В режиме преобладания намагничивающего тока изображаю щая точка перемещается в в е р х , от точки М* (см. рис. 6), что при
водит к возрастанию анодного тока и к нежелательному |
спаду вер |
шины импульса (рис. 7, б). Чем сильнее проявляется |
преоблада |
ние намагничивающего тока, тем в большей мере длительность им пульса определяется не только уменьшением сеточного напряже
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния, но и |
возрастанием |
тока |
і^; когда |
сильно возросший ток iß |
не может |
быть |
уравновешен |
нарастающим током |
і а , должно |
про |
изойти |
обратное |
опрокидывание БГ. В частности, |
возможен такой |
режим |
работы, |
при котором почти |
сразу |
после начала |
стадии |
Твп |
из-за насыщения сердечника происходит |
опрокидывание БГ. При |
таком |
режиме |
удается |
получать |
пределі но |
короткие |
импульсы |
Си <С 10 не) [147]: За исключением |
случаев |
генерации |
таких им |
пульсов применение данного режима работы нежелательно по ряду причин: понижается стабильность, длительности и частоты повто рения импульсов, затрудняется регулировка этих величин, иска жается форма импульсов, увеличиваются потери энергии в системе.
21. Если на характеристиках лампы не проявляется доста точно четко линия критического режима, то движение изображаю щей точки в стадии Т в п оказывается сложнее описанного выше. В этом случае приходится строить динамическую характеристику БГ, соответствующую процессам в стадии Т Ш І , с учетом того, что напряжение на конденсаторе уменьшается [114]. Методика пост роения таких характеристик была предложена С. Я- Шацем [4,
ч.3] и развита Л. А. Мееровичем [5].
22.Выбор рабочей точки и требования к лампе и транс форматору. В рабочей точке М* (рис. 6) должно удовлет воряться уравнение баланса мощностей в системе:
ЩП = Ut It +EÎ (Го +1%) + W iß (Q-
Влевой части уравнения фигурирует мощность, подводи мая к первичной обмотке, а в правой части — мощности, передаваемые в нагрузочную и сеточные обмотки, и мощ ность, определяемая намагничивающим током (см. рис. 2).
Пренебрегая |
этой последней мощностью, а также |
током |
І*я <С / * о |
запишем |
|
|
П (Ея-Щ) e<liVt + It W +1 UB0V |
I), |
(12.27) |
где принято во внимание равенство £ * 2 = пгіи*1 |
и равенст |
ва (19) и (21). В точке М* однозначно определяются величи ны U*г., /* а и U0 К р- Напряжение же U*a, определяющее при выбранном U*a ток /* 0 , однозначно не устанавливается
выбором рабочей точки; известно лишь, что U*c > |
Uc/Kp- |
Уточнение напряжения U*0 производится из условия |
обес |
печения стабильной работы БГ, для чего желательно выпол нение соотношения U*c > l,5Uc к р . Обычно это достижи-
мо, если выбранный тип лампы удовлетворяет соотноше ниям [9]:
|
|
|
/ а * ( £ а - 1 / а * ) > 1,5/*£/*; |
U*a<0,3Ea. |
(12.28) |
При |
|
этом |
рассеиваемая |
на |
аноде |
лампы |
мощность |
I*aU*jQ0 |
|
(Qc |
— скважность) |
не должна |
|
превосходить |
до |
пустимого |
значения. |
|
|
|
|
|
|
|
Выбранная |
рабочая точка (после уточнения напряжения |
U*c) |
определяет нужные коэффициенты |
трансформации: |
|
|
|
« 3 1 = - ^ Ц - ; |
/ г 2 1 = ^ + | ( |
У |
7 ' . |
(12.29) |
|
|
|
|
Ea-Ut |
|
|
Ea-Ut |
|
|
При |
применении |
стандартных |
трансформаторов |
(л2 1 |
и п31 |
фиксированы) |
значения |
U*a |
и U*0 |
|
определяются |
из |
формул |
(29). |
|
|
|
|
ta |
(см. рис. 3, б, д) |
23. Длительность рабочего импульса |
несколько |
больше длительности Тви стадии формирования |
вершины |
импульса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
la |
Твв |
+ 0,5 (Тф |
+ Тс) s* 1,1 Тш, |
(12.30) |
где (см. рис. 3, б, в) Т0 — длительность стадии среза ра бочего импульса (см. п. 25). Для определения Тв„ рассмот рим процессы в цепи сетки (см. рис. 1) в стадии формирова ния вершины импульса. Ток, протекающий через' конденса тор,
|
/ = Câuldt |
= ic |
+ iR 9ä ic. |
|
|
|
|
(a) |
В данной стадии и + и0 |
= |
£'*г |
= const, |
откуда |
du/dt |
^ |
=t —dujdt. |
Подставляя |
последнее равенство |
в уравнение |
(а), получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—С — = і0 |
или dt = —С — . |
|
|
|
(б) |
|
dl |
|
|
г'с |
|
|
|
|
|
В течение длительности ТВИ |
= t2 — ty |
(см. рис. 3, а, б) |
напряжение |
ис меняется |
от значения U*c |
до Uc |
к р . |
Инте |
грируя уравнение (б) в указанных пределах, |
получим |
|
|
U ° КР j |
"скр |
, |
|
|
|
где принята квадратичная аппроксимация тока |
іс |
^ |
аи\, |
которая при ыа = ІУ*а = |
const близка к реальной |
завис'и- |
мости. Для уменьшения погрешности аппроксимации уста новим коэффициент а из равенства / * 0 = аі/*2^ Таким об разом,
Тви |
= С |
|
|
=СЦ |
Л - * * ! - |
1 V |
(12.31) |
Обычно Uc к р |
s |
(0,4 -H 0,6) U0*, и при |
приближенных |
расчетах можно |
принять U0* = |
211с к р , откуда |
|
|
Г в п s |
^ |
С = |
/ск С, |
где гс .к = Ц . |
(12.32) |
24. Формула (32) используется для выбора емкости С. Как |
видно, |
длительность |
Т ш |
пропорциональна С. Это позволяет осу |
ществить регулировку длительности |
Г Ш 1 es lu изменением |
емкости |
С. Диапазон регулировки ограничивается сверху насыщением сер дечника, а снизу наименьшей допустимой величиной С, которая должна в несколько раз превосходить паразитную емкость БГ. Обычно удается перекрыть примерно десятикратный диапазон длительностей импульса.
Из формулы (31) видно, что с приближением i/o |
к U0 к р нуж |
ная для получения заданной длительности импульса емкость G |
возрастает Это обстоятельство можно использовать |
для генерации |
предельно коротких импульсов (без чрезмерного уменьшения ем
кости |
С). Однако |
ослабление |
неравенства U* > 1,5ІУС к р пони |
жает |
стабильность |
работы БГ. |
|
Д.СРЕЗ РАБОЧЕГО ИМПУЛЬСА
ИСТАДИЯ РЕЛАКСАЦИИ
|
25. Срез рабочего импульса начинается |
в |
момент |
t2 |
(см. рис. 3, б, |
вертикаль СС), когда |
сеточное напряжение |
ис |
= Uс К р |
и начинает |
развиваться процесс |
регенерации, |
приводящий |
к |
обратному опрокидыванию БГ. В момент |
t\ |
лампа запирается (см. рис. 3, б, г) |
и процесс |
регенера |
ции прерывается, но срез рабочего импульса |
завершается |
позже: в момент tg, |
когда напряжения на обмотках транс |
форматора (и, следовательно, напряжение ип |
рабочего им |
пульса) |
становятся |
равными нулю (см. рис. 3, в, |
д, верти |
каль DD). Таким образом, длительность стадии среза Тс |
= |
= U — |
^ 2 |
(интервал СС — DD). К моменту |
начала стадии |
среза |
напряжение |
на |
конденсаторе |
достигает |
значения |
(см. рис. 3, а) |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«=^=1^орІ + АѴ, |
|
(12.33) |
где приращение напряжения на конденсаторе за время фор мирования вершины импульса почти равно изменению сеточ ного напряжения:
AUséU*-U0K1>. (12.34)
26. В течение кратковременной стадии среза напряжение и = U и ток i„ s /,. остаются почти неизменными, где согласно формуле (24)
Рис. |
8. |
Рис. 9. |
Поэтому и в стадии среза, |
используя равенство (Г4), в котором надо |
заменить | U n o p \ на |
U, можно построить динамические характери |
стики анодного и нагрузочного тока; последний выражается фор мулой (16). Динамические характеристики начинаются в окрест
ности |
точки |
М* |
(см. рис. 6); в частности, они могут начинаться и |
в точке М* |
(рис. 8). В стадии среза |
динамическая |
характеристика |
анодного тока |
проходит |
н и ж е |
характеристики |
нагрузочного |
тока. |
Разность |
і а — іцагр = |
i'n <С 0 |
выражает приведенное значе |
ние тока суммарной паразитной емкости (здесь он протекает в на правлении, противоположном протеканию тока і'п при формиро вании фронта импульса). Так как к.началу стадии среза напряже
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние |
«с |
< U*c. на величину |
AU, то |
в соответствии с |
соотношением |
(15) |
запирание |
лампы произойдет |
при |
напряжении |
ы а = |
Uaa |
s |
^ |
Еа |
— AU/пц |
(рис. 8). В момент |
окончания |
стадии |
среза |
(иа |
= |
•= |
£ а ) |
нагрузочный ток іН агр = |
Длительность |
стадии |
среза |
выражается формулой, аналогичной формуле (22): Тс |
= |
С' п |
(Еа |
— |
— |
U*)/ |
] in |ср- |
Активная |
длительность |
среза |
tc s |
|
0,8ТС. |
|
|
|
27. |
Послеимпульсные |
колебания |
и выброс |
напряжения. |
По окончании стадии среза на хвостовой |
части |
рабочего |
импульса |
(рис. |
9) |
возникает кратковременной |
переходный процесс, |
который |
вызывается процессом рассеяния энергии, запасенной в сердечнике трансформатора. Анализ этого процесса производится на основе эквивалентной схемы (рис. 9, а), в которой сопротивление R' =
= |
Rn II -Rc II R>iu г Д е |
— сопротивление |
потерь |
в |
сердечнике |
[9, |
42]. Если коэффициент затухания d = |
p/R' < |
2 (ра |
= |
LjCn), |
то на хвостовой части импульса возникают колебания (рис. 9, б)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
затухающие практически до |
нуля в течение |
времени |
Г х |
s |
SR'CÛ; |
|
|
если |
d > |
|
2, |
то |
процесс |
носит |
|
|
апериодический |
характер (рис. |
|
|
9, в) |
и |
Тх |
s |
|
3^/R'. |
|
|
|
|
|
|
Послеимпульсиый |
пере |
|
|
ходный |
процесс |
|
вызывает |
воз |
|
|
никновение |
выбросов |
|
напря |
|
|
жения |
&иа |
(см. |
рис. |
3, |
s), |
|
|
AUn |
= " з і д |
^ а |
(рис. |
9) |
и |
AU0 |
|
|
(см. рис. 10). При |
d < |
2 выб |
|
|
рос |
напряжения |
Д і / а |
s |
/^р; |
|
|
при d > |
2 выброс Д 1 / а = |
|
IßR'- |
|
|
Выброс |
|
напряжения |
значи |
|
|
тельной |
величины |
(он |
может |
|
|
привести к пробою лампы БГ) |
|
|
возникает |
при |
|
высокоомной |
|
|
нагрузке Rn |
или |
при |
вентиль |
|
|
ном |
характере |
|
ее |
(когда |
на |
|
|
полярности, |
противоположной |
Рис. |
10. |
рабочей, сопротивление Rn |
рез |
|
|
ко возрастает). |
|
Для |
пониже |
|
|
ния |
величины выброса |
напря |
жения параллельно одной из обмоток трансформатора |
вклю |
чается резистор |
Rr (иногда |
последовательно |
с |
диодом, |
отпираю |
щимся на нерабочей полярности [42]), причем его сопротивление подбирается из условия установления критического режима работы
цепи (d = 2). В этом случае AUa = 2 / ^ Я э к в / е , где # а к в = Rr |
|| R' |
28. |
Стадия релаксации — наиболее длительная |
стадия |
работы |
БГ. Основной процесс в этой стадии — медленный |
разряд конденсатора С на большое сопротивление Rc (см. п. 6). Разряд конденсатора начинается в момент, близ кий к 4 (см. рис. 3, а, б), когда напряжения на обмотках
трансформатора равны нулю, а сеточное напряжение иа |
— |
— —U. |
Принимая этот момент за начальный (рис. 10), |
представим закон |
изменения напряжения на |
конденсаторе |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
u==u(t>)=(Je-i'/RcC |
( Г = = ^ _ д _ |
(12.35) |
Длительность стадии релаксации определяется момен |
том f |
— Г р е л |
(момент |
отпирания |
лампы), в |
который |
и = |
= — ис |
= \ и ц |
о р |
I . Подставляя |
эти значения в функцию |
(35) и решая |
полученное уравнение относительно Трелі най |
дем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 р е д |
= Rc С1 n JjL- |
|
= Rc |
С In ( 1 + U ° * U ° |
|
"P ) , |
(12.36) |
|
|
|
I ^ пор I |
|
|
|
\ |
|
Iuaop I |
|
/ |
|
где приняты |
во |
внимание |
|
равенства (33) и |
(34). Ориенти^ |
ровочно, Г р е л |
s |
(0,7 ~ |
1,5) |
Rc |
С. |
|
|
|
|
|
|
29. |
Период автоколебаний |
(рис. 3 |
и 10) |
|
|
|
|
|
|
|
= |
^рел + |
^р = |
Т'рел + |
^и» |
|
|
|
(12.37) |
где длительность рабочей |
стадии |
(длительность |
отпертого |
состояния лампы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
=Т, |
4-Т |
4-Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
J ф ~ |
1 ви г |
•* с — *И" |
|
|
|
|
Из формулы (36) следует, что длительность 7 1 |
р е л |
сущест |
венно |
зависит |
от |
нестабильности |
разности |
|
напряжений |
U*c — Uc „р s= |
At/. Этим объясняется низкая |
стабильность |
частоты автоколебаний |
БГ. |
Уход |
частоты |
автоколебаний |
из-за изменения напряжения питания на 10% достигает
здесь |
(3 |
7)%, а при смене |
лампы — до |
(7 |
15)%. |
|
|
§ 12.3. ВАРИАНТЫ СХЕМ ЛАМПОВЫХ |
|
|
|
БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРОВ |
|
|
1; |
Схема с отпирающим |
напряжением |
смещения. Для |
снижения |
нестабильности частоты автоколебаний Б Г, вызы |
ваемой сменой лампы, целесообразно ввести в цепь сетки положительное смещающее напряжение Еа. Для этого резис тор Rc приключается не между сеткой и катодом лампы, как это показано на рис. 1, а между сеткой и анодом лампы. Аналогично описанному в §11.1, п. 14 (см. рис. 11.6), переключение резистора Rc практически не отражается на работе БГ в рабочей стадии (при отпертой лампе). В стадии же релаксации конденсатор стремится перезарядиться от
значения |
и |
= U, выражаемого формулой- (33), до и (со) == |
= —Еа. |
В |
соответствии с этим сеточное напряжение |
долж |
но меняться |
от значения ис = —U до «с (оо) == Еа |
по зако |
ну |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ис |
=ис ( О |
=Ea-(Ea |
+ U)e-''/Rcc. |
|
( 1 2 . 3 8 ) |
Длительность |
стадии |
релаксации |
определяется |
моментом |
V = Трел, |
в |
который |
напряжение ис = — | с / п о р |
|. Под- |
отавляя эти значения в функцию (38) и решая полученное уравнение относительно Трол, найдем
Г п в л - Я с С І п |
E & + U . = RuCln( |
1 + ^ * - ^ с к р _ |
|
|
(12.39) |
где приняты во внимание равенства |
(33) и (34). |
Из сравнения формул (36) и (39) |
видно, что в рассматри |
ваемой здесь схеме существенно ослабленовлияние неста
бильности |
величины I Uuov I <С |
£ а - Однако влияние неста |
бильности |
Д£/ = U*с — UсК р |
сохранилось и даже уси |
лилось, так как в формуле (39) под знаком логарифма стоит |
меньшая |
величина, чем в формуле (36) (см. § 11.1, п. 12). |
Поэтому |
уход частоты, обусловленный изменением питаю |
щего напряжения, при данной схеме снижается мало, а в некоторых случаях согласно опытным данным даже повы шается. Уход же частоты, вызванный сменой лампы, сни жается примерно до (4 —• 10)%.
Определяемая законом (38) длительность Tprj[ в не сколько раз меньше постоянной времени RCC. Поэтому часто целесообразно, разложив экспоненциальный множи тель в ряд, использовать только два первых члена ряда, откуда
|
u o = M O = - U + ( £ a + 6 0 / 7 / ? o C . |
(12.40) |
Таким |
образом, в интервале 0 ^ ? |
Г р , л закон |
aa(t') |
близок к линейному. |
|
|
2. |
БГ с колебательным контуром. |
Высокой стабиль |
ностью частоты обладает БГ, в цепь катода которого вклю чен колебательный контур, настроенный на частоту авто колебаний, и фиксирующий диод 13, 15] (нестабильность частоты не превышает 1%). Однако конструкция такого БГ при F& < 5 кГц громоздка. Более проста схема БГ с ко лебательным контуром (рис. 11, а), настроенным на частоту Fю кратную частоте F a автоколебаний:
Процессы в рабочей стадии такого Б Г мало отличаются от процессов в БГ при обычной схеме. Действительно, так как большая емкость С„ = ( 5 - f 10)С шунтируется большой индуктивностью L„, то за малое время рабочей стадии ток в индуктивности не успевает нарасти до существенной ве зде
Личины. Поэтому в этой стадии |
можно полагать |
L K |
со, |
а- конденсаторы С и С„ как бы |
соединенными |
последова |
тельно (они образуют времязадающий элемент |
системы). |
Процессы в стадии релаксации иллюстрируются |
временной |
диаграммой изменения сеточного напряжения (рис. 11, б). По внешнему виду эти процессы схожи с процессами в Б Г, работающем в режиме деления частоты (см. гл. 13, п. 6). Однако в закономерностях обоих процессов имеется сущест венное различие. Как показало теоретическое и экспери
Рис. П.
ментальное исследование, проведенное В. Т. Горяиновым [9], наилучший режим работы достигается при
|
т — /*к |
T'a |
35СК ' |
(12.42) |
где |
Q — добротность |
колебательного контура (с |
учетом |
всех |
активных элементов системы |
при запертой |
лампе). |
При выполнении соотношения (42) нестабильность частоты снижается в 3—5 раз.
3. БГ с времязадающей искусственной линией. Дли тельность рабочих импульсов, вырабатываемых БГ, также оказывается нестабильной. При изменении питающего на пряжения на 10% длительность импульсов меняется при мерно на 10%, а при смене лампы — до 50%. Радикальное устранение этой нестабильностидостигается при -замене конденсатора времязадающим элементом в виде искусствен
ной линии (рис. |
12, а). Одновременно заметно снижается |
и нестабильность |
частоты автоколебаний. |
|
В медленной стадии релаксации |
линия ведет себя |
как |
сосредоточенная |
емкость С = kCn, |
где k — число звеньев |
линии. Основное |
различие в работе БГ проявляется в |
ра |
бочей стадии. Для уяснения сущности протекающих здесь
337
Процессов будем, ради простоты, полагать, что в Цепь |
cef- |
ки включен отрезок однородной разомкнутой линии. |
|
Пусть в результате разряда емкостей линии (в стадии |
релаксации) |
напряжение на линии снизилось до значения |
ы(0) = |
I Uaov |
I , а сеточное напряжение повысилось до |
зна |
чения |
ио (0) |
=—ц(0) (рис. 12, б). В этот момент лампа |
от |
пирается и в системе развивается регенеративный |
процесс. |
Под |
воздействием |
индуктированной в сеточной |
обмотке |
э. д. |
с. е2 = и + ис |
(рис. 12, а) вдоль линии начинает рас |
|
|
|
Рис. 12. |
|
|
|
|
пространяться |
п р я м а я |
волна напряжения иа. |
До |
при |
хода отраженной от разомкнутого конца |
линии |
|
о б р а т |
н о й |
волны и0 линия эквивалентна активному сопротивле |
нию, равному ее волновому сопротивлению W. Как |
показал |
анализ [51], наибольшая стабильность работы БГ |
дости |
гается |
при равенстве W = r*.R |
= U*JI*C (см. § 12.2, п. 23). |
В этом случае напряжение ип |
— 0,5е2 , |
а напряжения на |
входе |
линии |
и на сетке |
(рис. 12, б) выражаются |
равенст |
вами |
|
|
|
|
|
|
|
|
и = и (0) + ип =1 1 / п о р I + |
е2 /2; |
ис = — | U |
| + |
е2 /2 = |
U*. |
При этом сеточное напряжение U*c оказывается |
настолько |
большим, что условие регенерации перестает выполняться. Поэтому напряжения на всех элементах БГ (ис, и&, их, и) стабилизируются. Такое состояние длится до прихода ко входу линии обратной волны напряжения и0 = ып , отра женной от разомкнутого конца линии. В этот момент напря
жение |
на |
входе |
линии скачком |
повышается |
до |
значения |
I Unov |
I + |
" п + |
«о = |
I ^ п о р I + |
е2, |
в результате |
чего |
сеточное напряжение |
снижается до |
значения |
е2 |
— и |
= — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— І ^ |
П О Р І - В процессе |
этого |
снижения |
изображающая |
точка попадает в линейную область |
характеристик лам |
пы, где условие регенераций выполняется. |
Происходит |
обратное опрокидывание |
БГ |
и |
лампа |
быстро |
запирается |
(рис. 12, б). Таким образом, |
длительность |
рабочей |
стадии |
равна времени двойного пробега волной |
напряжения |
вдоль |
линии. |
Применительно к искусственной |
линии |
|
|
|
T p ^ n s 2 , 2 £ j / 1 ^ ^ = 2 , 2 |
j / L C T |
|
(12.43) |
Эта формула совместно с формулой согласования сопро
тивлений (г*.к = |
W = j/~L/C) |
позволяет |
определить ем |
кость С = kCa |
и индуктивность L = kLn |
искусственной |
линии. Обычно число звеньев линии k = 2 -г 4. Замена конденсатора искусственной линией приводит к уменьше нию мощности, реализуемой в нагрузке, примерно в 1,5-f- -т- 2 раза. Поэтому применение конструктивно более слож ной схемы БГ с искусственной линией можно рекомендо вать в случаях, когда важно стабилизовать длительность импульсов и частоту их повторения.
4 . Ждущий БГ находит широкое применение в качестве подмодулятора (или модулятора) в устройствах импульсной модуляции генераторов высокой частоты, а также при ряде других применений. Для создания ждущего режима БГ в цепь сетки лампы вводится отрицательное смещающее напряжение —Ес , где Ес > | С / п о р | (рис. 13, а). Благодаря этому БГ приобретает одно устойчивое состояние равнове сия ( п о к о я ) , .соответствующее запертой лампе, при ко тором сеточное напряжение ис = Ucn = —Ес (рис. 13, б), При подаче на сетку лампы запускающего импульса и3 >> О (импульс подается через разделительный конденсатор и клапанирующий диод) лампа отпирается и генерируется один