Динамические характеристики и режимы работы усилителя мощности (генератора с внешним возбуждением)

Содержание

1. Цель и задачи работы……………………………………………………4

2. Динамические характеристики и режимы работы усилителя мощности (генератора с внешним возбуждением)….………………...5

3. Энергетические характеристики (параметры) генератора с внешним возбуждением …………………………………………..……………….8

4. Программа и порядок выполнения работы………………………….....9

5. Содержание отчёта………………………………….………………….11

6. Библиографический список……….…………………………………...12

1. Цель и задачи работы.

Данная лабораторная работа выполняется методом компьютерного моделирования и компьютерного исследования работы лампового (триодного) генератора с внешним возбуждением на базе программы СПбГЭТУ, предназначенной для свободного распространения. Студенты при выполнения первой части этой работы должны 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.

Во второй части работы студенты должны при компьютерном исследовании работы генератора ознакомиться с его основными энергетическими показателями и исследовать зависимость этих показателей от изменения параметров схемы усилителя, а также напряжений источников питания и смещения.

Динамические характеристики и режимы работы усилителя мощности (генератора с внешним возбуждением).

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) преобразует высокочастотные колебания малой мощности в высокочастотные колебания большой мощности за счет энергии источника анодного питания. На рис. 1 представлена схема ГВВ на электровакуумном триоде:

Рис. 1.

Элементы схемы выполняют следующие функции: колебательный контур L, C₁, C₂ настроен на 1-ю гармонику анодного тока и трансформирует реальное сопротивление нагрузки Z_n в сопротивление Z′_n, которое «чувствует» лампа; C_p, L_p – служат для развязки ВЧ колебаний и постоянного тока.

E_a, E_g – напряжение источников питания и смещения.

Напряжение на сетке является суммой напряжения смещения E_g и мгновенного напряжения возбуждения u_g = U_gcosωt:

e_g = E_g + U_gcosωt.

Напряжение на аноде лампы определяется разностью напряжения источника питания E_a и мгновенного напряжения на контуре u_a = U_acosωt. При условии настроенного контура угол сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке ᵠ_н=0*, и e_a = E_a.

e_a = E_a – U_a cos ωt.

Следовательно, e_g и e_a в этом случае противофазны.

Работу усилителя мощности удобно рассматривать с помощью статических характеристик. В качестве основных используются проходные i_a=f(e_g) и выходные i_a=f(e_a) характеристики, рис. 2.

Рис. 2.

При кусочно-линейной аппроксимации этих характеристик динамические характеристики, связывающие между собой мгновенные значения i_a, e_g, e_a, представляют собой также отрезки прямых, которые можно построить по двум точкам. В семействах проходных и выходных характеристик:

1. ωt = 0, i_a = i_max, e_g = E_g + U_g = e_{g max},

e_a = E_a – U_a = e_{a min .}

2. ωt = π/2, i_a = 0, e_g = E′_g,

E_a = E_a.

(на рис. 2 E_g = E′_g)

При подаче на вход лампы напряжения u_g, анодный ток i_a определяется выражением:

i_a = S[E_g – E′_g + (U_g – DU_a)cosωt],

где параметры S, D, S_гр и E′_g определяются по кусочно-линейно аппроксимированным характеристикам (рис. 2), а наклонная линия АВ характеризует нагрузку.

Напряжение отсечки E′_g соответствующее E_a при отличии E_a от E_{a ном} определяется выражением:

E′_g0 = E′_g0 – D(E_a – E_{a ном}), E′_g0 = E′_g при E_{a ном.}

Положение точки В на динамической характеристике определяет границу перехода усилителя мощности из недонапряженного режима в перенапряженный.

Недонапряженному режиму соответствуют положения рабочей точки на интервале ВАС, когда U_a не выходит за линию граничного режима ОВ. Перенапряженный режим получается при заходе динамической характеристики на линию граничного режима.

Судить о режиме можно по коэффициенту использования анодного напряжения ξ=U₁/E_a.

Угол отсечки тока θ определяет режим усилителя мощности по току (А, В или С), и, следовательно, гармонический состав импульса тока, в частности.

I₀ = i_max α₀(θ), I₁ = i_max α₁(θ), где α₁(θ) и α₀(θ) – коэффициенты Берга.

3. Энергетические характеристики (параметры) генератора с внешним возбуждением.

Основными энергетическими характеристиками усилителя мощности являются выходная мощность P₁ и КПД. Рассмотрим энергетические соотношения в усилителе. Мощность, получаемая усилителем от источника питания P₀ частично преобразуется в высокочастотную колебательную мощность P₁ и рассеивается на аноде лампы (P_ср):

Р₀ = Р₁ + Р_ср,

Здесь Р₁ = 1/2 U_a I_a1 cos ᵠ_н, Р₀ = E_α I_a0, где I_a0 – постоянная составляющая анодного тока, I_a1 – амплитуда первой гармоники анодного тока.

Электронный КПД анодной цепи:

η = Р₁/Р₀ = 1/2(U_a I_a1)cos ᵠ_н /(E_a I_a0) = 1/2 γ ξcos ᵠ_н,

где γ = I_a1/I_a0, ξ = U_a/E_a.

Максимальное значение выходной мощности и КПД достигается при ᵠ_н = 0, кроме того, их величины зависят от режима лампы по анодному напряжению и угла отсечки анодного тока. В частности, максимальное значение колебательной мощности Р₁ достигается только в граничном режиме, а высокое значение КПД достигается как в граничном, так и в перенапряженном режимах, причем значение КПД увеличивается с ростом ξ → 1 и с уменьшением угла отсечки.