книги из ГПНТБ / Шумлянский, И. И. Проектирование радиопередающих устройств. Расчет основных режимов при усилении мощности и колебательные системы учеб. пособие
.pdfнедонайряженного, критического, слабо перенапряженного, граничного и сильно перенапряженного режимов показаны на рис. 5. Сохранение высоты импульсов суммарного тока
1 — COS
возможно при постоянстве расчетных амплитуд
/ = S(UC— DUa),
токов покоя
/ n = S [ £ c + D ( £ a - Z : ao)]
и, следовательно, условий отсечки тока
гпч fl — — А. _ _ |
A + ^ |
(£а ~ ^ао) |
(1) |
/ ~ |
Uc |
- D U a |
Последовательность периодически повторяющихся импуль сов содержит различные гармоники. Для недеформированных
Рис. 5. Форма импульсов анодного тока при различной на пряженности режима.
импульсов при разложении в ряд Фурье постоянная состав ляющая анодного тока
/ао = ~ (sin Ѳ— Ѳcos Ѳ).
иамплитуды каждой гармоники
sin [п — 1)6 |
sin (л + |
1) Ѳ |
п — 1 |
п -f |
1 |
Номера гармоник л > 0 определяются числами натурального ряда.
Амплитуды |
|
|
|
' |
первой гармоники (л= 1) |
/ а1= |
/ |
|
— (Ѳ — sin Ѳcos Ѳ), |
||
|
второй гармоники (л=-2) |
/a2 = |
21 |
|
ö-sin36, |
||
|
|
|
отг |
третьей гармоники (л=3) /а3 = / а2 cos Ѳ, четвертой гармоники (л = 4) Іаі = / а2 (1 — 1,2 sin2 Ѳ),
пятой гармоники (л=5) / а5= / а3 С1 — 1,6 sin2 Ѳ).
Раочет гармоник тока выше третьей дает заметную погреш
ность, связанную с линейной аппроксимацией характеристик лампы.
10
Относительное значение гармоник оценивают с помощью коэффициентов
ал = 7 — или ß„ = |
= “„(1 cos Ѳ). |
1 ет |
1 |
При малых сеточных токах в недонаіпряженном и критическом
режимах расчетное значение Іет определяет высоту анодного |
||||
импульса. Кривые основных коэффициентов |
?■„(Ѳ) даны на |
|||
рис. 6. Коэффициент постоянной составляющей |
|
|||
_sin Ѳ— 6cos О |
|
|
||
а ° — іг(1 — |
COS0) |
|
|
|
изменяется монотонно. |
_Ѳ— sin Ѳcos Ö |
|||
Коэффициент первой гармоники |
||||
ttl тс (1 — cos Ѳ) ' |
||||
|
||||
|
_ |
2 sin30 |
||
второй гармоники |
Зтс (1 — cos Ѳ)’ |
|||
третьей гармоники |
a3 = |
|||
a2 cos Ѳ. |
||||
Для импульсов с углом отсечки Ѳ>90° третья |
гармоника де- |
|||
фазирована и ее коэффициент аз — величина |
отрицательная. |
|||
Максимальные значения коэффициентов для кратных частот
0,552
удовлетворяют условию ая ^ ------ при оптимальных углах
—------ ‘ Кривые основных коэффициентов ß„ (cos 6) даны на |
||
ТЬ |
|
|
рис. 7. Коэффициент постоянной составляющей |
||
ßo = |
(sin 6 — Ѳcos Ѳ), |
|
первой гармоники ßj = |
(Ѳ — sin Ѳcos 6), |
|
|
2 |
|
второй гармоники ß2 = g^sin30 |
||
и третьей гармоники ß3 = |
ß2 cos Ѳ. |
|
На участках /гѲ=60—120° кривые ß„(cos0) для первой, вто рой и третьей гармоник мало отличаются от линейного закона
и допускают замену лилейными отрезками. |
Числовые значе |
|||||
ния коэффициентов |
а„(Ѳ) и ßn (cos Ѳ) |
даны |
в табл. |
2 прило |
||
жения. |
|
линейно-идеализированных харак |
||||
Уравнение статических |
||||||
теристик |
|
|
|
|
|
|
;a = S[ßc + D(<?a - £ |
a0)] |
|
(2) |
|||
и уравнение граничной линии ек на рис. 1,6 |
|
|
||||
|
= |
^rl^a |
^ao)- |
|
(^) |
|
Согласно равенствам |
(2) и |
(3) |
условие критического режима |
|||
v (^a |
^ao) “ |
~Ь & (^ao ~ ^ao)- |
(4) |
|||
11
Уравнение линии ек на рис. |
1,а или 2,а |
|
|
|
К = ~ К |
+ 0 (еа0- Д 10)]. |
|
В критическом |
режиме |
потенциал |
сетки ес = Ес+ (Jc |
и потенциал анода |
ея= Ея— U:K. |
? |
|
Рис. 6. Коэффициенты ап{0) для постоянной составляющей, первой, вто рой и третьей гармоник.
12
iJbn
Рис. 7. Коэффициенты ß„ (cos 0) для постоянной составляющей, первой, второй и третьей гармоник.
13
Согласно соотношению (4) амплитуда анодного напряжения
UaK= Е.л ~ ем — -U [£'с Н- Uc + D (еа0 — Еа(>)]
Из равенства (3), заменяя
;а = /т, еа= Е а{1 - у и ;0= 1 - - ^ ,
Е'Л
получим коэффициент использования
с |
U m |
t |
(5) |
*>к — |
ß |
— ‘•О SrE:t |
В перенапряженном режиме амплитуда Ua> ІІЯК. Согласно соотношению (4), заменяя ес = Ес + £/ссозф и ел — Еа —
— Uacos ф, найдем условие образования седловины
ПГ1„ л._UqЧ- у UaK
COS? = ,Г , гт ■
■Uc+ v U a
Высота анодного импульса Im— S rEa(S0 Расчетная амплитуда тока
I = S rEa £„ — ? cos ф cos ф—cos 0
•
; c'Os ф).
. .
(6)
(7)
В области седловины мгновенные значения тока изменя ются быстрее, чем в недонапряженном режиме. Крутизна спа дающего участка дина минеокой характеристики пропорцио нальна параметру
П = |
с |
и.л _ |
, |
cos ф |
cos О |
|
г / |
' |
5„ — ScösdT |
||
|
|
||||
Для большинства |
|
современных |
триодов еа0 — Ü и £0 = 1. |
||
Упрощение расчетных соотношений возможно также для мно гоэлектродных ламп, характеристики которых аппроксими
руются согласно рис. |
2,6. |
Для таких ламп |
коэффициент ис |
|
пользования |
|
|
|
|
|
-к— I |
Е |
(5м) |
|
условие образования седловины |
|
|
||
|
|
cosy = |
-5* |
(6м) |
и параметр перенапряженного режима' |
|
|||
п |
_ е .c o s ф — .cos Ѳ |
|
||
И — t |
1 _ |
é |
|
|
1’к
Вслаібо перенапряженном режиме (£<Ы коэффициенты разложения анодного импульса
;0 — £ cos 0 ,
= Р«(в) — (1 -Ь П) СФ) == э„(в) ■ L — ісовф ft, ОН- (8)-
14
и амплитуды гармоник анодного тока
І.ш = S[(U C- DUa)Vn[0) - ( ^ + * и я) т ь
В сильно перенапряженном режиме (^>ёо) условие раздвое ния импульса
COS О |
(9) |
Коэффициенты разложения в ряд Фурье
8« — Ря(ѳ) — f l -I-п ) Ря(ф) + П Ш |
|
(10) |
||
и аміплитуды гармоник анодного тока |
|
|
||
і.лп = S\(UC- |
о и а) ш |
• (krc + Vѵ м ± ) \ + З Д |
? » . |
|
Резонансные |
усилители |
мощности попользуют 'первую гар |
||
монику тока. Сопротивлением нагрузки генератора |
Ra — -Ц*~ |
|||
служит резонансное сопротивление контура R:i = |
pl |
• 1Ü'!, |
||
где L и С — реактивные параметры ів мкГн и пФ; |
|
|||
<рж2— коэффициент включения; |
|
|
||
г— внутреннее активное сопротивление с учетом ■реакции нагрузки и собственных потерь.
Колебательная мощность в анодной цепи |
Рк — |
Под |
|||||
водимая мощность постоянного тока |
РѴ= |
І.МЕ.Л. |
Потери мощ |
||||
ности |
на |
аноде |
лампы Р.( Рц— |
Р к. К.п. д. |
анодной щели |
||
т, = |
Р„ |
|
К |
|
|
|
|
■о" —ту По гДе коэффициент использования анодного тока |
|||||||
У) = |
Р» |
^ |
|
I |
|
|
|
/ |
> |
І.Для |
1 |
|
|
|
|
|
-р- |
повышения к.п. д.„анодной цепи уменьшают |
|||||
угол 0 или увеличивают коэффициент использования £.
Как указывалось выше, высота импульса суммарного тока
fem ^S (Uc - D U a)( 1-COsO),
откуда амплитуда сеточного напряжения |
|
Uс — DUа |
( И ) |
5(1 /— cos 0) |
Согласно равенствам (1) и ( 11) требуемое смещение на сетке
L~‘С— ^3 |
|
5(1 - cos б) |
12 |
Е = Е |
— |
hm COS О |
( ) |
|
|||
где напряжение сдвига рабочей характеристики |
Е3 — — D X |
||
Х(Е3—Е10). Пренебрегая малыми токами управляющей сетки при
15
ec < D (Еа0— еа0), определяем условие отсечки сеточного тока для триодов и для многоэлектродных ламп
cos Ѳс = -JJ \D{E3q |
ßao) — £'с] = |
COS О |
|
— $ C O S |
0) |
|
|||||
1 r r W " |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
(13) |
|
|
1 |
(АД>о — Ec) — cos ö3-j- De Es |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
cos 0C= j j |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Ur |
|
|
|
|
|
Для большинства |
генераторных |
ламп существуют |
харак |
||||||||
теристики анодного и сеточного |
токов, |
приводимые в завод- |
|||||||||
стсих каталогах |
и справочниках. Высоту сеточного |
импульса |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
ІСт'Определяют из ха |
|||||
|
|
|
|
|
|
рактеристик |
сеточ |
||||
|
|
|
|
|
|
ного тока |
при мак |
||||
|
|
|
|
|
|
симальном |
|
потен |
|||
|
|
|
|
|
|
циале сетки ес= Е с-\~ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Uc и |
|
минималь |
||
|
|
|
|
|
|
ном потенциале |
ано |
||||
|
|
|
|
|
|
да |
еа = Еа — Ua. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Импульсы |
сеточ |
|||
|
|
|
|
|
|
ного тока имеют фор |
|||||
|
|
|
|
|
|
му, |
показанную |
на |
|||
|
|
|
|
|
|
рис. 8. Для удобства |
|||||
|
|
|
|
|
|
расчета |
|
реальные |
|||
Рис. 8. Реальный и идеализированный |
им |
импульсы |
заменяют |
||||||||
пульсы сеточного тока. |
|
|
импульсами |
треу |
|||||||
грешностьрасчетанезначительна, |
|
|
гольной формы. По |
||||||||
если идеализированный им |
|||||||||||
пульссохраняетпервоначальную площадь. Последователь |
|||||||||||
ностьпериодически |
повторяющихся |
импульсов |
треугольной |
||||||||
формытакжесодержит |
различные |
гармоники. |
Постоянная |
||||||||
составляющая сеточного тока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
'сО = /с т ^ - |
|
|
|
|
|
|
(14) |
|
Амплитуда первой гармоники |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
' « = ^ * 0 |
- c o s 0 e) |
|
|
|
|
(15) |
|||
|
|
|
7tUc |
|
21 |
|
|
|
|
|
|
и'амплитуды высших гармоник /с„ = |
(1 — cos п 0С). |
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||
Здесь угол üc |
в радианах. Колебательная |
мощность |
в цепи |
||||||||
1 |
UcJcV |
Мощность, |
поглощаемая источником |
||||||||
сетки РС1= |
|||||||||||
смещения, Ас0 = |
— / с0£'с и потери мощности на сетке ЯС= Я С1 — |
||||||||||
— Яс0.На рисе 6 тру.нктирными линиями показаны также кри-
0 |
2 |
вые коэффициентов ас0 |
и ас1 = — (1 — cos Ѳс) для им- |
пульсов треугольной формы. |
|
16 "
Для линейно-идеализированных характеристик триода се точный ток в критическом или недонапряженном режимах
5
== (^а ^ао) === \^с ~І~ ^ (СчП ^-,ю)]»
где Sc — крутизна граничной линии ес на рис. 1,6. В динами ческих условиях, заменяя ec= E c+(Jc, найдем высоту сеточно-
го импульса |
5 |
|
|
|
|
|
|
Іст—~ £4(1 — cos Ѳс). |
|
|
|
||||
Высота |
иміпульса |
тока |
экранирующей |
сетки Ізт опре |
|||
деляется из |
характеристик |
лампы или |
приближенно как |
||||
|
|
|
|
ёэ_ |
|
|
|
Аналогично равенству |
|
gc |
|
|
|
||
(13) условие отсечки тока второй сетки |
|||||||
cos03= -jj.[D{EM— ем) — Ес\ = |
cos < |
D E a (?„ —5cos6). |
|||||
|
|
|
|
|
|
' |
u c |
Постоянная составляющая тока |
— |
0. |
и потеРи мощ |
||||
ности |
на сетке Рэ— /90Z?9. |
Потенциал |
экранирующей сетки |
||||
должен |
удовлетворять |
условию Е 3> (£"с+ |
Uc), в противном |
||||
случае возрастает ток управляющей сетки и нарушаются рас четные параметры лампы. Мощность возбудителя превышает
затраты мощности в цепи управляющей сетки. Обычно |
выби |
рают Рв = (4 -г-8) Яс1. Запас мощности возбудителя |
обес |
печивает достаточное постоянство амплитуды Uc при |
воз |
можных изменениях сеточного тока.
Для параллельного питания анодной цепи необходимы блокировочный дроссель и разделительный конденсатор. Ин дуктивность блокировочного дросселя определяется из усло вия
L6 = (2 - 3 ) А (мкГн)
и емкость разделительного конденсатора удовлетворяет нера венству
С'Р„-Э = -^г(пФ ),
шн Ra
где шн — нижняя частота рабочего диапазона в МГц. Секционирование обмотки дросселя уменьшает междувитковую емкость. В качестве разделительного пригоден конденса тор, рабочее напряжение которого Up> Е.л. Аналогично опре деляют требуемую индуктивность дросселя и емкость конден сатора три параллельном включении источника смещения в цепи управляющей сетки. Взамен нагрузочного сопротивления
/?а здесь учитывают входное сопротивление лампы RCK= -j-*.
- |
______ |
■'cl2 |
2. Зак, 634. |
i • ••• ■’■y'ny.w- |
17 |
ма> ч,э-тѳхиичосг\ г, |
j |
библиотека СО С А |
I |
Выбор элементов развязывающего фильтра в схемах последо вательного питания производят в зависимости от внутреннего сопротивления источника, используемого для питания не скольких ступеней тракта.
3. РЕЗОНАНСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Выбор режима проектируемого усилителя мощности про изводят в зависимости от заданных технических условий. Для 4M трактов, а также немодулнруемых ступеней AM трактов применяют критические или слабо перенапряженные режимы. Перенапряженные режимы обеспечивают более высокий к.п.д. анодной цепи и устраняют возможность возникновения сеточ ного динатронного эффекта. В слабо перенапряженных режи мах заметно снижается внутреннее сопротивление генератора, что обеспечивает устойчивость амплитуды колебательного напряжения U,, при переменной нагрузке. Однако, по сравне нию с критическим, в перенапряженном режиме возрастают
сеточные токи и мощность, потреб ляемая от возбудителя.
Недонапряженные или сильно перенапряженные режимы возни кают на отдельных участках моду ляционных характеристик при не которых видах амплитудной моду ляции. Для апериодических ступе ней и умножителей частоты выби рают критические или слабо недоиапряженные режимы. Модуляторы работают также в недонапряженных режимах без отсечки анодного
тока или в режиме В, при котором угол отсечки Ѳм= 90° не зависит от уровня модулирующего сигнала.
Рассмотрим расчет генератора на заданную мощность в перенапряженном режиме. Колебательная мощность
Заменяя расчетную амплитуду тока равенством (7) и коэф фициент первой гармоники соотношением (8), можно полу чить
р _ |
с |
Р2? |
_______ ° г |
, _______ |
к2 (cos Ф— cos Ѳ) [ Р і ( ѳ ) (?() — ? COS б ) — р ,(ф ) ( l n — ; COS 6)].
Для заданных значений Ѳ и ф зависимость Як(£) соответст вует квадратичной параболе оту, показанной на рис. 9. Коор-
18
динаты вершины параболы в ходке т.
t |
6 о [ Р і ( 0 ) - Р і ( Ф ) |
(16) |
||
2 [ß,(Ѳ) cos ü) — |
cos Ѳ] |
|||
|
||||
( |
£2 ß2 |
|
|
|
*Ptent = |
|
|
||
где сопротивление нагрузки |
2/?«, |
|
|
|
cos <|>— cos О |
|
|||
|
(17) |
|||
т — Sr[ßi (Ѳ) cos d» - V ß,(d>)cos0] |
||||
Согласно принятым обозначениям колебательная .мощность
Л ; = Р.к„, ИЛИ — + — 0, О т к у д а
коэффициент использования
(,8)
Знак «минус» перед радикалом соответствует неэкономично му режиму и в дальнейшем не используется. В частном слу чае для граничного режима (§=|о) колебательная мощность
р * |
__р |
£2 |
60) |
^кѵ |
*кт |
|
^т
В сильно перенапряженном режиме с учетом раздвоения импульсов колебательная мощность
IF -* - +
На рис. 9 участок ѵе относится к области раздвоения импуль сов. Анодный ток прекращается в точке е, когда угол раздвое
ния ий= Ф и предельное значение коэффициента %е |
но |
с08ф> 1. |
Для построения участка ѵе следует задаться несколькими значениями коэффициента использования в интервале £()>£>&,>, оиредедить угол раздвоения из условия (9) и колебательную мощность
Р«- |
т |
, п - |
х і ) . |
1 |
£2 |
|
|
где множитель, учитывающий |
раздвоение |
||
л = 1 |
— Sr/?amßi(u). |
||
(19)
импульсов,
Для проектируемого генератора существуют факторы, ог раничивающие использование кривой Рк(?) на рис. 9. К та ким факторам относятся:
допустимые потери мощности на сетке, допустимые потери мощности на аноде и
трудности реализации колебательной системы с высоким . резонансным сопротивлением.
19