1.5. Режим колебаний второго рода

Режим работы генератора, при котором анодный ток i_а проте­кает через лампу на протяжении части периода напряжения воз­буждения, называется режимом колебаний второго рода. Для ус­тановления такого режима рабочую точку в исходном состоянии необходимо сместить на нижнюю часть характеристики лампы (рис. 1.4), для чего следует увеличить отрицательное напряжение смещения.

Анодный ток в этом случае будет протекать через лампу на протяжении только части периода колебаний напряжения на сет­ке. Из рисунка видно, что при колебаниях второго рода ток в анод­ной цепи лампы имеет форму периодической последовательности импульсов, продолжительность которых зависит от напряжения смещения. Но форме импульсы бывают косинусоидальные, при­туплённые п с верхней отсечкой.

Косинусоидальные импульсы анодного тока характеризуются двумя основными параметрами: амплитудой импульса I_аm и углом нижней отсечки Ө.

Максимальное значение тока импульса называют его ампли­тудой. Углом нижней отсечки называется измеряемая в градусах половина той части периода, на протяжении которой через лампу

протекает анодный ток. Этот угол может принимать значение от нуля до 180°. В усилителях напряжения режим при Ө = 90° назы­вают режимом класса В (рис. 1.4, а); при Ө>90° — режимом клас­са АВ (рис. 1.4, б), при Ө<9О° — режимом класса С (рис. 1.4, в).

1.6. Разложение импульсов анодного тока на составляющие

В режиме колебаний второго рода ток в анодной цепи лампы имеет форму периодической последовательности импульсов косинусоидальной формы. Такой ток с целью упрощения расчетов удобно рассматривать в соответствии с теоремой Фурье как сум­му простых (гармонических) составляющих и постоянной состав­ляющей: iа = Iа₀ +I_a1 cos Ѡt + Iа₂ cos Ѡt + ... + I_an cos nѠt, где Iа₀ —постоянная составляющая; I_a0 cos Ѡt, I_a2,cos 2Ѡt... I_{аn ;}cos nѠt — гармонические составляющие или гармоники.

П ервая гармоника cos Ѡt в усилителях является основной. Амплитуда ее имеет .наибольшее значение, а частота равна часто­те напряжения возбуждения. Амплитуды высших гармоник с уве­личением номера гармоники уменьшаются, а частота их возрас­тает.

Постоянная составляющая Iа₀, а также амплитуды всех гар­моник зависят от угла отсечки Ө и от амплитуды импульса I_aт и определяются следующим обра­зом:

Iа₀=αI_am

I_a1=α₁I_am

………

I_an=α_nI_am

где α₀, α₁ α_n — коэффициенты пропорциональности, называе­мые коэффициентами разложе­ния. Они зависят от угла ниж­ней отсечки Ө. Графики зависи­мости коэффициентов разложе­ния от угла отсечки Ө показаны на рис. 1.5.

1.7. Физические процессы в генераторе с внешним возбуждением при работе его в режиме колебаний второго рода

Для установления в генераторе режима колебаний второго ро­да напряжение смещения Е_см необходимо выбрать таким, чтобы в исходном состоянии рабочая точка А находилась на нижнем из­гибе характеристики лампы (см. рис. 1.4,а). При этом:

1.Если в цепи управляющей сетки действует только постоян­ное напряжение смещения, т. е. е_с=Е_см, то лампа заперта (учас­ток ОВ на рис. 1.4, а) и тока в цепи анода нет (i_a = 0).

2.С момента появления в цепи сетки переменного напряжения возбуждения (момент t₁ на рис. 1.4, а) результирующее мгновен­ное напряжение на сетке становится пульсирующим е_с = Е_см+ + U cos Ѡt.

В цепи анода при этом ток протекает в виде периодической по­следовательности косинусоидальных импульсов, которую согласно теореме Фурье можно записать так: i_a = Ia₀+Ia_l cos Ѡt + I_a2COS 2 Ѡt . . . +1а_п cos n Ѡt.

Протекая через контур, анодный ток создает на нем падение напряжения u_a—i_a z_э, где z_э — полное сопротивление контура анод­ному току.

В соответствии с принципом независимости действия токов, это выражение можно представить в виде: u_а = i_az_э=I_аoz_эo +I_a1z_э1 cos Ѡt +Iа₂z_э2 cos 2 Ѡt + ..., где I_n — сопротивление кон­тура n-й гармонике тока.

В режиме усиления анодный контур генератора настроен на частоту со, поэтому он оказывает большое активное сопротивле­ние только для первой гармоники. Для высших гармоник сопро­тивление контура настолько мало, что им можно пренебрегать. Следовательно, можно считать, что при колебаниях 'второго рода падение напряжения на контуре создается только током основной (первой) гармоники.

Первая гармоника анодного тока создает на контуре падение напряжения косинусоидальной формы u_a = I_a1R_эcos Ѡt = U_acos Ѡt.

Таким образом, при колебаниях второго рода напряжение на контуре повторяет по форме напряжение возбуждения, несмотря на то, что форма анодного тока резко отличается от формы напря­жения возбуждения.

Первая гармоника анодного тока создает на контуре падение напряжения и выделяет в нем мощность P_~ = 0,5I_a1Ua.