электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Ламповые генераторы

Ламповые генераторы

Ламповые генераторы являются неотъемлемой частью любого передающего устройства и находят также широкое применение в измерительной технике. Они разделяются на две группы: ламповые генераторы с посторонним (независимым) возбуждением и ламповые генераторы с самовозбуждением (автогенераторы или возбудители).

Ламповые генераторы с посторонним возбуждением, или, как их называют, усилители мощности высокой частоты, предназначены для усиления мощности высокочастотных колебаний, вырабатываемых автогенератором. Применение нескольких каскадов генераторов с посторонним возбуждением позволяет получить выходную мощность высокочастотных колебаний до нескольких десятков тысяч киловатт при относительно высоком коэффициенте полезного действия.

Ламповые генераторы с самовозбуждением преобразуют энергию постоянного тока или тока промышленной частоты в токи высокой частоты. Подобное преобразование возможно лишь при использовании в схеме нелинейного элемента. Ламповый генератор с самовозбуждением, или первоначальный возбудитель, является первоисточником высокочастотных колебаний. Он состоит из лампы, колебательного контура, источников питания и цепи обратной связи.

Применение генераторов типа RC с колебательными контурами из индуктивности и емкости, рассмотренные выше, усложняется по мере понижения частоты генерируемых колебаний, так как трудно обеспечить необходимое качество контура и осуществлять перестройку частоты генератора, если он работает в широком диапазоне частот: увеличиваются его габариты. В связи с этим большое распространение получили реостатно-емкостные генераторы синусоидальных колебаний (RC генераторы ), которые устойчиво работают в широком диапазоне частот (от долей герца до нескольких тысяч килогерц), просты по устройству и малогабаритны.

В электронной аппаратуре, наряду с генераторами синусоидальных колебаний, часто применяются генераторы, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию электрических разрывных колебаний, имеющих, например, прямоугольную или пилообразную форму, получили название генераторов релаксационных колебаний. Релаксационные генераторы могут работать в различных режимах; автоколебательном, ждущем, в режиме синхронизации и деления частоты.

Стабилизация частоты генераторов

Ламповый генератор подвержен влиянию целого ряда факторов, любой из которых может стать причиной нестабильности его частоты, вызывая изменение настройки колебательной системы, механические воздействия, изменение температуры окружающей среды или деталей схемы, повышение или понижение напряжения источника питания и т. д.

Механические воздействия приводят к деформациям геометрических размеров контурных деталей, к взаимному перемещению деталей и монтажных проводов (например, вследствие ударов, вибраций или перекосов установочных плат). В результате меняются вносимые в контур емкости и индуктивности,  изменяется его настройка. Поэтому к конструкции генератора предъявляются строгие требования: монтаж его должен быть жестким (целесообразно применение печатного монтажа), для изоляторов и каркасов катушек используют особо прочные материалы, которые не подвержены перекосам и короблениям, ротор и статор переменного конденсатора делают не наборными, а литыми с последующим фрезерованием, причем ротор должен иметь фиксатор, позволяющий надежно затормозить его вращение в любой точке шкалы настройки.

Изменение температуры окружающей среды обусловливает изменения индуктивности и емкости контура, активного сопротивления проводов, диэлектрической постоянной диэлектрика. Влияние температуры на индуктивность катушки и емкость контурного конденсатора оценивают соответственно температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ) αL и температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) αC, представляющими относительные изменения этих величин при изменении температур на 1° С:

                                  (298)

Для уменьшения ТКИ каркасы катушек изготовляют на высокочастотной керамике, а намотку осуществляют специальным проводом с малым температурным коэффициентом расширения. Очень часто применяют катушки с намоткой, изготовленной методом вжигания металла в керамику.

Изменение емкости контурного конденсатора при нагреве вызвано изменением площади пластин, зазора между ними и изменением диэлектрической постоянной диэлектрика. Поэтому в практике нашли применение керамические конденсаторы. В некоторых видах керамических конденсаторов используются титанодиэлектрики, имеющие отрицательный ТКЕ. Эти конденсаторы служат для термокомпенсации в контуре лампового генератора.

Большое влияние на частоту оказывает разогрев лампы генератора. Изменение температуры лампы вызывает изменение геометрических размеров электродов, а следовательно, и междуэлектродных емкостей, что в свою очередь влияет на настройку контура. Поэтому в генераторах желательно применять маломощные лампы.

Часто для снижения температуры лампы применяют принудительное воздушное охлаждение.

Изменение напряжений источников питания также влияет на тепловой режим лампы, что приводит к только что перечисленным нежелательным явлениям. Влияние колебаний напряжений питания на частоту генерируемых колебаний сказывается тем меньше, чем больше добротность контура. Поэтому питание автогенератора желательно осуществлять от отдельного стабилизированного источника питания.

Изменения режима сеточной цепи следующего каскада, являющейся составной частью нагрузки генератора, оказывают существенное влияние на частоту колебаний генератора. Если не представляется возможным поставить каскад, следующий за генератором, в буферный режим, то связь с последним выбирают очень слабой.

Для получения более высокой стабильности частоты применяют электромеханические системы, обладающие пьезоэлектрическим эффектом: кварц, сегнетовую соль, турмалин и другие материалы, изготовленные на основе титаната бария. В практике используется главным образом кварц (SiО2). Кристалл кварца представляет собой шестигранную призму с двумя шестигранными пирамидами в основаниях (рис. 171, а).

 

Он очень тверд, упруг, является хорошим диэлектриком, физические свойства его почти не зависят от внешних условий. Кристалл кварца имеет одну оптическую ось z, проходящую через верив шины пирамид, три механические оси y, перпендикулярные граням призмы и оптической оси и три электрических оси x, перпендикулярные оптической оси и проходящие через грани призмы.

Рис. 171. Кристалл (а) и электрическая схема (б) кварца.

Пластинки кварца вырезают из призмы под различными углами к осям. Под действием переменного электрического поля пластинка кварца, вследствие обратного пьезоэффекта, совершает механические колебания по длине и по толщине. Всякая колеблющаяся механическая система имеет собственную частоту резонанса. Кварцевая же пластинка может резонировать на разных частотах, которые определяются размером пластинки и способом ее среза. Если частота переменного напряжения, приложенного к кварцевой пластинке, совпадает с одной из собственных ее частот, то наступает резонанс; амплитуда механических колебаний достигает наибольшей величины, а следовательно, и амплитуда тока в цепи кварца становится максимальной. При этом фаза тока совпадает с фазой переменного напряжения, приложенного к пластинке. Электрическую цепь, эквивалентную кварцевой пластинке, можно представить в виде последовательного колебательного контура.

Пластинка кварца помещается в кварцедержатель, который состоит из двух металлических пластин, присоединяемых к схеме. Емкость между пластинами кварцедержателя обозначена через С0, поэтому полную эквивалентную схему кварца можно представить в виде, показанном на рис. 171, б. Для кварцевой пластинки квадратного сечения со стороной около 20 мм и толщиной порядка 0,3 мм параметры эквивалентной электрической схемы имеют следующий порядок величин:

Lкв≈0,0n гн; Скв≈0,0n пф; rкв≈n ом; С0≈n·10 пф.

Нетрудно видеть, что при таких параметрах добротность кварца достигает нескольких десятков тысяч, и, следовательно, кварцевая пластинка обладает высокими стабилизирующими свойствами.

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора является контуром III вида, которому присущи две резонансные частоты:

где

Так как С0 >> Скв, то величина емкости С, будучи меньше емкости Скв, очень незначительно отличается от нее. Поэтому ω02 лишь очень немного больше ω01. Нетрудно показать, что на частотах, меньших ω01, кварц представляет емкостное сопротивление, а на частотах выше ω01 — индуктивное. Точно так же на частотах выше ω02 колебательная система  представляет собой емкостную нагрузку, а на частотах ниже ω02 — индуктивную. В интервале частот от ω01 до ω02 кварцевый резонатор эквивалентен индуктивности; интервал этот очень мал. Таким образом, если в схему автогенератора вместо индуктивности, определяющей выполнение условия баланса фаз, включить кварцевый резонатор, то автогенератор сможет возбуждаться только на частоте кварца (в указанном интервале частот).

На рис. 172 приведены две схемы генераторов, в которых использована кварцевая стабилизация частот.

В первой схеме (рис. 172, а) кварц включен между управляющей сеткой и катодом. Самовозбуждение имеет место на частоте ниже частоты настройки контура LC, так как он должен представлять индуктивное сопротивление.

Во второй схеме (рис. 172, б) кварц включен между анодом и сеткой. Самовозбуждение имеет место на частоте выше резонансной частоты контура LC, так как он должен представлять емкостное сопротивление.

 

Следует заметить, что в первой схеме кварц работает в более легких условиях, поскольку к нему приложено меньшее постоянное напряжение.

Рис. 172. Схемы генераторов с кварцевой стабилизацией.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр