Совместная работа генераторных ламп на общую нагрузку

При проектировании генератора далеко не всегда удается подобрать лампу с подходящей номинальной мощностью. В таких случаях приходится использовать в генераторе несколько ламп работающих на общую нагрузку.

Простейшим вариантом работы нескольких ламп на общую нагрузку является включение их параллельно друг другу. Схема параллельного включения показана на рисунке 4.17. Все одноименные электроды соединены по высокой частоте. По постоянному току цепи сеток разделены для того, чтобы можно было осуществить индивидуальный подбор и контроль режима ламп, параметры которых могут несколько отличаться.

Рассмотрим влияние асимметрии схемы на режим генератора при парал-лельном включении двух ламп. Основными причинами асимметрии схемы генератора являются различие одноименных параметров ламп и правильный монтаж генератора. В случае несимметричного монтажа анодные токи ламп могут отличаться не только по амплитуде, но и по фазе. Кажущееся сопротивление нагрузки для одной лампы генератора можно определить следующим образом

(4.4)

Аналогично для второй лампы получим

При наличии фазового сдвига между токами ламп кажущееся сопротивление нагрузки для ламп будет комплексным (при точной настройке контура в резонанс); в случае неравенства амплитуд анодных токов, кажущиеся сопротивления будут отличаться и по модулю. Причем для лампы с меньшим током режим будет более напряженным и наоборот. Этот вывод следует непосредственно из (4.4). Действительно, если , то и, следовательно, напряженность режима у первой лампы будет выше, чем у второй.

Колебательная мощность при изменении нагрузки достигает максимума в критическом режиме, поэтому изменение напряженности режима как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения напряженности неизбежно приведет к снижению колебательной мощности генератора. Если при этом одна из ламп окажется в недонапряженном режиме (ННР), то снижается и к.п.д. генератора. Комплексный характер нагрузки при фазовой асимметрии также приводит к снижению мощности и к.п.д. .

В качестве частного примера рассмотрим случай выключения одной из ламп генератора, работающего в критическом режиме.

Согласно (3.1) для симметричной схемы . После выключения второй лампы . В результате уменьшения сопротивления нагрузки в 2 раза, режим работающей лампы станет недонапряженным, вдвое уменьшится . Соответственно в два раза уменьшится колебательная мощность, отдаваемая оставшейся лампой. Общая же мощность генератора упадет в 4 раза . Мощность, потребляемая от источника работающей лампой, останется прежней (в ННР ток слабо зависит от сопротивления нагрузки), а мощность потребляемая генератором сократится вдвое . Определим мощность потерь на аноде оставшейся лампы

, где Ра = Ро - Р1

Учитывая, что в критическом режиме к.п.д. генератора ηкр ≈ 0,7

Окончательно получим .

Таким образом, рассеиваемая на аноде работающей лампы мощность равна мощности потерь на анодах двух ламп симметричного генератора. Иначе говоря, при отключении одной из ламп мощность потерь на аноде другой увеличилась вдвое.

Подведем итог анализа параллельной работы генераторных дамп:

1. Параллельное включение ламп требует тщательного симметрирования конструкции генератора и режимов ламп. В противном случае снижается мощность и к.п.д. генератора.

2. При параллельном включении мощных ламп существенно увеличивается протяженность соединительных шин. Совместно с паразитными емкостями схемы, собственные индуктивности шин образуют множество дополнительных контуров, на резонансных частотах которых возможно появление паразитных колебаний.

3. При параллельной работе ламп существенно снижается надежность генератора, т.к. при выходе из строя одной лампы вторая не может работать вследствие резкого увеличения мощности потерь на аноде.

Двухтактная схема (рисунок 4.18) представляет собой другой вариант совместной работы генераторных ламп.

Для нормальной работы схемы напряжение возбуждения на сетки ламп подается в противофазе. Поэтому в случае полной симметрии схемы анодные токи равны по величине и сдвинуты по фазе на 180º (рисунок 4.19).

Первые гармоники анодного тока (а также все нечетные) протекают через анодный контур в одном направлении, а в общем проводе в противоположных. В результате для симметричной схемы в общем проводе токи первой гармоники отсутствуют. Четные гармоники оказываются синфазными, и поэтому в общем проводе складываются, а на контуре создают противофазные напряжения так, что между анодами напряжения четных гармоник нет. Токов четных гармоник нет в индуктивности контура, т.к. их магнитные поля взаимно компенсируются.

Анализ двухтактной схемы показывает, что асимметрия в двухтактной схеме приводит к тем же последствиям, что и в случае параллельного включения ламп.

Рассмотрим некоторые особенности двухтактного генератора. Как уже было отмечено выше, ток первой гармоники при полной симметрии отсутствует в общем проводе. Тем не менее, емкостную ветвь целесообразно заземлить с тем, чтобы обеспечить минимальное сопротивление цепи для четных гармоник. Одновременное заземление по высокой частоте средней точки индуктивности недопустимо, т.к. из-за неточного определения середины катушки, средние точки индуктивной и емкостной ветвей могут оказаться не эквипотенциальными, а их соединение вызовет асимметрию в работе ламп. Если питание анодной цепи двухтактного генератора – последовательное (рисунок 4.20а), то источник питания включается в индуктивность контура через блокировочный дроссель. Величины индуктивности и емкости блокировочных элементов могут быть значительно меньше, чем для схемы последовательного питания в однотактном варианте.

В схеме на рисунке 4.20а контурные конденсаторы должны быть рассчитаны на сумму переменного и постоянного анодных напряжений. Постоянное напряжение с контурных конденсаторов можно убрать, устранив среднюю точку емкостной ветви, т.к. в этом случае катушка контура закорачивает контурный конденсатор по постоянному току (рисунок 4.20б).

При этом увеличивается сопротивление анодных цепей для четных гармоник, что в конечном счете приведет к увеличению уровня излучения этих гармоник на выходе передатчика. Применение такой схемы оправдано лишь в предварительных ступенях, где подавление четных гармоник не имеет столь важного значения. В выходной ступени передатчика более рационально применение схемы представленной на рисунке 4.20в, в которой емкостная ветвь заземляется через блокировочный конденсатор. Однако такая схема требует удвоенного количества блокировочных элементов.

Отметим некоторые достоинства двухтактной схемы:

• В двухтактной схеме существенно упрощается задача блокирования источников питания от токов высокой частоты. Даже при неполной симметрии схемы через блокировочные элементы протекают лишь небольшие уравнительные токи.

В некоторых случаях возможен полный отказ от блокировочных элементов за счет тщательного симметрирования конструкции генератора. Это обстоятельство особенно важно для генераторов, работающих в импульсном режиме, или с широкополосными видами модуляции. Блокировочные элементы в этих случаях могут существенно исказить форму сигнала.

• Двухтактная схема удобна при необходимости осуществления связи с симметричной нагрузкой (фидером или антенной).

• При индуктивной связи с нагрузкой двухтактная схема позволяет ослабить уровень четных гармоник. Однако, вследствие остаточной асимметрии, уровень излучения на второй гармонике остается значительным. Поэтому и в случае двухтактной схемы приходится использовать дополнительные фильтры. Кроме того, токи четных гармоник проникают в нагрузочный контур через паразитные емкости между контурной катушкой и ка-

тушкой связи (рисунок 4.21).

Вибраторы антенны по четным гармоникам эквипо-тенциальны, тем не менее, антенна излучает четные гармо-ники как несимметричный вибратор относительно земли.

Паразитные емкости между катушками могут быть умень-шены с помощью электро-статического экрана, Однако при этом увеличивается расстояние между катушками, уменьшается коэффициент связи и в результате далеко не всегда удается надлежащим образом загрузить генератор. Таким образом, последнее достоинство двухтактной схемы оказывается несущественным. Вместе с тем у двухтактной схемы имеются и существенные недостатки:

• Как и в случае параллельного соединения ламп в двухтактной схеме увеличивается опасность возникновения паразитных колебаний.

• Схема требует симметричного монтажа и подбора режима ламп.

• В двухтактном генераторе необходим двойной комплект деталей, вследствие чего снижается надежность генератора.

• Контур двухтактного генератора находится под удвоенным напряжением высокой частоты.

В силу указанных недостатков двухтактная схема находит ограниченное применение и постепенно вытесняется однотактной, которая обеспечивает более высокую надежность передатчика.