2.5.2 Усилители мощности высокой частоты

Усилитель высокой частоты часто называют генератором с внешним (посторонним) возбуждением. Он широко применяется в радиолокации, радиосвязи и в ряде других областей техники для преобразования энергии источников постоянного напряжения в энергию высокочастотных колебаний. По своей схеме он на­поминает усилитель низкой частоты с тем лишь отличием, что в качестве нагрузки включается колебательный контур (рис.2.43, а).

В радиопередающем устройстве усилитель мощности высо­кой частоты работает в режиме с отсечкой анодного тока, обес­печивающем больший КПД. Отсечка анодного тока характери­зуется углом отсечки 0. Углом отсечки называется половина фазового угла, соответствующего времени прохождения анодного тока. Например, если через лампу проходит анодный ток в течение одного полупериода (180°), то угол отсечки равен 90°.

При работе с отсечкой ток в анодной цепи генератора имеет вид отдельных импульсов, повторяющихся с частотой напряжения на управляющей сетке лампы (рис. 2.43, б). Такую периодиче­скую последовательность импульсов тока можно представить как сумму постоянного тока I_а0 и большого числа переменных токов (гармоник) с различными амплитудами и с кратными частотами (рис. 2.43, г).

Частота первой гармоники i_а1 равна частоте повторения импульсов тока, т.е. частоте напряжения возбуждения. Чем больше номер гармоники, тем выше её частота и меньше амплитуда.

Для получения максимальной амплитуды той или иной гармоники на её частоту настраивается анодный контур и выбирается наивыгоднейший угол отсечки. Если контур настроен на частоту первой гармоники i_а1 (возбуждающего напряжения u_g), то его сопротивление при резонансе на этой частоте будет наибольшим и снимаемое напряжение u_к (рис. 2.43, д). Для других гармоник этот контур представляет небольшое сопротивление, поэтому величина напряжения, создаваемая ими на контуре также небольшая.

Наличие множества гармоник с различными частотами позволяет осуществить умножение частоты колебаний, создаваемых в передатчике. Так, например, при работе в режиме удвоения частоты колебательный контур настраивается в резонанс на частоту второй гармоники, напряжение которой и снимается с контура. Умножение частоты повышает устойчивость частоты многокаскадного передатчика, снижает склонность к самовозбуждению генераторов с внешним возбуждением.

При повышении температуры увеличивается ток коллектора. Это приводит к увеличению па­дения напряжения на резисторе R₁. Отрицательное смещение на базе по отношению к эмиттеру при этом уменьшается, в резуль­тате ток коллектора возвращается к первоначальному значению и режим генератора восстанавливается.

Иногда для обеспечения температурной стабильности генера­тора используют терморезисторы или полупроводниковые диоды.

2.5.3 Принцип работы лампового генератора с самовозбуждением (автогенератора)

Под автогенератором понимается первичный источник элект­рических колебаний высокой частоты.

В автогенераторе периодические колебания создаются без по­дачи извне возбуждающего напряжения. Частота и амплитуда генерируемых колебании опреде­ляются его собственными пара­метрами.

В ламповом автогенераторе (рис. 2.45) возбуждение и под­держание колебаний происходят за счет подачи на сетку лампы небольшой энергии колебаний из анодного контура самого гене­ратора. Передача энергии из анодного контура в цепь сетки происходит за счет положитель­ной обратной связи. Обратная связь может быть индуктивной,, автотрансформаторной, емкост­ной и электронной.

Возникновение колебаний в автогенераторе происходит сле­дующим образом. При включении анодного питания через кон­тур потечет ток, заряжающий емкость С_к. В момент включения источника сопротивление индуктивности велико. После заряда конденсатор С_к начнет разряжаться на катушку индуктивно­сти L_к. В контуре возникнут колебания, которые будут затухать из-за наличия активных потерь. Чтобы колебания не затухали, в такт им вводится дополнительная энергия за счет источника анодного питания. Это достигается следующим образом.

Под влиянием магнитного поля, созданного колебаниями тока в анодном контуре, в катушке обратной связи L_g наводится напряжение, называемое напряжением обратной связи. Напря­жение обратной связи U_g, поданное на сетку лампы, управляет анодным током так, что переменная составляющая создает на контуре падение напряжения в фазе с первоначальными коле­баниями, т. е. восполняет потери и поддерживает колебания в контуре незатухающими.

Чтобы произошло самовозбуждение генератора, необходимо выполнить два условия самовозбуждения: условие баланса фаз и условие баланса амплитуд.

Условие баланса фаз сводится к тому, что напряжение обрат­ной связи, подаваемое за счет обратной связи из анодного кон­тура на управляющую сетку, должно быть в противофазе с напряжением на аноде. При этом переменная составляющая анодного тока будет доставлять энергию в контур. При индук­тивной обратной связи (рис. 2.45) это достигается правильным включением катушки обратной связи L_g.

Условие баланса амплитуд определяет количественную сто­рону пополнения энергии в контур. Оно сводится к тому, что ве­личина напряжения обратной связи должна быть такой, чтобы вызванная ею переменная составляющая анодного тока пол­ностью восполняла потери в контуре. Условие баланса амплитуд выполняется подбором величины обратной связи анодного кон­тура с цепью сетки.

Частота колебаний рассмотренного автогенератора практиче­ски определяется параметрами колебательной системы:

Резистор R_g и конденсатор C_g образуют цепочку автоматиче­ского отрицательного смещения за счет постоянной составляющей сеточного тока. Конденсатор С_б — блокировочный, шунтирует по переменной составляющей источник анодного питания Е_а, умень­шая ее потери.