Глава 4.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫХОДНОГО ТОКА ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Ток в выходной цепи генератора (анодный или коллекторный) в генераторе с внешним возбуждением изменяется под влиянием двух переменных противофазных напряжений – входного и выходного. Для лампового генератора это

eС = EС + UС сosωt

и ea = Ea – Ua сosωt.

Следовательно, статические характеристики активных приборов не определяют однозначно характера изменения токов при работе генератора, так как они показывают зависимость токов в транзисторе или лампе только от одного переменного напряжения.

Полную информацию о токах в активном приборе дают динамические характеристики, которые можно построить во входной и выходной системах координат. Например, под динамической характеристикой анодного тока в

выходной системе координат понимается зависимость анодного тока от анодного напряжения ea с учетом одновременно изменяющегося напряжения на сетке eС. Динамическая характеристика того же тока во входной системе координат – это зависимость анодного тока ia от напряжения на сетке eС с учетом меняющегося напряжения на аноде ea [3].

Построить динамические характеристики можно только в том случае, если известны ЕС, UС, Ea и Ua. Если неизвестна хотя бы одна из этих величин, построить динамические характеристики невозможно.

Можно показать, что при идеализации статических характеристик активных приборов отрезками прямых динамические характеристики тоже представляются отрезками прямых.

Запишем соотношения для эмиссионного тока и напряжений на управляющей сетке и аноде

iS = S(eС + Dea – EС0);	(4.1)
еС = EС + UС coswt;	(4.2)
ea = Ea – Ua coswt.	(4.3)

Выразим из соотношения (4.3) coswt = (Ea – ea)/Ua и подставим в выраже-

ние (4.2):
	eС = EС + (Ea – ea)UС/Ua.							(4.4)
Подставив выражение (4.4) в формулу (4.1), получим
é		(Ea - ea )UC				ù
iS = S ê	EC +			+ De -	EC0	ú	;	(4.5)
		U
ê			a	a		ú
ë						û

Это уравнение прямой, которое показывает зависимость мгновенного значения тока эмиссии iS от мгновенного значения напряжения ea на аноде с учетом напряжения eС. Чтобы построить динамическую характеристику эмиссионного

18

Рис. 4.1

тока, достаточно найти две точки, лежащие на ней. Легко найти точки, соответствующие фазовым углам ωt = 0° и ωt = 90o. Этим углам соответствуют значения напряжений

eС (0°) = EС + UС = eС МАКС;

	еa (0°) = Ea – Ua = ea МИН;
и	eС (90°) = EС;

ea (90°) = Ea.

Вторая пара напряжений определяет так называемый ток покоя лампы Ia ПОК (в общем случае АЭ). Чтобы его найти, подставим соотношения (4.2), (4.3) в формулу iS = S[eС – ЕC′ + D(ea – Ea)]. После подстановки получим:

iS = S[EC − EC′ + (UC − DUa )сosω t]. (4.6) При ωt = 90о соотношение (4.6) определяет ток по-

коя (рис. 4.1) IПОК = S(EС – ЕC′ ). Для выбранного на

рис. 4.1 смещения ЕС < ЕC′ ток покоя имеет фиктивное

значение (IПОК < 0). Отложим эту ординату на рис. 4.2

при анодном напряжении еа = Еа (точка 0). Это ниж-

няя точка динамической характеристики эмиссионного тока. Конечно, продолжение динамической харак-

теристики в области iа < 0 недействительно. Для этой

области динамическая характеристика совпадает с осью абсцисс.

Верхнюю точку динамической характеристики эмиссионного тока позволяет найти первая пара напряжений (рис. 4.2, точки 1, 2, 3, 4).

Динамические характеристики эмиссионного тока для различных амплитуд напряжения Uа (точки 1, 2, 3, 4) показаны на рис. 4.2 тонкими линиями.

Чтобы построить динамические характеристики анодного тока, необходимо учесть, что левее точки пересечения динамической характеристики эмиссионного тока с линией граничного режима анодный ток определяется линией граничного режима, а правее – совпадает с динамической характеристикой эмиссионного тока. Динамические характеристики анодного тока на рис. 4.2 выделены жирными линиями. При малой амплитуде напряжения Ua (цифра 1) динамическая характеристика анодного тока совпадает с динамической характеристикой эмиссионного тока. При амплитуде напряжения на аноде, соответствующей варианту 4, динамическая характеристика анодного тока состоит из нескольких отрезков прямых линий:

–при еа < 0 – совпадает с осью абсцисс;

–при 0 < еа < еа4, (еа4 определяется точкой пересечения динамической характеристики эмиссионного тока с линией граничного режима) – совпадает с линией граничного режима;

–при еа > еа4 – совпадает с динамической характеристикой эмиссионного

тока.

19

Рис. 4.2

От соотношения между минимальным анодным напряжением еа МИН и максимальным сеточным напряжением зависит распределение тока эмиссии между анодом и сеткой. В режиме, который помечен «1», сеточный ток мал, а анодный практически равен эмиссионному. Импульс анодного тока имеет косинусоидальную форму. Этот режим называется недонапряженным. С увеличением Ua растет сеточный ток. С его ростом в импульсе анодного тока появляется провал, глубина которого тем больше, чем меньше становится остаточное напряжение на аноде. Режим с большими сеточными (базовыми) токами (режимы «3» и «4») называется перенапряженным, причем режим «4» более напряженный, чем режим «3». Пограничный режим «2» между недонапряженным и перенапряженным называется граничным.

Энергетические характеристики ГВВ, такие, как выходная мощность и КПД зависят от степени напряженности режима. Ниже будет показано, что в граничном режиме эти показатели близки к максимально возможным.

Контрольные вопросы.

1.В чем состоит отличие статических и динамических характеристик выходного тока ГВВ?

2.Дайте определение понятию «динамическая характеристика анодного тока в анодной системе координат».

20

3.Какие обстоятельства определяют степень напряженности режима ГВВ?

4.Какой режим ГВВ называется недонапряженным?

5.Исходный режим генератора – граничный. Как изменится степень напряженности режима, если увеличить UС?

21

Рис. 5.1

Глава 5. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР КАК НАГРУЗКА

ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Генератор с внешним возбуждением должен создавать на нагрузке гармоническое напряжение uН = UНсosωt в то время, как в выходной цепи генератора протекает ток, представляющий собой последовательность импульсов. Этот ток можно записать в виде ряда Фурье:

iВЫХ = I0 + I1сosωt + I2сos2ωt + I3сos3ωt + ...

Напряжение на нагрузке будет гармоническим в том случае, если нагрузка избирательна, то есть представляет собой сопротивление для одной из составляющих переменного тока. Для остальных же гармоник нагрузка генератора должна иметь сопротивление близкое по величине короткому замыканию. Часто в роли нагрузки выступает параллельный колебательный контур.

Если ГВВ работает в режиме усиления мощности, то контур настраивается на рабочую частоту ω. В режиме умножения частоты контур должен быть настроен на соответствующую гармонику основной частоты. В удвоителях частоты контур настраивается на частоту 2ω, в утроителях – на частоту 3ω.

Коллекторная цепь ГВВ в общем виде представлена на рис. 5.1.

Каждая из ветвей параллельного колебательного контура содержит как активное, так и реактивное сопротивления [4]. Сопротивление коллекторной нагрузки ГВВ равно:

ZК = Z1Z2 / (Z1+Z2), (5.1) где Z1 = r1+jx1, Z2 = r2+jx2.

На резонансной частоте в добротных колебательных контурах сопротивления r1 и r2 значительно меньше x1 и x2, а реактивные сопротивления равны по величине, но противоположны по знаку.

Подставив в (5.1) значения сопротивлений Z1 и Z2, пренебрегая слагаемыми, содержащими сомножители r1 и r2 в числителе дроби, получим сопротивление коллекторной нагрузки:

ZК = - x1x2 / (r+j(x1+x2)),

На резонансной частоте x1 + x2 = 0, поэтому сопротивление нагрузки ГВВ

имеет активный характер и равно:
RК = xСВ2/r,	(5.2)

где r = r1+r2, а xСВ = |x1| = |x2|. Сопротивление xСВ – это сопротивление, которое связывает колебательный контур с коллекторной (анодной) цепью генератора. Если контур включен в выходную цепь ГВВ полностью, то сопротивление связи равно характеристическому сопротивлению контура ρ, при неполном вклю-

чении xСВ = p ρ,

где p – коэффициент включения контура в выходную цепь генератора. После подстановки значения xСВ в (5.2) получим выражение для расчета ре-

зонансного сопротивления параллельного контура:

22