Использование метода гармонической линеаризации для анализа ГВВ. Конечная цель анализа ВЧ генераторов.

Обобщенная схема ГВВ

Электрический прибор можно изобразить в виде генератора тока Ir, с внутренней проводимостью и выходным сопротивлением.

Назначение согласующих цепей состоит в согласовании входного и выходного сопротивления. Все четырехполюсники являются нелинейными и частотнозависимыми. Конечная цель анализа работы ВЧ генератора при подаче на его вход одночастотного сигнала, который выражен Uвх(t)=Uвхsinwt, состоит в:

1)В определении энергетических параметров выходного мощного ВЧ сигнала, поступающего в нагрузку Pвых.

2) Мощность потребления от источника питания P0 к η

Определение условия оптимального режима работы ВЧ генератора, определяется согласно выбранному критерию. Таким критерием могут быть: максимальный η, максим коэффициент усиления по мощности, минимальные искажения, вносимые усилителем в сигнал и ширина ПП.

3) Расчете и построении различных характеристик генератора: динамической, нагрузочной, амплитудной, амплитудно-частотной.

4)Дополнительный анализ может вовлекать расчеты, которые проводятся при усиленных модулированных импульсах сложных ВЧ сигналах, например многочастотный, дискретный.

Перечисленные параметры и характеристики могут находиться с помощью различных методов расчетов. Наиболее применимым является метод гармонической леаниризации. При использовании этого метода на вход ГВВ подается напряжение синусоидальной формы, на выходе это напряжение существенно искажается и для восстановления первоначального вида входного сигнала искажения напряжения восстанавливаются за счет использования метода Фурье. Согласно разложению в ряд Фурье сигнал равен сумме постоянной составляющей и некоторых гармоник. Из этой «смеси» можно выделить (с помощью фильтра) только первую гармонику сигнала. Эту функцию выполняет выходная согласующая цепь в схеме ВЧ генератора, поэтому напряжение на нагрузке снова приобретает синусоидальную форму. Именно в этом – фильтрации несинусоидального сигнала и выделении из него первой гармоники и преобразовании в синусоидальный сигнал состоит сущность метода гармонической леаниризации.

Анализ работы ГВВ определяется с помощью ВАХ, формы тока на выходе при подаче на вход синусоидального сигнала.

1. Разложение в ряд Фурье несинусоидальной зависимости

2. Определение напряжения на выходе электр прибора

3. Определение выходной мощности первой гармоники, поступающей в нагрузку.

4. Определение потребляемой мощности от источника постоянного тока и КПД генератора.

5. Анализ входной цепи ВЧ генератора, определение мощности входного сигнала и коэффициента усиления генератора по мощности

6. Выбор схемы и расчет вых и вх согласующих цепей ВЧ генератора.

7.

Формирование импульсов коллекторного тока в ГВВ в недонапряженном, критическом и перенапряженном режимах. Анализ провести по выходным аппроксимированным характеристикам биполярного транзистора в динамическом режиме.

Из нагрузочной характеристики КПД видно, что максимального значения КПД выходной цепи генератора достигает в слегка перенапряженном режиме.

Амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выходного тока сначала медленно убывает до критического режима. Это уменьшение и небольшое. Им можно пренебречь и для ориентировочного расчёта принять значения и const и равными и .

С переходом в перенапряженный режим оба тока убывают быстрее, т.к. в этом режиме происходит перераспределение тока исходного электрода между управляющим и выходным электродами. В импульсе выходного тока появляется впадина, увеличивающаяся по мере возрастания напряженности режима. Эта впадина образуется из-за ответвления тока в цепь управляющего электрода. В сильно перенапряженном режиме ответвление тока в цепь управляющего электрода может достигать настолько значительной величины, что импульс выходного тока раздваивается. Как видно из рисунка, в слабо перенапряженном режиме появляется верхний угол отсечки θ ₁, а в сильно перенапряженном режиме – второй нижний угол отсечки θ ₂. Выходное напряжение в недонапряженном режиме возрастает до области критического режима, т.к. R_Э увеличивается, а уменьшается незначительно. В перенапряженном режиме это произведение меняется в небольших пределах, т.к. резкое уменьшение тока компенсируется увеличением R_Э. Следовательно, усилительный элемент в недонапряженном режиме можно рассмотреть как генератор тока, а в перенапряженном режиме – как генератор напряжения. Нагрузочная характеристика подводимой мощности P_о повторяет форму кривой для , т.к. , а значение напряжения питания – постоянное. Мощность, рассеиваемая на выходном электроде, с увеличением R_Э уменьшается. Выводы: 1. Для получения максимальной мощности и достаточно большого значения КПД η оптимальным является критический или слабо перенапряженный режим. Из нагрузочных характеристик видно, что максимумы точек 1и2 их не совпадают. Максимальная колебательная мощность создаётся генератором в критическом режиме, но КПД при этом несколько ниже максимального. Сказанное дает возможность выбрать режим в зависимости от того, какой из параметров необходимо обеспечить по максимуму: мощность или КПД. При этом получение максимальной мощности ограничивается предельно допустимыми параметрами усилительного прибора – мощностью и током в выходной цепи. 2. В недонапряженном режиме небольшая и низкий η _Э, а тепловые потери на выходном электроде электронного прибора большие, что может вызвать перегрев его и разрушение. 3.Важным достоинством слабо перенапряженного режима является незначительное изменение выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки. Это даёт возможность поддерживать практически const напряжение его входного сопротивления. 4. В сильно перенапряженном режиме значения основных энергетических показателей генератора ( и η _Э) небольшие, а потери на управляющем электроде сильно возрастают. В лампе это приводит к перегреву сетки и разрушению ее. Для транзистора перенапряженный режим менее опасен, чем для лампы, т.к. из-за уменьшения рассеяния в области выходного электрода общий тепловой режим кристалла может оказаться неизменным при значительном возрастании напряженности.