5. Особенности работы гвв на комплексную нагрузку аэ. Настроечные (регулировочные) характеристики генератора

Уравнение выходного тока АЭ ГВВ для основной области статических ВАХ, записанное, например, в терминах лампового генератора в виде (4.4)

(8.2)

и уравнение для области перенапряжённого режима в виде (4.16)

справедливы, как отмечалось в лекции 4, при любых амплитудных и фазовых соотношениях напряжений на электродах АЭ.

В случае настроенной нагрузки в выходной цепи АЭ генератора, когда сопротивление нагрузки для выделяемой гармоники выходного тока АЭ чисто активное, результирующие напряжения во входной и выходной цепях ГВВ определяются соотношениями (1.1), (1.2), согласно которым, например, для лампового генератора

Если нагрузка в выходной цепи АЭ генератора является ненастроенной, то есть сопротивление её носит комплексный характер для выделяемой составляющей выходного тока АЭ, то переменные напряжения в цепях ГВВ получают фазовый сдвиг относительно друг друга по сравнению со случаем настроенной нагрузки, а мгновенные напряжения в цепях, например, лампового ГВВ определяются соотношениями:

(8.3)

где - амплитуда переменного напряжения на нагрузке, соответственно, и на аноде лампы, определяемая как произведение амплитуды первой гармоники анодного тока лампына модуль комплексного сопротивления нагрузки;- фазовый сдвиг переменного напряжения на нагрузке (на аноде)относительно напряжения возбуждения

Отметим, что соотношение (8.3) для мгновенного напряжения на аноде справедливо при условии выделения на нагрузке только напряжения первой гармоники анодного тока, что допустимо, не считая случая линейных статических ВАХ и работу при этом с нижним углом отсечки анодного тока, если сопротивление нагрузки для первой гармоники анодного тока существенно больше, чем для любой другой гармонической составляющей выходного тока при работе с. В противном случае необходимо учитывать падение напряжения на нагрузке токов высших гармонических составляющих, а результирующее напряжение на аноде будет более сложной формы, чем даваемое (8.3).

Подставляя (8.3) в (8.2), получаем для основной области

, (8.4)

где - напряжение запирания анодного тока при принятом напряжении питания анода(см. лекцию 4).

Используя соотношения (8.3) и семейство статических ВАХ выходного тока АЭ, например, анодного тока лампы, можно, как и при настроенной нагрузке, построить динамическую характеристику (ДХ) анодного тока. Однако, если при настроенной нагрузке ДХ представляется отрезками прямых линий при кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ, то теперь ДХ представляет замкнутую, в силу периодичности процесса, кривую, совпадающую по форме с эллипсом, в общем случае усечённым.

Значения ωt, при которых происходит отсечка выходного тока АЭ, можно определить на основании (8.4), имея в виду, что отсечке соответствует значение тока

Раскрывая в (8.4) и приводя подобные члены, а также обозначая, как и раньше (лекция 4), значениеωt, при котором происходит отсечка тока, через , находим

(8.5)

Если то (8.5) приводится к известному выражению для нижнего угла отсечки анодного тока (4.15а)

Если D = 0, то, как следует из (8.5),

и в этом случае отсечка выходного тока АЭ не зависит от характера нагрузки, а импульсы выходного тока симметричны относительно периода сигнала возбуждения, то есть относительно ωt = 0; 2π и т.д.

Если и, то импульсы выходного тока оказываются асимметричными относительноωt = 0; 2π и т.д. Моменты отсечки тока слева и справа ωt = 0; 2π и т.д. определяются на основании (8.5). Анализ показывает, что при малых значениях D моменты отсечки отличаются от и отна одинаковую величину, меньшую, чем величина. В итоге результирующая ширина импульса тока остаётся, по-прежнему, равной 2θ. Центральная часть импульса, соответствующая максимальному току, несколько смещается относительно ωt = 0; 2π и т.д., а сам импульс оказывается несколько асимметричным относительно положения центральной части.

На рис.8.18 представлены аппроксимированные ДХ анодного тока лампы при работе в схеме ГВВ на комплексную нагрузку. Построения ДХ выполнены в предположении недонапряжённого режима для и. На рис.8.18 показаны также примерные формы импульсов анодного тока, соответствующие представленным ДХ. Если, то форма импульсов несколько отличается от косинусоидальной и импульсы асимметричны, причём, пришире правая часть импульса, а пришире левая часть. ЕслиD = 0, то импульсы симметричны и имеют косинусоидальную форму.

Очевидно, в общем случае в первом приближении с достаточной точностью можно определить постоянную и первую гармоническую составляющие импульсов выходного тока АЭ при работе на комплексную нагрузку как составляющие косинусоидальных по форме импульсов с соответстующей амплитудой, используя коэффициенты для угла, равного половине ширины получающегося импульса, который можно так же считать практически равным значению нижнего угла отсечки выходного тока при работе на настроенную нагрузку.

В силу асимметрии импульсов выходного тока АЭ ГВВ при , как следует из рассмотрения рис.8.18, первая гармоническая составляющая импульсов, очевидно, будет иметь фазовый сдвиг относительноωt = 0 в сторону, противоположную . Поэтому, если представить, используя комплексные амплитуды,

то , где- фазовый сдвиг первой гармоники выходного тока АЭ относительноωt = 0, то есть относительно сигнала возбуждения - фазовый угол комплексной нагрузки в выходной цепи генератора.

Так как при D = 0 оказывается = 0, то=. Припо величине<.

Если в качестве нагрузки в выходной цепи генератора используется параллельный колебательный контур, то модуль его сопротивленияи фазовый уголизменяются с частотой, как показано на рис.8.19.

При настроенном контуре сопротивление его максимальное и чисто активное, то есть,При расстройке контура относительно частоты выделяемой гармоники выходного тока АЭ модуль его сопротивления уменьшается и возрастает фазовый угол. ДХ выходного тока в процессе настройки генератора (настройки контура на частоту выделяемой гармоники) будут изменяться, как показано на рис.8.20.

По мере настройки контура возрастает его сопротивление и, как следствие этого, увеличивается напряжённость режима, уменьшается амплитуда импульсов выходного тока и уменьшается их общая площадь (импульсы по форме более приближаются к косинусоидальным), что в целом приводит к уменьшению постоянной составляющей выходного тока АЭ. Увеличение напряжённости режима по мере настройки контура обусловливает возрастание входного тока АЭ. Уменьшение постоянной составляющей выходного тока, например, анодного, и увеличение постоянной составляющей входного тока, например, сеточного, при настройке контура на выделяемую гармонику используется для настройки ГВВ по показаниям приборов, измеряющих постоянные токи во входной и выходной цепях генератора. Характер изменения показаний приборов, измеряющих постоянные составляющие токов анода (коллектора) и сетки (базы) показан на рис.8.21.

Если проницаемость АЭ мала и если при настроенном контуре, то есть при максимальном сопротивлении нагрузки, режим генератора оказывается недонапряжённым или критическим, то анодный, коллекторный ток в процессе настройки практически не будет изменяться, а в случае тетрода и пентода ток управляющей сетки может отсутствовать, поэтому в этих случаях не удаётся для настройки генератора использовать зависимости типа показанных на рис.8.21. В этом случае при настройке транзисторного генератора приходится ориентироваться только на показания прибора, измеряющего ток базы, а в тетродном и пентодном генераторах – на показания прибора, измеряющего постоянную составляющую тока второй сетки, которая возрастает с напряжённостью режима и соответственно достигает максимального значения при настроенном контуре.

Зависимости рис.8.21 и им подобные носят название настроечных (регулировочных) характеристик ГВВ.

При работе генератора на ненастроенный контур его энергетические показатели ухудшаются:

• уменьшается колебательная мощность, которая равна

где имогут быть существенно меньше, анемного больше, чем при настроенной нагрузке (при настроенной нагрузкеимеет максимальное значение, равное единице);

- возрастает потребляемая мощность от источника питания выходной цепи

где увеличивается как по причине возрастания амплитуды импульсов (приD = 0 амплитуда импульсов не изменяется), так и расширения их (постоянная составляющая определяется площадью импульса);

• возрастает мощность, рассеиваемая на выходном электроде: аноде, коллекторе

• уменьшается КПД анодной, коллекторной цепи