Генераторы с внешним возбуждением реферат
Обновлено: 02.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Equation Chapter 1 Section 1Министерство образования и науки Украины
УКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Расчетно-пояснительная записка
Группы ДРЭ-Э4-1, учебный шифр ДРЭ-Э4-019 РЭКС
Ролик А.Н.______________ Дата окончания проекта Руководитель проектаСахацкий Д.В. Харьков 2007 Украинская инженерно-педагогическая академия Кафедра: Автоматики и радиоэлектроники Дисциплина: Приемо-передающие устройства Специальность: Электроника, радиотехника, электронная схемотехника и связь Курс 4Группа ДРЭ-Э4-1Семестр 7 ЗАДАНИЕ на курсовой проект студентки Ролик Анны Николаевны
Тема проекта: Генератор с внешним возбуждением Срок сдачи студентом законченного проекта Исходные данные к проекту: Генератор однокаскадный с внешним возбуждением. Электронная лампа-триод. Рабочая частота 12 МГц. Выходная мощность на первой гармонике 25 кВт. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
Выбрать схему генератора и лампу для обеспечения заданной мощности в рабочем диапазоне частот Расчет электронного режима работы генератора Расчет электрической схемы генератора Разработка детальных чертежей элементов резонансного контура генератора и составление принципиальной схемы генератора
Перечень графического материала:
Принципиальная схема генератора Чертежи элементов резонансного контура генератора Схема расположения элементов генератора
Дата выдачи задания: 22.10.2007
Введение Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора с внешним возбуждением Расчет электронного режима лампы ГВВ Расчет и выбор блокировочных (разделительных) Equation Section (Next)конденсаторов и индуктивностей Расчет конструкции дросселейEquation Section (Next) Расчет выходной колебательной системы передатчика. Выбор контурных конденсаторовEquation Section (Next) Выбор контурных конденсаторовEquation Section (Next) Расчет конструкции контурной катушки индуктивности Equation Section (Next) Заключение
Список использованной литературы Введение Основные характеристики и параметры усилителей :
Чтобы правильно собрать и использовать усилитель, рассматривают
следующие три категории исходных данных:
природа и величина источников питания;токи, потребляемые усилителем;
тип и величина коэффициента усиления;частотные характеристики (частота среза, произведение коэффициента усиления на полосу, произведение частоты на мощность);входной и выходной импеданс;
погрешности и возможные ухудшения характеристик:
требуемый уровень точности коэффициента усиления;линейность характеристики;внутренние шумы;
предельные величины напряжений и токовВыбор и обоснование принципиальной схемы генератора с внешним возбуждением В цепях каскада ГВВ одновременно могут действовать напряжения и протекать токи с существенно различными частотами:
рабочая (несущая радиочастота) и ее гармоника постоянный ток, напряжение модулирующая
Исходные данные к проекту: Генератор однокаскадный с внешним возбуждением. Электронная лампа-триод. Рабочая частота 12 МГц. Выходная мощность на первой гармонике 25 кВт.
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
Выбрать схему генератора и лампу для обеспечения заданной мощности в рабочем диапазоне частот
Расчет электронного режима работы генератора
Расчет электрической схемы генератора
Разработка детальных чертежей элементов резонансного контура генератора и составление принципиальной схемы генератора
Перечень графического материала:
Принципиальная схема генератора
Чертежи элементов резонансного контура генератора
Схема расположения элементов генератора
Дата выдачи задания: 22.10.2007
Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора с внешним возбуждением
Расчет электронного режима лампы ГВВ
Расчет и выбор блокировочных (разделительных) конденсаторов и индуктивностей
Расчет конструкции дросселей
Расчет выходной колебательной системы передатчика. Выбор контурных конденсаторов
Выбор контурных конденсаторов
Расчет конструкции контурной катушки индуктивности
Список использованной литературы
Основные характеристики и параметры усилителей :
Чтобы правильно собрать и использовать усилитель, рассматривают
следующие три категории исходных данных:
природа и величина источников питания;
токи, потребляемые усилителем;
тип и величина коэффициента усиления;
частотные характеристики (частота среза, произведение коэффициента усиления на полосу, произведение частоты на мощность);
входной и выходной импеданс;
погрешности и возможные ухудшения характеристик:
требуемый уровень точности коэффициента усиления;
предельные величины напряжений и токов
Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора с внешним возбуждением
В цепях каскада ГВВ одновременно могут действовать напряжения и протекать токи с существенно различными частотами:
рабочая (несущая радиочастота) и ее гармоника
постоянный ток, напряжение
модулирующая (звуковая) частота
напряжение и ток промышленной частоты
Схема каскада строится таким образом, чтобы:
существовали источники напряжений и токов нужных частот;
необходимые напряжения были приложены к электродам активных приборов;
на нужных элементах ГВВ возникали падения от нужных составляющих токов.
Цепи с токами и напряжениями не должны мешать друг другу: не создавать короткие замыкания или разрывы в цепях друг друга.
Электронные лампы имеют заметную емкость между управляющей сеткой и анодом, которая называется проходной. За счет проходной емкости происходит прямое прохождение энергии из входной цепи в выходную и обратная реакция выходной цепи на входную. Проходная емкость влияет на работу ГВВ даже когда лампа заперта большим отрицательным напряжением смещения, снято анодное напряжение или выключен накал лампы. Наличие обратной связи входной и выходной цепи ГВВ через проходную емкость может привести к самовозбуждению ГВВ. Для ослабления влияния проходной емкости в ламповых ГВВ с экранирующей сеткой (тетроды и пентоды), а также построение ГВВ по схеме с общей сеткой.
Несмотря на то, что проходная емкость тетродов в несколько десятков раз меньше емкости таких же по мощности триодов, последние находят преимущественное применение в диапазоне частот до 30 МГц в каскадах мощностью до 500-1000 кВт. Это связано с тем, что для таких мощностей сложно изготовить тетрод из-за трудностей охлаждения экранирующей сетки.
На высоких частотах (до 1000 МГц и выше) трудно обеспечить малое индуктивное сопротивление вывода экранирующей сетки в тетродах, поэтому и в этом случае преимущественное применение находят триоды.
Вынужденное применение триодов при больших мощностях или высоких частотах заставляет отказаться от включения ламп по схеме с общим катодом, обладающей наибольшим коэффициентом усиления по мощности и приводит к необходимости включения ламп по схеме с общей сеткой для ослабления проходной емкости Скс .
Как известно, возможны два варианта построения схем питания анодной цепи лампового ГВВ: последовательное и параллельное. Чаще применяется последовательное как самое простое. Кроме этого при последовательном питании колебательная система в анодной цепи лампы не шунтируется блокировочными деталями и их паразитными реактивностями. Особенностью последовательного питания является наличие постоянного напряжения анодного питания Ea на элементах колебательной системы. Для исключения условий самовозбуждения в области высоких частот лампу включают по схеме с общей сеткой.
Расчет электронного режима лампы ГВВ
По данным выходной мощности на первой гармонике и рабочей частоте генератора выберем лампу ГУ-25Б.
Поскольку проходная мощность обычно составляет 5-7% от выходной мощности, то при заданной полезной мощности определяется сначала расчетная мощность на 1-ой гармонике
25000 = 23750 Вт 76
Зададимся углом отсечки θ = 75°, учитывая, что максимальное КПД и выходная мощность будут при θ =70° - 90°.
Определим коэффициент использования анодного напряжения
где - коэффициент Берга 1-ой гармоники тока, берется из таблицы коэффициентов Берга для косинусоидальных импульсов.
- крутизна ВАХ лампы в граничном режиме
Амплитуда напряжения на аноде
0,958·12000=11 495 В 76
Амплитуда первой гармоники анодного тока
23750/11 495=4,132 А 76
Постоянная составляющая анодного тока
4,132· 0,269/0,4548=2,444 А 76
Мощность, потребляемая анодной цепью
12000· 2,444=29 328 Вт 76
Мощность, рассеиваемая на аноде
29 328 - 15,0 = 5 578 Вт 76
Коэффициент полезного действия анодной цепи
15,0 / 29 328 = 0,810 76
Амплитуда напряжения возбуждения
0,033·11 495 +4,132/[0,4548· 0,032(1-cos75°)]=766,25 В 76
где 30 = 0,033 – проницаемость лампы
0,033(12000-2000)= -333,33 В 76
766,25-0,033·11 495)·cos75°-333,33= -432,48 В 76
Амплитуда импульса анодного тока
-432,48/0,4548=5,374 А 76
Причем ток эмиссии катода выбранной лампы может обеспечить данную величину.
Максимальное значение модуля сеточного напряжения
Максимальное напряжение на сетке и остаточное напряжение на аноде
12000 - 11 495=505 В 76
Амплитуда импульса сеточного тока
5,374 = 0,269 А 76
Угол отсечки сеточного тока
Постоянная составляющая и амплитуда 1-ой гармоники сеточного тока
0,269·0,269·0,65=0,047 А 76
0,269·0,4548·0,7=0,086 А 76
где коэффициенты и учитывают некосинусоидальную форму импульсов сеточного тока.
Мощность, потребляемая цепью сетки от предыдущего каскада
766,25·0,086/ 2=32,77 Вт 76
Мощность, потребляемая от источника смещения
-432,48· 0,047= -20,32 Вт 76
Мощность, рассеиваемая на управляющей сетке
32,77-20,32=12,45 Вт 76
Определяется проходная мощность
766,25·4,132 / 2=1 583 Вт 76
Определим полную выходную полезную мощность
15,0+1 583=25 333 Вт 76
Найдем полное сопротивление нагрузки в анодной цепи
(766,25+11 495)/4,132=2 967 Ом 76
Расчет и выбор блокировочных (разделительных) конденсаторов и индуктивностей
Блокировочную емкость определяют из условия
где выходная емкость лампы соответствует емкости лампы анод-катод .
Индуктивность блокировочного дросселя определяется из условия
144000000·225=4,630 мГн 76
Блокировочные элементы и образуют паразитный колебательный контур, собственная резонансная частота которого не должна попадать внутрь рабочей полосы частот передатчика. Поэтому берут ниже рабочей полосы:
Конденсатор находится под большим напряжением радиочастоты и напряжением смещения . Через него протекает переменная составляющая тока управляющей сетки.
Необходимая величина емкости достигается параллельным включением нескольких (4-8 или более штук) конденсаторов с малой собственной индуктивностью, например, конденсаторов типов К15У-1а и КВИ-3.
Блокировочный дроссель выполняет вспомогательную роль – препятствует попаданию тока радиочастоты в цепи питания. Его индуктивное сопротивление должно быть во много раз больше, чем сопротивление конденсатора
(75398224·9000·)=110,5 Ом 76
где 75398224 рад/с
Через дроссель протекает постоянная составляющая тока сетки.
Конденсаторы являются разделительными и их сопротивление для радиочастоты должно быть во много раз меньше, чем входное сопротивление лампы.
где - входная емкость лампы, соответствующая емкости сетка-катод =55 пФ.
Конденсаторы выполняют вспомогательную роль. Они создают кратчайший путь для тока радиочастоты, прошедшего через дроссель, препятствуя попаданию этого тока в провода питания цепи накала. На практике емкость этих конденсаторов в каскадах мощностью в несколько десятков киловатт принимают примерно 3-5 нФ и используют конденсаторы типа К15У-2. Примем номинальное значение конденсатора .
Катодные дроссели предназначены для того, чтобы предотвратить короткое замыкание напряжения возбуждения через цепь питания накала. Накальный трансформатор для токов радиочастоты представляет собой большую емкость по отношению к корпусу передатчика. Через дроссели протекают ток накала лампы, токи и и некоторый ток высокой частоты, обусловленный конечной величиной реактивного сопротивления дросселя .
Так как ток накала гораздо больше других токов, то по нему выбирается сечение провода дросселя.
Дроссели должны обладать такой индуктивностью, чтобы, будучи включенными, параллельно входу лампы существенно не снижали бы входное сопротивление ступени
8·766,25/(4,132+0,086)=1453,4 Ом 76
отсюда индуктивность катушки равна
Расчет конструкции дросселей
Для обеспечения устойчивости работы ГВВ по отношению к дроссельным паразитным колебаниям необходимо, чтобы индуктивность сеточного дросселя была бы в 3-5 раз меньше индуктивности анодного
4,630/4=1,157 мкГн 76
Диаметр провода сеточного дросселя , мм, определяется исходя из величины постоянной составляющей тока, протекающего через дроссель
Применим провод марки ПЭВ-1 диаметром 0,11 мм и диаметром в изоляции 0,135 мм.
Обычно провод наматывается на каркас из фарфоровых труб. Выберем трубу диаметром D=0,02 м. Для уменьшения собственной емкости обмотки дросселей их выполняют удлиненной формы
Определим количество витков N провода с изоляцией, которое можно расположить при сплошной намотке на длине l:
80/0,135=17 витков 76
Определим шаг намотки
Затем определим напряжение между соседними витками при сплошной намотке
114,95/17=6,76 В 76
где 11 495=114,95 В
Для катодного дросселя с индуктивностью L=19,276 мкГн выберем провод исходя из протекающего через него тока
Применим провод марки ПБД с диаметром в изоляции 5,2 мм
Выберем каркас диаметром D=0,06 м и с длиной
Рассчитаем количество витков
0,24/5,2=40 витков 76
Определим шаг намотки
Затем определим напряжение между соседними витками при сплошной намотке
114,95/40=6,14 В 76
Для блокировочного дросселя выберем провод
марки ПЭЛШО с диаметром в изоляции 1,2 мм
Выберем каркас диаметром D=0,02 м и с длиной
Рассчитаем количество витков
0,08/1,2=34 витков 76
Определим шаг намотки
Затем определим напряжение между соседними витками при сплошной намотке
114,95/34=3,38 В 76
Длина провода, которым ведется намотка дросселя, должна соответствовать условию:
Расчет выходной колебательной системы передатчика
Выходная колебательная система ВКС передатчика должна трансформировать сопротивление нагрузки каскада (входное сопротивление антенны или фидера), имеющего в общем случае комплексный характер, в активное сопротивление анодной нагрузки лампы
0,958/4,132=2 967 Ом 76
В качестве простейшей ВКС принимают одноконтурную схему с нагрузкой подключаемой параллельно с емкостным сопротивлением XСВ , которое связывает нагрузку с контуром
Рис.1. Схема простейшей ВКС
Для расчета ВКС задаются расчетной мощностью генераторной лампы P1 , волновым сопротивлением фидера Wф = 75 Ом, КБВ = 0,8 и рабочим диапазоном волн передатчика.
Среднее значение волн заданного диапазона
Определяется коэффициент ослабления тока второй гармоники
где 0,258 · 5,374=1,39 А - амплитуда тока второй гармоники
75/0,8=93,75 Ом - входное сопротивление фидера.
Определим сопротивление связи
93,75/42,46=17,67 Ом 76
Рассчитывается вносимое в контур сопротивление
93,75/[(93,75/17,67)2+1]=3,21 Ом 76
Найдем сопротивление емкости ВКС
Определяется индуктивное сопротивление ВКС
2 967·3,21/97,72+93,75·3,21/17,67=114,67 Ом 76
Вычислим добротность нагруженного контура без учета собственных потерь
Определим также КПД контура
где для нашего передатчика 150 – добротность ненагруженного контура.
Вычислим полное активное сопротивление контура с учетом потерь
3,21/0,76=4,22 Ом 76
Найдем уточненные значения емкостного и индуктивного сопротивлений
Определим отдаваемую в фидер мощность
0,76·23750=18102 Вт 76
Вычислим амплитуду тока в емкостной ветви контура
11 495/114,67=67,35 А 76
Вычислим амплитуду тока в индуктивной ветви
Найдем напряжение на входе фидера
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
1. Лекция 16 Тема лекции: Генераторы с внешним возбуждением
2. 1-й вопрос: Общие сведения о ГВВ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Назначение и типы генераторов.
Сущность работы АГ и ГВВ.
Определение ГВВ.
Обобщённая и эквивалентная схемы ГВВ.
Сущность ГВВ.
Упрощенная схема ГВВ.
Сущность работы ГВВ.
Обобщённая структурная схема ГВВ.
Состав схемы ГВВ.
Функции согласующих цепей.
Типовая схема лампового ГВВ.
Состав схемы лампового ГВВ.
Схема на ламповом триоде и эпюры напряжений.
Алгоритм разработки ГВВ.
3. Назначение и виды генераторов
Основное назначение генератора состоит в
преобразовании энергии источника постоянного
тока в энергию ВЧ или СВЧ колебаний. Генераторы
подразделяются на два основных типа:
- автогенераторы, работающие в режиме
самовозбуждения или автоколебаний, частота
которых определяется параметрами самого
устройства;
- генераторы с внешним возбуждением,
работающие в режиме усиления входного сигнала
по мощности или умножения его частоты.
4. Сущность работы АГ и ГВВ
5. Определение ГВВ
• В обоих типах генераторов используются одни и
те же типы электронных приборов и
физические принципы их работы можно
рассматривать в рамках общей теории.
Генератор с внешним возбуждением – это
устройство, которое преобразует энергию
источников постоянного тока в энергию
высокочастотных колебаний только под
действием колебаний, поступающий от
задающего генератора или предыдущего
усилителя.
6. Обобщённая и эквивалентная схемы ГВВ
7. Сущность ГВВ
• Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет
собой устройство, в котором энергия источника питания
постоянного тока преобразуются в энергию
электромагнитных колебаний. Преобразование энергии
осуществляется в ГВВ с помощью активного элемента
(электронного прибора - ЭП), управляемого внешним
источником электромагнитных колебаний, поэтому
частота генерируемых колебаний определяется частотой
внешнего возбуждения.
• В качестве активных элементов в ГВВ передатчиков
используются электровакуумные триоды, тетроды,
пентоды, лампы бегущей волны, пролетные клистроны,
биполярные и полевые транзисторы, лавиннопролетные диоды и диоды Ганна.
8. Упрощенная схема ГВВ
9. Сущность работы ГВВ
• Допустим, напряжение смещения на управляющем электроде
установлено таким, что в исходном состоянии (в отсутствие внешнего
высокочастотного возбуждения) через ЭП протекает постоянный ток.
При включении источника внешнего возбуждения напряжение на
управляющем электроде периодически изменяется (с частотой
внешнего возбуждения). При этом периодически изменяется и ток,
протекающий через ЭП. Физические причины этого различны, в
зависимости от типа ЭП. Например, в биполярном транзисторе периодически изменяется концентрация носителей зарядов,
инжектируемых из эмиттера в базу, в полевом транзисторе - площадь
сечения канала, в лампе - концентрация электронов между сеткой и
катодом. В результате в выходной цепи ЭП наряду с постоянной
составляющей тока Iвых0 появляется и переменная составляющая
iвых~(t), создающая на сопротивлении нагрузки переменное
напряжение uн~(t).
• При относительно малых амплитудах напряжения uвх(t) зависимость
между ним и током iвых~ можно считать линейной. При этом форма
iвых~ будет той же, что и форма uвх(t).
• При большой амплитуде внешнего возбуждения форма переменной
составляющей iвых~(t) из-за нелинейности характеристик ЭП может
сильно отличатся от формы возбуждающего сигнала.
10. Обобщённая структурная схема ГВВ
11. Состав схемы ГВВ
В общем случае в состав ГВВ входят:
- электронный прибор (ЭП);
- цепи смещения и питания;
- согласующие цепи связи ЭП с источником возбуждения
на входе (ЦСвых) и с нагрузкой на выходе.
Источником возбуждения ГВВ в передатчике
является обычно предыдущий каскад, а нагрузкой входное сопротивление последующего каскада или
антенно-фидерного устройства.
Цепи питания и смещения обеспечивают
подключение источников требуемых напряжений
смещения и питания к электродам ЭП и содержат
элементы, разделяющие цепи постоянного и
переменного токов.
12. Функции согласующих цепей
• - преобразования сопротивлений и обеспечения
требуемых форм колебаний токов и напряжений
на электродах ЭП и нагрузке ГВВ. При этом ЦСвх
преобразует входное сопротивление ЭП в
сопротивление, равное внутреннему
сопротивлению источника возбуждения;
• - для наиболее полной передачи мощности к ЭП,
а ЦСвых преобразует сопротивление нагрузки в
некоторое другое сопротивление, которое
необходимо для обеспечения наиболее
выгодного (оптимального) режима ЭП.
13. Типовая схема лампового ГВВ
14. Состав схемы лампового ГВВ
• - электровакуумный прибор – тетрод;
• - выходную электрическую цепь –
параллельный колебательный контур;
• - входную электрическую цепь –
высокочастотный трансформатор;
• - цепи питания анода, управляющей и
экранной сеток.
15. Схема на ламповом триоде и эпюры напряжений
16. Алгоритм разработки ГВВ
• 1. Рассматриваются режимы работы
транзисторов в ГВВ, определяются
характеристики этих режимов и их связь с
энергетическими показателями ГВВ.
• 2. Анализируются особенности украшения
режимами ГВВ, а также условия обеспечения
требуемых показателей качества работы.
• 3. Осуществляется синтез оптимальной по
заданным критериям качества
принципиальной схемы ГВВ.
17. 2-й вопрос: Принципы работы ГВВ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Виды ГВВ по его функциям.
Выбор АЭ ГВВ.
Виды активных элементов ГВВ.
Принципиальные схемы ГВВ на транзисторах.
Актуальность транзисторов n-p-n типа.
Мощность и КПД ГВВ.
Применение параллельного КК в ГВВ.
18. Виды ГВВ по его функциям
• Генератор с внешним возбуждением является преобразователем
электрической энергии источника, обычно постоянного тока
(напряжения), в энергию электрических колебаний высокой частоты
f, причём указанное преобразование осуществляется при подаче на
управляющий электрод генераторного прибора внешнего
высокочастотного сигнала, чаще как напряжения, реже как тока,
изменяющегося с частотой . Частота электрических колебаний,
вырабатываемых генератором, либо равна частоте внешнего сигнала,
либо кратна ей в целое число раз: f = n , где n = 2, 3,… , либо
отличается на заданную величину. Соответственно, ГВВ выполняет
функции усилителя напряжения или усилителя мощности, либо
умножителя частоты, либо преобразователя частоты.
В том случае, когда частота генерируемых колебаний совпадает с
частотой возбуждения на входе, ГВВ является усилителем мощности
колебаний. Можно построить ГВВ, преобразующий частоту
колебаний, например, умножитель или делитель частоты, а также
смеситель, на выходе которого частота будет равна сумме или
разности частот двух входных сигналов.
19. Выбор АЭ ГВВ
• Выбор АЭ в ГВВ определяется диапазоном частот и требуемой
выходной мощностью колебаний. Анализ режимов работы ГВВ с
различными АЭ имеет в каждом случае специфические
характеристики, связанные с особенностями работы АЭ или
структурой остальных цепей схемы. Однако их проектирование,
принципы анализа и методы расчета ряда основных параметров
оказываются сходными. ГВВ должен вырабатывать колебания
требуемой мощности в заданной полосе частот.
• ГВВ могут быть построены на электронных лампах с
электростатическим управлением (в основном, на триодах и
тетродах, редко на пентодах), на транзисторах (биполярных и
полевых), на приборах с распределённым взаимодействием
электронов с электромагнитным полем – приборах СВЧ (ЛБВ,
пролётных клистронах, амплитронах).
Наиболее часто приходится разрабатывать ГВВ на электронных
лампах и транзисторах. Что касается ГВВ на ЛБВ, пролётных
клистронах, амплитронах, то здесь задача радиоспециалиста после
выбора соответствующего прибора, как правило, сводится к
разработке необходимого источника питания.
20. Виды активных элементов ГВВ
Основными элементами ГВВ на электронной
лампе и транзисторе являются: генераторный
прибор – лампа или транзистор, именуемый в
дальнейшем активным элементом (АЭ);
нагрузка в выходной цепи АЭ (в подавляющем
большинстве случаев параллельный
колебательный контур или родственная ему
электрическая цепь); электрические источники
питания (анода, сеток, накала в случае ламп;
коллектора, базы в случае биполярного
транзистора; стока и затвора в случае полевого
транзистора); цепь возбуждения.
21. Принципиальные схемы ГВВ на транзисторах
22. Актуальность транзисторов n-p-n типа
На биполярном транзисторе n-p-n типа представлена
схема с общим эмиттером. При использовании
биполярного транзистора p-n-p типа схема ГВВ имеет
аналогичный вид и отличается только полярностью
источников питания. В то же время высокочастотные
транзисторы, которые для устройств генерирования и
формирования
сигналов
(УГФС)
представляют
первоочередной интерес, в подавляющем большинстве
случаев являются транзисторами n-p-n типа, поэтому
актуально изучение схемы ГВВ применительно к этому
типу биполярных транзисторов. Полевые транзисторы
также существуют двух типов: с затвором p-типа и с
затвором n-типа, что сказывается только на полярности
источников питания. Класс биполярных транзисторов
для УГФС существенно шире, чем полевых.
23. Мощность и КПД ГВВ
• Достижимые уровни мощности у биполярных транзисторов больше,
чем у полевых. Однако, полевые транзисторы работают на более
высоких частотах и имеют существенно больший коэффициент
усиления по мощности.
Когда говорят о мощности любого электрического генератора, то
понимают под ней так называемую активную мощность,
выделяемую на активной (резистивной) составляющей
сопротивления нагрузки, то есть ту мощность, которая, так или иначе,
превращается в тепло. В электрических цепях стараются избегать
больших реактивных мощностей и вообще желательно их исключать.
В ламповых и транзисторных ГВВ реактивная мощность будет
отсутствовать, если в качестве нагрузки используется резистор.
Однако в высокочастотных ГВВ трудно, а с ростом частоты вообще
невозможно, реализовать нагрузку в виде резистора. Кроме того, как
известно из теории усилительных устройств низкой частоты, при
использовании резистора в качестве нагрузки лампы или транзистора
коэффициент полезного действия (КПД) усилительного каскада
оказывается низким, что невыгодно при больших уровнях мощности.
Большее значение КПД может быть получено в усилителях низкой
частоты по двухтактной схеме с трансформаторным выходом.
24. Применение параллельного КК в ГВВ
Применение параллельного колебательного
контура в качестве нагрузки АЭ позволяет
существенно повысить КПД генератора по
сравнению с резисторной нагрузкой. Кроме
того, параллельный колебательный контур
обладает свойством трансформации активной
(резистивной) составляющей сопротивления
полезной нагрузки генератора, что весьма
важно для реализации оптимального режима
работы АЭ. Отметим, что на схемах ГВВ
параллельный колебательный контур
образован элементами (ёмкость контура) и
(индуктивность контура).
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Лекция 16 Тема лекции : Генераторы с внешним возбуждением. Презентация на заданную тему содержит 24 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Лекция 16 Тема лекции: Генераторы с внешним возбуждением Учебные вопросы: 1. Общие сведения о ГВВ 2. Принципы работы ГВВ
1-й вопрос: Общие сведения о ГВВ Назначение и типы генераторов. Сущность работы АГ и ГВВ. Определение ГВВ. Обобщённая и эквивалентная схемы ГВВ. Сущность ГВВ. Упрощенная схема ГВВ. Сущность работы ГВВ. Обобщённая структурная схема ГВВ. Состав схемы ГВВ. Функции согласующих цепей. Типовая схема лампового ГВВ. Состав схемы лампового ГВВ. Схема на ламповом триоде и эпюры напряжений. Алгоритм разработки ГВВ.
Назначение и виды генераторов Основное назначение генератора состоит в преобразовании энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ или СВЧ колебаний. Генераторы подразделяются на два основных типа: - автогенераторы, работающие в режиме самовозбуждения или автоколебаний, частота которых определяется параметрами самого устройства; - генераторы с внешним возбуждением, работающие в режиме усиления входного сигнала по мощности или умножения его частоты.
Определение ГВВ В обоих типах генераторов используются одни и те же типы электронных приборов и физические принципы их работы можно рассматривать в рамках общей теории. Генератор с внешним возбуждением – это устройство, которое преобразует энергию источников постоянного тока в энергию высокочастотных колебаний только под действием колебаний, поступающий от задающего генератора или предыдущего усилителя.
Сущность ГВВ Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет собой устройство, в котором энергия источника питания постоянного тока преобразуются в энергию электромагнитных колебаний. Преобразование энергии осуществляется в ГВВ с помощью активного элемента (электронного прибора - ЭП), управляемого внешним источником электромагнитных колебаний, поэтому частота генерируемых колебаний определяется частотой внешнего возбуждения. В качестве активных элементов в ГВВ передатчиков используются электровакуумные триоды, тетроды, пентоды, лампы бегущей волны, пролетные клистроны, биполярные и полевые транзисторы, лавинно-пролетные диоды и диоды Ганна.
Сущность работы ГВВ Допустим, напряжение смещения на управляющем электроде установлено таким, что в исходном состоянии (в отсутствие внешнего высокочастотного возбуждения) через ЭП протекает постоянный ток. При включении источника внешнего возбуждения напряжение на управляющем электроде периодически изменяется (с частотой внешнего возбуждения). При этом периодически изменяется и ток, протекающий через ЭП. Физические причины этого различны, в зависимости от типа ЭП. Например, в биполярном транзисторе - периодически изменяется концентрация носителей зарядов, инжектируемых из эмиттера в базу, в полевом транзисторе - площадь сечения канала, в лампе - концентрация электронов между сеткой и катодом. В результате в выходной цепи ЭП наряду с постоянной составляющей тока Iвых0 появляется и переменная составляющая iвых~(t), создающая на сопротивлении нагрузки переменное напряжение uн~(t). При относительно малых амплитудах напряжения uвх(t) зависимость между ним и током iвых~ можно считать линейной. При этом форма iвых~ будет той же, что и форма uвх(t). При большой амплитуде внешнего возбуждения форма переменной составляющей iвых~(t) из-за нелинейности характеристик ЭП может сильно отличатся от формы возбуждающего сигнала.
Состав схемы ГВВ В общем случае в состав ГВВ входят: - электронный прибор (ЭП); - цепи смещения и питания; - согласующие цепи связи ЭП с источником возбуждения на входе (ЦСвых) и с нагрузкой на выходе. Источником возбуждения ГВВ в передатчике является обычно предыдущий каскад, а нагрузкой - входное сопротивление последующего каскада или антенно-фидерного устройства. Цепи питания и смещения обеспечивают подключение источников требуемых напряжений смещения и питания к электродам ЭП и содержат элементы, разделяющие цепи постоянного и переменного токов.
Функции согласующих цепей - преобразования сопротивлений и обеспечения требуемых форм колебаний токов и напряжений на электродах ЭП и нагрузке ГВВ. При этом ЦСвх преобразует входное сопротивление ЭП в сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника возбуждения; - для наиболее полной передачи мощности к ЭП, а ЦСвых преобразует сопротивление нагрузки в некоторое другое сопротивление, которое необходимо для обеспечения наиболее выгодного (оптимального) режима ЭП.
Состав схемы лампового ГВВ - электровакуумный прибор – тетрод; - выходную электрическую цепь – параллельный колебательный контур; - входную электрическую цепь – высокочастотный трансформатор; - цепи питания анода, управляющей и экранной сеток.
Алгоритм разработки ГВВ 1. Рассматриваются режимы работы транзисторов в ГВВ, определяются характеристики этих режимов и их связь с энергетическими показателями ГВВ. 2. Анализируются особенности украшения режимами ГВВ, а также условия обеспечения требуемых показателей качества работы. 3. Осуществляется синтез оптимальной по заданным критериям качества принципиальной схемы ГВВ.
2-й вопрос: Принципы работы ГВВ Виды ГВВ по его функциям. Выбор АЭ ГВВ. Виды активных элементов ГВВ. Принципиальные схемы ГВВ на транзисторах. Актуальность транзисторов n-p-n типа. Мощность и КПД ГВВ. Применение параллельного КК в ГВВ.
Виды ГВВ по его функциям Генератор с внешним возбуждением является преобразователем электрической энергии источника, обычно постоянного тока (напряжения), в энергию электрических колебаний высокой частоты f, причём указанное преобразование осуществляется при подаче на управляющий электрод генераторного прибора внешнего высокочастотного сигнала, чаще как напряжения, реже как тока, изменяющегося с частотой . Частота электрических колебаний, вырабатываемых генератором, либо равна частоте внешнего сигнала, либо кратна ей в целое число раз: f = n , где n = 2, 3,… , либо отличается на заданную величину. Соответственно, ГВВ выполняет функции усилителя напряжения или усилителя мощности, либо умножителя частоты, либо преобразователя частоты. В том случае, когда частота генерируемых колебаний совпадает с частотой возбуждения на входе, ГВВ является усилителем мощности колебаний. Можно построить ГВВ, преобразующий частоту колебаний, например, умножитель или делитель частоты, а также смеситель, на выходе которого частота будет равна сумме или разности частот двух входных сигналов.
Выбор АЭ ГВВ Выбор АЭ в ГВВ определяется диапазоном частот и требуемой выходной мощностью колебаний. Анализ режимов работы ГВВ с различными АЭ имеет в каждом случае специфические характеристики, связанные с особенностями работы АЭ или структурой остальных цепей схемы. Однако их проектирование, принципы анализа и методы расчета ряда основных параметров оказываются сходными. ГВВ должен вырабатывать колебания требуемой мощности в заданной полосе частот. ГВВ могут быть построены на электронных лампах с электростатическим управлением (в основном, на триодах и тетродах, редко на пентодах), на транзисторах (биполярных и полевых), на приборах с распределённым взаимодействием электронов с электромагнитным полем – приборах СВЧ (ЛБВ, пролётных клистронах, амплитронах). Наиболее часто приходится разрабатывать ГВВ на электронных лампах и транзисторах. Что касается ГВВ на ЛБВ, пролётных клистронах, амплитронах, то здесь задача радиоспециалиста после выбора соответствующего прибора, как правило, сводится к разработке необходимого источника питания.
Виды активных элементов ГВВ Основными элементами ГВВ на электронной лампе и транзисторе являются: генераторный прибор – лампа или транзистор, именуемый в дальнейшем активным элементом (АЭ); нагрузка в выходной цепи АЭ (в подавляющем большинстве случаев параллельный колебательный контур или родственная ему электрическая цепь); электрические источники питания (анода, сеток, накала в случае ламп; коллектора, базы в случае биполярного транзистора; стока и затвора в случае полевого транзистора); цепь возбуждения.
Актуальность транзисторов n-p-n типа На биполярном транзисторе n-p-n типа представлена схема с общим эмиттером. При использовании биполярного транзистора p-n-p типа схема ГВВ имеет аналогичный вид и отличается только полярностью источников питания. В то же время высокочастотные транзисторы, которые для устройств генерирования и формирования сигналов (УГФС) представляют первоочередной интерес, в подавляющем большинстве случаев являются транзисторами n-p-n типа, поэтому актуально изучение схемы ГВВ применительно к этому типу биполярных транзисторов. Полевые транзисторы также существуют двух типов: с затвором p-типа и с затвором n-типа, что сказывается только на полярности источников питания. Класс биполярных транзисторов для УГФС существенно шире, чем полевых.
Мощность и КПД ГВВ Достижимые уровни мощности у биполярных транзисторов больше, чем у полевых. Однако, полевые транзисторы работают на более высоких частотах и имеют существенно больший коэффициент усиления по мощности. Когда говорят о мощности любого электрического генератора, то понимают под ней так называемую активную мощность, выделяемую на активной (резистивной) составляющей сопротивления нагрузки, то есть ту мощность, которая, так или иначе, превращается в тепло. В электрических цепях стараются избегать больших реактивных мощностей и вообще желательно их исключать. В ламповых и транзисторных ГВВ реактивная мощность будет отсутствовать, если в качестве нагрузки используется резистор. Однако в высокочастотных ГВВ трудно, а с ростом частоты вообще невозможно, реализовать нагрузку в виде резистора. Кроме того, как известно из теории усилительных устройств низкой частоты, при использовании резистора в качестве нагрузки лампы или транзистора коэффициент полезного действия (КПД) усилительного каскада оказывается низким, что невыгодно при больших уровнях мощности. Большее значение КПД может быть получено в усилителях низкой частоты по двухтактной схеме с трансформаторным выходом.
Применение параллельного КК в ГВВ Применение параллельного колебательного контура в качестве нагрузки АЭ позволяет существенно повысить КПД генератора по сравнению с резисторной нагрузкой. Кроме того, параллельный колебательный контур обладает свойством трансформации активной (резистивной) составляющей сопротивления полезной нагрузки генератора, что весьма важно для реализации оптимального режима работы АЭ. Отметим, что на схемах ГВВ параллельный колебательный контур образован элементами (ёмкость контура) и (индуктивность контура).
Читайте также: