Назначение, принципы работы и основные энергетические характеристики генераторов с внешним возбуждением
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.
Напомним суть указанного преобразования энергии.
Рис.1.2. Упрощенная схема ГВВ
Рассмотрим упрощенную схему ГВВ на рис.1.2, на которой показан трехэлектродный ЭП, к управляющему электроду которого подключены источник напряжения смещения Есм и внешнего высокочастотного напряжения возбуждения uвх(t), а к выходному электроду-источник питания Еп и нагрузка с некоторым сопротивлением Zн. 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-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
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.
Структура реального ГВВ в действительности сложнее показанной на рис.1.2: необходимо обеспечить требуемые формы колебаний на электродах ЭП и нагрузке ГВВ, условия эффективного электрического режима, разделить пути протекания постоянных и переменных токов и др. Обобщенная структурная схема ГВВ на одном ЭП принимает при этом вид, показанный на рис.1.3.
Рис.1.3.Обобщенная структурная схема ГВВ.
В общем случае в состав ГВВ входят электронный прибор (ЭП), цепи смещения и питания и 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.
Согласующие цепи выполняют две основные функции: 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.
Источник
Принцип действия генератора с внешним возбуждением ГВВ
Общие сведения
ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называют каскад радиопередатчика, в котором энергия источника постоянного напряжения преобразуется в энергию высокочастотных колебаний активным элементом (АЭ), управляемым периодическим сигналом внешнего возбуждения. 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 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.
Любой ГВВ содержит активный элемент, цепи возбуждения, нагрузки и питания. Назначение цепи возбуждения заключается в подаче сигнала на вход АЭ. Нагрузкой ГВВ являются (колебательные системы, настроенные на рабочую частоту ГВВ и обеспечивающие выделение энергии высокочастотных колебаний. Цепь питания обеспечивает подачу энергии источника постоянного тока на АЭ, который преобразует ее в энергию колебаний.
В радиопередающих устройствах ГВВ выполняют роль промежуточных и выходных каскадов.
Простейшие принципиальные схемы лампового и транзисторного ГВВ приведены на рис. 1.1, а, б. Основными элементами такого генератора являются: электронная лампа VL1 (транзистор VT1), колебательный контур LC, элементы связи с предыдущим каскадом LCB и источник питания выходной цепи Еа (или Ек). На вход генератора в цепь управляющей сетки лампы подают два напряжения: постоянное напряжение смещения Есм, которое определяет начальное положение рабочей точки на характеристике лампы и переменное напряжение радиочастоты uс, называемое напряжением возбуждения.
С целью упрощения расчета и анализа работы генератора напряжение возбуждения принимают косинусондальным, т. е. ис =
= Uс cos Ѡt, где Uс — амплитудное значение напряжения возбуждения.
В результате действия в цепи управляющей сетки переменного напряжения возбуждения в анодной цепи лампы ток изменяется, т. е. Iа = Iа0+Iа
-амплитудное значение переменной составляющей, вызываемое напряжением возбуждения.
Колебательный контур в анодной цепи лампы настроен в резонанс с частотой напряжения возбуждения ю. Поэтому он оказывает переменной составляющей анодного тока Iа
большое и чисто активное сопротивление Rэ. Протекающая через контур переменная составляющая анодного тока, создает на нем падение напряжения, называемое колебательным напряжением на контуре uк= Uк cos Ѡt.
Вследствие усилительных свойств лампы амплитуда колебательного напряжения на контуре Uа значительно больше амплитуды поданного на вход напряжения возбуждения Uc. Мощность созданных в контуре колебаний будет больше мощности колебаний, поданных на вход генератора. Генератор с внешним возбуждением создает в контуре колебательную мощность Р
В зависимости от напряжения смещения, определяющего начальное положение рабочей точки на характеристике электронного прибора, различают два режима работы генератора: режим колебаний первого рода и режим колебаний второго рода.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Общие сведения о генераторах с внешним возбуждением.
Общие сведения о радиопередающих устройствах, назначение, классификация, основные параметры.
Обобщенная структурная схема современного радиопередатчика изображена на рис. 1.2.
Задающий генератор (или возбудитель) – 1 генерирует высокостабильные радиочастотные колебания в заданном диапазоне частот. Далее эти колебания усиливаются в предварительных каскадах 2 и поступают на оконечный усилитель мощности 3. Часто предварительные каскады передатчика работают в режиме умножения частоты РЧ колебаний. Это облегчает требования к возбудителю и повышает устойчивость работы передатчика, поскольку усиление ведется на различных частотах. Усилитель мощности 3 обеспечивает на выходе антенны (или фидера) заданную мощность РЧ колебаний. Антенная система 4 излучает РЧ колебания в пространство. Для управления ВЧ колебаниями служит модуляционное (или манипуляционное) устройство 5. Если передатчик работает с амплитудной модуляцией (АМ), то модуляционное устройство воздействует на оконечный или предварительные каскады. Если передатчик работает с частотной модуляцией (ЧМ) (манипуляцией), то модуляция (манипуляция) осуществляется в задающем генераторе 1. Устройство охлаждения ламп и контуров 8 поддерживает заданный тепловой режим передатчика, а устройство блокировки и сигнализации (УБС) 7 дает информацию о режиме работы передатчика и обеспечивает его включение и выключение, безопасность обращения с ним обслуживающего персонала. Источники питания 6 необходимы для подачи заданных питающих напряжений на лампы или транзисторы передатчика.
— по назначению – связные, радиовещательные, телевизионные, радиолокационные, радионавигационные, телеметрические и т.д.
— по мощности – маломощные (до 100Вт), средней мощности (до 10 кВт), мощные (до 1000 кВт) и сверхмощные (свыше 1000 кВт);
— по роду работы (виду излучения) – телеграфные, телефонные, однополосные, импульсные и т.д. Виды излучения обозначаются тремя индексами: первый (буква) характеризует вид модуляции: А – амплитудная, F – частотная, Р – импульсная; второй (цифра) определяет тип передачи: 0 – излучение немодулированной несущей, 1 – телеграфирование без модулирующей звуковой частоты, 2- тональная телеграфия и т.д.; третий индекс (буква) определяет вспомогательные характеристики.;
— по способу транспортировки – стационарные и подвижные (переносные, автомобильные, корабельные, самолетные и т.д.).
Классификация радиоволн (радиочастот).
3…30 кГц – ОНЧ (очень низкие частоты), мириаметровые.
30…3∙10 кГц – НЧ (низкие частоты), километровые.
300…3∙10 кГц – СЧ (средние частоты), гекаметровые.
3…30 МГц – ВЧ (высокие частоты), декаметровые.
30…3∙10 МГц – ОВЧ (очень высокие частоты), метровые.
300…3∙10 МГц – УВЧ (ультравысокие частоты), дециметровые.
3…30 ГГц – СВЧ (сверхвысокие частоты), сантиметровые.
30…3∙10 ГГц – КВЧ (крайне высокие частоты), миллиметровые.
300…3∙10 ГГц – КВЧ (крайне высокие частоты), децимиллиметровые.
Общие сведения о генераторах с внешним возбуждением.
Современные радиопередатчики содержат обычно несколько каскадов, реализующих различные функции. Большинство из этих каскадов имеют в своем составе активный элемент (электронный прибор – ЭП), нагрузку, источник питания ЭП и цепь возбуждения, по которой от источника возбуждения к ЭП подается РЧ сигнал, необходимый для функционирования этого каскада. Радиочастотный каскад с такими признаками носит название генератора с внешним возбуждением (ГВВ).
В передатчиках ГВВ могут выполнять разнообразные функции: усиливать РЧ колебания (усилители); повышать их частоту в целое число раз (умножители частоты); изменять амплитуду РЧ колебания по закону НЧ сообщения (амплитудные модуляторы). В качестве активного элемента ЭП, преобразующего энергию постоянного тока в энергию РЧ колебаний, в ГВВ применяют триоды, тетроды, пентоды, лампы бегущей волны (ЛБВ), пролетные клистроны, биполярные и полевые транзисторы. Используемые в передатчиках ГВВ возбуждаются, как правило, гармоническим током или напряжением и должны создавать на нагрузке также гармоническое напряжение. В промежуточных каскадах это необходимо для того, чтобы обеспечить возбуждение последующих каскадов гармоническим током или напряжением, а в оконечных – чтобы не излучать в пространство сигналы на гармониках рабочей частоты, мешающие другим системам.
Схемы ГВВ, выполняющие различные функции, весьма разнообразны. На рис. 2.1 для примера приведены простейшие схемы ГВВ. Входная цепь ГВВ на транзисторе (рис. 2.1а) содержит источник возбуждения, разделительный конденсатор Ср1 и резистор R6 для прохождения постоянной составляющей базового тока. Первая гармоника Iб1 проходит от источника возбуждения через Ср1 и промежуток база-эмиттер. Коллекторная цепь питается от источника с напряжением Ек. Чтобы постоянная составляющая коллекторного тока Iк0 не создавала падения напряжения на сопротивлении нагрузки Rн, для нее создана цепь через дроссель Lк. Переменная составляющая коллекторного тока проходит через Ср2. Для выделения на нагрузке гармонического напряжения при гармоническом возбуждении необходимо, чтобы транзистор не искажал форму колебаний, т.е. работал в классе А.
Если же транзистор должен работать в классе В (например, для повышения КПД), то используют двухтактную схему ГВВ (рис. 2.1.б), состоящую как бы из двух однотактных ГВВ, работающих по очереди на общую нагрузку Rн.
Ламповые ГВВ используются, как правило, в мощных каскадах передатчиков, работающих с высоким КПД. Для этого лампы должны работать в классах В или С, а для восстановления выходного гармонического сигнала в анодную цепь обязательно включают колебательный контур или более сложный фильтр.
На рис. 2.1. в, представлена схема ГВВ на генераторном триоде. Здесь имеется входная цепь (элементы Ср, Lс, Сбл1), цепь анодного питания (источник напряжения Еа, дроссель Lа, катушка Lк). Переменная составляющая анодного тока проходит через лампу, колебательный контур Lк Ск и блокировочный конденсатор Сбл2. В этом ГВВ колебательный контур настроен на рабочую частоту и обладает высокой добротностью Qр. На колебательном контуре при работе ГВВ выделяются почти гармонические колебания с частотой возбуждения.
Источник