лекции по УГФС (13-18) / Лекция 15

На частотах выше 10 МГц и при больших уровнях мощности двухтактные транзисторные генераторы строят на трансформаторах из отрезков длинных линий (трансформаторы на линиях – ТЛ)¹⁸, которые вносят меньшие паразитные индуктивности и ёмкости.

Возможная схема двухтактного ГВВ на биполярных транзисторах, включенных с общим эмиттером, с использованием ТЛ во входной и выходной цепях показана на рис.15.11.

В о входной цепи используется трансформатор Тр₁, выполненный по схеме симметрирующего ТЛ. Нагрузкой трансформатора является входное сопротивление последовательно включенных транзисторов VT1, VT2, равное 2U_МБ /I_Б1, где U_МБ - амплитуда напряжения возбуждения на входе одного транзистора; I_Б1 - амплитуда первой гармоники тока базы транзистора.

В генераторе по схеме (рис.15.11) имеет место режим возбуждения от источника тока. Возбуждение транзисторов осуществляется противофазной составляющей токов в проводах 1, 2 отрезка линии, образующей Тр₁, и равной I_Б1. Линия (провод) 3 необходима для обеспечения полной симметрии ТЛ. Трансформатор Тр₁ целесообразно изготовить из двух отрезков коаксиальной линии с волновым сопротивлением Z₀ = 2U_МБ /I_Б1. Один отрезок линии соответствует проводам 1, 2, а у другого отрезка используется только оплётка в качестве провода 3. Оба отрезка наматываются на кольцевой ферритовый магнитопровод. Точками на схеме (рис.15.11) помечены концы согласного включения обмоток. Режимы работы транзисторов устанавливаются с помощью делителей напряжения из резисторов R₁, R₂.

В выходной цепи генератора для связи с полезной нагрузкой R_Н используется трансформатор Тр₃, выполненный по аналогичной Тр₁ схеме. Волновое сопротивление коаксиальной линии, из отрезков которой изготавливается трансформатор Тр₃, должно быть равно сопротивлению нагрузки R_Н, то есть Z₀ = R_Н.

Трансформатор Тр₂ обеспечивает короткое замыкание токов чётных гармоник. Он должен изготавливаться из отрезка симметричной двухпроводной линии, чтобы не нарушать симметрию плеч генератора. Для обеспечения требуемой жёсткости конструкции отрезок линии наматывается на кольцевой ферритовый сердечник или диэлектрический каркас. Использование кольцевого ферритового сердечника является предпочтительным, так как при этом облегчается обеспечение короткого замыкания токов чётных гармоник. Трансформаторы Тр₂ и Тр₃ могут быть размещены на общем кольцевом магнитопроводе с соблюдением согласного включения обмоток. Длина отрезков линий обоих трансформаторов при размещении на общем магнитопроводе должна быть одинаковой и выбирается в пределах (0,05…0,1) λ_В, где λ_В - длина волны, соответствующая верхней рабочей частоте генератора (минимальная рабочая длина волны генератора). Чем меньше волновое сопротивление линии для изготовления Тр₂, тем лучше. Часто выбирают его в пределах (0,5…1,0) R_Н.

Двухтактные транзисторные генераторы с использованием ТЛ и обычных транзисторов реализуют на частоты до 30…80 МГц, что обусловлено трудностями обеспечения низкого сопротивления (короткого замыкания) по чётным гармоникам в коллекторной цепи транзистора.

На частотах от 100 МГц до 1 ГГц двухтактные генераторы выполняют на так называемых «балансных» транзисторах, представляющих собой сборку из двух транзисторов одного типа проводимости, размещённых в одном корпусе. Как правило, внутри корпуса балансного транзистора во входной и коллекторной цепях размещаются дополнительные L- и С- элементы, которые вместе с внешними LC- элементами образуют входные и выходные согласующие цепи и цепи коррекции АЧХ, спроектированные на заданный рабочий диапазон балансного транзистора. На входе и выходе двухтактного генератора на балансном транзисторе обычно включают ТЛ, во-первых, для повышения (понижения) нагрузочных сопротивлений и, во-вторых, для перехода от несимметричных к симметричным нагрузкам. Как правило, эти функции разделяют между двумя отдельными ТЛ в каждой цепи. Рабочая полоса частот двухтактного ГВВ на балансном транзисторе может составлять 100…200 МГц и более.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 15:

1. Перечислите достоинства и недостатки параллельного и двухтактного включений АЭ. Что общего и в чём различие параллельного и двухтактного включений АЭ?

2. Покажите пути протекания постоянной и переменной составляющих анодных токов каждой лампы в схе- ме параллельного включения ламп рис.15.1.

3. Поясните своё понимание ощущаемого сопротивления при параллельном и двухтактном включениях АЭ. Почему при настроенном контуре нагрузки ощущаемое сопротивление оказывается комплексным? Может ли ощущаемое сопротивление оказаться чисто реактивным?

4. Поясните появление коэффициентов 1/2 и 2 у элементов в схеме рис.15.4.

5. Покажите пути протекания переменных составляющих анодных токов каждой из ламп в схеме рис.15.5 через контур С_К, С_К, L_K. Протекают ли переменные составляющие анодных токов каждой из ламп через обе ёмкости С_К?

6. Покажите пути протекания переменных составляющих анодных токов каждой из ламп в схемах рис.15.7.

7. Поясните, почему контурный ток в схеме двухтактного генератора определяется как разность составляю- щих, обусловленных первыми гармониками токов каждой лампы.

8. Рассмотрите фильтрацию чётных и нечётных гармоник в схеме двухтактного генератора. Какие имеются особенности по сравнению с однотактной схемой?

9. Для обеспечения критического режима работы одной лампы требуется эквивалентное сопротивление кон- тура 1000 Ом. Каково должно быть эквивалентное сопротивление контура для обеспечения критического режима при включении параллельно 2-х и 3-х таких ламп? Каково должно быть эквивалентное сопротив- ление контура при включении двух ламп по двухтактной схеме? Каково должно быть эквивалентное со- противление контура при включении 4-х, 6-ти и 8-и подобных ламп по двухтактной схеме?

10. Поясните назначение элементов в схеме двухтактного ГВВ с использованием ТЛ (рис.15.11).

1 См. лекцию 13.

2 Третья (защитная) сетка у пентода обычно имеет потенциал катода, и вывод её соединяется с выводом катода внутри лампы.

3 В принятой записи комплексная амплитуда первой гармоники анодного тока лампы V1 совпадает с амплитудой I_{A1 V1} первой гармонической составляющей анодного тока лампы при разложении его на гармонические составляющие (15.1).

4 См. лекцию 8.

5 Современный мощный генераторный транзистор представляет параллельное включение внутри корпуса до 100…1000 и более элементарных транзисторов.

6 См. лекцию 13, рис.13.10, где подобные резисторы обозначены R_ДОП.

7 См. лекцию 12.

8 Отличные от них генераторы обычно (часто) называют однотактными.

9 Часто в двухтактном ГВВ выбирают θ = 90°, что способствует повышению фильтрации высших гармоник. Этот вопрос обсуждается ниже.

10 См. лекцию 11.

11 Напомним, что в случае неполного включения параллельного контура амплитуда контурного тока I_КОНТ связана с амплитудой тока возбуждения I₁ соотношением (см. лекцию 10): I_КОНТ = рQI₁, где р - коэффициент включения контура; Q - добротность контура с учётом собственных потерь и нагрузки.

12 Напряжения полезных (первых) гармоник на анодах ламп находятся в противофазе.

13 Обратим внимание, что если у лампы, как в однотактной, так и в двухтактной схеме, реализовать режим с углом отсечки анодного тока θ = 90°, то высшие нечётные гармоники в составе анодных токов будут отсутствовать (теоретически) и соответственно их не будет в нагрузке.

14 В отдельных случаях двухтактное включение двух менее мощных, но более долговечных ламп позволяет реализовать генератор с большим сроком службы, чем у генератора с такой же мощностью на одной мощной лампе.

15 Соотношения для параллельного включения используются, если в плече двухтактного генератора включено 2 и более ламп.

16 В генераторе с общей сеткой нагружающий источник возбуждения ток (см. лекцию 14) является суммой анодного и сеточного токов (катодный ток). Этот ток также носит импульсный характер и появляется в однотактном генераторе на время , где θ - нижний угол отсечки анодного тока лампы (θ ≈ 90° в генераторе с общей сеткой). В двухтактном генераторе с включением ламп с общей сеткой время существования импульсов входного тока в два раза больше (по импульсу от каждой лампы) и если θ = 90°, то есть π/2, то импульсы тока через источник возбуждения будут проходить в течение всего периода, обусловливая постоянство нагрузки.

17 Сказанное справедливо при косинусоидальной форме импульсов токов транзисторов. За счёт переходных процессов в трансформаторе при работе с θ < 180° форма импульсов токов искажается и высшие гармоники определённого уровня появляются.

18 См. лекцию 13, в конце.

252