Схемы анодной цепи генератора.

Основные элементы анодной цепи генератора – лампа, источник питания и колебательная система могут быть включены параллельно либо последовательно. Соответственно различают параллельную и последовательную схемы питания анодной цепи.

Остановимся подробнее на каждой из этих схем. Вариант схемы последовательного питания анодной цепи приводится на рисунке 4.3а

Рисунок 4.3 – Схемы последовательного питания анодной цепи

 

Блокировочная емкость в этой схеме (Сбл) должна быть выбрана таким образом, чтобы падение напряжения на ней от токов высокой частоты было незначительным по сравнению с напряжением на контуре. Для этого необходимо выполнить условие

Практически оказывается достаточно обеспечить сопротивление блокировочной емкости в 50-100 раз меньше Rое, т.е.

(4.1)

Это уравнение можно использовать для сравнения блокировочной емкости с емкостью контура; , поэтому полагая , на основании (4.1) получим

Индуктивность блокировочного дросселя выбирается так, чтобы его сопротивление на рабочей частоте было значительно больше сопротивления блокировочного конденсатора

 

 

На практике можно ограничиться соотношением

 

В рассматриваемой схеме анодной цепи источник питания и блокировочные элементы включены в цепь, имеющую нулевой потенциал относительно земли. Поэтому влияние их паразитных емкостей на контур исключается. Это достоинство схемы обусловило ее применение в диапазонах выше 3 МГц. Основной недостаток схемы – наличие высокого напряжения источника питания на элементах контура относительно земли. В результате усложняется конструкция контура, т.к. требуется тщательная изоляция его элементов и органов перестройки от корпуса передатчика.

Если контур перестраивается конденсатором, можно построить схему последовательного питания частично свободную от указанного недостатка (рисунок 4.3б). В этом случае контурный конденсатор заземлен и не требуется изоляция контура от органа настройки. Однако катушка контура должна быть тщательно изолирована. Кроме того, появляются другие недостатки. В частности, на контурном конденсаторе кроме переменного напряжения оказывается сосредоточено постоянное напряжение источника питания. Усложняются и условия работы блокировочного конденсатора, т.к. через него теперь протекает контурный ток, который в раз превышает анодный.

На рисунке 4.4а представлен вариант последовательной схемы питания при неполном включении контура. Здесь оба конца контурной катушки находятся под высоким потенциалом, поэтому блокировочный дроссель шунтирует часть контура. Чтобы отвести контурный ток, проникающий через дроссель, от источника питания, непосредственно у контура ставится блокировочный конденсатор Сбл. Сопротивление дросселя должно быть значительно больше сопротивления той части контура, параллельно которой подключен дроссель

Контурные конденсаторы в этой схеме должны быть рассчитаны на сумму переменного и постоянного напряжения источника питания.

В схеме на рисунке 4.4б точка подключения дросселя Lбл выбирается так, чтобы он оказался в диагонали моста, образованного контурными конденсаторами и катушкой индуктивности. При условии L1·C1 =L2·C2

мост сбалансирован и переменного напряжения на дросселе нет.

 

Рисунок 4.4 –Варианты схем последовательного питания анодной цепи

 

В связи с этим, величина индуктивности дросселя может быть небольшой. Следует однако иметь ввиду что баланс моста может быть сохранен лишь при сопряженной настройке контура двумя переменными конденсаторами так, как это показано на рисунке 4.4. В этом случае соотношение С1/С2 может оставаться неизменным.

Постоянное напряжение на контурных конденсаторах отсутствует в схеме на рисунке 4.4б. Однако в этом случае требуется два блокировочных дросселя, а колебательный контур оказывается под напряжением источника питания.

Схемы параллельного питания анодной цепи приведены на рисунке 4.5

Здесь постоянной составляющей анодного тока отведена специальная цепь через блокировочный дроссель. Чтобы исключить возможность короткого замыкания источника питания через дроссель и контурную катушку, в цепь переменной составляющей анодного тока введен разделительный конденсатор (Ср). Блокировочный конденсатор (Сбл), который отводит переменный ток от источника питания, выбирается из следующего условия

В схеме параллельного питания блокировочные элементы Lбл и Ср подключены к аноду лампы; при этом контур шунтируется паразитными емкостями блокировочных элементов относительно земли. Это обстоятельство ограничивает область применения схемы диапазонами НЧ и СЧ, где собственная емкость контура достаточно велика.

 

Рисунок 4.5 – Схемы параллельного питания анодной цепи

 

Согласно идеальным схемам анодной цепи, индуктивность блокировочного дросселя следует брать по возможности большей величины. Однако рост паразитной емкости с увеличением размеров дросселя заставляет ограничивать величину Lбл. Кроме того, при длине провода дросселя, сравнимой с длиной волны, он ведет себя как отрезок длинной линии с коротким замыканием на заземленном конце (через источник питания; см. рисунок 4.5в). Входное сопротивление такой линии

Z = j W tg(2π lпр/λ),

где W – волновое сопротивление линии;

Lпр – длина провода дросселя.

Очевидно, что при lпр=nλ/2 (n=1,2,3…), входное сопротивление дросселя равно 0 и контур закорочен на землю по высокой частоте. Поэтому длину провода выбирают так, чтобы во всем рабочем диапазоне волн дроссель имел индуктивный характер входного сопротивления

lпр ≤ λмин/4 (4.2)

Здесь λмин – минимальная длина волны рабочего диапазона.

Блокировочный дроссель по высокой частоте включен параллельно индуктивности контура. Чтобы уменьшить шунтирующее действие дросселя, его индуктивность выбирается из условия Lбл>>Lк.

С учетом (4.2), практически берут Lбл = 50Lк.

Емкость разделительного конденсатора выбирают следующим образом

Roe >> 1/ωCp

На практике, с целью уменьшения паразитной емкости разделительного конденсатора, пользуются следующим соотношением

 

Основное достоинство параллельной схемы питания – отсутствие необходимости изолировать элементы контура от корпуса передатчика. Это достоинство предопределило ее применение в мощных передатчиках диапазона НЧ и СЧ.

Вариант параллельного питания при неполном включении контура приведен на рисунке 4.5б. Особенностью этой схемы является включение дополнительного дросселя L2бл. Этот дроссель закорачивает контурные конденсаторы по постоянному току, в результате чего все напряжение источника питания приложено к разделительному конденсатору, который на это рассчитан.

 

Схемы сеточных цепей

Схема цепи управляющей сетки включает элементы связи между каскадами, источник смещения и блокировочные элементы.

Связь между каскадами может быть осуществлена с помощью контура или трансформатора. Многоконтурные схемы связи в ламповых генераторах практически не используются вследствие чрезмерного усложнения процесса настройки передатчика.

Рассмотрим некоторые варианты одноконтурных схем.

На рисунке 4.6а приведена трансформаторная схема связи, в которой путем изменения взаимоиндуктивности М можно плавно регулировать напряжение возбуждения. Однако применяется такая схема довольно редко, т.к. требует довольно сложного вариометра. Кроме того, схему трансформаторной связи практически не удается использовать в диапазоне ВЧ. Это объясняется тем, что входная емкость лампы Свх совместно с катушкой связи образует неперестраиваемый паразитный контур. Резонансная частота этого контура обычно лежит в пределах ВЧ диапазона, поэтому при работе на частоте выше резонансной сопротивление контура имеет емкостный характер. В результате коэффициент передачи трансформатора с ростом частоты существенно уменьшается и обеспечить требуемую величину напряжения возбуждения не удается.

Рисунок 4.6 – Трансформаторная схема связи между каскадами

 

Такой вывод нетрудно сделать на основании эквивалентных схем, представленных на рисунке 4.6б, где Ls – индуктивность рассеяния трансформатора; Cэ – эквивалентная емкость паразитного контура.

Большее применение находит автотрансформаторная (кондуктивная) схема связи (рисунок 4.7а). Входная емкость лампы в этом случае компенсируется при настройке контура в резонанс, а требуемую амплитуду возбуждения всегда можно получить соответствующим выбором точки подключения к контуру.

На практике используется и емкостная схема связи (рисунок 4.7б)

Рисунок 4.7 – Схемы связи между каскадами

 

Достоинством этой схемы является повышенная устойчивость к самовозбуждению на частотах диапазона ОВЧ и УВЧ. Объясняется это тем, что емкость С2 (обычно значительной величины) подключена параллельно участку сетка-катод. В результате входное сопротивление генератора для высокой частоты паразитных колебаний понижается, уменьшается глубина паразитной положительной обратной связи и, как следствие, устраняется опасность самовозбуждения. Емкость С2 целесообразно размещать непосредственно на выводах сетки и катода с тем, чтобы исключить влияние паразитных индуктивностей соединительных проводников. В диапазонах ВЧ и УВЧ в качестве С2 можно использовать входную емкость лампы; емкость С1 изменяют (плавно или ступенчато) с целью регулировки амплитуды возбуждения.

Основные элементы сеточной цепи – источник возбуждения, лампа и

источник смещения могут быть включены последовательно или параллельно. В зависимости от этого различают схемы последовательного или параллельного питания сеточной цепи.

Схема последовательного питания обычно применяется при трансформаторной схеме связи (рисунки 4.6, 4.8). Ее основное достоинство – простота, т.к. требуется лишь один блокировочный элемент Сбл . Во всех остальных случаях как правило используется схема параллельного питания. В таких схемах приходится включать два или три блокировочных элемента (рисунок 4.7).

Разделительная емкость Ср в диапазоне НЧ выбирается следующим образом

где Rвх = Uc/Jвх

Для диапазонов СЧ, ВЧ и ОВЧ Ср = (20 – 30)Свх

На рисунке 4.7б разделительный конденсатор отсутствует, т.к. его функцию выполняет конденсатор С1.

Блокировочный дроссель Lбл исключает короткое замыкание источника возбуждения через источник смещения. Величина его индуктивности для схемы на рисунке 4.7а выбирается в пределах (30 – 50)Lc. Для схемы 4.7б Lбл = (30 – 50)/ωС2.

Емкость блокировочного конденсатора подбирается следующим образом .

 

При использовании в предварительном тракте передатчика широкополосных усилителей мощности сеточная цепь лампового каскада должна представлять собой чисто активную нагрузку во всем рабочем диапазоне передатчика. Такое условие может быть выполнено при использовании генераторных тетродов, способных отдавать номинальную мощность без тока управляющей сетки. Входное сопротивление лампы в этом случае имеет чисто емкостный характер. Чтобы обеспечить активное входное сопротивление генератора, на входной емкости собирается звено фильтра нижних частот (ФНЧ), нагруженное на согласованный резистор Rб (рисунок 4.8).

 

Подстроечный конденсатор Сп совместно с входной емкостью лампы образует емкость Т-образного звена ФНЧ, волновое сопротивление которого определяется соотношением

, где

 

4.8 - Схема широкополосной связи

между каскадами

 

Решение этой системы уравнений позволяет определить параметры элементов фильтра L и Rб по заданной частоте среза фильтра ωс и известной входной емкости Свх.

Подстроечная емкость Сп выбирается величиной (0.1 – 0.2)Свх.

В рассмотренных выше схемах напряжение смещения на управляющую сетку подается от отдельного источника. Этим источником обычно является выпрямитель. Однако, выпрямитель не может пропустить постоянную составляющую сеточного тока из-за наличия в его схеме вентиля (см. рисунок 4.9а). Поэтому напряжение смещения с выпрямителя на сетку подается через реостатный делитель (рисунок 4.9б), ток которого должен в несколько раз превышать ток сетки. В противном случае, смещение будет зависеть от тока сетки и, следовательно, от режима генератора.

Рисунок 4.9 – Схема подачи смещения от выпрямителя

 

На практике зависимость напряжения смещения от тока Ico может оказаться полезной. В таких случаях применяется «автоматическое» сеточное смещение, при котором необходимость в специальном источнике отпадает (рисунок 4.10).