Понятие генератора с внешним возбуждением (ГВВ). Разновидности ГВВ: усилители мощности, умножители частоты.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

В радиопередающей технике устройства, формирующие (генерирующие) мощные радиочастотные колебания, получили название генераторов с внешним возбуждением (ГВВ). Слова «с внешним возбуждением» указывают на то, что исходные высокостабильные колебания, на основе которых происходит получение колебаний требуемого уровня мощности в ГВВ, формируются в отдельном устройстве – возбудителе.

ГВВ принято классифицировать на 2 типа: усилители мощности (УМ) и умножители частоты (УЧ). Устройства последнего типа предназначены для генерирования мощных колебаний на повышенных частотах, где возможности возбудителя не позволяют непосредственно получить высокостабильное колебание с нужной частотой. Принцип работы УЧ заключается в том, что он выделяет в усиленном по мощности сигнале нужную гармонику исходного высокостабильного колебания, поступившего от возбудителя.

Любой ГВВ содержит электронный прибор – электронно-вакуумную лампу (триод или тетрод), биполярный или полевой транзистор. При этом принципы построения и функционирования ГВВ, выполненных на приборах разного типа, имеют очень много общего. Чтобы исключить необходимость рассмотрения ГВВ при использовании каждого из указанных выше приборов в отдельности, введем в рассмотрение обобщенный активный элемент (АЭ), обладающий свойствами усиливать сигналы, характерными и для электронно-вакуумных и для полупроводниковых электронных приборов. В случае необходимости учесть специфику конкретного типа электронных приборов это будет оговорено отдельно.

Функциональная схема ГВВ с обобщенным активным элементом.

С учетом изложенного, в самом общем случае в состав ГВВ входят (рисунок 2.1): АЭ, цепи возбуждения (Z_вн учитывает внутреннее сопротивление источника входного сигнала), нагрузка, цепь согласования с нагрузкой (ЦС), источники питания Е_с и Е_о.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема ГВВ

Цепь согласования с нагрузкой (антенной), обеспечивает трансформацию ее сопротивления к такому значению, при котором АЭ отдает в нагрузку наибольшую мощность с учетом существующих ограничений по току и напряжению на выводах прибора. Проблема наиболее полного использования электронных приборов по мощности становится особенно важной в случаях, когда АЭ имеет достаточно высокую стоимость.

Источник напряжения смещения во входной цепи Е_с предназначен для того, чтобы задать положение рабочей точки на соответствующей характеристике АЭ. С учетом обозначений на рисунке 2.1 результирующее напряжение на входных зажимах АЭ может быть выражено с помощью соотношения

Энергия постоянного тока, которую ГВВ преобразует в радиочастотные колебания, поступает от источника питания с напряжением Е_о.

Блокировочные емкости, включенные параллельно источникам постоянного напряжения, предназначены для того, чтобы исключить протекание через них переменных токов, которые могли бы привести к паразитной модуляции напряжений Е_с и Е_овследствие наличия у этих источников ненулевого внутреннего сопротивления.

Статические характеристики (СХ) активных элементов

Как известно из дисциплины «Электроника», поведение токов и напряжений на выводах электронных приборов может быть определено по семейству их статических характеристик (СХ). СХ делятся на 3 типа: входные, выходные и проходные.

В качестве примера на рисунке 2.2 приведены семейства трех типов вольт-амперных характеристик (ВАХ) электронно-вакуумной лампы (ЭВЛ).

Рисунок 2.2 –Входные, проходные и выходные характеристики ЭВЛ

Статические характеристики ЭВЛ и полупроводниковых приборов отличаются не только по величине рабочих токов и напряжений, но и по поведению кривых, образующих семейства ВАХ. Более того, имеют место заметные различия в поведении ВАХ тетродов и триодов, обусловленные особенностями конструкции этих приборов. Определенные различия проявляются и между семействами ВАХ биполярных и полевых транзисторов. Более подробно эти особенности рассмотрены в [1].

Общей закономерностью всех типов электронных приборов, применяемых в ГВВ, является их нелинейный характер. Это нетрудно увидеть и на рисунке 2.2. Для того чтобы при определении характеристик ГВВ исключить необходимость решать систему нелинейных уравнений (в 20-е….50-е годы 20 века, когда формировалась классическая теория построения РПдУ, это было бы крайне затруднительно ввиду отсутствия как средств вычислительной техники, так и соответствующих библиотек программ), было предложено аппроксимировать семейства СХ с помощью отрезков прямых линий (метод кусочно-линейной аппроксимации) (рисунок 2.3). При таком подходе в процессе расчетов неизбежно возникает погрешность, однако за счет рационального выбора параметров аппроксимирующих функций ее величина может быть уменьшена до приемлемых в инженерной практике значений.

При использовании кусочно-линейной аппроксимации связь между входными и выходными переменными задается с помощью крутизны. Крутизна проходной характеристики

Крутизна линии граничного режима (рисунок 2.3)

Баланс мощностей в ГВВ

Рассмотрим ГВВ с нагрузкой в виде настроенного параллельного колебательного контура. Напряжения, действующие в выходной цепи ГВВ, подчиняются следующему соотношению: