Исследование режимов работы и энергетических характеристик генератора с внешним возбуждением

Отчет по лабораторной работе №1.

Дисциплина: Устройства генерирования и формирования сигнала.

Выполнили студенты гр. 3092/2: Вельямидов П.

Ушаков А.

Шмидт М.

Проверил: Сергеев А.Я.

Санкт-Петербург

2013г.

Цели и задачи работы:

1) Получить представление о статических (проходных и выходных) кусочно-линейно аппроксимированных характеристиках генераторного триода, работе генератора с отсечкой тока, динамических характеристиках и режимах работы генератора, классифицируемых по углу отсечки и использованию анодного напряжения.

2) Ознакомиться с основными энергетическими показателями и исследовать зависимость этих показателей от изменения параметров схемы усилителя.

Генератор с внешним возбуждением на электровакуумном триоде (рис. 1)

Граничный режим ГВВ:

В граничном режиме происходит пересечение линии граничного режима и динамической характеристики, при этом импульс тока представляет собой половину синусоиды (при ).

Перенапряженный режим:

Как видим, перенапряженный режим проявляется в появлении в импульсе тока седловины. Также появляется сеточный ток.

При увеличении напряжения смещения Ea мы уходим из граничного режима в недонапряженный режим, что логично. Амплитуда внешнего колебания остается неизменной, а «расстояние» до линии граничного режима увеличивается, таким образом, мы захватываем не весь динамический диапазон. В случае уменьшения смещения мы оказываемся в перенапряженном режиме.

В результате увеличения нагрузки контура Zн мы оказываемся в перенапряженном режиме. Это происходит в силу того, что напряжение на аноде увеличивается, т.е. растет амплитуда колебаний, происходит пересечение линии граничного режима, усилитель оказывается в перенапряженном режиме. В случае уменьшения наоборот.

Изменение фазы между напряжением и током в контуре.

В результате появления фазы между током и напряжением в контуре динамическая характеристика раздваивается. Из-за появления фазы, в момент времени , напряжение на аноде будет равно не , а . То есть у выходного напряжения появится ненулевая начальная фаза. Этим объясняется и сохранение рабочего режима, и раздвоение динамической характеристики.

При изменении напряжения смещения на сетке Eg, мы меняем рабочий режим лампы, т.е. меняем анодной ток. Таким образом, при уменьшении смещения анодный ток уменьшается, мы переходим в недонапряженный режим. Иначе, все наоборот.

Энергетические характеристики(параметры) генератора с внешним возбуждением.

1. Зависимость

Для данной зависимости лучше рассматривать то, что слева от граничного режим (левее точки помеченной эллипсом) и то, что справа. Слева – недонапряженный режим, справа – перенапряженный. В левой части подводимая мощность с ростом амплитуды входных колебаний Ug линейно возрастает. Это согласуется с теорией, где , у нас неизменно, однако постоянная составляющая анодного тока растет. Мощность полезного сигнала возрастает квадратично, что также согласуется с теорией ведь . - зависят линейно от Ug, ведь мы используем кусочно-линейную аппроксимацию. - также хорошо объясняется ведь - а это квадратное уравнения от . В перенапряженном режиме все зависимости линейны. Для все также хорошо объясняется, т.к. анодный ток имеет провал, его постоянная составляющая растет медленнее, поэтому наклон меньше. Хотя импульс тока с повышением Ug по абсолютному значению и достигает больших значений, его форма искажается, видимо это приводит к тому, что первая гармоника начинает медленней расти. Линейность легко объясняется, разность двух линейных функций также линейная функция, из параллельности можно сделать интересный вывод с точностью до константы от Ug сумма даст , т.е. амплитуды высших гармоник слабо зависят от Ug(либо они не учтены в данной программе, скорее всего так!!!).

2. Зависимость .

Граничный режим вновь отмечен эллипсом. Как видим, в перенапряженном режиме все характеристики имеют квадратичную зависимость. Это связано с тем, что с ростом Ea также растет и амплитуда анодного тока (как постоянной составляющей, так и переменной). При увеличении напряжения питания мы попадаем в недонапряженный режим. При этом, амплитуда анодного тока остается неизменной, поэтому мы имеем P1 – постоянной. При этом Ea увеличивается, т.е. линейно увеличивается и подводимая мощность, что мы и видим на характеристике. Как обычно Pср определяется разностью мощностей, что мы также и видим.

3. Зависимость

Граничный режим обозначен стрелкой. С увеличением сопротивления нагрузки мы переходим из недонапряженного в граничный, а затем в перенапряженный режимы. С увеличением Rn анодный ток остается неизменным, т.е. мощность первой гармоники должна линейно увеличиваться(Ua линейно зависит от Rn), что мы и видим. Мощность постоянной составляющей линейно падает, что также логично, анодный ток уменьшается, при этом Ea неизменно, значит, падает подводимая мощность. В перенапряженном режиме подводимая мощность падает все по той же причине, падает при этом и переменная составляющая, ведь ток переменной составляющей также уменьшается.

4. Зависимость .

Граничный режим обозначен стрелкой. Как известно из первого пункта при появлении фазы между током и напряжением в нагрузке динамическая характеристика раздваивается, причем симметрично относительно . Мощность первой гармоники зависит по косинусу от фазы, что предсказывается теоретически и подтверждается на рисунке. При это подводимая мощность остается практический неизменной.

1. Зависимости кпд от параметров генератора с внешним возбуждение

Граничный режим обозначен стрелкой. Известно, что КПД есть , однако зависимости мы уже объясняли, КПД же находится простым отношением эти мощностей. Однако на данной зависимости(да и вообще на всех зависимостях КПД) есть одна особенность – граничный режим не дает максимального КПД. Максимальный КПД достигается в перенапряженном режиме. Мы думаем, это происходит из-за того, то программа не учитывает высшие гармоники.

2. Зависимость

Данная зависимость вновь дает максимальный КПД в перенапряженном режиме.

3. Зависимость

Как видим, данная зависимость точно такая же, как и зависимость мощности первой гармоники от фазы. Это логично, ведь подводимая мощность от фазы не зависит. Максимальный КПД достигается при фазе равной нулю.

4. Зависимость

Граничный режим обозначен эллипсом. При увеличении смещения на сетке лампы, мы сначала находимся в недонапряженном режиме, затем переходим через граничный, а затем попадаем в перенапряженный. При недостаточном смещении на сетке, анодный ток при заданной амплитуде внешнего возбудителя не является максимальным, это определяет недонапряженный режим. Затем при увеличении смещения анодный ток не может увеличиваться(не хватает энергии) из за этого мы попадаем в перенапряженный режим(если мы хотим остаться в граничном режиме, нам нужно увеличивать подводимую энергию Ea).

5. Зависимость

Граничный режим обозначен эллипсом. Вновь мы видим максимальное значение КПД не в граничном режиме.