книги / Элементы промышленной электроники

управления, в измерительной технике для настройки и регули­ ровки радиоэлектронной аппаратуры, в устройствах автомати­ ческого регулирования и вычислительной техники, в качестве элементов аппаратуры установок индукционного и диэлектри­ ческого нагрева и во многих других технических устройствах.

Генераторами гармонических колебаний называются устрой­ ства, предназначенные для преобразования энергии постоянного или переменного тока промышленной частоты в энергию пере­ менного синусоидального тока требуемой частоты.

Известно, что синусоидальные электрические колебания (э. д. с., напряжения или тока) достаточно просто могут быть получены в результате использования для этих целей электри­ ческих генераторов переменного тока (синхронных или асин­ хронных машин).

При этом частота .переменной э. д. с; электромашинного ге­ нератора находится в жесткой взаимосвязи со скоростью вра­ щения п и числом пар полюсов р электрической машины, согласно

Из формулы (11— 1) следует, что значение частоты электрических колебаний при использовании вращающихся преобразователей ограничивается максимальным возможным в реальных условиях числом оборотов и числом пар полюсов машины.

Практически это означает, что частота гармонических коле­ баний ограничивается для вращающихся электрических машин пределами, порядка 800— 1000 гц.

Между тем, во многих отраслях радиотехники и электроники необходимы источники гармонических колебаний с частотой, достигающей иногда 300—500 мгц. Столь высокие значения частот могут быть получены в результате использования специальных электронных генераторов синусоидальных колебаний.

При этом маломощные генераторы синусоидальных колеба­ ний применяются главным образом в измерительной технике. В промышленной электронике для питания высокочастотных установок для индукционного нагрева, устройств для диэлектри­ ческого нагрева, а также для установок ультразвуковой обработки материалов применяются достаточно мощные генераторы. В за­ висимости от требуемой мощности и назначения генераторы гармонических колебаний могут строиться по различным схемам. Значительное распространение получили ламповые генераторы с колебательным контуром (типа 1C) й генераторы типа RC.

Ламповые генераторы типа 1C применяются главным образом для генерирования гармонических колебаний на высоких часто­

151

ных условиях анодный ток покоя должен быть неизменным во времени. Однако в реальных схемах этот ток не будет строго постоянным, так как всегда содержит, хотя и весьма незначитель­ ную, переменную составляющую. Это происходит по ряду при­ чин. Прежде всего напряжение источника питания не остается строго постоянным во времени и может довольно значительно отклоняться от среднего своего значения. Наряду с этим, темпе­ ратура нити накала электронной лампы, особенно при питании ее от источника переменного тока, в процессе работы также не остается строго постоянной и непрерывно колеблется с частотой питающего напряжения, вследствие чего величина тока эмиссии при прочих равных условиях не будет оставаться постоянной во времени.

Немаловажное значение имеет также то обстоятельство, что при наличии даже самых незначительных тепловых колебаний (так называемых флюктаций) в любом проводнике электрического тока происходит беспорядочное движение свободных электронов, вследствие чего возникают некоторые разности потенциалов, могущие вызывать появление ничтожных токов в отдельных кон­ турах схемы.

Появление переменной составляющей анодного тока вызы­ вается так же тем, что в любой усилительной ячейке, построен­ ной на базе электронной лампы, существуют междуэлектродные и монтажные емкости. При включении источника питания эти емкости будут заряжаться и создавать первоначальные незна­ чительные импульсы тоХа в анодной цепи.

Таким образом, в простейшей усилительной ячейке, даже при отсутствии потенциала на сетке и цепи обратной связи, в резуль­ тате воздействия одной из выше указанных причин так же, как и при одновременном действии нескольких из них, в анодной цепи электронной лампы появляется некоторая переменная состав­ ляющая анодного тока.

Однако переменная составляющая анодного тока усилитель­ ной ячейкой усиливаться не будет, так как между анодной цепью и сеткой лампы связь в схеме отсутствует.

Выясним теперь, что произойдет, если между входом и вы­ ходом усилительной ячейки включить цепочку обратной связи RC, как это показано на схеме рис. 11— 1. Как видно из этой схемы, при включении цепочки RC создается положительная обратная связь, при которой усилительная ячейка при выполнении опре­ деленных условий работает в режиме генератора.

Выяснив работу цепочки RC и причину первоначального возникновения переменной составляющей цепи анодного тока, рассмотрим принцип действия генератора синусоидальных коле­ баний типа RC в целом (рис. 11 — 1).

157

При включении источника питания в анодной цепи лампы возникает анодный ток, который вследствие указанных выше причин будет иметь не только постоянную, но и переменную со­ ставляющие. Этому способствует также то, что цепь обратной связи содержит емкости, которые при включении будут заряжать­ ся. При этом через анодное сопротивление Ra будет протекать не только ток покоя, но и изменяющийся во времени ток заряда конденсаторов. Таким образом, в первый момент после вклю­ чения генератора в анодной цепи-лампы возникает переменная составляющая тока, - закон изменения которой определяется па­ раметрами схемы, вследствие чего форма кривой переменной составляющей анодного тока, вообще говоря, может быть самой разнообразной.

Если бы в схеме рис. 11—1 отсутствовала цепь обратной связи и емкости, то при наличии постоянно-действующих причин, вызывающих появление переменной составляющей анодного тока, уровень этой составляющей в цепи анодного тока стабилизиро­ вался бы и оставался бы неизменным, а при наличии в схеме емко­ стей развитие процесса во времени приводило бы даже к некото­ рому снижению этого уровня, поскольку после окончания заряда имеющихся в схеме емкостей составляющая переменного тока, обусловленная зарядом, оказалась бы равной нулю.

Совершенно по другому протекает процесс в генераторе при включении, цепи обратной связи.

В этом случае электрические колебания, возникаемые на выходе генератора через цепочку RC обратной, связи по­ даются на вход этого генератора. Начинается процесс самовоз­ буждения.

Электрические колебания, возникаемые на выходе генератора в начале процесса самовозбуждения, в общем случае имеют до­ вольно сложную форму, значительно отличающуюся от сину­ соидальной.

Сложный импульс, возникаемый при включении генератора может быть разложен в гармонический ряд Фурье. В соответ­ ствии с этим его можно рассматривать как сумму соответствую­ щего ряда гармонических составляющих. Таким образом, можно считать, что на выходе усилительной ячейки генератора возникь ;т множество гармонических колебаний, совокупность которых составляет сложный электрический импульс. При этом проис­ ходит изменение потенциала анода, который через цепочку об­ ратной связи RC подается на управляющую сетку электронной лампы. В результате на сетке лампы возникают соответствую­ щие гармонические составляющие электрических колебаний-

Однако фаза синусоидальных колебаний, проходящих через цепочку обратноей связи ЯС не будет одинаковой для каждой

158