электрода между управляющим и выходным электрода­ ми. В импульсе выходного тока появляется впадина, увеличиваю­ щаяся по мере возрастания напряженности режима. Эта впадина образуется из-за ответвления тока в цепь управляющего электро­ да. В сильно перенапряженном режиме ответвление тока в цепь управляющего электрода может достигать настолько значитель­ ной величины, что импульс выходного тока раздваивается (рис. 1.35). Как видно из рисунка, в слабо перенапряженном режиме появляется верхний угол отсечки 0i, а в сильно перенапряженном режиме — второй нижний угол отсечки 02.

Выходное напряжение £/Вых = /вых1#э в недонапряженном ре­ жиме возрастает до области критического режима, так как R3 уве­ личивается, а /вых! уменьшается незначительно. В перенапряжен­ ном режиме это произведение меняется в небольших пределах, так как резкое уменьшение тока / ВЫхi компенсируется увеличением R+ Следовательно, усилительный элемент в недонапряженном режиме можно рассматривать как генератор тока, а в перенапряженном режиме — как генератор напряжения.

Нагрузочная характеристика подводимой мощности Ро повто­ ряет форму кривой для /выхо, так как Ро=/выхо£’а, а значение на­ пряжения питания — постоянное. Мощность, рассеиваемая на вы­

или слабо перенапряженный режим. Из графиков рис. 1.34 для и ц видно, что максимумы точек / и 2 их не совпадают. Макси­

мальная колебательная мощность создается генератором в крити­ ческом режиме, но КПД при этом несколько ниже максимального. Сказанное дает возможность выбрать режим в зависимости от того, какой из параметров необходимо обеспечить по максимуму: мощность или КПД. При этом получение максимальной мощности ограничивается предельно допустимыми параметрами усилитель­ ного прибора — мощностью и током в выходной цепи.

2. В недонапряженном режиме небольшая Р~ и низкий т|э, а тепловые потери Ррас на выходном электроде электронного при­ бора большие, что может вызвать перегрев его и разрушение.

3. Важным достоинством слабо перенапряженного режима яв­ ляется незначительное изменение выходного напряжения при изме­ нении сопротивления нагрузки. Это дает возможность поддержи­ вать практически постоянным напряжение возбуждения в после­ дующем каскаде при непостоянстве его входного сопротивления.

4. В сильно перенапряженном режиме значения основных энер­

приводит к перегреву сетки и разрушению ее. Для транзистора пе­ ренапряженный режим менее опасен, чем для лампы, так как изза уменьшения рассеяния в области выходного электрода общий тепловой режим кристалла может оказаться неизменным при зна­ чительном возрастании напряженности.

1.16. н а с т р о й к а г е н е р а т о р о в

Настройка генератора состоит в том, чтобы обеспечить получение заданной колебательной мощности при достаточно высоком КПД на рабочей частоте генератора. Для получения максимальной мощ­ ности от генератора нужно, чтобы сопротивление нагрузки в вы­ ходной цепи генератора было оптимальным. А так как нагрузкой в выходной цепи является колебательный контур, то для получения наибольшего сопротивления его надо настроить в резонанс с час­ тотой напряжения возбуждения. При ручной настройке момент ре­ зонанса удобно определять по показаниям миллиамперметров, включенных во входную и выходную цепи генератора. Постоян­ ная составляющая выходного тока / Выхо в этом случае достигает минимального значения, а постоянная составляющего входного то­ ка /вхо — максимального (рис. 1.36). Приборы для измерения по­ стоянных токов в цепях генератора нужно подключать к точкам с нулевым потенциалом по переменной составляющей. Обычно это магнитоэлектрические приборы с большой паразитной емкостью между рамкой прибора и корпусом («землей»). И если прибор ока­ жется под переменным напряжением относительно «земли», то че­ рез эту емкость будет протекать большой переменный ток. Это мо­ жет привести к нарушению режима работы или перегоранию рам­ ки прибора. Для защиты рамок измерительных приборов от прохо-

Рис. 1.36. Изменение токов в цепях ге­ нератора в зависимости от настройки выходного контура

ждения по ним переменных токов непосредственно на их разъемы устанавливают блокировочные конденсаторы емкостью {10

20) • 103 пФ.

В транзисторных генераторах экстремумы базового и коллек­ торного постоянных токов выражены нечетко из-за низкой доброт­ ности нагрузки. А настройка транзисторных генераторов на фик­ сированных частотах производится в заводских условиях с исполь­ зованием специальной измерительной аппаратуры, обеспечиваю­ щей более точное определение резонанса.

1.17. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Параллельное соединение. В том случае, когда одна лампа или транзистор не обеспечивают заданной мощности, а другие элек­ тронные приборы такой же мощности не подходят по каким-либо другим параметрам, применяют соединение нескольких электрон­ ных приборов для работы на одну общую нагрузку. Наиболее про­ стым способом соединения электронных приборов является их па­ раллельное включение, пример которого показан на рис. 1.37. В этих схемах одноименные электроды по радиочастоте соединены параллельно. Так в схеме на рис. 1.37 аноды ламп соединяются общим проводом, к середине которого подводится провод от на­ грузки и от источника питания. Управляющие сетки ламп по по­

приборах общий ток будет в 2 раза больше. Это позволяет умень­ шить сопротивление нагрузки R3 в два раза, а при нескольких электронных приборах в п раз. Уменьшение требуемого эквива­ лентного сопротивления нагрузки является достоинством парал­ лельного включения электронных приборов.

Суммарная мощность каскада из п электронных приборов рав­ на сумме мощностей всех электронных приборов.

Реально электронные приборы имеют разброс параметров и трудно обеспечить синфазность напряжений возбуждения. Поэтому параллельно включают не более двух-трех электронных приборов.

Но при параллельном включении электронных приборов по­ являются ряд недостатков. Основные из них следующие:

1.Междуэлектродные емкости электронных приборов при па­ раллельном соединении их складываются. Причем особенно нежела­ тельным является увеличение проходной емкости, так как это мо­ жет вызвать в генераторе возбуждение паразитных колебаний.

2.При выходе из строя одной из ламп оставшаяся лампа ока­ зывается нагруженной на сопротивление меньше оптимального, ре­ жим работы ее оказывается недонапряженным и лампа выходит из строя. Это особенно недопустимо для передающих устройств, устанавливаемых на летательных аппаратах.

Транзисторы соединять в генераторах параллельно нежелатель­ но из-за существенной неоднородности их параметров. Только в случае подбора идентичных транзисторов их можно соединять па­ раллельно.

В диапазонах УКВ. Дмв и Смв, где длина соединительных про­ водов соизмерима с длиной волны, параллельное соединение элек­ тронных приборов не применяется.

Последовательное включение (двухтактная схема). Двухтакт­ ная схема состоит из двух обычных однотактных генераторов, сое­ диненных общим проводом и работающих в противофазе. Лампы или транзисторы в этой схеме подключаются к контуру симмет­ рично, образуя два плеча. Они подпитывают контур поочередно.

Для рассмотрения физических процессов в двухтактной схеме проследим построение ее из двух однотактных схем. На рис. 1.38,а,б приведены упрощенные схемы двух одноламповых одина­

рис. 1.38,г. Собственная частота общего контура при этом не изме­ нится и будет равна собственной частоте одного контура.

Резонансное сопротивление общего контура R3 оказывается вдвое больше сопротивления одного контура

во время отрицательного полупериода — другая. В результате за один период напряжения возбуждения через контур поочередно проходят два импульса тока и подпитка контура происходит 2 ра­ за за период, т. е. в два такта.

Пользуясь теорией Фурье, импульсы анодных токов можно представить в виде рядов:

t,a = -^/aO"b^/alCOS (0^+ ... , £/,a==^/,ao4'^,,aiCOS <0^+

На рис. 1.39 показано графическое изображение составляющих импульсов анодного тока. Амплитуды всех гармоник должны сов­ падать с максимумом импульса, а фазы должны быть такими, что­ бы сумма гармоник составляла форму импульса. Поскольку на­ пряжения возбуждения на сетках ламп противофазные, то токи первой гармоники Г аi и I" ai будут также противофазны. Во вре­ мя положительного полупериода напряжения возбуждения на сет­

тельный полупериод напряжения возбуждения Uc и ток первой гармоники анодного тока 1"аХ проходит от катода к аноду. Через контур токи первой гармоники проходят в одном направлении, соз­ давая на нем переменное напряжение Ua. В общем проводе пита­ ния АБ на рис. 1.38,г токи первой гармоники, а также всех нечет­ ных гармоник протекают встречно и взаимно компенсируются. При полной симметрии схемы токи нечетных гармоник в общем проводе не протекают. Поэтому можно считать, что токи первой гармоники проходят только через обе лампы и контур последовательно, не за­ ходя в общий провод. Поэтому схема и называется последователь­ ной: лампы по переменному току включены последовательно.

Ток первой гармоники / ai, проходя через нагрузку — контур, создает падение напряжения

Uа.общ= = 1al£?a.o6iu= = I al-^ al — 2 £/к,

т. е. удвоенное по сравнению с однотактной схемой. Это напряже­ ние поддерживает в контуре ток / к = / aiQ06m такого же значения, какой был в отдельном контуре одного плеча. Из рис. 1.39 видно, что токи первой гармоники в двухтактной схеме складываются во времени, а не по амплитуде. Оба плеча создают в общем контуре мощность колебаний

Р ~Эбщ=0,5£/к/а1= 0,5• 2U'J 'ai = 0,5■2U"J"aX= 2 P '„ = 2 Р"

т. е. удвоенную по сравнению с одним плечом.

Токи четных гармоник плеч, как это видно из рис. 1.39, I'ai = = / " а2, / , а4 = / ,/а4 синфазны. Поэтому в общем проводе они склады­ ваются, т. е. удваиваются. В контуре токи четных гармоник напра­ влены встречно и взаимно компенсируются. При полной симметрии схемы токи четных гармоник в той ветви контура, которые не свя­ заны с общим проводом, компенсируются полностью. Обычно с общим проводом соединяют емкостную ветвь, сопротивление кото­

рой для высших гармонических составляющих значительно мень­ ше, чем для основной. Тогда в индуктивной ветви контура четные гармоники будут отсутствовать. Антенна передатчика, связанная с этой ветвью контура трансформаторной связью, не будет излучать колебания четных гармоник. Это обеспечивает лучшую фильтра­ цию побочных излучений антенной передатчика.

Поскольку схема симметрична относительно общего провода с нулевым потенциалом, то средние точки обеих ветвей общего кон­ тура имеют нулевой потенциал. Но в реальных схемах заземлять одновременно средние точки обеих ветвей недопустимо, так как найти точку нулевого потенциала на катушке практически невоз­ можно. Средняя конструктивная точка катушки индуктивности не совпадает с электрической из-за разброса параметров и паразит­ ных емкостей монтажа.

На крайних точках контура будут равные по величине, но про­ тивоположные по знаку колебательные напряжения. Постоянные токи / 'ао и I"ао в общем проводе складываются / а о б щ = 2 / , а0. Под­ водимая мощность Р 0 будет в 2 раза больше, чем в однотактной схеме.

Возбуждение двухтактных генераторов возможно как от одно­ тактных, так и от двухтактных возбудителей. Но для улучшения фильтрации гармоник и обеспечения симметрии схемы лучше поль­ зоваться двухтактными возбудителями.

Симметричные двухтактные схемы имеют ряд достоинств: значительное ослабление четных гармоник в нагрузке гене­

ратора; уменьшение емкости, вносимой в контур лампами, за счет

последовательного соединения между собой междуэлектронных емкостей;

отсутствие в общем проводе питания первой и остальных не­ четных гармоник;

более простая схема нейтрализации влияния проходной ем­ кости.

Недостатки схемы:

сложность получения симметричной конструкции схемы; необходимость иметь контур с большим значением R3 и уд­

военным напряжением; получить большое R3 контура на УКВ затруднительно из-за паразитных емкостей.

В последнее время двухтактные схемы применяют все реже. Чаще применяют однотактные схемы. Они проще и Надежнее.

Транзисторные двухтактные генераторы. Транзисторы имеют значительно больший разброс параметров, чем лампы. Поэтому для двухтактных схем подбирают их по параметрам, а также применяют различные схемные решения симметрирования их ра­ боты.

Свойство двухтактной схемы восстанавливать синусоидальную форму усиливаемого напряжения при апериодической нагрузке хорошо реализуется в транзисторных схемах. Низкое внутреннее сопротивление биполярных транзисторов для согласования с ре-