Глава 8.
СХЕМОТЕХНИКА ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
В предыдущих разделах курса рассматривались вопросы выбора режимов ГВВ, методики расчета их входных и выходных цепей. В каждую из этих цепей входят источники питания, активные приборы, сопротивления нагрузки, входные сопротивления активного прибора. Для нормальной работы генератора
необходимо правильно соединить между собой коллектор транзистора, нагрузку генератора и источник питания. Во входной цепи ГВВ удовлетворительную работу генератора можно обеспечить только при определенном соединении между собой источника смещения EБ, источника возбуждающего напряжения UБ и входных электродов активного прибора (базы и эмиттера транзистора, или сетки и катода в ламповом ГВВ). Неудачное исполнение схемы соеди-
нения этих элементов может привести к полной неработоспособности генератора.
Схемы питания выходной цепи ГВВ.
Схема выходной цепи генератора должна удовлетворять ряду требований: 1. Первая гармоника выходного тока (анодного или коллекторного)
должна протекать только через сопротивление нагрузки – ZН и выходную цепь генераторного прибора. В этом случае в нагрузке выделяется максимально возможная мощность. Этому требованию удовлетворяет схема, изображенная на рис.8.1,а.
Рис. 8.1
2.Активный прибор генератора, как правило, работает с отсечкой выходного тока. Через нагрузку протекает не только ток основной частоты, но и токи высших гармоник. Переменное напряжение на нагрузке должно быть гармоническим, следовательно, для высших гармоник выходного тока сопротивление нагрузки должно близким к короткому замыканию (рис.8.1,б).
3.Внешняя цепь генератора для постоянной составляющей выходного тока должна иметь сопротивление близкое к нулю. В противном случае постоянное
38
напряжение питания на выходном электроде активного прибора будет ниже напряжения питания ЕП, что приведет к уменьшению КПД генератора. По постоянному току выходная цепь генератора должна быть близка к схеме, изображенной на рис.8.1,в.
Практически эти условия можно выполнить, используя так называемые блокировочные элементы, роль которых играют катушки индуктивности и конденсаторы. Блокировочная индуктивность для постоянного тока должна
представлять собой короткое замыкание и «большое» сопротивление для тока переменного.
В свою очередь, блокировочный конденсатор для переменного тока должен иметь «малое» сопротивление и представлять собой разрыв цепи для постоянного тока.
При расчетах блокировочных элементов нужно знать, с каким сопротивлением ГВВ следует сравнивать сопротивление блокировочного элемента, чтобы его можно было считать практически коротким замыканием или разрывом цепи.
Различают две схемы питания выходной цепи генератора - последовательную и параллельную.
Последовательная схема питания коллекторной цепи
Одно из традиционных решений заключается в последовательном соединении нагрузки (например, параллельного контура), источника питания и выходных электродов транзистора (рис. 8.2,а). Если нагрузкой АЭ является фидер или антенна, между ними включается согласующее устройство (СУ). В этом случае последовательное соединение возможно, если в составе согласующего устройства имеется шунтирующая индуктивность, то есть СУ является полосно-про- пускающим фильтром (рис. 8.2,б) или фильтром верхних частот (рис. 8.2,в).
Рис. 8.2
Для того чтобы выполнялись требования пунктов 1, 2, 3 предыдущего раздела, необходимо предъявить определенные требования к блокировочным элементам схем, которые обозначены как Сб и Lб.
В схеме 8.2,а в качестве коллекторной нагрузки используется параллельный контур СК, LК, настроенный на частоту сигнала, подаваемого в базовую цепь. Нагрузка должна быть включена между коллектором и эмиттером транзистора.
39
К коллектору контур подключен непосредственно, а к эмиттеру – через блокировочный конденсатор Сб. Переменные составляющие коллекторного тока протекают через последовательно соединенные нагрузку и Сб. Если реактивное сопротивление этого конденсатора на рабочей частоте ω будет много меньше резонансного сопротивления контура RК, то падением напряжения на нем можно пренебречь по сравнению с напряжением на контуре. Следовательно, практически все напряжение UК падает на сопротивлении нагрузки и потери мощности не происходит.
Из выше сказанного вытекает критерий выбора емкости блокировочного конденсатора Сб.
1/ωCб << RК.
На практике сопротивление блокировочного конденсатора выбирают в 100 - 200 раз меньше сопротивления нагрузки генератора, следовательно
1/ωCб = RК / (100 – 200).
При таком выборе емкости блокировочного конденсатора потеря напряжения на нагрузке составит всего (0,5 – 1,0)%.
Необходимость в индуктивности Lб возникает в том случае, если от одного источника ЕК питаются предыдущие менее мощные и последующие более мощные усилительные каскады передатчика. Весьма вероятен обмен высокочастотной энергией между каскадами через общий источник питания, что может вызвать самовозбуждение усилителя. Для устранения взаимного влияния между усилительными каскадами передатчика в провод, подводящий питание к коллекторной (анодной) цепи включается блокировочная индуктивность Lб, величина которой не критична. Выбирают ее так, чтобы сопротивление Lб переменному току многократно превышало величину сопротивления Сб.
ωLб = (100 – 200)/ωCб.
Требования пунктов 1,2 и 3 малого омического сопротивления катушек ин-
дуктивности (LК, L1, L2, Lб) выполняются в схемах рис. 8.2 достаточно хорошо. Сопротивление для гармоник тока коллектора определяется для схем 8.2,а и 8.2,б сопротивлением параллельного контура, а для схемы рис. 8.2,в – сопротивлением фильтра верхних частот.
Чтобы выполнялось требование пункта 2, величина сопротивления коллекторной нагрузки ГВВ для высших гармоник должна быть как минимум на порядок меньше сопротивления коллекторной на-
грузки на основной частоте.
Следует заметить, что на высоких частотах в ламповых ГВВ емкость контура может состоять по существу из одной выходной емкости лампы. В этом случае через блокировочную емкость Сб (рис. 8.3) будет протекать не первая гармоника Ia1 анодного тока лампы, а ток контура, величина которого равна: IКОНТ = QIa1. Требования к величине блокирующей емкости формулируются иначе
Рис. 8.3
UCб<UКЭ/(100 – 200), откуда Сб>(100 – 200)CВЫХ.
В последовательной схеме питания правильно рассчитанные блокировочные элементы не оказывают существенного влияния на работу генератора. Это большое достоинство рассматриваемой схемы. В качестве недостатка следует отметить то, что нагрузка генератора находится под напряжением питания относительно корпуса передатчика. В ламповых генераторах при высоких питающих напряжениях требуется тщательная изоляция элементов колебательных контуров от корпуса передатчика.
От последнего недостатка свободна схема параллельного питания выходной цепи генератора.
Параллельная схема питания выходной цепи генератора
В параллельной схеме питания выходной цепи ГВВ источник питания включается параллельно нагрузке. Некоторые варианты параллельной схемы питания изображены на рис. 8.4. Сопротивление блокировочной индуктивности Lб для токов высокой частоты должно быть много больше, чем сопротивление нагрузки ГВВ. В противном случае в эту индуктивность будет ответвляться значительная доля тока IК1, что приведет к потере колебательной мощности. В свою очередь сопротивление емкости связи CСВ должно быть много меньше сопротивления нагрузки, так как она включена последовательно с нагрузкой.
X L > (100 − 200)RКЭ ; |
XC |
б |
< X L / (100 − 200); |
б |
|
б |
XCсв < RКЭ /(100 − 200);
Вотличие от последовательной схемы элементы нагрузки генератора не находятся под напряжением источника питания. Это достоинство схемы парал-
лельного питания. Однако при неудачной конструкции Lб параллельная схема выходной цепи генератора неудовлетворительно работает в широком диапазоне частот, потому что паразитные параметры блокировочной индуктивности, например, собственная емкость, шунтируют нагрузку.
Рис. 8.4
41