Генераторы с внешним возбуждением. Основные схемы включения активных элементов и питания.
Режимы работы
Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет собой устройство, преобразующее энергию источников питания в энергию радиочастотных колебаний под действием напряжения возбуждения. Согласно ГОСТ 24375—80 генератором с внешним возбуждением называется генератор электрических колебаний, в котором мощность и частота выходного сигнала зависят от мощности и частоты входного сигнала. В передатчиках ГВВ используются в качестве усилителей мощности и умножителей частоты немодулированных и модулированных колебаний.
О
сновными
элементами ГВВ являются активный элемент
(АЭ), нагрузочная система (НС) и источник
питания (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема генератора с внешним возбуждением.
В состав ГВВ может входить один или несколько АЭ. Основная задача ГВВ — усиление мощности колебаний, одновременно на них могут возлагаться и другие задачи, например модуляция.
В качестве АЭ используются генераторные лампы, биполярные и полевые транзисторы, туннельные диоды и т. п. Выбор АЭ определяется необходимой мощностью выходных колебаний, рабочим диапазоном частот и другими технико-экономическими характеристиками. В авиационных радиопередающих устройствах наиболее часто используются ГВВ на биполярных транзисторах и лампах.
НС состоит из нагрузки и цепи согласования. Нагрузкой может быть входное сопротивление последующего каскада, антенна или фидер. В качестве цепей согласования применяют колебательные контуры, делители напряжения, трансформаторы. Они обеспечивают согласование выходного сопротивления АЭ с сопротивлением нагрузки. Одновременно решаются задачи Компенсации реактивной составляющей сопротивления нагрузки, фильтрации гармонических составляющих и стабилизации режима работы.
НС подразделяются на резонансные и апериодические. При значении эквивалентной добротности Qhc > 3 НС считается резонансной, а ГВВ узкополосным. В простейшем случае она имеет цепь согласования в виде параллельного колебательного контура, подключенного между выходом АЭ и нагрузкой. Для улучшения фильтрации высших гармоник могут применяться сложные многоконтурные цепи согласования. Полоса пропускания НС определяется шириной спектра усиливаемого сигнала. Резонансные НС наиболее часто используются в перестраиваемых ламповых и неперестраиваемых транзисторных ГВВ. Если эквивалентная добротность Qhc < 3 НС считается апериодической, а ГВВ широкополосным. В таких НС цепи согласования могут быть резисторными, дроссельными, трансформаторными, резисторно-дроссельными или резисторно-трансформаторными. Полоса пропускания апериодических НС достаточно широкая и определяется, например, диапазоном рабочих частот передатчика.
Такие НС применяются в транзисторных ГВВ, работающих в широком диапазоне частот. Например, в усилителе мощности передатчика УКВ-радиостанции Р-845м.
Необходимые стабилизированные напряжения подаются из блока выпрямителей передатчика, который питается от бортовой сети.
Схемы включения активных элементов
АЭ, применяемые в ГВВ, имеют три основных электрода: исходный (И), управляющий (У) и выходной (В). Исходным является электрод, который определяет эмиссию (исход) электронов (эмиттер в биполярном транзисторе, исток в полевом транзисторе, катод в лампе). Электрод, регулирующий ток прибора, называется управляющим (база в биполярном транзисторе, затвор в полевом транзисторе, управляющая сетка в лампе). Электрод, через который «вытекает» ток в НС, называется выходным (коллектор в биполярном транзисторе, сток в полевом транзисторе, анод — в лампе).
Различают усилители, у которых АЭ включен по схеме с общим исходным электродом, общим управляющим электродом и общим выходным электродом. Общим называется электрод, принадлежащий одновременно входной и выходной цепям ГВВ. Такая классификация схем дана только для переменных составляющих токов АЭ. В ряде схем включение по переменному току не соответствует включению по постоянному току.
В зависимости от того, какой электрод выбран общим, существенно различаются основные параметры ГВВ: коэффициенты усиления напряжения, тока, мощности, входное и выходное сопротивления.
Схема с общим исходным электродом (рис. 2. а) обеспечивает усиление тока и напряжения, поэтому коэффициент усиления, мощности в такой схеме наибольший по сравнению с другими схемами. Входное и выходное сопротивления достаточно большие. Эти достоинства позволяют широко применять такие схемы включения АЭ в передатчиках самолетных радиостанций, и их изучению будет уделено особое внимание.
В схеме с общим управляющим электродом (рис. 2. б) коэффициент усиления мощности меньше, чем в первой схеме, из-за отсутствия усиления тока. Входное сопротивление мало, что усложняет согласование сопротивлений между каскадами, а выходное — большое. Названные недостатки ограничивают использование такой схемы, однако она находит применение на дециметровых и более коротких волнах из-за меньшей проходной емкости.
Схема с общим выходным электродом (рис. 2. в) имеет коэффициент усиления напряжения меньше единицы, следовательно, усиление мощности происходит только за счет усиления тока. Входное сопротивление большое, а выходное — малое. Выходное напряжение не изменяет фазу по сравнению с входным, поэтому схема применяется в качестве повторителей и для согласования сопротивлений между каскадами.