2 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ НА ОСНОВЕ ГАРМОНИК ТОКА

2.1 Физические процессы в ГВВ

Рассмотрим физические процессы, происходящие в ГВВ. Для этого обратимся к простейшей схеме, рис. 2.1.

Рис 2.1 ГВВ с последовательным питанием и смешением

Здесь АЭ – радиолампа, КЦ – параллельный контур, питание и смещение – последовательные, включение АЭ – с общим катодом.

Параметры контура:

ω0 = LC1 , ρ = CL , Q = Rρэ .

Генератор работает на резонансной частоте контура ω = ω0 .

Напряжение на электродах АЭ: евх, евых. Согласно схеме рис. 2.1 имеем:

евх = Есм + uвх; евых = Eп + uвых.

42

Рис. 2.2 Виды колебаний тока в ГВВ.

На вход подается гармоническое колебание uвх = Uвхcos(ωt). В зависимости от соотношения напряжений на входе и выходе и величины нагрузки Rэ возможны колебания I рода – без отсечки тока и II рода – с отсечкой тока, рис.2.2.

Отсечка тока характеризуется углом отсечкиΘ.

Угол отсечки Θ – половинное значение текущего угла, при котором ток не равен нулю.

Все генераторы работают в режиме колебаний II рода, т.е. с отсечкой, так как только в этом случае получается приемлемый КПД.

Импульс выходного тока с амплитудой Im можно представить в виде ряда Фурье:

iвх(ωt) = I0 + I1cos(ωt) + I2cos(2ωt) +…

Первая гармоника тока всегда в фазе с входным напряжением Uвх. Сопротивление контура на резонансе (ω = ω0) равно Zэ = Rэ и амплитуда на контуре Uвх = I1Rэ. Для высших гармоник R = 0.

Согласно схеме рис. 2.1 напряжение на контуре противофазно I1, а следовательно и Uвх. Таким образом, имеем следующие соотношения в схеме:

43

Осциллограммы колебаний (2.1) показаны на рис 2.3.

Рис.2.3 Осциллограммы колебаний в ГВВ.

Кроме колебаний, представленных на рис.2.3, нужно учитывать наличие колебаний внутри контура LC. Это внутриконтурный ток Iк, величина которого в Q раз больше I1. Его необходимо учитывать при расчете и монтаже элементов контура LC.

По величине угла отсечки Θ различают так называемые классы режимов работы:

1)класс А, при Θ ≥ 1800;

2)класс АВ, при 900 < Θ < 1800;

3)класс В, при Θ = 900;

4)класс С, при Θ < 900.

44

В последнее время введены классы D и Е для обозначения ключевого режима при двухтактной работе генератора.

Класс D – АЭ открываются и закрываются поочередно без временных промежутков. В этом случае существует момент времени, когда оба АЭ открыты, что вызывает сильный сквозной ток (КЗ источника). Чем больше частота колебаний, тем заметнее сказываются потери мощности при переключении АЭ.

Класс Е – АЭ открываются и закрываются поочередно, но между моментами срабатывания АЭ существует пауза. Величину этой паузы обычно выбирают не менее 4% от периода колебаний.

2.2 Энергетические соотношения в генераторе Рассмотрим энергетику в выходной цепи генератора.

Согласно уравнению (2.1) имеем:

Ток, протекающий через источник питания, колебательную цепь, нагрузку и активный элемент, представим в виде ряда Фурье:

Мощность определяется как произведение тока i на напряжение u и усреднение по t. Для этого умножим (2.2) на (2.3) и усредним по периоду:

В результате усреднения получим:

мощность, отдаваемая источником питания:

Р0 = I0 E0;

мощность, потребляемая нагрузкой:

P1 = I1 Uвых/2;

мощность, рассеиваемая на активном элементе Pрас – третье слагаемое.

Имеем баланс мощностей:

Р0 = Р1 + Ррас или Ррас = Р0 – Р1.

Если в напряжении присутствуют и другие гармоники, то имеет место такой баланс:

Р0 = ΣРn + Ррас. 45