Содержание

Введение 3

1 Анализ классической модели (методики анализа) работы генератора с внешним возбуждением 6

2 Модифицированная модель генератора с внешним возбуждением 13

3 Гармонический анализ импульсов выходного тока 24

4 Расширенные выражения для коэффициентов Берга 29

5 Нагрузочные, модуляционные и колебательные характеристики генераторов с внешним возбуждением 36

5.1 Анализ характеристик генераторов по результатам моделирования 38

5.2 Экспериментальное исследование характеристик генераторов 44

6 Зависимость коэффициентов Берга g_n^* и a_n^* от внешних параметров ГВВ 47

6.1 Оптимальные углы отсечки для особых видов ГВВ 47

6.2 Проверка рекомендаций по выбору углов отсечки 53

Заключение 54

Библиографический список 56

Приложение А 59

Построение нагрузочных, модуляционных и колебательных характеристик 59

Продолжение приложения А 60

Продолжение приложения А 61

Приложение Б 62

Оптимальные углы отсечки 62

Продолжение приложения Б 63

Введение

Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называется радиоэлектронное устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, равной или кратной частоте входного воздействия. В том случае, когда частота выходного сигнала равна частоте входного воздействия, генератор с внешним возбуждением называется усилителем мощности. Если же частота выходного сигнала в целое число раз больше частоты входного – речь идет об умножителе частоты (УЧ).

Основным требованием, предъявляемым к ГВВ, является получение высокого коэффициента полезного действия (КПД) при обеспечении заданной мощности в нагрузке, что накладывает определенные ограничения на выбор режима работы активного элемента (АЭ) и параметров согласующей цепи.

Благодаря присутствию высших гармоник в токе АЭ при его работе в нелинейном режиме, ГВВ можно использовать в качестве УЧ. УЧ предназначены для преобразования колебаний с частотой ω, в колебания кратной частоты n·ω, где n – любое целое положительное число. Применение УЧ позволяет повысить стабильность частоты задающих генераторов, расширить диапазон рабочих частот или получить множество стабильных частот в синтезаторах частоты, увеличить индекс частотной (фазовой) модуляции, повысить устойчивость работы радиопередатчика.

Целью выпускной квалификационной работы (ВКР) является исследование характеристик ГВВ в перенапряженном режиме (ПР). Актуальность исследования и применения перенапряженного режима заключается в том, что:

• ПР относительно слабо исследован и редко применяется;

• при понижении напряжения питания Е_пит и увеличении сопротивления нагрузки R_н повышается вероятность перехода в ПР;

• интересно построение умножителей частоты в ПР.

Поэтому для достижения поставленной цели и получения целостной картины работы ГВВ в ПР необходимо решить следующие задачи:

• построение (синтез) упрощенной модели ГВВ, а также синтез модели АЭ;

• вывод выражений для коэффициентов Берга _n() и _n();

• исследование эффективности ПР на основе _n() и _n().

Необходимо отметить, что данное исследование, возможно, позволит внедрить повсеместное использование данного режима работы АЭ по напряженности. Вывод основных математических выражений с последующим составлением необходимых рекомендаций по выбору режимов работы, исходя из предъявляемых заранее требований, будет основан на ранее полученных и подробно описанных в литературе формулах и методах. Для проведения анализа работы ГВВ в различных режимах по напряженности необходимо детальное и подробное изучение данного вопроса, что в свою очередь ведет к определенным временным затратам. Поэтому для облегчения расчетов параметров ГВВ требуется создание на основе имеющейся базы знаний, изложенной в литературных источниках, структурированной и простой методики анализа работы ГВВ абсолютно для всех режимов работы по напряженности. Результатом проведения исследования как теоретического, так и практического, будет являться составление необходимых рекомендаций, на основании которых в дальнейшем уже не придется заострять внимание на выводе математических соотношений для оптимальных режимов работы, что, в свою очередь, позволит максимально быстро определить набор необходимых характеристик для поставленной задачи. Данный вопрос, бесспорно, рассмотрен в литературе, имеются альтернативные методы исследования характеристик ГВВ, однако все эти моменты освещены, в основном, для публики, достаточно авторитетной в данном вопросе. Задачей же данной ВКР является освещение круга вопросов по анализу характеристик ГВВ на доступном для широкой публики языке. Поэтому работа проведена немалая, и, для четкого понимания процессов, которые происходят в ГВВ, ВКР разбита на несколько составных частей (глав). Каждая из данных частей дополняет предыдущую, что, в свою очередь, позволяет построить из небольших фрагментов полную картину работы ГВВ с учетом комплексно взаимосвязанных характеристик и эффектов, получаемых в итоге.

Первая глава посвящена анализу классической модели работы ГВВ. Исходной точкой анализа является модель ГВВ на основе безынерционного идеализированного АЭ. Во второй главе поставлен вопрос получения модифицированной модели ГВВ. В третьей главе рассмотрен гармонический анализ импульсов выходного тока, введен параметр θ (угол отсечки). В четвертой главе поставлена задача получения расширенных коэффициентов Берга _n()^* и коэффициентов _n()^*. В пятой главе рассмотрены нагрузочные, модуляционные и колебательные характеристики ГВВ. В шестой главе приведена зависимость коэффициентов Берга _n()^* и коэффициентов _n()^* от внешних свободно варьируемых параметров ГВВ.