|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы  -/-»" -v-v  Рис. 2.31 ПФ, образованного выходной емкостью лампы Свых.л- К емкости Ci добавлена емкость монтажа Смонт- В отличие от мощных МДП-полевых и тем более биполярных транзисторов в лампах ограничение (2.70) приводит к тому, что Дэк.шир оказывается существенно меньше, чем Дэк.рез, определяемое из расчета резонансного ГВВ. Например, в усилительных каскадах телевизионных передатчиков, где рабочая полоса частот составляет А/ = 8 МГц, величина Дэк.шир меньше в 2.. .3 раза Дэк.рез- В ВЧ-ОВЧ передатчиках, где диапазон рабочих частот может достигать А/ = 20 .. .30 МГц и выше, нагрузочное сопротивление снижается до 300. ..500 Ом. При столь низких Дэк пропорционально снижается выходная мощность и коэффициент усиления по мощности Кр лампы. Возможен только недонапряженный режим работы с очень низким = U,/и, значит, малым КПД. Для повышения КПД требуется значительное снижение напряжений анодного питания и на экранной сетке и одновременно увеличение амплитуды импульса тока анода /атах, что оказывается, как правило, невозможным, так как ведет к значительному отклонению режима работы от паспортного для данной генераторной лампы. Отметим также, что и параллельное включение нескольких ламп не решает проблему, так как суммирование их токов сопровождается суммированием их ВЫХОДНЫХ емкостей и соответственно снижением общего нагрузочного сопротивления. В УРУ, как и при параллельном включении ламп, также происходит суммирование токов отдельных ламп в общем нагрузочном сопротивлении. Но здесь нет сложения их выходных емкостей, поскольку они являются элементами (либо составляют часть емкостей) отдельных звеньев искусственной длинной линии, рабочая полоса частот которой не зависит от числа звеньев (числа ламп). Рассмотрим принципы построения и работу на примере однотакт-ного УРУ с неоднородной анодной линией. Схема УРУ приведена на рис. 2.31. Она содержит N = Ni + N2 одинаковых ламп, причем первые образуют однородную часть, а остальные N2 - неоднородную часть анодной длинной линии. Практически в мощных УРУ используется от 4 до 10-12 ламп. По входу все лампы подключены к звеньям сеточной искусственной длинной линии, причем входные емкости ламп Свх.л являются элементами звеньев этой линии. С одной стороны линия подключена к источнику возбуждения U, а с другой - нагружена на балластное сопротивление Дб.с, равное волновому сопротивлению сеточной линии Zc- Величина Zc определяется примерно, как Дэк.шир. по (2.70) при подстановке Ci = Свх.л. где Свх.л - входная емкость лампы. Для согласования линии по входу с генератором Сг и по выходу с нагрузкой Дб.с включаются дополнительные звенья LJ., С (рис. 2.31). Аналогичные согласующие звенья Lai. -ai. ai и LaW2. In2- <[n2 устанавливают с обеих сторон анодной линии. В УРУ используют специальные тетроды и пентоды, обеспечивающие номинальные режим работы и мощность без тока управляющей сетки и обладающие наибольшей крутизной тока анода и минимальными входными и выходными емкостями. При работе без сеточных токов, при малых диссипативных потерях в сеточной линии и при Дб.с = Zc в ней устанавливается режим бегущей волны. При этом напряжения на управляющих сетках всех ламп можно считать одинаковыми по амплитуде Uc = Uj., но сдвинутыми по фазе, а вся мощность, потребляемая от предыдущего каскада, рассеивается в сопротивлении Дб с и равна Двх = 0,5г7,7Дб.с. По выходу все лампы подключены к анодной линии, причем емкости однородной ее части образованы выходными емкостями Ai ламп с учетом емкостей монтажа. Эти емкости Свых.л + Смонт определяют аналогично волновое сопротивление однородного участка анодной линии Zai, величина которого близка к Дэк.шир (2.70). На неоднородном участке волновое сопротивление анодной линии последовательно снижается, так что последняя N-я лампа нагружается на сопротивление ZbN2- Поскольку волновые сопротивления на неоднородном участке понижаются, дополнительно к (Свых.л + Смонт) подключаются конден- саторы Са.доп! • -Са.допЛГг- Анодная линия слева также нагружена на балластное сопротивление Дб.а = а справа - на Дн = ZaN2, к которому приводит нагрузочное сопротивление Дн УРУ согласующий широкодиапазонный трансформатор. Поскольку лампы VI... VN возбуждаются с задержкой по фазе, их первые гармоники анодного тока /ai также сдвинуты по фазе и суммируются на сопротивлении Дн и компенсируются (вычитаются) на Дб.а- Первая и последующая Ai - 1 лампы однородного участка анодной линии нагружены на сопротивления, равные Zai. Переменное напряжение на аноде первой лампы равно ui = /ai-ai, и она работает в сильно недонапряженном режиме с ui < Е- Переменное напряг жение на аноде второй лампы определяется суммой токов двух ламп t/p-* = 2/aiai. Аналогично в третьей лампе ui = 3/aiai, в Л1-й лампе Ui = iViJaiai- Первая и последующие JVi - 1 лампы развивают соответственно мощности Р[ = 0,5JiZal, = 0,5(2/al)Zal, Р = 0,5(3Jai)ai, рГ = 0,5(7ViJai)ai. Приравняем мощность, развиваемую лампами однородного участка УРУ Р\ и мощность в резонансном ГВВ на одной лампе Pipes = 0,5/а1Рэк.рез при одной и той же величине анодного тока Jai- При этом условии следует соотношение для числа ламп однородного участка УРУ Л] = \/Рэк.рез/-2а1 Таким образом, л1 ламп обеспечивают ту же мощность, что и резонансный ГВВ, но не на / = const, а в диапазоне частот Д/ = /в - /н- Подключение к однородной части анодной линии с Лх лампами дополнительно неоднородного участка с понижающимся от звена к звену волновым сопротивлением позволяет дополнительно увеличивать мощность УРУ. Каждая из N2 ламп неоднородной части УРУ работает на эквивалентное нагрузочное сопротивление, равное Рэк.рез, и обеспечивает мощность Pipes в граничном (или недонапряженном) режиме, как в резонансном ГВВ. Таким образом, если однородная часть УРУ на Ai лампах развивает мощность Pipes, как одна лампа в резонансном ГВВ, то каждая из N2 ламп неоднородной части вносит добавку, равную Pipes- Так происходит непосредственно суммирование мощностей: к мощности Pipes, развиваемой Ai лампами, добавляется мощность ЛзPipes, развиваемая N2 лампами. Поэтому выходная мощность УРУ равна Ps = (1+ A2)Pipe3- Одновременно включение неоднородной части позволяет повысить КПД: »?= Ps I Л-N2 N1+N2 Ро Рхрез - = Лрез I + N2 Ni + N2- (2.71) Чтобы каждая из N2 ламп работала на эквивалентную нагрузку Рэк.рез, волновое Сопротивление на неоднородной части анодной линии должно последовательно снижаться с Zai до Z2N2- 2j =7 4- ff-77 U - i>2,...,iV2). Ла1 + Лэк.рез/J (2.72) При практической реализации неоднородного участка анодной линии к выходным емкостям лампы добавляются внешние емкости Са.доп\-Са.допЫ2 (риС. 2.31). Определим возможную величину Pipes при использовании данной генераторной лампы в УРУ. Для ламп оговаривается мощность: максимальная Pi max, номинальная PiHoM ИЛИ развиваемая в линейном режиме Р1лин. При использовании данных ламп в УРУ надо учитывать, что его первая лампа работает с очень низким переменным напряжением на аноде ( = Ui/Ea и Crp/ii)- Поэтому у первой лампы можно приближенно (с запасом) считать, что вся потребляемая от источника анодного питания мощность Ро = £а7ао рассеивается на ее аноде.  Рис. 2.32 Это и является критерием при расчете величины Рхрез при использовании данной лампы в УРУ. Если непосредственно известна допустимая рассеиваемая мощность на аноде лампы Ра.доп, то можно принять Ро = Ра.доп- При этом колебательная мощность, которую может создавать Ai ламп однородной части анодной линии и каждой из N2 ламп неоднородной части анодной линий, равна Рхрез » Г,Ро = 7?Ра.доп, (2-73) где Г) К! 0,4 \л Г) о,6...о,7 при работе лампы соответственно в классе А (61 = 180°) и в классе АВ и В (9 = 110...90°). Если на данную лампу не указывается Ра.доп, то ее величину можно определить приближенно из колебательной мощности Pi с учетом расчетного или экспериментально известного КПД анодной цепи лампы в резонансном ГВВ: Ра.доп « Pl(l/»?* - 1), где Pi = Pimax либо Рхном ИЛИ Р1лин И »/* » 0,6...0,7. Важно, что требование Ра.доп = Ро ведет к 1,5-.. .2-кратному недоиспользованию ламп в УРУ по мощности. На рис. 2.32 показан пример построения двухтактного УРУ. Трансформатор Т1 осуществляет переход от несимметричного входа к симметричному выходу и противофазное возбуждение плеч УРУ; трансформатор Т2, наоборот, обеспечивает переход к несимметричной нагрузке Рд. При коэффициентах трансформации 1:1 входное сопротивление УРУ Рвх = 2Zc, а нагрузочные сопротивления у обоих плеч равны = 0,5Дн. Применяя TI и Т2 с другими коэффициентами трансформации, можно изменять Двх И Дн (при заданном Д). Геометрические размеры ламп могут быть больше, чем продольные размеры индуктивностей звеньев сеточной и анодной искусственных длинных линий. В этих случаях в промежутках между основными звеньями включают "холостые" звенья, содержащие индуктивности • и сосредоточенные емкости (рис. 2.32). Для улучшения симметрии двухтактного УРУ, создания нагрузки для синфазных составляющих тока анода (токов четных гармоник) среднюю точку трансформатора Т2 не закорачивают по радиочастоте, а включают балластное сопротивление Дб.а.доп ~ 0,5Д*. Исходными данными для расчета являются: мощность в нагрузке Рн, коэффициент бегущей волны (КБВн) в нагрузке; режим усиления колебаний с постоянной или переменной амплитудой; нижняя f„ и верхняя /в граничные частоты рабочего диапазона. Обычно Д составляет не более 1,0...3,0 МГц при Kf = fs/f„ > 3...10. При этом искусственные сеточные и анодные линии строят в виде ФНЧ с полосой от О приблизительно до Д. Порядок расчета. Определяют мощность, которую непосредственно должны обеспечивать лампы УРУ: Р* = 0,5Рн (1-ЬКБн) 1 4КБВн ТУа.лУтр (2.74) где 7?а.л = 0,8 ... 0,85 - КПД анодной линии; rjp = 0,9 ... 0,95 - КПД выходного трансформатора. Коэффициент 0,5 определяет мощность одного плеча двухтактного УРУ, в случае однотактного УРУ его опускают. Выбирают лампы для УРУ согласно табл. 1.5. Наиболее подходят лампы, колебательная мощность которых, развиваемая в резонансных ГВВ в режиме, близком к граничному, с учетом угла отсечки анодного тока в W 90°, находится в пределах 0,25.. .4 кВт. При использовании их в УРУ из-за ограничения Ро = Ра.доп колебательная мощность данной лампы снижается в 1,5.. .2 раза. Отметим также, что выбирать для УРУ слишком мощные лампы не оправдано. Мощность, которую обеспечивает данная лампа, согласно (2.74) будет определять мощность Р*, т.е. мощность однотактного УРУ или половинную мощность двухтактного УРУ с однородной анодной линией. Однако УРУ с однородной линией обеспечивает низкий КПД. Для повышения КПД необходимо переходить к УРУ с неоднородной анодной линией. В этом случае мощность одной лампы должна быть в (1 -f N) раз ниже: Р1рез = Рн7(1+А2), (2.75) где N2 = 3...8. Для выбранного типа лампы помимо электрических параметров, включая предельно допустимые значения напряжений и токов, статических (вольт-амперных) характеристик, должны быть известны входные Свх ~ Сскат и выходные Свых Са.кат еМКОСТИ. Проводят электрический расчет ГВВ на данной лампе с учетом рекомендаций, приведенных в § 2.9 в режиме А (0 = 180) либо АВ или В [9 = 110 . . .90°) при усилении колебаний с постоянной или переменной амплитудой. Главные особенности расчета в случае УРУ состоят в том, чтобы мощность, потребляемая анодной цепью, не превышала предельно допустимую рассеиваемую на аноде Ро = РаДо а.доп и чтобы амплитуда напряжения на сетке Uc была меньше напряжения сеточного смещения Ее (лампы УРУ должны работать без токов управляющих сеток). В результате электрического расчета должны быть известны колебательная мощность Р]рез и нагрузОЧНОе сопротивление Дэк.рез- Определяют волновое сопротивление однородной части анодной линии: = (2.76) т/гр.аС где га выбирают в пределах 1,35... 1,45 и /гр.а = (1,15 ... 1,25)/в. Коэффициент, равный 1,15... 1,25, учитывает увеличение граничной частоты анодной линии Др.а по сравнению с Д на 15...25 %. В емкость Са = Свых.л + Смонт входит емкость монтажа, обычно составляющая 5... 15 пФ. Рассчитывают число ламп: однородной части И неоднородной части N2 = (н71рез) - 1. (2.77) (2.78) Числа и N2 округляют до целых в большую сторону. Если они значительно отличаются от целых, целесообразно пересчитать резонансный ГВВ на другие значения Дэк.рез и Pipes. Определяют волновое сопротивление последнего звена неоднородной части анодной линии (из (2.72) при j = N2): &2N2 а1Дэк.рез/А2 Zl + Дэк.рез/Л2 И волновое сопротивление сеточной линии: Zc = тДр.сСс (2.79) где Др.с = (1,05 ... 1,1)Др.а. т.е. граничную частоту сеточной линии задают на 5... 10 % больше анодной, что повышает устойчивость УРУ. В емкость Сс входит Сс - Свх.л ~Ь Смонт ~Ь Сдоп! где дополнительные конденсаторы Сдоп включают для снижения влияния разброса входных 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |