книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник

Таблицы этих коэффициентов составлены академиком А. И. Бер­ гом и широко используются в расчетах радиопередатчиков. На рис. 4.9 приведены графики этих коэффициентов в зависимости от угла отсечки 0. Кривые имеют выраженные максимумы. Например, ко­ эффициент для определения первой гармоники «i имеет максимум

при 0=120°; 0 2 — при 0= 60°; аз — при 10=40° и ап — при 0 = 120 .

Л

Таким образом, при неизменной высоте импульса /амакс, вы­ брав определенный угол отсечки, можно получить наибольшую амплитуду нужной гармоники. С повышением номера гармоник уменьшается их амплитуда, а следовательно, и мощность колеба­ ний, которую можно получить при настройке контура на данную частоту. Поэтому к ламповому генератору редко предъявляются требования, получения колебаний с частотами, превосходящими ча­ стоту колебаний возбуждающего напряжения более чем в три-че­ тыре раза. Чаще всего применя­ ются удвоение, утроение частоты колебаний.

Импульсная форма анодного тока в ламповых генераторах на­ шла самое широкое применение, так как высокие фильтрующие свойства колебательных систем дают возможность легко выде­ лить колебания требуемой ча­ стоты.

Из графиков рис. 4.9 для ко­ синусоидального импульса мож­ но установить возможность ис­

зывает на то, что данная гармоника в некотором интервале значе­ ний углов отсечки 0 меняет свою фазу на 180°.

Эффективность процесса преобразования энергии в генераторе, определяемая его коэффициентом полезного действия [см. (4.7)], зависит ют соотношения величин токов / ai и / ао, т. е. отношения ко­ эффициентов разложения at и аоЭто 'отношение обозначают через

61

На рис. 4.9 показана зависимость gi= f(S), представляющая интерес для оценки влияния величины угла отсечки 0 на кпд гене­ ратора. Из него видно, что gi изменяется от 1 (при ■0='18О°) до 2 (при 0= 0), увеличиваясь при уменьшении 10.

Значение gi = 2 является предельным. В теории разложения функций в ряды Фурье доказывается, что, какую бы форму не имел импульс, для него во всех случаях gisg:2.

Таким образом, в режимах с отсечкой"уменьшение угла 0 при­

ния Ug и импульса анодного тока Бамако- В реальных условиях рас­ чета режимов выбор этих величин должен согласовываться с воз­ можностями лампы, например электрической прочностью участка управляющая сетка—катод.

Угол отсечки анодного тока 0 зависит от амплитуды напряже­ ния возбуждения Ug и от сдвига рабочей точки Eg относительно на­ пряжения запирания E'g.

На рис. 4.10 даны построения, иллюстрирующие влияние вели­ чин Eg и Ug на угол отсечки 0. Они выполнены для трех различ-

Рис. 4.10. Графики, поясняющие влияние Е в и U в на величину угла отсечки 9

в режимах С, В и АВ

ных значений смещения и двух отличающихся амплитудами напря­ жений возбуждения Ugi<Ugn. График, выражающий зависимость Ug-f(oit), сдвинут относительно графика ia=tf(eg) так, чтобы гар­ моническое изменение возбуждающего напряжения ug происходи­ ло относительно величины рабочего смещения Eg. Из совместного рассмотрения этих графиков следует:

1. Уменьшение величины смещения приводит к увеличению у ла отсечки 6 и наоборот.

На рис. 4Л0а при Eg> E 'g (рабочая точка выбрана левее точки запирания лампы) угол отсечки остается всегда меньше я/2 (90°) и лампа работает в режимах С.

Уменьшение (по абсолютной величине) смещения и совпадение его значения с напряжением запирания лампы (Ег — Е'е на рис.

62

4.106) приводят к отсечке тока при 0=-^-. Лампа работает в ре­

жиме В.

Дальнейшее уменьшение смещения (отрицательного напряже­ ния) сдвигает рабочую точку правее точки запирающего напряже­ ния и при всех значениях Eg<.E'g (рис. 4.10б) отсечка происходит при 0 > л /2; лампа работает в режимах АВ.

2. Изменение величины амплитуды возбуждающего напряже ния также влияет на угол отсечки анодного тока. Это влияние мо­ жно проследить на том же рис. 4.10, где пунктиром показаны воз­ буждающие колебания с амплитудой Ugu, увеличенной против первоначальной UgI (показанной сплошной линией). Рассмотре­ ние этих рисунков приводит к следующим выводам:

—в режимах С при 0< я/2 увеличение амплитуды напряжения возбуждения с UgI до UgII (см. рис. 4.10а) приводит к увеличению угла отсечки: 0//> 0j;

—в режимах АВ при .0>я/2 (см. рис. 4.10в) увеличение ам­ плитуды возбуждающего напряжения приводит к уменьшению уг­ ла отсечки: 0//<i0j и наоборот;

—только в режиме В при Eg= E 'g угол отсечки не зависит от

амплитуды напряжения возбуждения и остается неизменным: 0/ = Qji = я/2.

Рассмотренные зависимости весьма важны для уяснения про­ цессов, происходящих в ламповом генераторе при различных ре­ жимах его работы.

4.5. ФАЗОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИИ В ЦЕПЯХ

Анодная нагрузка генератора — настроенный контур — является линейной электрической цепью, поэтому при изучении дей­ ствия импульсов анодного тока в такой цепи можно применить электротехнический принцип суперпозиции (наложения) и рассмат­ ривать действие каждой составляющей анодного тока отдельно.

Импульс анодного тока проходит внутри лампы между ее ано­ дом и катодом. Во внешней анодной цепи может происходить его разделение на составляющие, которые направляются по разным путям, в зависимости от элементов схемы, образующих внешнюю анодную цепь.

Колебательный контур в анодной цепи обладает чисто актив­ ным сопротивлением только для той гармоники анодного тока, ча­ стота которой совпадает с собственной частотой контура. Это со­ противление равно R<e =pQM), где р — характеристика контура, а

63

контурной катушки и оценивается долями ома. Для высших гар­ монических составляющих сопротивление контура носит емкостный характер и в сотни раз меньше сопротивления контура на ос­ новной — резонансной частоте. Падение напряжения от токов выс­ ших гармоник на сопротивлении нагрузки оказывается тем мень­ ше, чем выше добротность контура.

Благодаря этому свойству контур (и ^резонансные системы во­ обще) является удобной нагрузкой лампового генератора, так как только при его помощи из богатого гармониками импульса можно выделить (отфильтровать) колебания необходимой частоты. Свой­ ство контура выделять резонансные колебания называется его

фильтрующим действием или избирательностью.

Основное падение напряжения на контуре создается током вы­ деляемой гармоники. Форма этого напряжения будет косинусои­ дальной. В режиме усиления колебаний контур настраивается на основную частоту, т. е. частоту первой гармоники импульса анод­ ного тока, которая по частоте и фазе совпадает с переменным воз­ буждающим (входным) напряжением. Мгновенное значение на­ пряжения на контуре в этом случае определяется выражением

«к = /а1 cos a t Ra = UKcos со t,

где Uk= IaiRoe — его амплитуда.

Падение напряжения на контуре от высших гармоник «кг, «кз, ..., «кп (имеющих и меньшие амплитуды по сравнению с основ­ ной) настолько незначительны, что ими можно пренебречь.

Таким образом, в анодной цепи действуют три напряжения: напряжение источника анодного питания Еа, падение напряжения на контуре ы„ и напряжение между анодом и катодом лампы еа. Как и в любой замкнутой цепи, сумма падения напряжения на уча­ стках цепи—контуре ык и лампе еа — равна напряжению источни­ ка питания:

Еа= еа+ «к.

От величины мгновенного значения напряжения на аноде еа за­ висит рабочий (динамический) режим лампы. Определим его из написанного выше равенства:

£а = «к-

Убедимся в правильности этого выражения, рассмотрев работу генератора при двух видах анодной нагрузки (рис. 4.11)— рези­ стивной (а) и резонансной (б).

В обоих случаях напряжения смещения и возбуждения выби­ раются одинаковыми. На рис. 4,11а показаны графики напряжения на сетке ее (1), анодного тока ia .(2) и напряжения на нагрузке иа

(3) при апериодическом усилении для угла отсечки 0= 90°.

В отсутствие тока через лампу (ta= 0 во 2 и 3-й четвертях пе­ риода) падение напряжения на сопротивлении нагрузки г равно

64

нулю (ии = 0, см. рис. 4.11a) и на лампе (анод—катод) действует полное напряжение анодного источника Еа, т. е. еа= £ а (см. гра­ фин 4 на рис. 4.11а). С появлением анодного тока возникает паде­ ние напряжения на сопротивлении нагрузки г, которое растет с ро­ стом значений анодного тока га, так как

« н = «а г .

Результирующее напряжение на аноде еа в этом случае умень­ шается на ‘Величину падения напряжения на нагрузке. Максималь­ ное падение напряжения на ней соответствует максимальной вели­ чине тока /а макс, т. е.

макс макс ^ ■

В этот момент результирующее напряжение на лампе будет ми­ нимальным и равным их разности:

мин = ^а макс-

С уменьшением анодного тока падение напряжения на сопро­ тивлении г уменьшается, а результирующее напряжение на лампе еа соответственно растет. При отсутствии анодного тока (/а= 0) оно достигает значения ея= Еа.

Следует обратить внимание на то, что максимальному значению тока в импульсе 1амакс соответствует минимальное значение резуль­ тирующего напряжения на лампе еамин.

Из рис. 4.11а легко установить, что кривая падения напряжения на сопротивлении нагрузки совпадает с кривой тока и точно по­ вторяет его форму. Это объясняется тем, что активное сопротивле­ ние анодной нагрузки г для всех составляющих анодного тока оди­ наково и на нем образуется суммарное падение напряжения им­ пульсной формы.

Принципиальное отличие резонансной нагрузки (контура) от апериодической (резистора) заключается в том, что в контуре по­ сле включения генератора постепенно накапливается большой за­ пас реактивной энергии, которая дважды за период меняет свою форму, переходя из энергии магнитного поля катушки в энергию электрического поля конденсатора и обратно. Энергия, передавае­ мая в контур первой гармоникой анодного тока лампы, расходует­ ся только на покрытие потерь в контуре.

Напряжение на нагрузке ик имеет косинусоидальную форму; его фаза при настроенном контуре совпадает с фазой тока iaь-

ик = / а1 /?ое cos CDt = UKCOS СОt.

Благодаря непрерывному процессу обмена энергией между емкостью и индуктивностью колебания в контуре продолжаются и

66

ток анода максимален. При этом создаются благоприятные усло­ вия для торможения электронов и передачи их энергии электриче­ скому полю. Нао'бор'от, при наибольших значениях еа лампа за­ перта и ускорения электронов не происходит. В результате имеет место эффективная передача энергии движущимися электронами электрическому полю в лампе, созданному колебательным напря­ жением на контуре.

Максимальное напряжение на аноде е амакс может значительно превышать постоянное напряжение Ей за счет того, что вся запа­ сенная в контуре энергия превращается в энергию электрического поля и создает на конденсаторе контура напряжение, численно рав­ ное амплитуде UK и складывающееся в этот момент с Ей.

Форма напряжения между анодом и катодом лампы еа, как видно из графика 4 рис. 4.116, является пульсирующей — состоя­ щей из постоянной составляющей Еа и переменной составляющей (—UKcosat). Для определения режима лампы удобно ввести ве­ личину переменного напряжения на аноде ua=Uacos at. В схеме с общим катодом нагрузка подключена к точкам анод—катод лам­ пы. Поэтому здесь напряжения иа и ик совпадают по амплитуде и фазе, и тогда

будет изучаться ниже, нагрузка включена между анодом и сеткой лампы. В этой схеме иа и ик различны.

ток лампы /а в форме косинусоидальных импульсов, причем мак­ симальное значение тока £а маКс совпадает по времени с моментом, когда проходит через максимум напряжение возбуждения. Первая гармоника анодного тока ;'аь совпадающая по фазе с напряжением возбуждения, создает на нагрузке — настроенном контуре — на­ пряжение «к. которое совпадает по фазе с током /га1). Может по­ казаться отсюда, что напряжения и8 и ггк также синфазны. На са­ мом деле напряжение ик противоположно по фазе напряжению ug. Дело в том, что при определении фазы ик необходимо учитывать,)*

проявляютея с ростом частоты. На относительно низких радиочастотах, когда время пролета электронов от катода к аноду мало по сравнению с периодом колебаний, отсутствуют искажения косинусоидальных импульсов конвекционных !(и наведенных) токов в лампе .и фазы и е (е к ) , iai, и« совпадают.

■относительно какой точки отсчитывается напряжение. Такой точ­ кой является общая точка схемы — катод, имеющий нулевой по­ тенциал по отношению к земле (схема с заземленным катодом). Как видно из схемы рис. 4.116, напряжение ик(и&) относительно земли действительно имеет фазу, сдвинутую по отношению к фазе

с общим катодом) переворачивает фазу входного сигнала, в гене­ раторе также подтверждается.

4.6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В РЕЖИМАХ С ОТСЕЧКОЙ ТОКА

В режимах работы генератора с отсечкой (В и С), когда токи через лампу имеют импульсный характер, величины, харак­ теризующие энергетические. соотношения во входной и выходной цепях, определяются следующим образом.

Мощность, потребляемая анодной цепью генератора от источни­ ка Ей, будет

Полезная колебательная мощность, действующая в анодной це­ пи лампы, равна произведению эффективных (действующих) зна­ чений тока первой гармоники / аi и колебательного напряжения на лампе Ua:

Полезная мощность, выделяемая в контуре, может быть также определена через амплитуду тока в контуре /к и его активное со­ противление гк:<

Коэффициент полезного действия является отношением полез­ ной колебательной мощности генератора Р ~ к потребляемой им от источника постоянного тока Ро, выраженным в процентах:

зависит от угла отсечки 0 (рис. 4.9).

Отношение амплитуды переменного напряжения к постоянному анодному напряжению UJEa называется коэффициентом исполь­ зования анодного напряжения

от формы импульса анодного тока, характеризуемого коэффициен­ том gi, и коэффициента использования анодного напряжения £•

69

В эксплуатационных условиях наиболее выгодными углами отсеч­ ки являются 0= 60—90° и значения коэффициента использования анодного напряжения £ «0,8 —0,9. Это обеспечивает реальный кпд генератора в пределах г)^0,7—0 ,8 .

Для расчета энергетических показателей генератора в режимах В и С необходимо знать величины составляющих им'пульса анод­ ного тока — постоянную / а 0 и переменную /аЬ колебательное на­ пряжение на аноде Ua и напряжение источника питания анода Еа.

Точное вычисление токов / а 0 и / а 1 представляет большие труд­ ности, так как реальный импульс может быть определен по дан­ ным режима только путем длительных графо-аналитических вы­ числений, совершенно непригодных для целей технического расче­ та. Поэтому обычно ограничиваются рассмотрением идеализиро­ ванного импульса тока косинусоидальной формы, построенного на основании рабочей характеристики, и определением его со­ ставляющих по методу, разработанному А. И. Бергом и рассмот­ ренному выше в § 4.4.

Во входной цепи генератора, .при его работе с напряжениями eg> 0 , на участке катод—управляющая сетка появляется сеточный ток (см. § 4.2). Из-за значительной кривизны характеристик сеточ­ ного тока (см. рис. 4.12) импульсы тока сетки в большей мере от­

Р ис. 4.12. Графики, поясняющие форму импульса тока

управляющей сетки

личаются от косинусоидальных, чем импульсы анодного тока. Ре­ альный импульс тока сетки имеет остроконечную форму и его площадь меньше, чем у косинусоидального, имеющего ту же вы­ соту (igмаке) и угол отсечки (0g). В технических расчетах для оп-’ ределения величин, характеризующих энергетические данные вход­ ной цепи генератора, импульсы сеточного тока могут рассматри­ ваться как косинусоидальные и на них распространяется методика определения составляющих токов Igo, Ig\, рассмотренная в § 4.4.

Длительность импульса сеточного тока, естественно, меньше длительности анодного, и поэтому угол отсечки 0 g< 0 .

Угол отсечки импульса тока сетки 0 g определяется по его коси­ нусу:

70