Лабораторна робота № 1

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕДАВАЧА "ВОЛХОВ-М"

1 Мета роботи

Вивчення принципу побудови та схеми середньохвильового передавача "Волхов-М"; набуття практичних навичок із вмикання та настроювання передавача. Дослідження навантажувальних та регулювальних характеристик вихідного каскаду передавача.

2 Ключові положення

Генератор із зовнішнім збудженням (ГЗЗ) призначено для перетворювання енергії джерела живлення на енергію радіочастотних коливань за допомогою активного елемента, яким керує збуджувальний сигнал. Частота вихідного сигналу дорівнює або є кратною до частоти вхідного сигналу, тобто ω_вих = nω_вх, де n =1 (якщо ГЗЗ є підсилювачем потужності чи то напруги), або n = 2,3 (якщо ГЗЗ використовується як помножувач частоти).

Залежно від вихідної потужності і діапазону частот функції активного елемента можуть виконувати різні електронні або напівпровідникові прилади. В діапазонах від НЧ до УВЧ використовуються генераторні лампи, біполярні і польові транзистори, в діапазонах НВЧ, ВВЧ - НВЧ напівпровідникові прилади, клістрони. Рівень вихідної потужності транзисторів становить від 0,1...0,2 Вт до 250...500 Вт за граничних частот від сотень кілогерців до 10... 18 ГГц. Рівень вихідної потужності генераторних ламп коливається в межах від одиниць ватів до сотень кіловатів на частотах від 100 кГц до 6...8 ГГц.

Для узгодження вхідних та вихідних опорів активних елементів з опорами збуджувача і навантаженнями відповідно використовуються аперіодичні або резонансні узгоджувальні кола. Аперіодичні кола забезпечують узгодження опорів в широкій смузі частот (порядку кількох октав); смуга пропускання резонансних узгоджувальних кіл є значно меншою за октаву.

Відмінною особливістю ГЗЗ від підсилювачів напруги радіочастотних коливань, які використовуються, приміром, в радіоприймальних пристроях, є те, що ГЗЗ повинні забезпечувати підсилення потужності з високим коефіцієнтом корисної дії. Коефіцієнт корисної дії (ККД) для лампового ГЗЗ визначається як

(2.1)

де P₁= 0,5 I_а1 U_а — корисна потужність, яка виділяється у навантаженні,

I_а1 - перша гармоніка анодного струму;

U_a - амплітуда анодної напруги;

P₀= I_а0 E_а - потужність, споживана від джерела живлення,

I_а0 - стала складова анодного струму;

Е_а - напруга джерела анодного живлення.

Позначивши - коефіцієнт використовування анодної напруги і g₁(θ)=I_а1/I_а0 - коефіцієнт використання анодного струму за першою гармонікою, рівняння (2.1) можемо переписати у вигляді

(2.2)

З рівняння (2.2) видно, що для підвищення ККД слід підвищувати або , або , чи обидві величини разом. Величина залежить від кута відсікання θ; при змінюванні θ в межах від 0° до 120° коефіцієнт використання анодного струму змінюється в межах = 2...1. На практиці в ГЗЗ, з метою підвищення ККД, використовуються кути відсікання в межах θ = 70°...90°.

Коефіцієнт використовування анодної напруги визначається напруженістю режиму. Резонансні генератори можуть працювати у недонапруженому ( < _KP), критичному (граничному) ( = _KP) та перенапружених режимах ( > _KP). З (2.2) видно, що зі зростанням ККД генератора зростає. У недонапруженому режимі анодний струм являє собою періодичну послідовність імпульсів струму косинусоїдної форми, тривалість яких визначається кутом відсікання θ. При цьому висота імпульсу визначається амплітудою напруги збудження і слабко залежить від напруги на аноді.

За класифікацією, виділяють три види перенапружених режимів: слабко- перенапружений ( _кр < <1), граничний поміж слабко- та сильноперенапруженим ( ) і сильноперенапружений ( > 1). У сильноперенапруженому режимі косинусоїдний імпульс деформується, на його вершині з'являється сідловина, яка характеризується кутом θ₁ зростанням напруженості глибина сідловини зростає, досягаючи нульового рівня у граничному режимі. У сильноперенапруженому режимі імпульс анодного струму роздвоюється. В перенапружених режимах висота імпульсу визначається анодною напругою і слабко залежить від напруги збудження.

Критичний режим розділяє області недонапруженого і перенапружених режимів. Реалізується критичний режим лише за жорстко фіксованих величин напруг живлення електродів, напруги збудження та опору навантаження.

Вибір режиму роботи ГЗЗ визначається, перш за все, його призначенням. Недонапружений режим, який має відносно невисокий ККД, використовується в генераторах, які працюють як підсилювачі коливань із змінною амплітудою (підсилювачі коливань з AM, ОМ). Перенапружений режим, який має більш високий, аніж недонапружений, ККД, використовується для підсилювання коливань зі сталою амплітудою (сигналів з ЧМ, ФМ, при амплітудній маніпуляції).

Резонансні транзисторні генератори також можуть працювати в недона­пруженому або в перенапружених режимах. Транзисторні генератори з аперіо­дичним навантаженням в обмеженій смузі частот можуть працювати у ключо­вому режимі, який забезпечує високий електронний ККД ( _е = 0,92...0,98). У ключовому режимі імпульси колекторного струму мають форму меандра.

Заданий кут відсікання встановлюється співвідношенням напруг збудження та зміщення на сітці (базі), а напруженість режиму - напругами

живлення електродів, збудження та опором навантаження. При цьому величина кута відсікання не пов'язана з напруженістю режиму.

Найбільшого використання ГЗЗ знайшли у радіопередавальних пристроях. Сучасні радіопередавальні пристрої будуються за багатокаскадною схемою. Це пов'язано, передусім, з вимогами забезпечення високої стабільності частоти. Робочі частоти передавача із заданою стабільністю створюються у збуджувачі, роль якого в найпростішому випадку може виконувати автогенератор. Високу стабільність можуть забезпечувати лише кварцові автогенератори, вихідна потужність яких не перевищує одиниць міліватів. Решта каскадів передавача - підсилювачі потужності, роль яких виконують генератори із зовнішнім збудженням.

Вибір режимів роботи каскадів передавача зумовлює не тільки ККД усьо­го пристрою, а й якісні показники, та надійність. Так, усі каскади передавача з односмуговою модуляцією повинні працювати у лінійному (θ = 180° або 90°) недонапруженому режимі, а каскади передавача з кутовими видами модуляції - у слабкоперенапруженому або ключовому режимі. Вибір напруженості режиму є особливо важливим для транзисторних генераторів, тому що втрати потужності на колекторі значною мірою визначають надійність роботи генератора.