Меню

Мостовые схемы сложения мощностей генераторов с внешним возбуждением

Мостовые схемы сложения мощностей от нескольких генераторов

Необходимо создать мост, сбалансировать этот мост. Там существуют диагональные токи, которые независимы друг от друга

R б – балластное, R н – нагрузки, Х 1 и Х 2 реактивные (чтобы не было потерь мощности).

Рассмотрим условие, при котором в нагрузке будет выделяться удвоенная мощность.

Необходимо, чтобы токи от генераторов протекали синфазно. I ” 2=I ” 1 при таком условии, токи компенсируются в R б.

достоинство схемы: 1) она менее критична к расфазировке каналов и разности мощностей;

2) обладает надежностью, при выходе из строя одного генератора, режим другого не изменяется, но мощность в R н уменьшается в 4 раза.

Недостатки схемы: 1) генераторы работают на разную нагрузку:

выходы генератора должны быть симметричными. Это устраняется в специальных мостовых схемах, которые не требуют симметричного питания.

Анализ схемы показывает, что генераторы будут работать независимо при условии, что R б=4R н и при условии: Х L б; X L=2Х С.

Для удвоения мощности, генераторы должны работать синфазно.

Достоинство: 1) несимметричный выход;

2) одинаковая нагрузка R н.

В телевизионной технике широко применяется квадратурный мост или мост

Мостовые схемы на реактивностях

В нагрузке можно создать сигналы одинаковой фазы.

Источник



Сложение мощности активных элементов. Мостовые схемы сложения, усилители с синфазными мостами, квадратурный мост, многополюсные схемы сложения.

Для сложения мощности применяют параллельное включение АЭ, двухтактное включение, мостовые схемы.

Наибольшее применение находят двухтактные схемы и мостовые схемы.

Рассмотрим мостовую схему сложения мощности, эквивалентная схема которой приведена на рисунке 1.13.

Пусть А и Б выходные каскады двух передатчиков, работающих синхронно и синфазно от общего возбудителя.

Если мост сбалансирован то А не влияет на Б. Если, кроме того, токи, протекающие от А и Б равны и синфазны то, для мгновенных полярностей сигналов от А и Б указанных на рисунке, в сопротивлении балласта Rб они компенсируют друг друга и вся мощность от А и Б выделяется на Rн.

Одно из главных достоинств мостовой схемы состоит в том, что не требуется точного равенства и синфазности токов Ia и Iб. Действительно, предположим что токи Ia и Iб не равны и не синфазны (рис.1.14)

Iб = к Ia е = к Iа (cos +i sin ),

где к- постоянный коэффициент,

Тогда,в соответствии с рис.1.13, можно записать для суммарного токаI(+), протекающего через сопротивление нагрузки Rн

Читайте также:  Мощность трехфазного трансформатора треугольник

Мощность в нагрузке

Ток протекающий через Rб

Мощность выделяемая в Rб

КПД мостовой схемы

Из последнего выражения следует, что если токи равны (К=1) и синфазны ( ), то

Однако, если амплитуды токов разнятся даже на 20%, а достигает 40 то и тогда

Ниже рассмотрены некоторые мостовые схемы деления и сложения мощностей нашедшие широкое применение в современных передающих устройствах.

Усилитель с синфазными мостами

Схема(1.15) предназначена для суммирования мощностей синфазных генераторов и для получения синфазных напряжений в режимах деления мощности. Развязка между выходами АЭ1 и АЭ2 объясняется следующим образом. Связь между АЭ через общее сопротивление нагрузки Rн компенсируется дополнительной связью через балластный резистор сумматора Rбал. Фазовое условие компенсации выполняется, т.к. напряжение поступающее на выход АЭ2 (АЭ1) от АЭ1 (АЭ2) через канал нагрузки, на запаздывает по отношению к напряжению, поступающему через балластное сопротивление из-за наличия двух П-образных звеньев (С1 L1 C2 и С2 L2 C3), каждое из которых сдвигает напряжение по фазе на .

Таким образом, реактивная часть моста является фазовращателем на . В качестве фазовращателей могут использоваться сосредоточенные LC-цепи, отрезки линий, ТДЛ и др. Амплитудное условие компенсации требует выполнения определенного соотношения между Rбал, Rн и реактивными элементами моста. Невыполнение этого условия ведет к появлению связи между АЭ. То же и по входному мосту-делителю.

Отсутствие потерь мощности в балластных резисторах в номинальном режиме объясняется равенствами Uвых1=Uвых2 и Uвх1=Uвх2 в силу симметрии схемы.

Квадратурный мост

В качестве широкополосного моста СВЧ часто используют т.н. направленный ответвитель (рисунок 1.16), состоящий из двух связанных линий длиной на средней частоте диапазона и балластного резистора.

Из курса электродинамики известно, что напряжения в т.3-4 сдвинуты на в полосе порядка октавы. Следовательно, это квадратурный мост. При достаточно сильной связи между линиями этот мост может делить мощность генератора, подключенного в т.1 поровну между равными нагрузками, а также складывать в общей нагрузке мощности одинаковых АЭ.

Многополюсные мостовые схемы

Для суммирования мощностей большого числа АЭ, применяют т.н. многополюсные схемы (мосты). Они позволяют объединить произвольное число АЭ (обычно не более 16) и очень широко используются в современных мощных широкополосных усилителях. На рисунке 1.17 приведена мостовая многополюсная схема сложения мощности.

В схемах используются многополюсные мосты с балластными нагрузками

соединенными звездой. Полная мощность в нагрузке при нормальной работе всех n-генераторов

Мощность в нагрузке при отказе m-генераторов

Читайте также:  Мощность двигателя кухонных вытяжек

Относительное уменьшение мощности для мостовой схемы

Источник

ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Генератор (от лат. – производитель) – устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.

Классификация генераторов

1) По способу возбуждения различают генераторы с внешним возбуждением (ГВВ) и автогенераторы (АГ).

ГВВ – устройство, работающее в вынужденном режиме, т.е. колебания на его выходе наблюдаются только при наличии колебаний от внешнего источника на его входе. ГВВ предназначены для усиления мощности, умножения частоты колебаний, осуществления АМ и ЧМ.

АГ – устройство, работающее в автоколебательном режиме, т.е. колебания на его выходе возникают без внешнего источника сигнала. Являются первоисточниками электрических сигналов различной формы.

2) По форме генерируемых колебаний различают АГ гармонических и негармонических (релаксационных или импульсных) колебаний.

Гармонические колебания формируются в процессе плавного обмена энергиями между магнитным и электрическим полями, концентрирующимися в катушке индуктивности и конденсаторе. Используются в радиотехнических и измерительных устройствах.

Релаксационные колебания формируются в результате накопления энергии в поле реактивного элемента с последующей отдачей ее резистору, где она безвозвратно переходит в тепло (рассеивается). Используются в импульсной и цифровой технике.

3) По частоте генерируемых колебаний различают инфранизкочастотные (менее 10 Гц), низкочастотные (от 10 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц) генераторы.

4) По выходной мощности различают маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт) генераторы.

5) По типу используемых активных элементов различают генераторы ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, на динисторах.

6) По виду частотно-избирательной цепи различают генераторы -, — и -типа.

7) По виду обратной связи различают генераторы с внутренней (с отрицательным сопротивлением) и с внешней (специально созданной) обратной связью.

8) По схеме питания различают генераторы последовательного (транзистор и колебательный контур включены последовательно по отношению к источнику питания) и параллельного (транзистор и колебательный контур включены параллельно по отношению к источнику питания) питания.

9) По способу подключения нагрузки (по числу точек, в которых колебательный контур соединен с активным элементом) различают двухточечные и трехточечные генераторы.

Использование ГВВ для умножения частоты

Умножение частоты – получение из гармонического колебания с частотой другого гармонического колебания с частотой , где — целое положительное число.

Умножение частоты необходимо, когда непосредственное генерирование колебаний требуемой частоты затруднительно.

Читайте также:  Запас мощности дизельного двигателя

Пример: Высокостабильные кварцевые генераторы устойчиво работают на частотах до 30 МГц. Умножением частоты можно получить кварцевую стабилизацию и на более высоких частотах.

Умножение частоты включает две операции:

1) Формирование из исходного гармонического колебания колебания сложной формы. Выполняется при помощи НЭ.

2) Выделение из спектра частот полученного колебания нужной гармоники. Выполняется с помощью фильтра.

Умножение частоты технически реализуется тремя способами: методом отсечки, импульсным методом и радиоимпульсным методом.

Метод отсечки

Рисунок 7.1 – Электрическая принципиальная схема умножителя частоты на транзисторе:

— высокодобротные колебательные контуры, настроенные на частоту входного гармонического колебания и частоту выделяемой гармоники . При уверенности, что на входе – гармоническое колебание, контур может отсутствовать;

— источник коллекторного питания;

— источник напряжения смещения. Обеспечивает требуемое положение рабочей точки (РТ) на проходной характеристике .

Гармоническое колебание приложено к переходу база-эмиттер и управляет током коллектора в выходной цепи. Транзистор работает в режиме с отсечкой (в режиме класса С). Это обеспечивается выбором РТ в нижней части ВАХ. В результате формируются косинусоидальные импульсы коллекторного тока. Это означает, что в спектре такого тока содержатся гармоники с частотами, кратными частоте :

где — постоянная составляющая выходного тока;

— амплитуда -ой гармоники выходного тока;

— амплитуда импульсов выходного тока;

— оптимальный угол отсечки – угол, при котором нужная ( -ая) гармоника выходного тока имеет максимальную амплитуду.

Резонансный контур выделяет требуемую гармонику .

Рисунок 7.2 – Метод отсечки: — гармоническое воздействие; — ВАХ и ее аппроксимация (пунктирная линия); — отклик на гармоническое воздействие; — спектр выходного тока.

Коэффициент умножения при таком методе не превышает четырех. Для получения большего (10 3 …10 5 ) применяют многокаскадные схемы. Для умножения в большее число раз используют другие методы.

Импульсный метод

Рисунок 7.3 – Структурная схема умножителя частоты:

Г – генератор гармонических колебаний;

Ф – формирователь коротких прямоугольных импульсов ( );

ПФ – полосовой фильтр. Из спектра частот полученной последовательности импульсов выделяет составляющую нужной частоты.

Радиоимпульсный метод

Рисунок 7.4 – Структурная схема умножителя частоты:

Г1 – импульсный генератор. Управляет (манипулирует) Г2;

Г2 – генератор, формирующий радиоимпульсы с прямоугольной огибающей.

Чтобы гармоника нужной частоты имела наибольшую амплитуду, нужно выполнить условие:

где — частота заполнения радиоимпульсов;

и — частота и период повторения манипулирующих импульсов.

Рисунок 7.5 – Временная и спектральная диаграммы радиоимпульсов:

8 LC-АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Источник