Генератор внешнего возбуждения

Генератором с внешним возбуждением (ГВВ) называется каскад, в котором энергия источника питания преобразуется в энергию ВЧ–колебаний активным элементом  при воздействии внешнего управляющего сигнала. Если частота выходного колебания совпадает с частотой управляющего  сигнала, такой ГВВ называется усилителем мощности. Если частота выходного колебания отличается от частоты управляющего сигнала в целое число раз, такой ГВВ называют умножителем частоты.

В качестве АЭ в ГВВ применяют электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры, электронно–лучевые приборы (ЛБВ,ЛОВ, клистроны, приборы, в которых потоки электронов движутся  в скрещенных электрических и магнитных полях (магнетроны, платинотроны) диоды Ганна, лавинно–пролетные и туннельные диоды и другие элементы, перечень которых все время расширяется.

Любой ГВВ содержит активный элемент (АЭ), цепи возбуждения, нагрузки и питания (рис.2.1)

Источник периодического возбуждения Е_возб с внутренним сопротивлением Z_вн и

Источник напряжения смещения Е­_с создают на входе АЭ напряжение u_вх, управляющее движением носителей зарядов в АЭ:

Ток i_вх(t) во входной цепи вызывает падение напряжения  на Z_вх, поэтому напряжение возбуждения

U_возб(t)=Е_возб(t)–Z_вх(jω)i_вх(t).

Желательно иметь Z_вх возможно меньшим в диапазоне частот, тогда

U_возб≈Е_возб

Под действием напряжения  U_возб при включенном источнике питания выходной цепи на выходе АЭ появляется ток, который, проходя по входной цепи четырехполюсника ЦС с сопротивлением Z_н, создает на нем падение напряжения

U_вых(t)= Е_п–Z_н(jω)i_вых(t).

Назначение ЦС– трансформировать Z_н в Z_п, требуемое для получения активного режима АЭ на частоте рабочей гармоники. На остальных частотах и на постоянном токе сопротивление Z_н должно быть равно или близко к нулю.

Конденсаторы С_вх и С_вых шунтируют источники питания и защищают их от токов высокой частоты.

В установившемся режиме периодические входные напряжение и ток представляются рядами Фурье:

Обычно цепи возбуждения строят так, что у одной из переменных –u_вх или i_вх можно не учитывать гармоники начиная  c n=2. Если это относится  к напряжению, то АЭ возбуждается гармоническим напряжением

u_вх(τ)= Е_с+U_вхcosτ,

если к току– то гармоническим током i_вх(τ)=I_вх0+I_вхcosτ,

где τ– нормированное время τ=ω_вхt+ψ_вх1.

Периодический выходной ток также представляется рядом Фурье

.

Напряжение на выходе АЭ

гдеφ_нn–фаза сопротивления нагрузки, U_нn–падение напряжения на ЦС

Учитывая, что входное сопротивление ЦС мало на всех частотах, кроме рабочей, для усилителя мощности (N=1) получим