Ламповые генераторы с посторонним возбуждением
Ламповые генераторы с посторонним возбуждением, или, как их называют, усилители мощности высокой частоты, предназначены для усиления мощности высокочастотных колебаний, вырабатываемых автогенератором. Применение нескольких каскадов генераторов с посторонним возбуждением позволяет получить выходную мощность высокочастотных колебаний до нескольких десятков тысяч киловатт при относительно высоком коэффициенте полезного действия.
Схемы усилителей мощности высокой частоты генераторов с посторонним возбуждением подразделяются на однотактные и двухтактные.
 |
На рис. 163, а и б приведены схемы однотактных генераторов, а на рис. 163, в схема двухтактного генератора. Рис. 163. Схемы усилителей мощности высокой частоты: а — последовательная; б — параллельная; в — последовательная двухтактная. |
Схемы однотактных генераторов имеют много общего со схемами избирательных усилителей, рассмотренных в предыдущей главе. В схему однотактного усилителя мощности высокой частоты входят электронная лампа, анодная нагрузка в виде колебательного контура LC, источники питания, обеспечивающие выбранный режим работы генераторной лампы, и вспомогательные элементы, обеспечивающие связь с предыдущим каскадом и стабильность работы схемы. Если частота входного сигнала меняется, то в колебательный контур вводят переменную емкость С или индуктивность L для настройки контуров в резонанс с входным сигналом.
На управляющие сетки генераторов подаются напряжения смещения и возбуждения.
На рис. 163, а показана схема усилителя мощности высокой частоты с последовательным питанием анода и управляющей сетки лампы. Вместо сопротивления Rф в фильтре использован дроссель Lф. Напряжение смещения образуется за счет падения напряжения на сопротивлении Rc от постоянной составляющей сеточного тока (автоматическое сеточное смещение). Величина сопротивления сеточного смещения определяется по формуле Rc = │Еc│/ Ic0.
На рис. 163, б показана схема с параллельным питанием анода и управляющей сетки лампы усилителя мощности. Смещение на управляющую сетку подается от постороннего источника напряжения смещения.
Находят широкое применение также схемы автоматического смещения за счет падения напряжения от постоянных составляющих анодного тока и токов всех сеток на сопротивлении Rк, включенном в цепь катода. Сопротивление катодного смещения определяется по формуле
Дроссель Lс увеличивает сопротивление участка сетка—катод для токов высокой частоты, обеспечивает подачу напряжения сигнала на управляющую сетку лампы и уменьшает искажения формы результирующего напряжения на сетке. Индуктивность дросселя Lс можно рассчитать по формуле
где Свх — входная емкость лампы.
Переменная составляющая анодного тока, частота которой совпадает с частотой настройки колебательного контура LC, выделяет в нагрузочном контуре колебательную мощность
(281)
где Iа1 — амплитуда первой гармоники анодного тока; Rэ — сопротивление контура, настроенного на частоту первой гармоники анодного тока.
Емкость разделительного конденсатора Са должна быть такой, чтобы падение напряжения на нем не превышало 3—5% от напряжения на контуре
На экранирующую сетку в усилителях мощности высокой частоты постоянное напряжение подается либо через гасящее сопротивление R (рис. 163, а), либо через делитель R1R2 (рис. 163, б), либо от отдельного источника постоянного напряжения. Питание от отдельного источника постоянного напряжения увеличивает габариты и стоимость каскада, а также усложняет эксплуатацию. Экранирующая сетка обязательно соединяется с катодом через блокировочную емкость Сбл2. На защитную сетку часто подается небольшое положительное напряжение Ес3 порядка 10—50 в. Схемы питания защитной сетки подобны схемам питания экранирующей сетки.
При необходимости получить колебательную мощность, превышающую колебательную мощность используемой лампы, применяют либо параллельное, либо двухтактное включение ламп.
На рис. 163, в приведена схема двухтактного усилителя мощности высокой частоты на двух триодах. Однако для получения большей мощности в каждое плечо можно включить параллельно по две и более однотипных лампы.
Выше было показано, что при полной симметрии схемы в питающем проводе аб отсутствуют токи основной частоты и нечетных гармоник, так как эти составляющие проходят в питающем проводе в противофазе, вследствие чего взаимно компенсируются. Токи плеч основных частот находятся также в противофазе и, если ток первой лампы создает на индуктивности L' напряжение u'L = I'а1R'э cos ωt, то ток второй лампы на индуктивности L создает напряжение u"L = I"а1R"э cos (ωt + π). Здесь R'э и R"э — сопротивление нагрузки (анодного контура), отнесенное к соответствующей лампе (при неработающей второй), причем
(282)
где Rэ — сопротивление нагрузки между анодами ламп. В нашем случае
нагрузкой является контур второго или третьего вида с коэффициентом включения,
равным 1/2.
Так как напряжения u'L и uL сдвинуты по
фазе на 180°, то для переменного напряжения основной частоты потенциал средней
точки (точки б) контура равен нулю. Переменное же напряжение на всем контуре ик
равно разности напряжений u'L и u"L:
uк = u'L — u"L = U'ma cos ωt — U"ma cos (ωt + π),
а при симметрии схемы
uк = 2U'ma cos ωt = 2Uma cos ωt.
Мощность, выделяемая в нагрузочном контуре обеими лампами,
Если Rэ = R"э и U'mа = U"mа
то
Р = 2Р' = 2Р". (283)
Кажущееся сопротивление нагрузки одной лампы при двух работающих лампах можно определить по формуле
где U'mа — амплитуда переменного напряжения на аноде одной лампы; Iа1 — амплитуда первой гармоники анодного тока одного плеча.
Но так как
Следовательно, кажущееся сопротивление нагрузки каждой лампы равно половине полного эквивалентного сопротивления контура между анодами ламп и в два раза больше сопротивления нагрузки одной работающей лампы.
Токи третьей и высших нечетных гармоник проходят главным образом по емкостной ветви контура, так как эта ветвь представляет для них меньшее сопротивление, чем индуктивная.
Таким образом, при индуктивной связи двухтактного усилителя мощности с последующими цепями электронного устройства на вход последнего не поступают четные гармоники, а если и поступают нечетные, то значительно ослабленными. Отсутствие токов основной частоты и их нечетных гармоник в питающем проводе уменьшает паразитную обратную связь через источники питания. Выходные емкости ламп между собой соединены последовательно и поэтому начальная емкость двухтактного генератора получается меньшей, чем у однотактного, собранного на подобной лампе.
Наряду с этими достоинствами двухтактная схема обладает и серьезными недостатками. Она требует высокого эквивалентного сопротивления нагрузочного контура, что затруднительно получить на высоких частотах порядка 10 Мггц и более. Наличие удвоенного колебательного напряжения на элементах контура вызывает необходимость повышения качества изоляции его элементов.
Все преимущества двухтактного усиления мощности сказываются лишь при строгой симметрии схемы и надлежащем подборе идентичных ламп, что удорожает монтаж и усложняет регулировку схемы. Для возбуждения двухтактного усилителя мощности высокой частоты наиболее пригодны двухтактные возбудители, ибо они обеспечивают лучшую симметрию. Однако наибольшее распространение получили более простые, однотактные возбудители с индуктивной связью с сеточной цепью двухтактного усилителя мощности высокой частоты.
