УГФС 2 Схема генератора с внешним возбуждением (ГВВ)

Анализ режимов работы ГВВ различных диапазонов волн с различными АЭ имеет в каждом случае специфические черты, связанные с конкретным механизмом работы АЭ или структурой остальных цепей схемы. Однако постановка задачи их проектирования, принципы анализа и методы расчета ряда основных параметров оказываются сходными. ГВВ должен вырабатывать требуемую мощность в нагрузке в заданной полосе частот. При этом на формируемое им колебание или на конструкцию ГВВ могут накладываться определенные ограничения (например, на уровень побочных гармонических составляющих, стабильность частоты и фазы, диапазон рабочих условий, массу, габаритные размеры и тд.).Должны быть оговорены показатели качества, по которым сопоставляются различные варианты (например, КПД, технологичность конструкции, надежность). Перечни ограничений и показателей качества, а также их ранжировка по степени важности определяются в каждом конкретном случае. При некоторых условиях показатели качества могут становиться ограничениями и наоборот. Цель проектирования состоит в оптимизации показателей качества ГВВ при выполнении заданных ограничений.

Любой ГВВ содержит активный элемент, цепи возбуждения, нагрузки и питания (рис. 1.1). Источник периодического возбуждения с внутренним сопротивлением и источник постоянного смещения создают на входе АЭ напряжение , управляющее движением носителей электрических зарядов в АЭ:

Ток во входной цепи вызывает падение напряжения на . Поэтому

Желательно иметь возможно малым для всех частот, тогда

Под действием напряжения и при включенном источнике питания выходной цепи на выходе АЭ появляется периодический ток . Этот ток протекает по входной цепи четырехполюсника ЦС (цепи согласования, рис. 1.1) с сопротивлением и образует на нем падение напряжения , в результате чего на выходе АЭ получается напряжение

Сопротивление - нагрузка выходной цепи АЭ. Оно отличается от сопротивления реального потребителя , которому через ЦС передается мощность от АЭ. Назначение ЦС – трансформировать в сопротивление , требуемое для получения расчетного режима АЭ на частоте рабочей гармоники тока . На остальных (побочных) гармониках и на постоянном токе должно быть близко к нулю. Тогда ЦС будет пропускать к нагрузке поток мощности на частоте 1-й (в усилители мощности) или N-й (в умножителе частоты) гармоники и отражать поток мощности на остальных гармониках.

Конденсаторы , (рис. 1.1) шунтируют источники питания , и защищают (блокируют) их от токов высокой частоты. В качестве источников питания используют выпрямители или химические источники (аккумуляторы, батареи и тд.).

Рис. 1.1. Функциональная схема генератора с внешним возбуждением

С обобщенным активным элементом

В установившемся режиме периодические входные напряжение и ток можно представить рядами Фурье:

;

где - угловая частота входного сигнала; n – номер гармоники; , - фазы n-х гармоник напряжения и тока. Обычно цепи возбуждения строят так, что у одной из переменных - или - можно не учитывать гармоники, начиная с n=2. Если это относится к напряжению, то говорят, что АЭ возбуждается гармоническим напряжением

где - нормированное время; - амплитуда первой гармоники напряжения; , n=2,3,…При этом все гармоники тока могут отличаться от нуля.

Если АЭ возбуждается гармоническим током, то

а все гармоники напряжения могут быть отличны от нуля.

Далее, за исключением специально оговоренных случаев, будут рассматриваться возбуждение АЭ гармоническим напряжением.

Периодический выходной ток также удобно представить рядом Фурье:

где - постоянная составляющая выходного тока; , - амплитуды и фазы n-х гармоник.

Составим выражение для напряжение на выходе АЭ;

где - модуль сопротивления нагрузки на частоте ; - его фаза; - сопротивление ЦС постоянному току, как правило ничтожно малое. Обозначим через - амплитуду падения напряжения на ЦС от n-й гармоники тока ;

Полагая =0, получаем

Обычно ЦС обладает избирательными свойствами. Ее входное сопротивление мало на частотах все гармоник, кроме рабочей: , . Поэтому напряжение получается почти гармоническим; тогда