Министерство образования и науки Российской Федерации

▬▬▬▬

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬

А.Я. Сергеев В.Г. Токмаков

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Лабораторный практикум

Санкт-Петербург

Издательство Политехнического университета

2012

УДК 621.396.61

Сергеев А.Я., Токмаков В.Г. Исследование режимов работы и энергетических характеристик генератора с внешним возбуждением. Методические указания, описание и программа учебной лабораторной работы. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 13 с.

Лабораторная работа по курсу «Устройства генерирования и формирования сигналов» предназначена для студентов, обучающихся по программам подготовки бакалавров, магистров и дипломированных специалистов по направлениям «Радиотехника» и «Телекоммуникации».

Табл. 0. Ил. 2. Библиогр.: 1 назв.

Печатается по решению радакционно-издателького совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

© Сергеев А.Я., Токмаков В.Г., 2012

© Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2012

Содержание

1. Цель и задачи работы……………………………………………………4

2. Динамические характеристики и режимы работы усилителя мощности (генератора с внешним возбуждением)….………………...5

3. Энергетические характеристики (параметры) генератора с внешним возбуждением …………………………………………..……………….8

4. Программа и порядок выполнения работы………………………….....9

5. Содержание отчёта………………………………….………………….11

6. Библиографический список……….…………………………………...12

1. Цель и задачи работы.

Данная лабораторная работа выполняется методом компьютерного моделирования и компьютерного исследования работы лампового (триодного) генератора с внешним возбуждением на базе программы СПбГЭТУ, предназначенной для свободного распространения. Студенты при выполнения первой части этой работы должны получить представление о статических (проходных и выходных) кусочно-линейно аппроксимированных характеристиках генераторного триода, работе генератора с отсечкой тока, динамических характеристиках и режимах работы генератора, классифицируемых по углу отсечки и использованию анодного напряжения.

Во второй части работы студенты должны при компьютерном исследовании работы генератора ознакомиться с его основными энергетическими показателями и исследовать зависимость этих показателей от изменения параметров схемы усилителя, а также напряжений источников питания и смещения.

2. Динамические характеристики и режимы работы усилителя мощности (генератора с внешним возбуждением).

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) преобразует высокочастотные колебания малой мощности в высокочастотные колебания большой мощности за счет энергии источника анодного питания. На рис. 1 представлена схема ГВВ на электровакуумном триоде:

Рис. 1.

Элементы схемы выполняют следующие функции: колебательный контур L, C₁, C₂ настроен на 1-ю гармонику анодного тока и трансформирует реальное сопротивление нагрузки Z_n в сопротивление Z^′_n, которое «чувствует» лампа; C_p, L_p – служат для развязки ВЧ колебаний и постоянного тока.

E_a, E_g – напряжение источников питания и смещения.

Напряжение на сетке является суммой напряжения смещения E_g и мгновенного напряжения возбуждения u_g = U_gcosωt:

e_g = E_g + U_gcosωt.

Напряжение на аноде лампы определяется разностью напряжения источника питания E_a и мгновенного напряжения на контуре u_a = U_acosωt. При условии настроенного контура угол сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке ᵠ_н=0*, и e_a = E_a.

e_a = E_a – U_a cos ωt.

Следовательно, e_g и e_a в этом случае противофазны.

Работу усилителя мощности удобно рассматривать с помощью статических характеристик. В качестве основных используются проходные i_a=f(e_g) и выходные i_a=f(e_a) характеристики, рис. 2.

Рис. 2.

При кусочно-линейной аппроксимации этих характеристик динамические характеристики, связывающие между собой мгновенные значения i_a, e_g, e_a, представляют собой также отрезки прямых, которые можно построить по двум точкам. В семействах проходных и выходных характеристик:

1. ωt = 0, i_a = i_max, e_g = E_g + U_g = e_{g max},

e_a = E_a – U_a = e_{a min .}

2. ωt = π/2, i_a = 0, e_g = E^′_g,

E_a = E_a.

(на рис. 2 E_g = E^′_g)

При подаче на вход лампы напряжения u_g, анодный ток i_a определяется выражением:

i_a = S[E_g – E^′_g + (U_g – DU_a)cosωt],

где параметры S, D, S_гр и E^′_g определяются по кусочно-линейно аппроксимированным характеристикам (рис. 2), а наклонная линия АВ характеризует нагрузку.

Напряжение отсечки E^′_g соответствующее E_a при отличии E_a от E_{a ном} определяется выражением:

E^′_g0 = E^′_g0 – D(E_a – E_{a ном}), E^′_g0 = E^′_g при E_{a ном.}

Положение точки В на динамической характеристике определяет границу перехода усилителя мощности из недонапряженного режима в перенапряженный.

Недонапряженному режиму соответствуют положения рабочей точки на интервале ВАС, когда U_a не выходит за линию граничного режима ОВ. Перенапряженный режим получается при заходе динамической характеристики на линию граничного режима.

Судить о режиме можно по коэффициенту использования анодного напряжения ξ=U₁/E_a.

Угол отсечки тока θ определяет режим усилителя мощности по току (А, В или С), и, следовательно, гармонический состав импульса тока, в частности.

I₀ = i_max α₀(θ), I₁ = i_max α₁(θ), где α₁(θ) и α₀(θ) – коэффициенты Берга.