Методические указания к лабораторной работе Исследование генератора с внешним возбуждением (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиотехнических систем

Методические указания к лабораторной работе

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ

ВОЗБУЖДЕНИЕМ

По курсу «Радиопередающие устройства»

для студентов специальностей

«Радиотехника», «Радиотехнические системы»,

«Радиоэлектронная защита информации»,

«Радиосвязь, радиовещание и телевидение»

Минск 2010

УДК 621.386.61

Методические указания к лабораторной работе «Исследование генератора с внешним возбуждением» по курсу «Радиопередающие устройства» для студентов специальностей «Радиотехника», «Радиотехнические системы», «Радиоэлектронная защита информации», «Радиосвязь, радиовещание и телевидение» – Мн.: БГУИР, 2010. –29с.

В методических указаниях к лабораторной работе приведены краткие теоретические сведения о процессах, происходящих в генераторах с внешним возбуждением. Рассмотрено влияние нагрузки, питающих и высокочастотных напряжений на напряженность режима, форму выходного тока, выходную мощность, коэффициент полезного действия. Изложены методики экспериментального и машинного анализа режимов работы и характеристик генератора.

Составители:

© Составление и др.,

2010

1.  ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с физическими процессами, происходящими в генераторе с внешним возбуждением (ГВВ). Экспериментальный и расчетный анализ влияния питающих и высокочастотных напряжений, нагрузки на напряженность режима, форму выходного тока, выходную мощность, коэффициент полезного действия транзисторного ГВВ.

2.  КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Генератором с внешним возбуждением называется каскад передат­чика, преобразующий энергию источника питания в энергию колебаний высокой частоты. При этом частота колебаний, полученных на выходе ГВВ, определяется частотой поданных на вход колебаний. Если частота генерируемых колебаний совпадает с частотой возбуждения, то ГВВ называют усилителем мощности колебаний. ГВВ, у которого выходной контур настроен на одну из гармонических составляющих частоты входного сигнала, называется умножителем частоты.

Структурная схема ГВВ изображена на рис.1. Он состоит из следующих основных элементов:

¾ активного элемента (АЭ);

¾ источника питания ;

¾ источника смещения ;

¾ источника напряжения возбуждения;

¾ выходной цепи.

АЭ выполняет роль регулятора расхода энергии источника питания. В качестве АЭ в ГВВ применяют вакуумные лампы, биполярные и полевые транзисторы и др. Выбор электронного прибора определяется мощностью и диапазоном рабочих частот. Маломощные ГВВ в основном выполняются на биполярных транзисторах (БТ). При дальнейшем рассмотрении изложение будет вестись применительно к ГВВ на БТ.

Источник периодического напряжения возбуждения с внутренним сопротивлением и источник постоянного смещения создают на входе АЭ напряжение, управляющее движением носителей электрических зарядов:

.

(1)

ЕС

ЕС

Сбл

Сбл

Uв(t) Uв Uвх

Zв

Iвых

Iвых

ZН

Uвых UН

Рис. 1

Выходная цепь состоит из цепи согласования (ЦС) и нагрузки. ЦС трансформирует сопротивление нагрузки в некоторое сопротивление для установления оптимального режима АЭ. При воздействии входного напряжения в выходной цепи ГВВ за счет нелинейности АЭ присутствует ток , который можно разложить в ряд Фурье:

(2)

где	– постоянная составляющая выходного тока; , – амплитуда и фаза гармонических составляющих.

Обычно ЦС представляет собой колебательный контур, частично подключенный, как к выходной цепи АЭ, так и к нагрузке. Поэтому ЦС обладает избирательными свойствами. Ее входное сопротивление максимально на рабочей частоте и уменьшается на частотах отличных от рабочей. Таким образом, кроме согласования ЦС выполняет также функции фильтра выходного сигнала. В этом случае выходной сигнал будет иметь вид:

(3)

где	и – модуль и фаза сопротивления нагрузки; n =1, 2, … – номер гармонической составляющей.

Конденсаторы шунтируют источники питания , и защищают (блокируют) их от токов высокой частоты, исключая тем самым паразитные связи через цепи питания. Смещение на вход АЭ может подаваться как от отдельного источника питания, так и с помощью резистивного делителя от источника .

Важнейшими характеристиками ГВВ являются:

¾ выходная мощность на частоте n-й гармоники;

¾ электронный КПД выходной цепи АЭ;

¾ коэффициент усиления по мощности .

Мощность, отдаваемая источником питания ,

(4)

преобразуется в энергию высокочастотных колебаний, суммарная мощность которых равна , и частично рассеивается на выходном электроде:

(5)

При избирательной нагрузке

(6)

В этом случае уравнение баланса мощностей в выходной цепи будет иметь вид

(7)

Соотношение для баланса мощностей во входной цепи

(8)

где	– мощность, отдаваемая источником возбуждения; – мощность, отдаваемая источником смещения; – мощность, рассеиваемая во входной цепи; , – амплитуды первой гармоники и постоянной составляющей входного тока; – фаза первой гармоники входного тока.

Таким образом, из выражения (8) следует, что мощности источников и расходуются на управление входным током и рассеиваются в АЭ в виде тепла. В случае, когда отрицательное (для ламп и некоторых типов полевых транзисторов), источник смещения превращается в потребитель мощности, т. к. . Коэффициент усиления по мощности определяется как отношение мощности гармонической составляющей рабочей частоты, отдаваемой в цепь согласования, к мощности