Теоретическая подготовка к работе

Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называется радиоэлектронное устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, равной или кратной частоте входного воздействия. В том случае, когда частота выходно­го сигнала равна частоте входного воздействия, генератор с внешним возбуждением называется усилителем мощности (УМ). В состав ГВВ входят активный элемент (АЭ) и колебательная система (цепь согласования).

Основным требованием, предъявляемым к ГВВ, является получение высокого коэффициента полезного действия (КПД) при обеспечении заданной мощности в нагрузке, что накла­дывает определенные ограничения на выбор режима работы АЭ и параметров согласующей цепи.

Согласующая цепь обеспечивает трансформацию, в общем случае, комплексного сопротивления нагрузки в чисто резистивное сопротивление в заданном диапазоне частот, причем такой величины, при которой обеспечиваются высокие энергетические показатели ГВВ.

Так как требование высокого КПД генератора обусловливает работу АЭ в нелинейном режиме, при котором в коллекторном токе АЭ содержатся высшие гармоники, то согласующая цепь обеспечивает необходимое подавление высших гармоник в нагрузке, т.е. осуществляет и фильтрацию.

Коллекторный ток имеет форму периодической последовательности импульсов, которая может быть представлена рядом Фурье:

Значения токов и определяют через нормированные коэффициенты разложения: и , являющиеся функциями лишь угла отсечки коллекторного тока , где – максимальное значение (высота импульса) коллекторного тока. Таблица и графики коэффициентов разложения для косинусоидального импульса даны в приложениях 1 и 2.

Одной из простейших согласующих цепей является параллельный колебательный контур с достаточно высокой добротностью, включенный в коллекторную цепь усилителя мощности. Частотные характеристики такого контура показаны на рис. 1.1. В общем случае может быть использовано частичное включение контура (рис. 1.11). Контур обеспечивает не только согласование генератора с нагрузкой вблизи резонансной частоты, но и малое сопротивление для высших гармоник коллекторного тока (см. рис. 1.1), что обусловливает гармоническую форму напряжения на контуре.

 

_{а б}

Рис.1.1. Cхема (а) и частотные характеристики (б) параллельного
колебательного контура

 

Параллельный контур характеризуют три основных параметра: резонансная частота ω ₀, добротность Q и резонансное сопротивление R.

Резонансная частота высокодобротных контуров до величин порядка 1/Q² одинакова для параллельного и последовательного резонансов, а также для собственных колебаний. Ее величина определяется условием равенства в контуре максимальных значений магнитной и электрической энергий .

Величина добротности определяется отношением реактивной мощности к мощности потерь P_пот , расходуемой при резонансе,

,

где N₀ = N_Н = N_Е – энергия, запасенная в КС при резонансе.

Из приведенных соотношений в частности видно, что величина резонансной частоты и добротности не зависит от точек измерения. В любых точках КС величина и Q одинакова.

Резонансное сопротивление контура равно

R = U ² / 2 P _пот ,

где U – амплитуда напряжения между теми точками КС, относительно которых определяется резонансное сопротивление. К этим точкам КС подключаются внешние цепи или между ними производится возбуждение контура.

Основные расчетные соотношения для параллельного контура:

· резонансная частота ;

· изменение резонансной частоты при малом изменении его параметров ( и )

;

· характеристическое сопротивление ;

· добротность контура ;

· резонансное сопротивление контура

;

· комплексное входное сопротивление контура

,

где - обобщенная расстройка. Для частот, близких к резонансной частоте контура (), ;

· модуль входного сопротивления контура

,

при сопротивление равно ;

· фазовый угол входного сопротивления нагруженного контура

,

при , фазовый угол равен ;

· полоса пропускания контура по уровню

;

· КПД контура ,

где P _п - полезная мощность (мощность, отдаваемая потребителю энергии);

P ₁ - колебательная мощность (мощность, подводимая к колебательной системе);

и - добротность и сопротивление нагруженного контура;

и - добротность и сопротивление ненагруженного контура;

- сопротивление потерь контура;

- сопротивление потребителя энергии, пересчитанное в контур;

-сопротивление ветвей нагруженного контура.

Энергетические соотношения в контуре:

· колебательная мощность ;

· полезная мощность ;

· амплитуда контурного тока .