книги / Трансформаторы в цепях согласования и сложение мощностей радиочастотных генераторов

нератора, так как средние точки для емкостной и индуктивной вет­ вей могут оказаться не точно средними, соответственно не эквипо­ тенциальными. Соединение таких точек общим проводом обусло­ вит асимметрию в работе ламп. Для того, чтобы при заземлении средней точки у емкостной ветви контура избежать заземления точ­ ки у индуктивной ветви контура через источник питания Еа, напряжение анодного питания подводят через блокировочный дроссель Хбл.а- Присоединить блокировочный дроссель 1бл.а стара­ ются как можно ближе к середине индуктивности Ьк, т. е. ближе к средней точке у индуктивной ветви контура. Как уже отмечалось, присоединиться абсолютно точно к середине индуктивности Ьк не­ возможно, поэтому практически между точкой присоединения Хбл.а и землею оказывается высокочастотное напряжение, составляющее по величине 5... 10 % от Еа[5]. Очевидно, такой же величины будет переменное напряжение на дросселе 1бл.а- Так как напряжение на блокировочном дросселе^бл.а оказывается в 10...20 раз меньше, чем на блокировочном дросселе в анодной цепи при параллельном пи­ тании анода в однотактном генераторе на такой же лампе, то индук­ тивность блокировочного дросселя 1бл.а в двухтактном генераторе может быть снижена в 10...20 раз по сравнению с требуемой для однотактной схемы ГВВ [5]. Емкость блокировочного конденсатора Сбл.а в двухтактном генераторе оказывается такой же, как в одно­ тактном ГВВ с параллельным питанием анода. Как видим, требо­ вания к блокировочным элементам в двухтактном ГВВ несколько слабее при соответствующем выполнении его, чем в однотактном генераторе.

Завершая обсуждение вопроса об общем проводе и заземлении средней точки у контура нагрузки в двухтактном ГВВ, отметим, что общим проводом может служить корпус или общая шина генератора. Чем короче общий провод, тем лучше (меньше его индуктивность и соответственно меньше сопротивление для гармоник). В пределе провода как такового может не быть, а все соединение сходится в узел. Если выходная емкость лампы составляет заметную часть от требуемой емкости Ск, то выполнять соединение средней точки у внешней части емкостной ветви контура нагрузки совсем необяза­ тельно. Средняя точка в этом случае образуется в точке заземления соединения катодов, где соединяются выходные емкости. Так как выходные емкости у ламп всегда имеются, то при двухтактном включении ламп указанная средняя точка у части емкостной ветви контура заземляется автоматически и, следовательно, всегда при­ сутствует, что также является одной из причин недопущения одно­

временного заземления средних точек у емкостной и индуктивной ветвей контура и поэтому предпочтение отдается заземлению сред­ ней точки у емкостной ветви контура (помимо лучшей фильтрации гармоник). Если выходные емкости ламп малы по сравнению с тре­ буемой емкостью контура, то сопротивление их для высших гармо­ ник анодных токов может оказаться весьма большим и при от­ сутствии общего провода высшие гармоники будут протекать через блокировочный дроссель Хбл.а, создавая на нем падение напряжения и изменяя этим режим работы ламп по сравнению с требуемым. Очевидно, при полной симметрии схемы на блокировочном дроссе­ ле будет только напряжение от четных гармоник, нечетные гармо­ ники компенсируются. На рис. 2.7 представлены схемы выходных цепей двухтактного ГВВ для случаев, когда выходные емкости ламп СВЬ1Х Сшх.п составляют заметную часть требуемой емкости

контура (рис. 2.7,о) либо в основном формируют необходимую ем­ кость контура (рис. 2.7,6). На схемах (рис. 2.7) показаны симметри­ рующие конденсаторы с емкостью Ссим для выравнивания выход­ ных емкостей ламп и емкостей монтажа. При подборе ламп симмет­ рирующие конденсаторы могут отсутствовать. Результирующая ем­ кость контура в схемах (рис. 2.7):

Рассмотрим требования к симметрии схемы и режимам работы ламп в двухтактном генераторе на примере схемы рис. 2.5.

Предположим, что контур нагрузки Ск, Ск, Хк, включенный ме­ жду анодами ламп, настроен на частоту первой гармоники анодного тока и абсолютно симметричен относительно каждой лампы. В этом случае по отношению к каждой лампе контур имеет коэффициент включенияр=\12.

Для общности результатов введем в рассмотрение комплексные амплитуды первых гармоник анодных токов ламп, связь между ко­ торыми определим в виде 1а\п =- КХа\п = - К1а\у, , где К = /сеп - комплексный коэффициент, учитывающий различие амплитуд пер­ вых гармоник анодных токов ламп /а)п, 1а\п (2.12) и отклонение

возбуждения ламп от противофазного на угол (р.

Знак «-» в соотношении комплексных амплитуд соответствует противофазному возбуждению ламп (2.11) при ф = 0.

Комплексная амплитуда контурного тока*, создаваемого лам­ пой У\,

1конт^ ~Р = 1/2 (*2ц/а1 (/,);

где ^ н- нагруженная добротность контура Ск, Ск, Ьк.

Комплексная амплитуда контурного тока, создаваемого лам­

Так как составляющие контурного тока, создаваемые лампами У\> Уъ растекаются в контуре в противоположных направлениях, то есть вычитаются, то комплексная амплитуда результирующего кон­ турного тока

1конт = Якоит^ ~ 1конт^ = 1/2 [бн^а1|/, (1 К)]-

Контурный ток, протекая через емкости Ск, создает на них на­ пряжения. Так как емкости Ск подключены параллельно участкам анод-катод соответствующей лампы, то переменные напряжения,

Напомним, что в случае неполного включения параллельного контура кон­ турный ток /К011Тсвязан с током возбуждения /, соотношением [3 , кн. 1]: /конт =

= рО, /ь где р - коэффициент включения контура; О - добротность контура с уче­ том собственных потерь и нагрузки.

действующие на анодах ламп относительно катодов, равны падени­ ям напряжений на емкостях Ск, создаваемым контурным током.

Комплексные амплитуды переменных напряжений на анодах ламп относительно катодов:

\4с/2 тура, настроенного на частоту первой гармоники анодного тока со, то

где Лое = ^„рк - эквивалентное сопротивление параллельного коле­ бательного контура, включенного между анодами ламп двухтактно­ го ГВВ.

Ощущаемые лампами сопротивления нагрузки (кажущиеся со­ противления нагрузки [5]):

Соотношения (2.14) подобны соотношениям (2.3) для парал­ лельного включения двух ламп и отличаются только коэффициен­ том 1/4. Следовательно, требования к симметричности режимов ламп при двухтактном включении будут такими лее, как и при па­ раллельном включении.

Таким образом, как и при параллельном включении, при двух­ тактном включении ламп ощущаемое лампой сопротивление зави­ сит как от эквивалентного сопротивления контура Кое, так и от амплитудных и фазовых соотношений между выделяемыми гармо­ никами анодных токов ламп. Оптимальным будет реясим, когда токи одинаковы по величине (к = 1) и лампы возбуясдаются стро­ го в противофазе (ф = 0). В этом случае К = 1, а 20Щ[/( = 20Ш(/> =

= (1/2) Лое-

Если одна из ламп не работает (К = 0 или К = оо), то другая лампа ощущает чисто резистивное сопротивление, равное (1/4) /?ое, что соответствует эквивалентному сопротивлению контура относи­ тельно точек подключения с коэффициентомр= 1/2: Кжр<1 =р2^ирк=

= Р Кое р =].

При полной симметрии схемы (К —\) амплитуда колебательно­ го напряжения на каждой лампе согласно (2.13)

Умл~ ~ /;И К09 >

а колебательная мощность, отдаваемая одной лампой*,

Результирующая мощность в контуре

В общем случае комплексная амплитуда колебательного на­ пряжения на контуре, которое равно напряжению между анодами ламп, будет

что подобно (2.6) для параллельного включения двух ламп. Отличие только в коэффициенте 1/2.

Колебательная мощность, выделяемая в контуре нагрузки Ск,

что подобно (6.7). Отличие только в постоянных коэффициентах.

при /С = 1

При полной симметрии схемы (К= 1, соответственно к= 1, <р = 0)

что совпадает с (2.15).

В случае асимметрии схемы (К ф 1, т. е. к ф 1, ф ф 0) колеба­ тельная мощность, отдаваемая в нагрузку одной лампой, и резуль­ тирующая мощность в нагрузке определяются подобными (2.9), (2.10) выражениями, полученными при рассмотрении параллельно­ го включения двух ламп. При использовании (2.9), (2.10) для двух­ тактного включения двух ламп следует учитывать, что согласно (2.13)

^ма = - ^ . е / а1,/ , ^ 1 + 2/гсозср+А:2

4 п

Последнее выражение отличается от (2.6) только постоянным ко­ эффициентом.

На основании приведенных выше соотношений можно заклю­ чить, что по энергетическим показателям и требованиям к симмет­ рии схемы двухтактное включение ламп абсолютно подобно парал­ лельному включению. При полной симметрии схемы и идентично­ сти режимов ламп колебательная мощность в нагрузке удваивается.

ной ветви контура, создавая противофазные напряжения на ем­ костях Ск. Поэтому двухтактный генератор по схеме рис. 2.5. удобен

для подключения симметричной нагрузки. В частности, к контуру двухтактного генератора непосредственно может быть подключена симметричная двухпроводная линия (двухпроводный фидер).

При полной симметрии схемы рис. 2.5 на контуре Ск, Ск, Ькме­ жду анодами ламп не будет напряжения от четных гармоник анод­ ных токов: второй, четвертой и т.д. В то же время между анодом и катодом каждой лампы напряжения четных гармоник в рассматри­ ваемой схеме, далее в случае ее полной симметрии, будут.

На рис. 2.9 показаны пути протекания токов вторых гармоник

например, вторых гармоник (2оо) с комплексными амплитудами:

Нетрудно видеть, что даже при полной симметрии схемы на­ пряжения четных гармоник анодных токов будут присутствовать на аноде каждой лампы и обнаруживаться между анодом и катодом. На всем же контуре, т. е. между анодами ламп У\, Уъ при полной симметрии схемы напряжения четных гармоник не будут обнару­ живаться, так как аноды оказываются эквипотенциальными.

Очевидно, с повышением номера гармоники составляющие то­ ков через индуктивную ветвь контура будут уменьшаться (возрас­ тает сопротивление 1к) и напряжения четных гармоник будут практически определяться падениями напряжений от соответст­ вующих гармоник токов ламп на емкости Ск. В частности, можно считать

При полной симметрии схемы 1& = 1&

Пути протекания токов высших нечетных гармоник: третьей, пятой и других через контур нагрузки Ск, Ск, Ьк аналогичны пока­ занным на рис. 2.9 для четных (на примере второй) гармоник. Учи­ тывая, что при полной симметрии схемы нечетные гармоники анодных токов ламп в общем проводе находятся в противофазе (втекают в контур в противофазе), составляющие этих токов в ин­ дуктивной ветви контура Ьк, например /'азп, /'аз^, будут склады­ ваться (находясь в противофазе, протекают навстречу друг другу), тогда как составляющие этих токов через емкости Ск будут вычи­ таться (протекают в одном направлении, но находятся в противофа­ зе). С повышением номера гармоники уменьшаются составляющие, протекающие через индуктивность контура ЬК) и можно считать, что весь ток нечетной гармоники анодного тока лампы протекает через емкость Ск. Амплитуда напряжения, создаваемого током нечетной гармоники, например третьей (Зсо):

даваемые высшими нечетными гармониками анодных токов ламп,

будут находиться в противофазе относительно друг друга, как и на­ пряжения от выделяемых первых (нечетных) гармоник. Следова­ тельно, двухтактное включение ламп не обеспечивает каких-либо преимуществ в отношении фильтрации высших нечетных гармоник по сравнению с однотактной схемой.

Что касается четных гармоник, то при полной симметрии схе­ мы двухтактного включения ламп результирующее напряжение на нагрузке от четных гармоник анодных токов равно нулю. Однако на концах нагрузки по отношению к земле (корпусу) при этом сущест­ вуют синфазные напряжения, и если к контуру подключен откры­ тый симметричный двухпроводный фидер, то в нем, как в системе двух связанных линий, возбуждаются синфазные (четные) волны напряжения [3, кн. 2] с частотами четных гармоник, которые, рас­ пространяясь по проводам фидера, излучаются частично в окру­ жающее пространство, создавая помехи работе других радиоуст­ ройств. Возможна реализация схемы двухтактного включения АЭ, в которой исключается синфазное возбуждение проводов симмет­ ричного фидера. О такой схеме мы поговорим ниже.

Если двухтактному ГВВ присуща некоторая асимметрия, то на нагрузке будут напряжения как нечетных, так и четных гармоник анодных токов ламп.

Завершая рассмотрение схемы (см. рис. 2.5) двухтактного включения ламп, отметим, что по сравнению со схемой однотактно­ го ГВВ, включая параллельное включение ламп, в ней несколько ослаблены требования к блокировочному дросселю 1бл.а в анодной цепи, а также она оказывается существенно проще при работе на симметричную нагрузку. Хотя и имеются особенности, о которых сказано выше, но в двухтактном генераторе на нагрузке значитель­ но уменьшено напряжение четных гармоник (при полной симмет­ рии схемы оно равно нулю) по сравнению с однотактным генерато­ ром, реализуемым на такой же лампе в таком же режиме ее работы.

В схеме двухтактного включения ламп, что наглядно видно из схем рис. 2.7, имеет место двукратное уменьшение емкости, вноси­ мой в контур нагрузки лампами, так как междуэлектродные емкости ламп СВыхи, Свых^ включаются последовательно. Уменьшение ем­

кости контура требует увеличения его индуктивности, облегчая конструктивную реализацию последней. В пределе необходимая индуктивность контура: Ьк = 2/со2СВыхг, где С„ыхквыходная междуэлектродная емкость лампы.

Наряду с отмеченными достоинствами двухтактный генератор обладает и существенными недостатками. Как и при параллельном

включении ламп, увеличивается вероятность возникновения пара­ зитных колебаний. Двухтактная схема требует подбора одинаковых элементов, симметричного монтажа; в ней почти удвоенное количе­ ство деталей, что приводит к уменьшению надежности . Схемы (см. рис. 2.5 и 2.7) оказываются более сложными, чем однотактные, так как требуют согласованной перестройки ХС-элементов [5]. В свое время для двухтактных генераторов на лампах разрабатывались специальные конструкции конденсаторов и контуров [20].

При двухтактном включении вместо одиночных ламп V], У2 (см. рис. 2.5) могут быть включены по нескольку ламп (по две-три) параллельно, что позволит увеличить мощность в нагрузке в соот­ ветствующее число раз. В этом случае генератор будет проявлять в явном виде свойства как двухтактного, так и параллельного вклю­ чения АЭ. Параллельно включенные лампы в двухтактном генера­ торе образуют так называемые плечи. Очевидно, лампы плеча, включенные параллельно, можно рассматривать как одну эквива­ лентную лампу с большими в соответствующее число раз анодным током, крутизной анодного тока и т.д. Для эквивалентных ламп будут применимы все приведенные выше соотношения. При вклю­ чении в плечо двух ламп с однофазным прямонакальным катодом для устранения паразитных пульсаций результирующего тока в контуре нагрузки следует использовать питание накалов ламп в ка­ ждом плече, как в схеме (см. рис. 2.1) с параллельным включением двух ламп. При трех лампах в плече питание накалов следует осу­ ществлять пофазно от трехфазной сети. При включении четырех ламп в плечо питание накалов можно осуществить попарно по схе­ ме (см. рис. 2.1).

Расчет режима ГВВ по двухтактной схеме проводится по обычной методике [1, 5] для одной лампы на колебательную мощ­ ность Р~\ = Р~/Ы, где - требуемая колебательная мощность в на­ грузке-контуре; N —общее число ламп, всегда четное.

В результате расчета находятся напряжения, токи, а также тре­ буемое сопротивление нагрузки для одной лампы 7?0е|- Если в плечо генератора включены N12 ламп, то требуемое сопротивление на­ грузки в плече (очевидно, это сопротивление равно необходи­ мому сопротивлению нагрузки для эквивалентной лампы) 7?0е пл = = 2 Кж\Ш. При параллельной работе N12 ламп каждая лампа будет ощущать требуемое сопротивление 7?ое|.*

* В отдельных случаях двухтактное включение двух менее мощных, но более долговечных ламп позволяет реализовать генератор с большим сроком службы, чем у генератора с такой же мощностью на одной мощной лампе.