5.4 Методы расчета режимов гвв

ГВВ в передатчиках выполняют различные функции:

• усиление напряжения и мощности;

• умножение частоты;

• модуляция и др.

Вследствие этого анализ работы ГВВ применительно к той или иной реализуемой им функции обычно сводится к решению следующих задач:

1. Рассматриваются режимы работы ЭП в ГВВ, собранных по различным схемам, определяются характеристики этих режимов и связь их с энергетическими показателями ГВВ. Выбираются энергетически эффективные режимы.

2. Анализируются особенности управления режимами ГВВ, определяются связи между характеристиками режимов ГВВ и результирующими модуляционными характеристиками, а также условия минимума нелинейных искажений.

3. Устанавливается спектральный состав колебаний на выходе ГВВ – необходимый показатель для проектирования колебательных систем.

Однако общего метода, который бы позволил выполнить анализ ГВВ с различными ЭП без упрощений и приближений пока не существует. Главной причиной такого положения являются инерционность процессов в ЭП и нелинейность их характеристик. И поскольку инерционность процессов в ЭП прежде всего приводит к понижению выходной мощности и КПД ГВВ с такими приборами. То для понижения зависимости параметров ГВВ от степени инерционности ЭП их стали выпускать для различных диапазонов частот с различной инерционностью ( в лампах для более высокочастотных диапазонов уменьшают расстояние между электродами. в БПТ уменьшают толщину базы. В ПТ делают короче канал и уменьшают толщину области дрейфа). Вследствие этого при использовании в ГВВ. Например, лампы с граничной частотой 250МГц можно считать, что она безинерционна. Если рабочая частота ГВВ не превышает 200 – 250 МГц. Похожая ситуация имеет место и для транзисторов.

Таким образом, практическая необходимость учета инерционности процессов в ЭП была значительно снижена. В большинстве современных методов анализа ГВВ предполагают, что ЭП – безинерционный, и учитывают лишь его нелинейные характеристики. В ГВВ с БТ учет инерционности процессов сведен к учету частотной зависимости параметров транзистора.

Все имеющиеся и разрабатываемые методы анализа и расчета ГВВ, учитывающие только нелинейные свойства ЭП, различаются в основном лишь способом аппроксимации характеристик ЭП.

Различают:

• графоаналитический метод;

• аппроксимация отрезками прямых параллельных линий;

• аппроксимация веерообразно расходящимися прямыми;

• аппроксимация степенными рядами;

• аппроксимация математическими функциями.

В настоящее время продолжают совершенствоваться машинные методы анализа и расчета ГВВ с нелинейными и инерционными ЭП, использующие математические модели электронных приборов. Это направление наиболее перспективно, поскольку позволяет учитывать максимум особенностей ЭП, рассчитывать с желательной точностью характеристики, которые невозможно получить при использовании более простых методов.

5.5 Динамические характеристики выходного тока эп в гвв

Рассмотрим динамический режим генераторного триода, используя полученные выше аналогические выражения для анодного тока.

Будем считать переменное напряжение на сетке и на аноде гармоническим, а анодный контур – настроенным в резонанс на частоту возбуждения.

При таких условиях переменное напряжение на аноде будет обратным на фазе относительно переменного напряжения на сетке, и мгновенные напряжения на сетке и на аноде могут быть записаны в виде

u_g =Е_g+U_gcos ωt

u_a =Е_а+U_аcos ωt (5.1)

причем

U_а=I_а1 R_а (5.2)

В динамическом режиме одновременно изменяются как напряжение на сетке, так и напряжение на аноде.

Динамические режимы генераторов называются недонапряженными, если представляющая точка в течение всего периода колебаний находится в недонапряженной области, и перенапряженными, если в течение части периода представляющая точка переходит в перенапряженную область.

Условие недонапряженности режима можно представить в форме

u_gмакс <Ru_амин- Е_g ^|

Обратное неравенство справедливо для перенапряженных режимов. В соответствии с более или менее резко выраженными предыдущими неравенствами различают слегка и сильно недонапряженные режимы и слегка и сильно перенапряженные режимы.

Режим, соответствующий границе между недонапряженными и перенапряженными режимами, называют граничным режимом. Для этого режима

E_g+U_g=R(Е_а-U_а)-E_g^| (5.3)

После деления на S_грЕ_a это условие можно представить в виде

(5.4)

Величину будем называть напряженностью режима¹ и обозначить через

(5.5)

Таким образом, для случая граничного режима согласно (5.4)

(5.6)

В большинстве случаев величина ε_{гр ,} т.е. напряженность, соответствующая граничному, бывает порядка 0,7-0,95.

Переход от недонапряженного режима к перенапряженному происходит при возрастании амплитуд U_g или U_а, а также при уменьшении анодного напряжения Е_а или модуля Е_g отрицательного смещения.

Наилучшими в энергетическом отношении (максимум колебательной мощности и электронного к.п.д.) является граничные или слегка перенапряженные режимы.

В динамическом режиме, как уже отмечалось, одновременно изменяются как напряжение на сетке, так и напряжение на аноде. Поэтому изображающая точка не движется вдоль какой-либо одной из статистических характеристик i_а=f_а(u_g), а при своем движении переходит с одной статической характеристики на другую. Кривая, от которой движется изображающая точка в динамическом режиме, называется динамической характеристикой.