книги из ГПНТБ / Кардашев, Г. А. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты

одных и Рс = (0,03-4-0,05) Ри для тетродных и пентодных генераторов.

5. Определяют соотношение между реактивными со­ противлениями х х и х2 (причем х г + х2 = ха-к) в зависи­ мости от параметров нагрузки и необходимого выходного напряжения.

Автогенераторы часто используют как задающие гене­ раторы для создания колебаний высокой частоты в гене­ раторах с независимым возбуждением.

ГЕНЕРАТОРЫ С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Другим типом генератора является генератор с неза­ висимым возбуждением или усилитель мощности высокой

стриктор с импедансом Z.- В качестве параметров триода используют:

крутизну характеристики

с_( дД \

\dUc JU = const ’

внутреннее сопротивление

п _ U&.

60

к о эф ф и ц и ен т у с и л е н и я

или проницаемость

Обычно используют характеристики токов ламп в се­ точной (СК) и анодной (АК) системах координат. В си­ стеме СК независимой переменной является напряжение

Кривая анодного тока имеет две характерные области: недонапряженного и перенапряженного режима. Для удобства расчетов аппроксимированную характеристику А (ес) проводят через начало координат для соответствую­ щего приведенного анодного напряжения Еа0 и приведен­ ного сеточного напряжения Ес0 — DEa0, при котором начинается характеристика ік (ес), если еа = 0 (рис. 17). Тогда для наклонного участка аппроксимированных ха­

Аналогично аппроксимируются характеристики сеточ­ ного тока при еа —0, іа = О, А = А- Они совпадают

61

с характеристикой катодного тока. При іс = const от­ ношение приращений напряжений Аеа и Дес рс = — ^ =

= const называют коэффициентом реакций или коэффи­ циентом напряженности режима. Аналитическое выраже­ ние характеристик сеточного тока подобно характери­ стике катодного тока [см. выражение (24) ]

Это уравнение справедливо при силе сеточного тока от іс = (0,1-=-0,2) іа до іс = ік. По характеристикам се­ точного и катодного токов можно найти характеристики анодного тока (штрих-пунктирная линия на рис. 17 — линия критического режима, соответствующая появле­ нию сеточного тока и излому характеристик анодного тока). Для критического режима іс — 0 и анодный ток

тизна линии критического режима 5кр = 5 (D — рс); так как ц0 = —(О.бн-1,0), то SKp ~ 5.

Ламповый генератор может работать в различных ре­ жимах в зависимости от положения рабочей точки, ве­ личины возбуждающего и анодного напряжений. Зави­ симость ік, ta, tc (еа, ес), учитывающую влияние на­ грузки, называют динамической характеристикой. При этом различают два рода режима’ работы генератора. В режиме первого рода колебания напряжения на сетке не выходят за пределы линейной характеристики и форма анодного тока повторяет форму напряжения на сетке. Этот режим обычно не используют в ультразвуковых ге­ нераторах, так как при этом к. п. д. анодной цепи не пре­ вышает 40%. В режиме второго рода колебания напряже­ ния на управляющей сетке выходят за пределы наклонной части идеализированной динамической характеристики, что приводит к искажению формы анодного тока; к. п. д. анодной цепи в этом режиме составляет 65—80%. Разли­ чают режим второго рода: недонапряженный, перена­ пряженный и критический; последний соответствует мо­ менту появления сеточного тока по аппроксимирован­ ным характеристикам. Ламповые генераторы в основном работают в критическом режиме, в этом случае выходная мощность и к. п. д. (65—80%) максимальны.

При расчетах генераторов импульсы анодного тока характеризуют высотой tamax, определяемой значением

62

тока при сот = 0, и углом отсечки Ѳ. Углом отсечки назы­ вают половину фазового угла, при котором в анодной или сеточной цепи есть ток. Используя разложение импульсов в ряд Фурье, находят первую гармонику анодного тока /а1 и постоянную составляющую /а0 в виде

^ al — ®1^'а шах И / ад — &о^'а max ,

где а 1 и а 0— коэффициенты разложения анодного тока, причем а х есть функция угла 0.

Отношение амплитуды колебательного напряжения Ua к напряжению источника Еа, т. е. ё = -4-, называют

Рис. 18. Графики определения эквивалентных параметров: крутизны а), проницаемости (б), сеточного напряжения приведения (в)

ческих характеристик заменяют эквивалентным семей­ ством параллельных равноотстоящих одна от другой ап­ проксимированных характеристик. Эквивалентную кру­

63

а сеточное напряжение приведения (рис. 18, в) — по уравнению

Ec0 = E'c + DEa,

где Е'с — 0,5 (£сі — Ес2)- При этом считают іатах ~ 2,2Р/(Еаа 1)] крутизну 5кр

линии критического режима определяют по линии спада анодного тока в системе АК.

Генератор рассчитывают следующим образом:

1.Выбирают лампу, исходя из заданной колебатель­ ной Р и номинальной Рпмощностей, при условии Р ==£; Рн.

2.Напряжение Еа принимают равным номинальному значению или несколько ниже (если лампа имеет запас по мощности), задаются углом отсечки 0 = 60-4-90° и

находят коэффициенты разложения а 0 и а 1 (а„ = 0,32 и а г = 0,75 при 0 = 90°; а 0 = 0,25 и а х = 0,44 при 0 = = 70°); рассчитывают эквивалентные параметры лампы.

рассеяния на аноде Ра = Р0— Р, причем проверяют, чтобы она была меньше допустимой, т. е. Ра < Радоп-

s. Находят к. п. д. анодной цепи ц = Р/Р0 и экви­ валентное сопротивление анодной нагрузки R3 = UJIal.

6. Подсчитывают амплитуду возбуждения

Up 5(1 —cos0) + DUa

и нйпряжение смещения

Ес = Ес0 — DEa— {Uc— DUa)cos 0.

7. Определяют пиковое напряжение на сетке max Ес-(- Uc.

иостаточное напряжение на аноде

р— F _и

8.По реальным характеристикам сеточного тока на­ ходят величину импульса сеточного тока іатахВычис­ ляют' cos Ѳс = —EJUa (где Ѳс — угол отсечки сеточного тока) и находят . коэффициенты разложения импульса сеточного тока а 0с и а 1с.

64

9. Рассчитывают составляющие сеточного тока

А:0 ~ 0,67<ХОсІа шах

И

Ап ~ 0,75а1сгатах,

мощность возбуждения Рс = 0,5UCICи мощность рассея­ ния (потерь) на сетке Рсиот = Рс + Дс/ с0, причем про­ веряют, чтобы она была меньше допустимой мощности рассеяния на сетке.

Тетроды и пентоды рассчитывают таким же образом, но дополнительно выполняют расчет цепи экранной сетки.

ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

В высокочастотных усилителях используют два ва­ рианта схем включения транзисторов с общим эмиттером и общей базой [50]. Эти схемы аналогичны ламповым с общим катодом и общей сеткой. Схема с общим эмитте­ ром (рис. 19) имеет больший

на базе при постоянном напряжении на коллекторе ек = = const (напряжение ек и еб измеряют относительно эмиттера) — имеют три области (рис. 20). Область от­ сечки /, где токи коллектора и базы определяются лишь тепловым током переходов; активную область"//, т. е. область больших напряжений на коллекторе, и область насыщения III, т. е. область малых коллекторных на­ пряжений (область перенапряженных режимов). В обла­ сти больших, напряжений на коллекторе аппроксимиро­ ванные (приведенные) характеристики похожи на анало­ гичные характеристики электронных ламп.

В области частот меньше 0,03—0,05 граничной ча­ стоты ѵгр, где не сказываются инерционные свойству транзистора, метод расчета транзисторного генератора не отличается от изложенного выше расчета лампового генератора с независимым возбуждением. В расчетных соотношениях необходимо заменить индексы для катод­ ных, анодных и сеточных токов, напряжений и мощно­ стей на индексы, соответствующие эмиттеру, базе и кол­ лектору. Наибольшая колебательная мощность ограни-

Рнс. 20. Статические характеристики транзистора (штри­ ховыми линиями показаны аппроксимированные характе­ ристики):

а — D базовой системе координат; 6 — в коллекторной системе координат

чена предельно допустимыми параметрами транзистора. Мощность, рассеиваемая в приборе, складывается из мощностей, рассеиваемых на коллекторе транзистора и в цепи его базы. Максимальную мощность и высокий

к.п. д. можно получить при работе в граничном режиме,

суглом отсечки коллекторного тока 60—90°. Полученные по расчету максимальные величины напряжений не должны превышать допустимых значений. Описанным

методом нельзя рассчйтать генератор мощностью более

200 в т .

Значительное увеличение к. п. д. до 85—98% дости­ гается при использовании транзисторов в режиме пере­ ключения или ключевом режиме [20]. При таком режиме предполагается работа транзистора в области насыщения

66

с перебросом в область отсечки, где коллекторный ток мал и ничтожна мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора. В области насыщения во время прохождения тока напряжение на коллекторном переходе, а следова­ тельно, и рассеиваемая мощность малы. Это позволяет при заданной допустимой мощности рассеяния на кол­ лекторе значительно увеличить его ток. При работе в клю­ чевом'-режиме сопротивление транзистора либо очень велико, либо очень мало (размыкание или замыкание ключа).

Один из вариантов схемы усилителя приведен на рис. 21. Управляющее напряжение в виде прямоугольных импульсов поступает через трансформа­ тор в цепи баз транзисторов, последовательно заставляя их работать в области отсечки и насыщения. Колебательная си­ стема состоит из катушки L, вторичной обмоткитранзистора,

конденсатора С и активной нагрузки гн. Идеализируя схему, можно считать, что в контур включается прямо­ угольный импульс напряжения, который можно пред­ ставить рядом Фурье

U — ^sin сот; -)—^ sin Зсот -f-

где Е — амплитуда импульса; со — частота следования импульсов; т — время.

Ток в контуре можно определить как сумму произве­ дений отдельных гармонических составляющих напряже­ ний на соответствующие этим составляющим проводи­ мости контура. При переключении схемы с частотой, близ­ кой с резонансной, форма напряжения близка к гармо­ нической. В этом случае можно принять, что в контуре действует генератор гармонического напряжения с ча­ стотой со и амплитудой Е.

Ультразвуковые генераторы на транзисторах конструи­ руют как по схеме с независимым возбуждением, ‘так и по схеме с самовозбуждением; каждый каскад усиления таких генераторов работает в режиме переключения. При мощности 50—100 вт используют двухтактную схему,

а при мощностях 100—200 вт — последовательно-двух­ тактную схему [20]. В последней схеме (рис. 22) источник питания подключается к мосту,' в котором транзисторы включаются между точками в и г, а трансформатор Тр2 — между точками а и б. Возбуждение на транзисторы Т1 пТ2 подается с трансформатора Трі в противофазе. На закры­ том транзисторе падает напряжение Е/2, которое выби­ рается из условия Е «S 2Дкдоп (где £/кдоп — допустимое напряжение на коллекторе). Для достижения мощности более 250 вт применяют схемы сложения мощностей [50].

Последовательно-двухтактную схему рассчитывают сле­ дующим образом:

Рис. 22. Последователь­ но-двухтактная схема ге­ нератора

1. Тип транзистора выбирают по заданной полезной мощности Р1по условиям Е = (0,6н-0,8) £/кдоп и я /0< / к доп (где / 0 —-- постоянная составляющая тока питания). Нахо­ дят эквивалентное сопротивление нагрузки

и амплитуду тока в цепи первичной обмотки трансфор­ матора

68

2. По заданной нагрузке zH и выбранному типу фильтра определяют характеристики его элементов и эквивалентное сопротивление R3. Рассчитывают коэффи­

циент трансформации трансформатора Тр2 п = У RJR'3г) и общий к. п. д. генератора, задаваясь ориентировочно к. п. д. трансформатора Тр2 т|т = 0,85ч-0,90 и к. п. д. фильтра і]ф = 0,85^-0,95.

3. Определяют входной ток транзистора /б = (1,3~1.5)-^,

где ß — коэффициент усиления транзистора по току. Напряжение в цепи база—эмиттер

^б .э= ^ + 0,2,

где 5 — крутизна характеристики.

Рассчитывают сопротивление цепи базы R6 = (2-ь- -г- 3) и б эІІб и напряжение на вторичных обмотках транс­ форматора Трі и б = (3-н4) U6 э.

Генератор по схеме сложения мощностей последова­ тельно-двухтактных ячеек рассчитывают для одной ячейки, исходя из ее мощности

Р’ = Pin',

где Р — суммарная мощность всех ячеек; я' — число ячеек.

Напряжение питания ячеек Е — п’Е' (где Е' — на­ пряжение питания одной ячейки).' Результирующий ток питания 1 — 10, а полный к. п. д. одной ячейки

1

% = Ѵі(

1+ ’

ПРОМЫШЛЕННЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

К генераторам для питания ультразвуковых техноло­ гических установок предъявляют следующие основные требования: стабильность генерируемой частоты; возмож­ ность ее плавной регулировки и точность установки; возможность регулировки выходной мощности; неболь­ шие размеры и малая стоимость; надежность в работе и удобство эксплуатации.

69