Генератор с внешним возбуждением это: Генераторы с внешним возбуждением. Лекция 16

Устройства генерирования и формирования сигналов. Понятие о генераторе с внешним возбуждением (ГВВ) и режимах его работы

УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ

1. Дайте понятие о
генераторе с внешним возбуждением (ГВВ) и режимах его работы.

Генератор с посторонним
(внешним) возбуждением, или усилитель мощности, является одним из основных
каскадов передатчиков. Он может выполняться на электронных лампах, биполярных и
полевых транзисторах.

ГВВ – это класс УВЧ,
управляется внешним сигналом, работает с высоким коэффициентом усиления.

ГВВ может работать в
недонапряжённом, критическом и перенапряжённом режимах. Предпочтительным
является критический режим.

2. Перечислите, в каких
классах может работать активный элемент ГВВ. Какому классу отдаётся
предпочтение?

Классы:

A – линейный;

AB, B, C – нелинейные;

D – ключевой.

В выходных каскадах
передатчиков обычно используется класс B.

3. Перечислите
возможные режимы ГВВ. Какой режим ГВВ чаще всего используется в оконечных
каскадах?

ГВВ может работать в
недонапряжённом, критическом и слабоперенапряжённом и сильноперенапряжённом режимах.
В оконечных каскадах предпочтительным является критический режим.

4. Какую роль играют
цепи согласования в ГВВ?

Цепь согласования должна
организовывать главную задачу: приведение заданного сопротивления нагрузки на
генератор R к требуемой величине Rэ. Различные
цепи согласования могут решать задачи фильтрации.

5. Дайте понятия о КПД
цепи согласования и коэффициенте фильтрации в резонансных цепях согласования.

КПД цепи согласования – это
отношение мощности в оконечной нагрузке к мощности, подводящейся к цепи
согласования. Оценивается КПД на резонансной частоте.

η = P_{~A/ P~}

Понятие коэффициента фильтрации:

Ф = (n² — 1) * Q_{xx(1
– η~), где n –
номер гармоники, Qxx – добротность холостого хода, определяется потерями в
конденсаторах и индунктивностях.}

6. Как называются
резонансные цепи согласования выходных каскадов передатчика? Приведите примеры
выполнения этих цепей.

Типы ЦС выходных каскадов:

— простые цепи выхода;                                               
— сложные цепи выхода.

7. Перечислите
преимущества сложной схемы выхода оконечного ГВВ в сравнении с простой.
Нарисуйте примеры построения простой и сложной схем выхода.

Основное преимущество сложной
схемы – получение требуемого коэффициента фильтрации при сохранении высокого
КПД.

— простые цепи
выхода;                                                — сложные цепи выхода.

8. В чём преимущества
широкополосных не перестраиваемых цепей согласования ГВВ в сравнении с
перестраиваемыми резонансными и в чём их недостатки?

Достоинства:

— малое время готовности;

— повышенная надёжность.

Недостатки:

— больше число элементов ЦС
=> низкий КПД.

9. Перечислите, на
основе чего могут быть выполнены широкополосные не перестраиваемые цепи
согласования ГВВ.

Варианты:

— широкополосные
трансформаторы;

— трансформатор на основе
ФНЧ;

— трансформатор на основе ПФ;

— трансформатор на основе ФНЧ
и ПФ в сочетании с ЦП трансформатором.

10. Поясните, почему с
ростом частоты коэффициент усиления по мощности полупроводниковых ГВВ заметно
уменьшается.

Из-за инерции носителей
заряда и паразитных параметров схемы замещения АЭ коэффцициент усиления по току
уменьшается, соответственно коэффициент усиления по мощности тоже уменьшается.

11. В чём основные
отличия ГВВ, работающих в режиме усиления и в режиме умножения частоты?
Возможно или нет осуществить умножение частоты в ГВВ, работающем в линейном
режиме?

Отличия:

— ГВВ, работающий в режиме
усиления, настраивается на 1-ую гармонику, а ГВВ, работающий в режиме
умножения, — на n-ую;

— для умножения частоты
используются режимы B, C.

Умножение частоты невозможно
в линейном режиме.

12. На каких активных и
пассивных элементах можно выполнить умножители частоты? Приведите пример
построения какого-либо умножителя частоты.

Элементы:

— биполярный транзистор;

— резистор;

— конденсатор;

— индуктивность.

<- Пример мощного
умножителя частоты.

13. Поясните ,чем
объясняется необходимость суммирования мощностей. Перечислите возможные способы
суммирования мощностей.

Необходимость:

— нужно получить требуемую
мощность при ограниченном уровне мощности отдельных АЭ;

— повышение надёжности;

— повышение технологичности;

— необходимость суммирования
мощностей в эфире при использовании ФАР.

Способы суммировании
мощностей:

— объединение АЭ в ГВВ по
параллельным и последовательным схемам;

— суммирование мощностей
отдельных генераторов;

— мостовые схемы сложения;

— немостовые схемы сложения.

14) Перечислите способы
соединения нескольких активных элементов в одном ГВВ. Приведите примеры этих
соединений.

Способы соединения:

— параллельное;

— двухтактное;

— параллельное двухтактное.

15) Дайте понятие о
кажущемся сопротивлении нагрузки на активный элемент ГВВ.

ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ • Большая российская энциклопедия

ГЕНЕРА́ТОР ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИХ КОЛЕ­БА́НИЙ, уст­рой­ст­во, пре­об­ра­зую­щее разл. ви­ды элек­три­че­ской энер­гии (напр., ис­точ­ни­ков по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния или то­ка) в энер­гию элек­три­че­ских (элек­тро­маг­нит­ных) ко­ле­ба­ний. Тер­мин «Г. э. к.» ча­ще все­го от­но­сит­ся к ав­то­ге­не­ра­то­рам (ге­не­ра­то­рам с не­за­ви­си­мым воз­бу­ж­де­ни­ем), в ко­то­рых час­то­та и фор­ма воз­бу­ж­дае­мых ав­то­ко­ле­ба­ний оп­ре­де­ля­ют­ся свой­ст­ва­ми са­мо­го ге­не­ра­то­ра. Г. э. к. с по­сто­рон­ним воз­бу­ж­де­ни­ем пред­став­ля­ют со­бой уси­ли­те­ли мощ­но­сти элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний, соз­да­вае­мых за­даю­щим ге­не­ра­то­ром.

Схема транзисторного LC-генератора с индуктивной (а), ёмкостной (б) и автотрансформаторной (в) обратной связью: Т – транзистор; L, C – индуктивность и ёмкость колебательного контура; Eк &n…

Рис. И. В. Баланцевой

Не­об­хо­ди­мые эле­мен­ты Г. э. к.: ис­точ­ник энер­гии; пас­сив­ные це­пи, в ко­то­рых воз­бу­ж­да­ют­ся и под­дер­жи­ва­ют­ся ко­ле­ба­ния; ак­тив­ный эле­мент, пре­об­ра­зую­щий энер­гию ис­точ­ни­ка пи­та­ния в энер­гию ге­не­ри­руе­мых ко­ле­ба­ний, обыч­но в со­че­та­нии с управ­ляю­щи­ми до­пол­нит. це­пя­ми (це­пя­ми об­рат­ной свя­зи). В за­ви­си­мо­сти от тре­буе­мых ха­рак­те­ри­стик в Г. э. к. ис­поль­зу­ют раз­но­об­раз­ные эле­мен­ты. Для воз­бу­ж­де­ния ко­ле­ба­ний в диа­па­зо­нах НЧ и ВЧ слу­жат ко­ле­ба­тель­ные кон­ту­ры, элек­трич. фильт­ры и др. це­пи с со­сре­до­то­чен­ны­ми па­ра­мет­ра­ми (ём­ко­стью, ин­дук­тив­но­стью, со­про­тив­ле­ни­ем), а в ка­че­ст­ве ак­тив­ных эле­мен­тов – элек­трон­ные лам­пы, тран­зи­сто­ры, тун­нель­ные дио­ды, опе­ра­ци­он­ные уси­ли­те­ли и др. В Г. э. к. СВЧ при­ме­ня­ют гл. обр. це­пи с рас­преде­лён­ны­ми па­ра­мет­ра­ми, вклю­чаю­щие объ­ём­ные ре­зо­на­то­ры, за­мед­ляю­щие сис­те­мы, по­лос­ко­вые и ко­ак­си­аль­ные ли­нии, вол­но­во­ды, а так­же от­кры­тые ре­зо­на­то­ры. Ак­тив­ные эле­мен­ты СВЧ ча­ще все­го со­вме­ще­ны с пас­сив­ны­ми це­пя­ми и пред­став­ля­ют со­бой, как пра­ви­ло, элек­тро­ва­ку­ум­ные (СВЧ-три­од, маг­не­трон, клис­трон, лам­па об­рат­ной вол­ны и др.) или твер­до­тель­ные (СВЧ-тран­зи­с­тор, ди­од Ган­на, ла­вин­но-про­лёт­ный ди­од, тун­нель­ный ди­од) при­бо­ры. В оп­тич. кван­то­вых ге­не­ра­то­рах (ла­зе­рах) при­ме­ня­ют разл. ви­ды от­кры­тых ре­зо­на­то­ров и ак­тив­ную сре­ду, пре­об­ра­зую­щую энер­гию ис­точ­ни­ка пи­та­ния (энер­гию «на­кач­ки») в энер­гию элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний.

Возбуждение автоколебаний

Воз­бу­ж­де­ние ав­то­ко­ле­ба­ний в Г. э. к. на­чи­на­ет­ся с воз­ник­но­ве­ния на­чаль­ных ко­ле­ба­ний в к.-л. эле­мен­те при вклю­че­нии ис­точ­ни­ка пи­та­ния, за­мы­ка­нии це­пей, вслед­ст­вие элек­трич. флук­туа­ций и т. п. Бла­го­да­ря це­пи об­рат­ной свя­зи энер­гия это­го ко­ле­ба­ния по­сту­па­ет в ак­тив­ный эле­мент и уси­ли­ва­ет­ся в нём. Ко­ле­ба­ния в Г. э. к. на­рас­та­ют, т. е. про­ис­хо­дит са­мо­воз­бу­ж­де­ние ге­не­ра­то­ра, ес­ли мощ­ность, пе­ре­да­вае­мая ко­ле­ба­ниям ак­тив­ным эле­мен­том от ис­точ­ни­ка пи­та­ния, боль­ше мощ­но­сти по­терь во всех эле­мен­тах Г. э. к. (вклю­чая мощ­ность, от­да­вае­мую в на­груз­ку). Ес­ли по­те­ри энер­гии пре­вы­ша­ют по­сту­п­ле­ние, ко­ле­ба­ния за­ту­ха­ют. Энер­ге­тич. рав­но­ве­сие, со­от­вет­ст­вую­щее ста­цио­нар­но­му ре­жи­му Г. э. к., осу­ще­ст­ви­мо лишь при на­ли­чии у эле­мен­тов сис­те­мы не­ли­ней­ных свойств. В про­тив­ном слу­чае в Г. э. к. мо­гут воз­бу­ж­дать­ся ли­бо на­рас­таю­щие, ли­бо за­ту­хаю­щие ко­ле­ба­ния, и ге­не­ри­ро­ва­ние ста­цио­нар­ных элек­трич. ко­ле­ба­ний не­воз­мож­но.

Вид воз­бу­ж­дае­мых ко­ле­ба­ний, их час­тот­ный спектр су­ще­ст­вен­но за­ви­сят от час­тот­ных свойств пас­сив­ных це­пей и ак­тив­но­го эле­мен­та Г.  э. к. Ес­ли це­пи, в ко­то­рых воз­бу­ж­да­ют­ся и под­дер­жи­ва­ют­ся элек­трич. (элек­тро­маг­нит­ные) ко­ле­ба­ния, об­ла­да­ют яр­ко вы­ра­жен­ны­ми ко­ле­ба­тель­ны­ми (ре­зо­нанс­ны­ми) свой­ст­ва­ми (напр., ко­ле­бат. кон­тур, объ­ём­ный ре­зо­на­тор), то час­то­та и фор­ма ге­не­ри­руе­мых ко­ле­ба­ний в осн. оп­ре­де­ля­ют­ся час­то­той и фор­мой собств. ко­ле­ба­ний це­пи. При ма­лых по­те­рях (вы­со­кой доб­рот­но­сти ко­ле­бат. сис­те­мы) фор­ма ко­ле­ба­ний близ­ка к си­ну­сои­даль­ной, со­от­вет­ст­вую­щие Г. э. к. на­зы­ва­ют­ся ге­не­ра­то­ра­ми гар­мо­нич. ко­ле­ба­ний. Ес­ли пас­сив­ные це­пи и ак­тив­ный эле­мент Г. э. к. не об­ла­да­ют ре­зо­нанс­ны­ми свой­ст­ва­ми, то воз­мож­но воз­бу­ж­де­ние ко­ле­ба­ний слож­ной фор­мы как пе­рио­ди­че­ских, так и не­пе­рио­ди­че­ских (шу­мо­по­доб­ных) ко­ле­ба­ний.

Генераторы гармонических колебаний

Наи­бо­лее раз­но­об­раз­ны ви­ды ге­не­ра­то­ров гар­мо­нич. ко­ле­ба­ний. Их осн. ха­рак­те­ри­сти­ки: час­то­та ко­ле­ба­ний, вы­ход­ная мощ­ность, кпд, воз­мож­ность меха­нич. или элек­трич. пе­ре­строй­ки час­то­ты, ста­биль­ность час­то­ты, ха­рак­те­ри­зуе­мая ши­ри­ной ге­не­ри­руе­мой спек­т­раль­ной ли­нии, а так­же воз­мож­ность ра­бо­ты в не­пре­рыв­ном или им­пульс­ном ре­жи­ме. Прин­ци­пы по­строе­ния и кон­ст­рук­ция Г. э. к. за­ви­сят от диа­па­зо­на ге­не­ри­руе­мых час­тот (длин волн).

Для воз­бу­ж­де­ния ко­ле­ба­ний в НЧ- и ВЧ-диа­па­зо­нах слу­жат LC-ге­не­ра­то­ры, со­дер­жа­щие в ка­че­ст­ве осн. эле­мен­та пас­сив­ной це­пи ко­ле­бат. кон­тур (с ин­дук­тив­но­стью L и ём­ко­стью C), по­те­ри в ко­то­ром ком­пен­си­ру­ют­ся, напр., с по­мо­щью лам­по­во­го (на ос­но­ве трио­да или тет­ро­да) ли­бо тран­зи­стор­но­го уси­ли­те­ля; ге­не­ри­ру­ют гар­мо­нич. ко­ле­ба­ния с час­то­той ώ , близ­кой к ре­зо­нансной час­то­те кон­ту­ра ώ_рез= (LC)^–1/2.

В LC-ге­не­ра­то­рах ис­поль­зу­ют­ся три осн. ти­па свя­зи – ин­дук­тив­ная, ём­ко­ст­ная или ав­то­транс­фор­ма­тор­ная. Про­стей­ший тран­зи­стор­ный ге­не­ра­тор со­дер­жит ис­точ­ни­ки пи­та­ния, ко­ле­бат. кон­тур, ак­тив­ный эле­мент – тран­зи­стор и цепь об­рат­ной свя­зи (рис.). Тран­зи­стор уси­ли­ва­ет ко­ле­ба­ния, под­во­ди­мые от кон­ту­ра к управ­ляю­ще­му элек­тро­ду (ба­зе), что по­зво­ля­ет с по­мо­щью це­пи об­рат­ной свя­зи под­ка­чи­вать энер­гию в кон­тур для его воз­бу­ж­де­ния и под­дер­жа­ния не­за­ту­хаю­щих ко­ле­ба­ний. LC-ге­не­ра­то­ры по­зво­ля­ют по­лу­чать ко­ле­ба­ния мощ­но­стью от до­лей мил­ли­ватт до со­тен ки­ло­ватт в диа­па­зо­не час­тот от несколь­ких ки­ло­герц до еди­ниц ги­га­герц.

В квар­це­вых LC-ге­не­ра­то­рах ис­поль­зу­ет­ся квар­це­вый ре­зо­на­тор, в ко­то­ром энер­гия элек­трич. по­ля пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию ме­ха­нич. ко­ле­ба­ний и об­рат­но. Элек­трич. квар­це­вый ре­зо­на­тор ана­ло­ги­чен ко­ле­бат. кон­ту­ру с вы­со­кой доб­рот­но­стью (до 10⁷ и бо­лее) и сла­бой за­ви­си­мо­стью ре­зо­нанс­ной час­то­ты от темп-ры и др. фак­то­ров, что по­зво­ля­ет до­бить­ся вы­со­кой ста­биль­но­сти ге­не­ри­руе­мой час­то­ты.

В ос­но­ве ра­бо­ты ге­не­ра­то­ров СВЧ-диа­па­зо­на ле­жат разл. фи­зич. прин­ци­пы пе­ре­да­чи энер­гии элек­тро­нов элек­тро­маг­нит­но­му по­лю, ис­поль­зую­щие как ме­ха­низ­мы из­лу­че­ния отдельных элек­тро­нов (тор­моз­ное, че­рен­ков­ское, син­хро­трон­ное и др.), так и ме­ха­низ­мы груп­пи­ров­ки по­то­ка элек­тро­нов в дви­жу­щие­ся сгу­ст­ки, соз­даю­щие то­ки СВЧ и при­во­дя­щие к ин­ду­ци­ро­ван­но­му из­лу­че­нию.

Лам­по­вые и тран­зи­стор­ные ге­не­ра­то­ры СВЧ пред­став­ля­ют со­бой мо­ди­фи­ка­ции LC-ге­не­ра­то­ров, в ко­то­рых при­ме­ня­ют­ся объ­ём­ные ре­зо­на­то­ры и ко­ле­бат. сис­те­мы с рас­пре­де­лён­ны­ми па­ра­мет­ра­ми, тран­зи­сто­ры, трио­ды и тет­ро­ды спец. кон­ст­рук­ции (см. так­же Ге­не­ра­тор­ная лам­па). В ди­од­ных СВЧ-ге­не­ра­то­рах ис­поль­зу­ют ла­вин­но-про­лёт­ные дио­ды, тун­нель­ные дио­ды и Ган­на дио­ды, в ко­то­рых при оп­ре­де­лён­ных ус­ло­ви­ях воз­ни­ка­ет от­ри­цат. диф­фе­рен­ци­аль­ное со­про­тив­ле­ние. Вклю­че­ние та­ко­го дио­да в ко­ле­бат. цепь СВЧ при­во­дит к ком­пен­са­ции по­терь в це­пи и са­мо­воз­бу­ж­де­нию ко­ле­баний на со­от­вет­ст­вую­щих час­то­тах. Лам­по­вые ге­не­ра­то­ры обес­пе­чи­ва­ют по­лу­че­ние им­пульс­ной мощ­но­сти до не­сколь­ких ки­ло­ватт на час­то­тах 1–6 ГГц. Ди­од­ные и тран­зи­стор­ные ге­не­ра­то­ры при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ков СВЧ-ко­ле­ба­ний ма­лой и ср. мощ­но­сти (до де­сят­ков ватт в не­пре­рыв­ном ре­жи­ме) в диа­па­зо­не 1–100 ГГц; они об­ла­да­ют ря­дом пре­иму­ществ пе­ред элек­тро­ва­ку­ум­ны­ми ге­не­ра­то­ра­ми ана­ло­гич­но­го на­зна­че­ния по раз­ме­рам и мас­се, по­треб­ляе­мой мощ­но­сти, дол­го­веч­но­сти и со­вмес­ти­мо­сти с мик­ро­схе­ма­ми. Вме­сте с тем пре­дель­ная мощ­ность твер­до­тель­ных ге­не­ра­то­ров ог­ра­ни­че­на ве­ли­чи­ной рас­сеи­вае­мой в по­лу­про­вод­ни­ке те­п­ло­вой энер­гии и не пре­вы­ша­ет (для од­но­го при­бо­ра) 100 Вт на час­то­тах до 10 ГГц.

Для ге­не­ри­ро­ва­ния СВЧ-ко­ле­ба­ний ши­ро­ко при­ме­ня­ют ва­ку­ум­ные элек­т­рон­ные при­бо­ры с ди­на­мич. управ­ле­ни­ем элек­трон­ным по­то­ком (клис­тро­ны, маг­не­тро­ны, лам­пы об­рат­ной вол­ны, лам­пы бе­гу­щей вол­ны и др.). В маг­не­трон­ном ге­не­ра­то­ре ис­точ­ни­ком энер­гии яв­ля­ет­ся ис­точ­ник анод­но­го на­пря­же­ния, ко­ле­бат. сис­те­мой – объ­ём­ные ре­зо­на­то­ры, а функ­ции ак­тив­но­го эле­мен­та вы­пол­ня­ет элек­трон­ный по­ток в маг­нит­ном по­ле. Маг­не­тро­ны обыч­но ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний боль­шой мощ­но­сти (до не­сколь­ких ме­га­ватт) в им­пульс­ном ре­жи­ме и де­сят­ков ки­ло­ватт при не­пре­рыв­ной ге­не­ра­ции в диа­па­зо­не час­тот от 300 МГц до 300 ГГц.

Клис­трон­ный ге­не­ра­тор так­же со­дер­жит объ­ём­ный ре­зо­на­тор, в ко­то­ром ко­ле­ба­ния воз­бу­ж­да­ют­ся и под­дер­жи­ва­ют­ся элек­трон­ным по­то­ком, управ­ляе­мым элек­трич. по­лем. Наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны клис­трон­ные ге­не­ра­то­ры, ра­бо­таю­щие в диа­па­зо­не час­тот от еди­ниц до де­сят­ков ги­га­герц. Мощ­ность та­ких ге­не­ра­то­ров за­ви­сит от ти­па клис­тро­на и со­став­ля­ет: у от­ра­жат. клис­тронов – от не­сколь­ких мил­ли­ватт до не­сколь­ких ватт, у про­лёт­ных клис­тро­нов – от со­тен ки­ло­ватт до де­сят­ков ме­га­ватт со­от­вет­ст­вен­но в не­пре­рыв­ном и им­пульс­ном ре­жи­мах ге­не­ри­ро­ва­ния.

Лам­пы об­рат­ной вол­ны (ЛОВ) при­ме­ня­ют в ка­че­ст­ве Г. э. к. ма­лой и ср. мощ­но­сти; их осн. пре­иму­ще­ст­во – боль­шой диа­па­зон элек­трон­ной пе­ре­строй­ки час­то­ты, оп­ре­де­ляе­мый гл. обр. по­ло­сой про­пус­ка­ния за­мед­ляю­щей сис­те­мы (со­став­ля­ет до не­сколь­ких ок­тав). Ге­не­ра­то­ры на ЛОВ ис­поль­зу­ют в ка­чест­ве ге­те­ро­ди­нов, за­даю­щих ге­не­ра­то­ров ра­дио­пе­ре­даю­щих уст­ройств, для ра­дио­спек­тро­ско­пии и др. це­лей.

Ге­не­ра­то­ра­ми мощ­ных ко­ле­ба­ний мил­ли­мет­ро­во­го диа­па­зо­на яв­ля­ют­ся ма­зе­ры на цик­ло­трон­ном ре­зо­нан­се, в ко­то­рых при­ме­ня­ют­ся вин­то­вые элек­трон­ные пуч­ки в про­доль­ном ста­тич. маг­нит­ном по­ле, взаи­мо­дей­ст­вую­щие с по­пе­реч­ным по от­но­ше­нию к оси пуч­ка пе­ре­мен­ным элек­трич. по­лем ре­зо­на­то­ра или вол­но­во­да. Воз­бу­ж­де­ние ко­ле­ба­ний в та­ком Г. э. к. про­ис­хо­дит на цик­ло­трон­ной час­то­те вра­ще­ния элек­тро­нов в маг­нит­ном по­ле или на од­ной из её гар­мо­ник. Осо­бое ме­сто сре­ди мощ­ных СВЧ-ге­не­ра­то­ров за­ни­ма­ют при­бо­ры с ре­ля­ти­ви­ст­ски­ми элек­трон­ны­ми пуч­ка­ми, имею­щие боль­шой ток (по­ряд­ка 10³ кА и бо­лее) и со­от­вет­ст­вен­но боль­шую мощ­ность в те­че­ние им­пуль­сов ог­ра­ни­чен­ной дли­тель­но­сти (см. так­же Ре­ля­ти­ви­ст­ская вы­со­ко­час­тот­ная элек­тро­ни­ка).

Отд. груп­пу Г. э. к. со­став­ля­ют кван­то­вые ге­не­ра­то­ры, в ко­то­рых элек­тро­маг­нит­ные ко­ле­ба­ния воз­бу­ж­да­ют­ся за счёт вы­ну­ж­ден­ных кван­то­вых пе­ре­хо­дов ато­мов или мо­ле­кул. Важ­ная осо­бен­ность та­ких Г. э. к. – чрез­вы­чай­но вы­со­кая ста­биль­ность час­то­ты ге­не­ра­ции (до 10^–14), что по­зво­ля­ет ис­поль­зо­вать их как кван­то­вые стан­дар­ты час­то­ты. В ла­зе­рах и ма­зе­рах час­то­та из­лу­че­ния на­кач­ки пре­вы­ша­ет час­то­ту ге­не­ри­руе­мых ко­ле­ба­ний. Так, в па­ра­маг­нит­ном ма­зе­ре при на­кач­ке на час­то­те 10 ГГц воз­бу­ж­да­ют­ся ко­ле­ба­ния с час­то­той до 5 ГГц со ста­биль­но­стью час­то­ты, оп­ре­де­ляе­мой лишь ста­биль­но­стью темп-ры и маг­нит­но­го по­ля.

К Г. э. к., пре­об­ра­зую­щим энер­гию пер­вич­ных элек­трич. ко­ле­ба­ний, от­но­сят­ся так­же па­ра­мет­ри­че­ские ге­не­ра­то­ры ра­дио­диа­па­зо­на, пред­став­ляю­щие со­бой ре­зо­нанс­ную ко­ле­бат. сис­те­му – кон­тур или объ­ём­ный ре­зо­на­тор, в ко­то­ром один из энер­го­ём­ких (ре­ак­тив­ных) па­ра­мет­ров (L или C) за­ви­сит от про­те­каю­ще­го то­ка или при­ложен­но­го на­пря­же­ния; дей­ст­вие ос­но­ва­но на яв­ле­нии па­ра­мет­ри­че­ско­го ре­зо­нан­са. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли ма­ло­мощ­ные па­ра­мет­ри­че­ские Г. э. к., в ко­то­рых в ка­че­ст­ве эле­мен­та с элек­три­че­ски управ­ляе­мой ём­ко­стью ис­поль­зу­ет­ся ПП ди­од.

Релаксационные генераторы

Су­ще­ст­ву­ет ши­ро­кий класс ге­не­ра­то­ров пе­рио­дич. ко­ле­ба­ний разл. фор­мы, пе­ри­од ко­то­рых оп­ре­де­ля­ет­ся вре­ме­нем ре­лак­са­ции (ус­та­нов­ле­ния рав­но­ве­сия) в пас­сив­ных це­пях, не об­ла­даю­щих ре­зо­нанс­ны­ми свой­ст­ва­ми. В та­ких Г. э. к. за ка­ж­дый пе­ри­од ко­ле­ба­ний те­ря­ет­ся и вновь по­пол­ня­ет­ся зна­чит. часть ко­ле­бат. энер­гии. Фор­ма ко­ле­ба­ний за­ви­сит от свойств как пас­сив­ных це­пей, так и ак­тив­но­го эле­мен­та и мо­жет быть весь­ма раз­но­об­раз­ной – от скач­ко­об­раз­ных, поч­ти раз­рыв­ных ко­ле­ба­ний до ко­ле­баний, близ­ких к гар­мо­ни­че­ским. В радио­тех­ни­ке, элек­тро­ни­ке, из­ме­рит. и им­пульс­ной тех­ни­ке наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли ре­лак­сац. им­пульс­ные ге­не­ра­то­ры (напр., бло­кинг-ге­не­ра­то­ры, муль­ти­виб­ра­то­ры), ге­не­ра­то­ры ли­ней­но из­ме­няю­ще­го­ся сиг­на­ла, а так­же ге­не­ра­то­ры си­ну­сои­даль­ных ко­ле­ба­ний (RC-ге­не­ра­то­ры, ге­не­ра­то­ры Ган­на) и др.

RC-ге­не­ра­тор не со­дер­жит ко­ле­бат. кон­ту­ров. Ак­тив­ным эле­мен­том (напр. , элек­трон­ной лам­пой, тран­зи­сто­ром) управ­ля­ет RC-цепь об­рат­ной свя­зи, со­стоя­щая лишь из ём­ко­стей C и актив­ных со­про­тив­ле­ний R, соз­даю­щая ус­ло­вия ге­не­ра­ции лишь для од­но­го гар­мо­нич. ко­ле­ба­ния с час­то­той, оп­ре­де­ляе­мой вре­ме­нем ре­лак­са­ции це­пи. В по­доб­ных Г. э. к. про­ис­хо­дит пол­ный энер­го­об­мен за ка­ж­дый пе­ри­од ко­ле­ба­ний. При от­клю­че­нии ис­точ­ни­ка пи­та­ния ко­ле­ба­ния ис­че­за­ют. RC-ге­не­ра­то­ры ис­поль­зу­ют­ся пре­им. как ис­точ­ни­ки эта­лон­ных ко­ле­ба­ний в диа­па­зо­не час­тот от до­лей герц до со­тен ки­ло­герц.

Ге­не­ра­тор Ган­на пред­став­ля­ет со­бой кри­сталл ПП, ко­то­рый яв­ля­ет­ся од­но­вре­мен­но и ко­ле­бат. сис­те­мой, и ак­тив­ным эле­мен­том. Че­рез кри­сталл про­пус­ка­ют по­сто­ян­ный ток, и при оп­ре­де­лён­ных ус­ло­ви­ях в нём воз­ни­ка­ют не­ста­цио­нар­ные про­цес­сы, при­во­дя­щие к по­яв­ле­нию СВЧ пе­ре­мен­ной со­став­ля­ю­щей то­ка, про­те­каю­ще­го че­рез кри­с­талл, и к воз­ник­но­ве­нию на элек­тро­дах эдс СВЧ (см. Ган­на эф­фект). С по­мо­щью та­ких ге­не­ра­то­ров мож­но по­лу­чать элек­трич. ко­ле­ба­ния час­то­той от 100 МГц до 50 ГГц и мощ­но­стью до 100 мВт (при не­пре­рыв­ном ге­не­ри­ро­ва­нии) и со­тен ватт (в им­пульс­ном ре­жи­ме).

Генераторы случайных сигналов

Ге­не­ра­то­ры слу­чай­ных сиг­на­лов пред­на­зна­че­ны для ге­не­ри­ро­ва­ния не­пре­рыв­ных шу­мов или по­сле­до­ва­тель­но­стей им­пуль­сов со слу­чай­ны­ми зна­че­ния­ми ам­пли­туд, дли­тель­но­стей им­пуль­сов, ин­тер­ва­лов ме­ж­ду ни­ми. Ра­бо­та та­ких Г. э. к. ос­но­ва­на на ис­поль­зо­ва­нии ес­теств. ис­точ­ни­ков шу­мов и слу­чай­ных им­пуль­сов ли­бо воз­бу­ж­де­нии сто­хас­тич. ав­то­ко­ле­ба­ний. В ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ков ши­ро­ко­по­лос­ных шу­мов при­ме­ня­ют­ся шу­мо­вые дио­ды, ти­ра­тро­ны, по­ме­щён­ные в по­пе­реч­ное маг­нит­ное по­ле, дро­бо­вые шу­мы вход­ных элек­трон­ных ламп, тран­зи­сто­ров или фо­то­дио­дов в ви­део­уси­ли­те­лях, фо­то­ум­но­жи­те­лях и др.; пер­вич­ны­ми ис­точ­ни­ка­ми слу­чай­ных по­сле­до­ва­тель­но­стей им­пуль­сов мо­гут слу­жить, напр. , га­зо­раз­ряд­ные и сцин­тил­ля­ци­он­ные счёт­чи­ки про­дук­тов ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да. Про­из­во­дя уси­ле­ние и пре­об­ра­зо­ва­ние шу­мов, соз­да­вае­мых ис­точ­ни­ком, с по­мо­щью разл. ли­ней­ных и не­ли­ней­ных уст­ройств (уси­ли­те­лей, ог­ра­ни­чи­те­лей, жду­щих муль­ти­виб­ра­то­ров, бло­кинг-ге­не­ра­то­ров, триг­ге­ров, ра­бо­таю­щих в ре­жи­ме счё­та вы­бро­сов шу­ма, и др.) мож­но по­лу­чать не­пре­рыв­ные шу­мо­вые ко­ле­ба­ния или слу­чай­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти им­пуль­сов с оп­ре­де­лён­ны­ми за­ко­на­ми рас­пре­де­ле­ния па­ра­мет­ров в разл. диа­па­зо­нах ра­дио­час­тот. Ге­не­ра­то­ры слу­чай­ных сиг­на­лов при­ме­ня­ют для оп­ре­де­ле­ния ко­эф. шу­ма и пре­дель­ной чув­ст­ви­тель­но­сти ра­дио­при­ём­ных уст­ройств, по­ме­хо­устой­чи­во­сти сис­тем ав­то­ма­тич. ре­гу­ли­ро­ва­ния и те­ле­управ­ле­ния, пре­дель­ной даль­но­сти ра­дио­ло­кац. и ра­дио­на­ви­гац. сис­тем, в ка­че­ст­ве ка­либ­ро­ван­ных ис­точ­ни­ков мощ­но­сти при из­ме­ре­нии па­ра­мет­ров слу­чай­ных про­цес­сов (напр. , ат­мо­сфер­ных по­мех, шу­мов вне­зем­но­го про­ис­хо­ж­де­ния) и др.

Типы генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым течет ток. Циркуляционный ток в обмотках возбуждения создает магнитный поток, и это явление известно как Возбуждение .

Генераторы постоянного тока классифицируют по способам возбуждения их поля.

По возбуждению генераторы постоянного тока классифицируются как Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением и Генераторы постоянного тока с самовозбуждением . Существует также генератор постоянного тока типа с постоянными магнитами.

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируются как Генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой ; Генераторы постоянного тока серии с обмоткой и генераторы постоянного тока серии с комбинированной обмоткой .

Генераторы постоянного тока с комбинированной обмоткой подразделяются на длинные генераторы постоянного тока с параллельной обмоткой и генераторы постоянного тока с короткой обмоткой.

Полюс возбуждения генератора постоянного тока неподвижен, а проводник якоря вращается. Напряжение, возникающее в проводнике якоря, носит переменный характер, и это напряжение преобразуется в постоянное напряжение на щетках с помощью коммутатора.

Комплектация:

1. • Генератор постоянного тока с постоянными магнитами
   • Генератор постоянного тока с независимым возбуждением
   • Генератор постоянного тока с самовозбуждением
   • Генератор шунтовой раны

   Генератор ран серии

   • Генератор составных ран

Подробное описание различных типов генераторов приведено ниже.

Генератор постоянного тока с постоянными магнитами

В этом типе генератора постоянного тока вокруг полюсов нет обмотки возбуждения. Поле, создаваемое полюсами этих машин, остается постоянным. Хотя эти машины очень компактны, но используются только в небольших размерах, как динамо-машины в мотоциклах и т. д.

Основным недостатком этих машин является то, что поток, создаваемый магнитами, со временем ухудшается, что изменяет характеристики машины.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Генератор постоянного тока, обмотка возбуждения которого питается от отдельного или внешнего источника постоянного тока, называется генератором постоянного тока с независимым возбуждением. Поток, создаваемый полюсами, зависит от тока поля с ненасыщенной областью магнитного материала полюсов. т. е. поток прямо пропорционален току возбуждения. Но в области насыщения поток остается постоянным.

Рисунок генератора постоянного тока с самовозбуждением показан ниже:

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Здесь

I _a = I _L , где I _a — ток якоря, а I _L — линейный ток.

Напряжение на клеммах определяется как:

Если известно падение контактной щетки, то уравнение (1) записывается как:

Развиваемая мощность определяется уравнением, показанным ниже: выход определяется уравнением (4), показанным выше.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением

Генератор постоянного тока с самовозбуждением представляет собой устройство, в котором ток на обмотку возбуждения подается самим генератором. В генераторе постоянного тока с самовозбуждением катушки возбуждения могут быть соединены параллельно с якорем последовательно или частично последовательно, а частично параллельно с обмотками якоря.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируется как

Генератор с шунтовой обмоткой

В генераторе с параллельным возбуждением , обмотка возбуждения соединена поперек обмотки якоря, образуя параллельную или шунтирующую цепь. Следовательно, к нему приложено полное терминальное напряжение. Через нее протекает очень малый ток возбуждения I _ш , поскольку эта обмотка имеет много витков тонкого провода с очень высоким сопротивлением R _ш порядка 100 Ом.

Схема подключения генератора с параллельным возбуждением показана ниже:

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением

Ток шунтирующего возбуждения определяется как:

Где R _sh — сопротивление обмотки шунтирующего возбуждения.

Поле тока I _ш практически постоянно при всех нагрузках. Поэтому шунтирующая машина постоянного тока считается машиной с постоянным магнитным потоком.

Ток якоря определяется как:

Напряжение на клеммах определяется уравнением, показанным ниже:

Если учитывается падение напряжения на щеточном контакте, уравнение для напряжения на клеммах принимает вид

Генератор с последовательной обмоткой

Генератор с последовательной обмоткой Катушки возбуждения соединены последовательно с обмоткой якоря. По последовательной обмотке возбуждения протекает ток якоря.

Последовательная обмотка возбуждения состоит из нескольких витков провода из толстого провода большей площади поперечного сечения и с малым сопротивлением, обычно порядка менее 1 Ом, поскольку ток якоря имеет очень большую величину.

Его конвекционная схема показана ниже: 9Генератор постоянного тока с обмоткой серии 0005. Ток возбуждения серии

задается как:

R _se известен как последовательное сопротивление обмотки возбуждения.

Напряжение на клеммах задается как:

Если учитывать падение напряжения на щеточном контакте, уравнение напряжения на клеммах записывается как:

Поток, развиваемый последовательной обмоткой возбуждения, прямо пропорционален току, протекающему через нее. Но это верно только до магнитного насыщения, после того как поток насыщения становится постоянным, даже если ток, протекающий через него, увеличивается.

Генератор с комбинированной обмоткой

В генераторе с комбинированной обмоткой имеется две обмотки возбуждения. Один подключается последовательно, а другой параллельно обмоткам якоря. Существует два типа генераторов с составной обмоткой.

1. 1. • Генератор с длинным шунтом и составной обмоткой
      • Генератор с короткой шунтовой обмоткой

Подробное изучение генератора с составной обмоткой см. в разделе Генератор с составной обмоткой.

См. также: Генератор составных ран

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

ЦЕЛИ

• объяснить взаимосвязь между током возбуждения, потоком возбуждения и выходным сигналом.
напряжение для генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

• опишите влияние на полярность щетки изменения направления якоря.
вращение и ток возбуждения.

• определить остаточный поток и остаточное напряжение.

• Нарисуйте и объясните основную схему.

• подключить генератор.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет мало коммерческих применений, но
знание его операций является отличным фоном для понимания
генераторы других типов.

рис. 1 Соединения генератора постоянного тока с независимым возбуждением :
полевой реостат; вращающийся якорь; обмотка возбуждения

ил. 2 Факторы, влияющие на полярность щеток: (A) Реверс
Вращение якоря меняет полярность щеток; (B) Реверсивный ток поля
Меняет полярность щетки

Используя отдельный источник питания постоянного тока, S1 замкнут, как на рис. 1, как
постоянный ток течет по катушке проволоки, намотанной на железный сердечник,
создается магнитное поле. Величина тока возбуждения регулируется
сопротивление обмотки возбуждения и переменного резистора, известного как
полевой реостат. Регулируя ток возбуждения, сила
магнитное поле контролируется. Поток поля или магнитная сила
магнитных полюсов увеличивается по мере увеличения тока поля до тех пор, пока магнитный
происходит насыщение. Насыщение магнитного поля означает, что не более
магнитный поток может создаваться даже при увеличении тока возбуждения.
магнитная полярность полюсов поля контролируется направлением
постоянный ток поля.

Выходное напряжение генератора формируется как наведенное напряжение
в якорных проводниках. Это индуцированное напряжение появляется на щетках и выходных клеммах генератора, обозначенных как A1 и A2 на рис.

Выходное напряжение прямо пропорционально скорости вращения и силе магнитного поля. По мере увеличения скорости вращения ротора
выходное напряжение также увеличится. Однако существует ограничение на
безопасная рабочая скорость ротора до того, как произойдет физическое повреждение. Так же,
выходное напряжение можно регулировать до определенной точки, регулируя поле
Текущий.

ПОЛЯРНОСТЬ ЩЕТКИ

Когда якорь движется в любом направлении, электрическая полярность
устанавливается на выходных клеммах генератора и на щетках. Если
машина останавливается, а затем движется в противоположном направлении, поле
поток срезается в противоположном направлении и меняется полярность щетки, т.к.
на рисунке 2А.

Если направление вращения не меняется, а ток возбуждения меняется на противоположное,
получается тот же эффект; то есть, если проводники якоря выдерживают
вращение в одном направлении, а поток поля устанавливается в противоположном
направлении, то полярность щетки также меняется, как на фиг.2В.

В результате полярность щеток в генераторе с независимым возбуждением может
изменить путем изменения направления вращения якоря или направления
ток поля. Однако, если и направление якоря, и ток возбуждения
измениться, полярность щетки останется прежней (неизменной).

ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Величина напряжения зависит от скорости, с которой поток
резать. В генераторе с независимым возбуждением увеличение выходного напряжения пропорционально
к увеличению скорости якоря. Верхний предел напряжения равен
определяется допустимой скоростью и изоляционными свойствами
якорь и коллектор.

Выходное напряжение генератора с независимым возбуждением можно изменять
регулирование скорости вращения якоря или тока возбуждения. Перемена
изменение скорости всегда приводит к соответствующему изменению выходного напряжения. Ан
увеличение тока возбуждения увеличивает выходное напряжение, только если поле
полюса не насыщены. Полевое управление выходным напряжением выполнено
изменением полного сопротивления цепи возбуждения с помощью полевого реостата,
как показано в 1.

ОСТАТОЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Если цепь возбуждения размыкается на S1 (1), ток возбуждения становится равным
нуль. Остается небольшое количество магнитного потока, называемого остаточным потоком, который
возникает из-за остаточного магнетизма. Небольшое напряжение, возникающее, когда якорь
этот поток называется остаточным напряжением. Полярность щетки остается прежней
когда ток возбуждения равен нулю, потому что остаточный поток имеет то же направление
как основной поток. Если якорь вращается в противоположном направлении,
такое же остаточное напряжение получается при той же скорости, но с полярностью щеток
переворачивает. Если цепь возбуждения на мгновение замкнется, а соединения батареи
меняются местами, меняется остаточный поток и меняется полярность щетки.

ОБЗОР

Генерация постоянного напряжения зависит от трех факторов: магнитного поля, движения и проводников. Генераторы с независимым возбуждением используют отдельное напряжение постоянного тока.
контролировать источник возбуждения поля. Увеличивая ток возбуждения,
поток поля может быть увеличен. Управляя направлением тока возбуждения
через катушки устанавливается магнитная полярность.

Уровень выходного напряжения регулируется скоростью вращения якоря и силой магнитного поля. Полярность выходного напряжения
регулируется направлением вращения якоря и направлением
магнитное поле.

ВИКТОРИНА

А. Выберите правильный ответ для каждого из следующих
заявления.

1. Генератор постоянного тока с независимым возбуждением имеет подключенное поле:

а. по арматуре.

б. последовательно с якорем.

в. во внешнюю цепь.

д. ни один из них.

2. Клеммы генератора F1 и F2:

а. шунтирующие полевые отведения. в. ведет арматура.

б. серия полевых проводов. д. коммутация полюсных проводов.

3. Напряжение генератора постоянного тока с независимым возбуждением может быть увеличено на:

а. увеличение скорости вращения якоря.

б. уменьшение магнитного потока.

в. оба а и Б.

д. ни А, ни Б.

4. Назначение щеток генератора:

а. проводить ток во внешнюю цепь.

б. предотвратить искрение.

в. содержите коллектор в чистоте.

д. поменяйте местами соединения с якорем, чтобы обеспечить постоянный ток.

5. Электрическая полярность на щетках может быть изменена:

а. реверсивное вращение якоря.

б. изменение направления тока возбуждения.

в. либо а либо б.

д. ни А, ни Б.

B. Выберите правильный ответ на вопросы с 6 по 9
из следующего списка и впишите его в отведенное место (распечатайте это
страницу по мере необходимости).

• источник питания
• всегда
• скорость якоря
• только один
• напряженность поля потока
• либо
• уменьшение
• иногда
• увеличение

6.