Надежный одноламповый сигнал-генератор. §2.12. ламповый генератор

Все началось с того, что мне несколько лет назад в руки попала лампа 6П45С. Естественно сразу нашел, что на ней можно собрать, а именно - катушку Теслы на радиолампе. Собрал, включил – с трудом заработала. Но в итоге все-таки спалил эту лампу из-за своей неопытности. Как-никак первый раз в жизни держал лампу в руках:) С тех пор собрал много разных , начиная от разрядника и заканчивая полупроводниками. И вот снова пришла идея собрать катушку Теслы в приличном корпусе, чтоб не стыдно показать было друзьям. А то все на проводах, да на проводах. Начал собирать по стандартной схеме, но решил внести некоторые поправки. Хотел, чтоб работала в 2-х режимах. В режиме 220В и 900В с прерывателем. Напряжения 900В собирался достигнуть собрав умножитель на три. Исходя из схемы, чтобы переключить режим, необходимо одновременно изменить положение всех переключателей.

Конденсатор С1 взят вроде как из магнитофона. Но его все время пробивало и я его заменил на здоровый советский, из приемника. Трансформатор для накала мотал сам, вернее вторичку миллиметровым проводом. Генератор задающей частоты собрал на таймере NE555. С четырьмя режимами генерации и точной настройкой.

Собирать решил в корпусе от блока питания ATX. Хоть меня многие и отговаривали от металлического корпуса, но я их не послушал. Корпус бьется ВЧ током, если не заземлить высоковольтную обмотку. Мне удалось от этого избавиться благодаря ВЧ фильтру. Отвод от С3 и С4 идет на корпус и весь ВЧ ток с корпуса уходит через эти конденсаторы.

В общем приступил к сборке... Проковырял отверстия под все переключатели, регуляторы и панельку лампы, начал заталкивать в корпус.

И тут понял, что умножитель не помещается. Недолго думая функцию умножителя и прерывателя заменил на режим ионофона. Это немного упростило схему, но схему уже я эту не рисовал, так как сразу собрал на ходу:) Ионофон работает почти как прерыватель в катоде, только «прерывает» под музыку. Транзистор поставил Н-П-Н. Марку точно не скажу - выдрал его из монитора от компьютера, он стоял где-то в строчной развертке.

Вот принципиальная схема ионофона. Здесь можно изменять частоту генерации и скважность импульсов.

Несколько фотографий процесса сборки Теслы на 6п45с. Во время сборки проводил «тест драйвы» и если не работала - искал косяки. Кстати, здесь переменный конденсатор еще из магнитофона, который постоянно пробивало...

На этой фотографии тот самый транзистор на радиаторе, слева. Можете попробовать прочитать название, если получится.

Пару слов про вторичку (высоковольтную обмотку). Мотал ее давно, думал пригодится - и пригодилась таки! Мотал на трубе из под пищевой фольги. Диаметр около 3см высота 28см и примерно 1500 витков провода 0,16мм. Первичку мотал 30 витков с отводом от каждого 5-го. Весит полностью вся Тесла порядка 2кг.

Готовый девайс:

Несколько фото в действии))

Со вспышкой и без.

Ну и пара видеороликов демонстрирующих работу генератора.

На ролике, где катушка работает в режиме ионофона, на компьютере постоянно мерцают значки если заметили - это на клавиатуре лежали ножницы и нажали на кнопки. Автор конструкции: Денис.

Обсудить статью ГЕНЕРАТОР ТЕСЛА НА ЛАМПЕ

В 1913 г. А. Мейснер изобрел замечательный способ генерирования незатухающих электрических колебаний посредством электронной лампы (§ 53). Схема электронно-лампового генератора колебаний показана на рис. 405. Колебательный контур подключен к аноду и катоду трехэлектродной лампы. Рядом с катушкой колебательного контура на том же каркасе намотана вторая катушка, один конец которой также присоединен к катоду лампы, а другой конец присоединен к сетке лампы. При правильном выборе режима лампы эта установка после начального «толчка», сообщенного замыканием цепи, дает незатухающие электрические колебания с частотой, определяемой емкостью и самоиндукцией контура.

Рис. 405. Схема использования триода для самовозбуждения незатухающих электрических колебаний.

Самовозбуждение колебания производится электронной лампой следующим образом. В начальный момент вслед за замыканием цепи анода электронный поток устремляется внутри лампы от катода к аноду и во внешней цепи от анода через катушку контура 1 к катоду. Быстро нарастая, ток создает, проходя через катушку контура, магнитное поле, которое в момент своего образования индуцирует в катушке сетки 2 электродвижущую силу такого направления, что сетка лампы приобретает по отношению к катоду положительный потенциал. Появление положительного потенциала на сетке мгновенно увеличивает ток, проходящий через лампу и через катушку

контура. Это влечет за собой новое резкое (еще более быстрое, чем в первый момент по замыкании цепи) возрастание магнитного поля. В катушке сетки вновь индуцируется электродвижущая сила такого же, как и раньше, направления, но еще большая по величине, пропорционально большей скорости возрастания магнитного поля; положительный потенциал сетки увеличивается. Увеличение положительного потенциала сетки мгновенно сказывается в увеличении анодного тока и т. д. Таким образом, в рассмотренной первой стадии процесса увеличение тока заряжает положительно сетку, что в свою очередь усиливает ток.

Но эта первая стадия процесса вскоре приводит к «кризису» и обрывается. Она обрывается тогда, когда на какой-то ступени возрастания тока скорость возрастания тока окажется меньшей, чем бывшая на предыдущей ступени. Магнитное поле контурной катушки, возрастая с меньшей скоростью, чем раньше, дает в сеточной катушке электродвижущую силу такого же, как раньше, направления, но уже меньшей величины. Потенциал сетки, оставаясь положительным, уменьшится, что вызовет уменьшение тока и остановку роста магнитного поля контурной катушки. Электродвижущая сила в сеточной катушке теперь не индуцируется, а потенциал сетки мгновенно падает до нуля. Вследствие этого ток резко уменьшается, магнитное поле контурной катушки быстро убывает и индуцирует в сеточной катушке электродвижущую силу, направленную противоположно прежнему. Сетка приобретает большой отрицательный потенциал и сразу «запирает» лампу - приостанавливает ток через нее, превращает ее в непроводник. Таким образом, во второй стадии (более короткой, чем первая) происходит кризисное падение потенциала сетки, завершающееся тем, что сетка получает большой отрицательный потенциал и запирает лампу.

Теперь выступает на сцену конденсатор контура. Лампа заперта, а контурная катушка запасла магнитную энергию Магнитное поле катушки, исчезая, создает экстраток, который заряжает конденсатор; поток электронов, которому прегражден путь через лампу, сосредоточивается на пластинах конденсатора, приключенных к катоду.

Пластины, приключенные к аноду, приобретают высокий поло жительный потенциал. Этим завершается третья стадия.

В последующий момент времени происходит разряд конденсатора. Через контурную катушку электронный поток устремляется обратно к аноду; хотя магнитное поле катушки опять нарастает, но его полярность противоположна прежней, и поэтому электродвижущая сила, индуцируемая в сеточной катушке, имеет такое направление, что потенциал сетки остается отрицательным; лампа продолжает быть запертой. К моменту, когда потенциалы на клеммах конденсатора сравняются, магнитное поле катушки достигнет максимума (конец четвертой стадии).

С этого момента, в связи с переходом от роста магнитного поля к его убыванию, изменяется направление электродвижущей силы, индуцируемой в сеточной катушке. Сетка, как и в первой стадии, приобретает положительный потенциал и открывает лампу, но лампа еще некоторое время бездействует, так как электродвижущая сила самоиндукции контурной катушки компенсирует электродвижущую силу батареи; напряжение на аноде мало и соответственно мал анодный ток. Магнитное поле контурной катушки, исчезая, гонит электроны к пластинам конденсатора, подключенным к аноду; туда же вскоре устремляется поток электронов, идущий из начинающей действовать лампы. Мгновенно здесь возникает высокий от рицательный потенциал (конец пятой стадии).

В последующую, шестую, стадию процесса повторяются с возросшей интенсивностью явления, происходившие в первой стадии: в контурной катушке одновременно протекают ток разряда конденсатора и ток, идущий через лампу.

Рис. 406. Трехточечная схема лампового Генератора колебаний

Чем сильнее «самораскачиваются» электрические колебания в ламповом генераторе, тем крепче в нужный момент оказывается заперта лампа высоким отрицательным потенциалом сетки. Рассеяние энергии при колебаниях автоматически восполняется за счет энергии анодной батареи. Амплитуда колебаний лимитируется мощностью лампы; для увеличения мощности подключают параллельно несколько ламп.

Генераторные электронные лампы, рассчитанные на мощность имеют ток насыщения, превышающий 5-10 а при анодном напряжении

В рассмотренной нами классической схеме Мейснера напряжения, подаваемые на сетку лампы, берутся (в данном случае посредством индуктивной связи катушек 1 и 2) из цепи анода. Такой принцип возбуждения напряжений в цепи сетки заимствованием их из цепи анода называют принципом обратной связи. Возможны различные видоизменения схемы. Вместо индуктивной обратной связи может быть применена емкостная обратная связь. Часто применяют так называемую трехтэчечную схему, в которой сеточной катушкой служит часть контурной катушки (рис. 406).

Математический анализ самовозбуждения колебаний показывает, что взаимная индуктивность катушек, обеспечивающих обратную связь, должна быть не меньше величины, определяемой неравенством

где активное сопротивление, емкость и индуктивность колебательного контура анодной цепи, коэффициент усиления и крутизна сеточной характеристики лампы.

Таким образом, самовозбуждение колебаний наступает при тем меньшей величине взаимной индуктивности обратной связи, чем больше коэффициент усиления и крутизна лампы и чем меньше все параметры колебательного контура: его активное сопротивление, емкость и индуктивность.

Питание ламповых генераторов осуществляют часто от динамо-машин, дающих ток для накала ламп и высокое напряжение для питания анодных цепей. Часто пользуются обычным переменным током: накал нитей подогревных ламп может производиться непосредственно переменным током, получение же высокого напряжения для питания анодных цепей производится применением трансформатора и лампового выпрямителя (кенотрона).

Так как на частоту генерируемых в контуре колебаний некоторое влияние оказывает режим работы лампы, то во избежание случайных изменений частоты, связанных с изменением режима работы лампы, применяют так называемые пьезокварцевые стабилизаторы частоты.

Небольшую пластинку, вырезанную надлежащим образом из кристалла кварца (§ 23), помещают в конденсатор К, подключенный к сетке лампы (рис. 407). Электрические колебания вызывают вынужденные механические колебания пьезокварцевой пластинки. Когда частота колебаний потенциала, подведенных к пластинке, близка к собственной частоте механических колебаний пластинки, происходит резонансное раскачивание колебаний пластинки. Колебательные изменения толщины пьезокварцевой пластинки сопровождаются в свою очередь появлением на ее гранях зарядов, изменение величины и знака которых поддерживает колебания потенциала на пластинах сеточного конденсатора К. Таким образом, случайные изменения частоты электрических колебаний, подведенных к конденсатору К, почти не сказываются на колебаниях потенциала сетки, которые происходят синхронно с собственными колебаниями пьезокварцевой пластинки. Затухание колебаний пьезокварцевой пластинки очень мало, декремент затухания меньше одной десятитысячной.

В схеме, показанной на рис. 407, обратная связь осуществляется через конденсатор небольшой емкости С. При генерировании высокочастотных колебаний межэлектродная емкость (анод-сетка в генераторной лампе) часто оказывается достаточной для реализации обратной связи и заменяет конденсатор С. Сопротивление препятствует появлению на сетке больших (превышающих расчетное значение) отрицательных потенциалов, заряды стекают по этому сопротивлению.

Применение пьезокварцевых стабилизаторов позволяет поддерживать частоту ламповых генераторов колебаний постоянной с точностью до миллионных долей. Это используется в пьезокварцевых часах, которые представляют собой ламповый генератор колебаний с частотой колебаний, стабилизированной пьезокварцем, и с устройством для автоматического счета числа совершившихся колебаний. Пьезокварцевые часы несравненно точнее лучших хронометров. Они измеряют время с точностью до С помощью пьезокварцевых часов были обнаружены и изучены незначительные неравномерности скорости суточного вращения Земли.

Рис. 407. Ламповый генератор колебаний с пьезокварцевым стабилизатором частоты

Наряду с ламповыми генераторами, - создающими гармонические колебания напряжения, часто применяются ламповые генераторы импульсов напряжения, резко отличающихся по форме от синусоидальных. Такие так называемые релаксационные колебания служат, в частности, для управления электронным лучом в осциллографах и телевизионных трубках. Пилообразные по форме импульсы напряжения подводятся (в телевизионных трубках) к катушкам, создающим магнитное поле, отклоняющее луч, или (в осциллографах) к конденсатору, между пластинами которого проходит электронный луч, что позволяет получать равномерные во времени отклонения луча, прочерчивающего на экране

прямую линию-развертку луча. На рис. 408 показана схема лампового генератора, создающего пилообразные импульсы напряжения. Здесь два триода, объединенных в одном баллоне, причем сетки их соединены. Существенно, что анодная цепь первого триода (блокинг-генератора) весьма сильно связана с сеточной цепью через трансформатор, имеющий для увеличения взаимоиндукции железный сердечник. Колебания в сеточной цепи определяются появлением заряда на конденсаторе и стекэнием этого заряда через сопротивление на землю; чем меньше постоянная времени этой цепи тем быстрее разряжается конденсатор сетки

Рис. 408. Блокинг-генератор и генератор пилообразных импульсов напряжения.

Если в начальный момент потенциал сетки был отрицателен и лампа блокинг-генератора (левый триод) была заперта, то, когда конденсатор разрядится, через лампу проходит быстро возрастающий ток; это быстрое возрастание тока обеспечивается тем, что при увеличении тока через трансформатор на сетку подается положительное напряжение (при включении обмоток трансформатора следует подобрать правильную полярность). Далее, существенно, что лампа блокинг-генератора работает в таком режиме, когда большому анодному току соответствует весьма большая утечка электронов через сетку; благодаря этому току сетки вслед за положительным выбросом (кривая 1 на рис. 408) напряжение на сетке быстро снова становится отрицательным и лампа блокинг-генератора вновь оказывается запертой. Напряжение на аноде второго триода (кривая 2 на том же рисунке) резко и глубоко падает каждый раз, когда начинает проходить ток через лампу, так как в цепь анода включено большое сопротивление (порядка Когда же лампа оказывается запертой, напряжение восстанавливается, возрастая приблизительно линейно, и с тем большей скоростью, чем меньше постоянная времени анодной цепи

Высокочастотные генераторы служат для образования колебаний электрического тока в интервале частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. Такие устройства создают с применением контуров колебаний LС или резонаторов на кварцах, которые являются элементами задания частоты. Схемы работы остаются такими же. В некоторых цепях контуры гармонических колебаний заменяются .

Генератор ВЧ

Устройство для остановки электросчетчика энергии служит для питания электроприборов бытового назначения. Его выходное напряжение 220 вольт, потребляемая мощность 1 киловатт. Если в приборе применить составляющие элементы с характеристиками мощнее, то от него можно запитывать более мощные устройства.

Такой прибор включается в розетку бытовой сети, от него идет питание на нагрузку потребителей. Схема электрических проводов не подвергается каким-либо изменениям. Систему заземления подключать нет необходимости. Счетчик при этом работает, но учитывает примерно 25% энергии сети.

Действие устройства остановки в подключении нагрузки не к питанию сети, а к конденсатору. Заряд этого конденсатора совпадает с синусоидой напряжения сети. Заряд происходит высокочастотными импульсами. Ток, который расходуется потребителями из сети, состоит из высокочастотных импульсов.

Счетчики (электронные) имеют преобразователь, который не чувствителен к высоким частотам. Поэтому, расход энергии импульсного вида счетчик учитывает с отрицательной погрешностью.

Схема прибора

Главные составляющие элементы прибора: выпрямитель, емкость, транзистор. Конденсатор подключен по последовательной цепи с выпрямителем, когда выпрямитель производит работу на транзистор, заряжается в данный момент времени до размера напряжения линии питания.

Зарядка осуществляется частотными импульсами 2 кГц. На нагрузке и емкости напряжение близко к синусу на 220 вольт. Для ограничения тока транзистор в период заряда емкости, предназначен резистор, подключенный с каскадом ключа по последовательной схеме.

Генератор выполнен на логических элементах. Он образует импульсы 2 кГц с амплитудой на 5 вольт. Сигнальная частота генератора определена свойствами элементов С2-R7. Такие свойства могут использоваться для настройки максимальной погрешности учета расхода энергии. Создатель импульсов выполнен на транзисторах Т2 и Т3. Он предназначен для управления ключом Т1. Создатель импульсов рассчитан так, что транзистор Т1 начинает насыщаться в открытом виде. Поэтому на нем расходуется небольшая мощность. Транзистор Т1 тоже закрывается.

Выпрямитель, трансформатор и остальные элементы создают блок питания низкой стороны схемы. Такой блок питания работает на 36 В для микросхемы генератора.

Сначала делают проверку блока питания отдельно от схемы с низким напряжением. Блок должен создавать ток выше 2-х ампер и напряжение 36 вольт, 5 вольт для генератора с малой мощностью. Далее делают наладку генератора. Для этого отключают силовую часть. От генератора должны идти импульсы размером 5 вольт, частотой 2 килогерца. Для настройки выбирают конденсаторы С2 и С3.

Создатель импульсов при проверке должен выдавать импульсный ток на транзисторе около 2 ампер, иначе транзистор выйдет из строя. Для проверки такого состояния включают шунт, при выключенной силовой схеме. Напряжение импульсов на шунте измеряют осциллографом на работающем генераторе. Основываясь на расчете, вычисляют значение тока.

Далее, проверяют силовую часть. Восстанавливают все цепи по схеме. Конденсатор отключают, вместо нагрузки применяют лампу. При подключении прибора напряжение при нормальной работоспособности прибора должно равняться 120 вольт. На осциллографе видно напряжение нагрузки импульсами с частотой, определенной генератором. Импульсы модулируются синусом напряжения сети. На сопротивлении R6 – импульсами выпрямленного напряжения.

При исправности устройства включают емкость С1, в результате напряжение повышается. При дальнейшем повышении размера емкости С1 доходит до 220 вольт. Во время этого процесса нужно контролировать температуру транзистора Т1. При сильном нагревании на небольшой нагрузке возникает опасность, что он не вошел в режим насыщения или не осуществилось полное закрытие. Тогда нужно сделать настройку создания импульсов. На практике такого нагрева не наблюдается.

В итоге, подключается нагрузка по номиналу, определяется емкость С1 такого значения, чтобы создать для нагрузки напряжение 220 вольт. Емкость С1 выбирают осторожно, с небольших значений, потому что повышение емкости резко повышает ток транзистора Т1. Амплитуду токовых импульсов определяют, если подключить осциллограф к резистору R6 по параллельной схеме. Импульсный ток не поднимется выше допускаемого для определенного транзистора. Если нужно, то ток ограничивают путем повышения значения сопротивления резистора R6. Оптимальным решением будет выбрать наименьший размер емкости конденсатора С1.

При данных радиодеталях прибор рассчитан на потребление 1 киловатта. Чтобы повысить мощность потребления, нужно применить более мощные силовые элементы ключа на транзисторе и выпрямителя.

При выключенных потребителях устройство расходует немалую мощность, учитываемую счетчиком. Поэтому лучше выключать этот прибор при отключенной нагрузки.

Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ

Генераторы высокой частоты выполнены на широко применяемой схеме. Различия генераторов заключаются в цепочке RС эмиттера, которая задает транзистору режим по току. Для образования обратной связи в цепи генератора от индуктивной катушки создают вывод клеммы. Генераторы ВЧ работают нестабильно на из-за влияния транзистора на колебания. Свойства транзистора могут измениться при колебаниях температуры и разности потенциалов. Поэтому образующаяся частота не остается постоянной величиной, а «плавает».

Чтобы транзистор не влиял на частоту, нужно уменьшить связь контура колебаний с транзистором до минимальной. Для этого нужно снизить размеры емкостей. На частоту оказывает влияние изменение нагрузочного сопротивления. Поэтому нужно между нагрузкой и генератором включить повторитель. Для подключения напряжения к генератору применяют постоянные блоки питания с небольшими импульсами напряжения.

Генераторы, сделанные по схеме, изображенной выше, имеют максимальные характеристики, собраны на . Во многих схемах генераторов ВЧ сигнал выхода снимается с контура колебаний через небольшой конденсатор, а также с электродов транзистора. Здесь нужно учесть, что вспомогательная нагрузка контура колебаний изменяет его свойства и частоту работы. Часто это свойство применяют для замера разных физических величин, для проверки технологических параметров.

На этой схеме показан измененный генератор высокой частоты. Значение обратной связи и лучшие условия возбуждения выбирают при помощи элементов емкости.

Из всего количества схем генераторов выделяются варианты с ударным возбуждением. Они действуют за счет возбуждения контура колебаний сильным импульсом. В итоге электронного удара в контуре образуются затухающие колебания по синусоидальной амплитуде. Такое затухание происходит из-за потерь в контуре гармонических колебаний. Скорость таких колебаний вычисляется по добротности контура.

Сигнал ВЧ на выходе будет стабильным в том случае, если импульсы будут иметь высокую частоту. Такой вид генераторов самый старый из всех рассматриваемых.

Ламповый генератор ВЧ

Чтобы получить плазму с определенными параметрами, необходимо подвести необходимую величину к разряду мощности. Для эмиттеров на плазме, работа которых основана на разряде высокой частоты, применяется схема подведения мощности. Схема изображена на рисунке.

На лампах преобразовывает энергию электрического постоянного тока в переменный ток. Главным элементом работы генератора стала электронная лампа. В нашей схеме это тетроды ГУ-92А. Это устройство представляет собой электронную лампу на четырех электродах: анод, экранирующая сетка, управляющая сетка, катод.

Сетка управления, на которую поступает сигнал высокой частоты малой амплитуды, закрывает часть электронов, когда сигнал характеризуется отрицательной амплитудой, и повышает ток на аноде, при положительном сигнале. Экранирующая сетка создает фокус электронного потока, увеличивает усиление лампы, снижает емкость прохода между сеткой управления и анодом в сравнении с 3-электродной системой в сотни раз. Это уменьшает выходные искажения частот на лампе при действии на высоких частотах.

Генератор состоит из цепей:

1. Цепь накала с питанием низкого напряжения.
2. Цепь возбуждения и питания сетки управления.
3. Цепь питания сетки экрана.
4. Анодная цепь.

Между антенной и выходом генератора находится ВЧ трансформатор. Он предназначен для отдачи мощности на эмиттер от генератора. Нагрузка контура антенны не равна величине отбираемой наибольшей мощности от генератора. Эффективность передачи мощности от каскада выхода усилителя к антенне может быть достигнута при согласовании. Элементом согласования выступает емкостный делитель в цепи контура анода.

Элементом согласования может работать трансформатор. Его наличие необходимо в разных согласующих схемах, потому что без трансформатора не осуществится высоковольтная развязка.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Ламповые генераторы в качестве источников питания электротермических установок используются на частотах от 60 кГц до 80 МГц. Для того, чтобы они не мешали радиосвязи, выделены частоты: 66 кГц (–10...+12%); 440 кГц (±2,5%); 880 кГц (±2,5%); 1,76 МГц (±2,5%); 5,28 МГц (±2,5%); 13,56 МГц (±1%); 27,12 МГц (±1%); 40,68 МГц (±1%); 81,36 МГц (±1%).

Данный курсовой проект охватывает вопросы расчета схемы ламповых генераторов для индукционного нагрева, конструктивного расчета элементов схемы, частотного анализа и разработки конструкции генераторного блока.

Генераторная лампа

Основным элементом лампового генератора является генераторная лампа. Анод генераторной лампы изготавливается из меди и интенсивно охлаждается, так как под действием анодного напряжения (оно составляет в среднем 5…10 кВ) электроны приобретают большую энергию и отдают ее аноду.

Катод лампы изготовляется из вольфрамовой проволоки, которая при работе нагревается примерно до температуры 2300 °С. При нагреве от 20 до 2300 °С сопротивление вольфрама возрастает примерно в 10 раз. Поэтому включать холодный катод на полное напряжение не рекомендуется. Пойдет большой ток накала, и электродинамические усилия между нитями приведут к разрушению катода. Напряжение накала обычно включается в две ступени. Сначала подается половинное напряжение, а когда нить накала прогреется, включается полное напряжение. Для генераторных ламп оно составляет обычно 10–15 В, токи накала – десятки и сотни ампер.

Анодная цепь

Анодная цепь генератора содержит три основных элемента: электронную лампу, колебательный контур и источник анодного напряжения. Их можно соединить последовательно или параллельно.

На рис. 1 представлены два варианта схемы последовательного питания по аноду. В первом из них под высоким напряжением относительно земли находится колебательный контур, во втором – анодный выпрямитель. Необходимость изоляции от земли усложняет изготовление генератора по схеме последовательного питания, поэтому обычно применяется схема параллельного питания по аноду (рис. 2). Эта схема лишена указанных выше недостатков, но более сложна. Пути переменной и постоянной составляющих анодного тока разделяются с помощью анодного разделительного конденсатора C a.р и блокировочного дросселя L а.б. Таким образом, постоянная составляющая анодного тока проходит через выпрямитель, лампу и анодный блокировочный дроссель L а.б.

Рис. 1. Схемы последовательного питания по аноду

Переменная составляющая идет через лампу, колебательный контур и анодный разделительный конденсатор С а.р. Назначение этого конденсатора – не пропускать постоянную составляющую анодного тока и иметь достаточно малое сопротивление для переменной. Значение С а.р выбирается из условия:

где R э – эквивалентное сопротивление колебательного контура.

Назначение L а.б – не пропускать переменную составляющую анодного тока в выпрямитель. Его выбирают из соотношения:

Рис.2. Схема параллельного питания по аноду

Для дальнейшего уменьшения величины переменной составляющей выпрямитель шунтируется конденсатором C б (см. рис. 2).

Сеточная цепь

Генераторы могут быть с независимым возбуждением (на сетку лампы подаются колебания от маломощного генератора) и с самовозбуждением.

Независимое возбуждение используется в радиопередатчиках, в генераторах для электротехнологии обычно используют самовозбуждение (используется положительная обратная связь с колебательного контура).

Для существования колебаний необходимо, чтобы напряжение на сетке было в фазе с напряжением на контуре, и, следовательно, в противофазе с напряжением на аноде (рис. 3). Это условие самовозбуждения по фазе.

Если сигнал обратной связи будет очень малым, то колебания не возникнут. Отсюда следует условие самовозбуждения по амплитуде.

К ос > К ос min ,

где К ос = U g /U a – коэффициент обратной связи, U g – напряжение на сетке;U a –напряжение на аноде (cм. рис. 3), К ос min – минимальное значение коэффициента обратной связи, оно получается из расчета генераторной лампы.

В зависимости от соотношения между остаточным напряжением на аноде e а min максимальным напряжением на сетке e g max различают три режима работы: недонапряженный, перенапряженный и критический (граничный).

На рис. 4 представлены графики анодного тока и сеточного напряжения. Если анодно-сеточная характеристика линейна, то импульсы сеточного и анодного токов имеют вид отрезка синусоиды. Когда ток такой формы протекает через колебательный контур, то в нем возникают синусоидальные колебания, так как колебательный контур выделяет первую гармонику тока, которая и поддерживает колебания за счет положительной обратной связи. Для нормальной работы лампы на ее сетку необходимо подать отрицательное смещение E g (рис. 4).

Рис. 4. Диаграммы анодного тока и сеточного напряжения

Оно может быть фиксированным (от постороннего источника) или автоматическим и необходимо для того, чтобы выбрать рабочую точку на характеристике лампы (рис. 3 и 4).

В генераторах для электротермии обычно используется автоматическое смешение. Оно подается с помощью гридлика (рис. 5).При протекании сеточного тока через элементы гридликаR g , L g , C g на сопротивленииR g выделяется постоянное напряжениеЕ g , которое прикладывается между сеткой и катодом.

Элементы гридлика определяются таким образом: R g = - E g / I g о, где Е g – отрицательное смещение; I g о – постоянная cоставляющая сеточного тока лампы, они известны из расчета лампы. Блокировочные элементы L g , C g находятся из соотношений:

При изменении R g изменяется угол отсечки анодного тока (см. рис. 4). Оптимальным является значение θ = 70º ÷ 90º. При этом обеспечивается достаточно высокий КПД генераторной лампы по аноду и хорошее использование лампы по мощности.

Рис. 5. Гридлик лампового генератора

Одноконтурный генератор

На рис. 6 представлена принципиальная схема промышленного генератора ВЧГ1-25/0,44, имеющего один колебательный контур. Индуктивностью колебательного контора является закалочный трансформатор Т р, нагруженный на индуктор ИЗ. Согласование генератора с нагрузкой осуществляется путем переключения отводов на первичной стороне закалочного трансформатора Т р. Если колебательный контур настроен в резонанс, то его эквивалентное сопротивление

где – характеристическое сопротивление контура; r – активное сопротивление; С – емкость; L – индуктивность; Q – добротность.

Добротность отражает способность колебательного контура поддерживать электромагнитные колебания. Это отношение реактивной мощности P r к активной P a или реактивного сопротивления к активному:

Иногда вместо добротности используют затухание:

Чтобы генераторная лампа отдавала номинальную мощность, необходимо, чтобы на ней было номинальное колебательное напряжение U a 1 и через нее шел номинальный ток первой гармоники I a 1 . Отсюда вытекает, что эквивалентное сопротивление колебательного контура, подключенного к лампе, должно быть равно эквивалентному сопротивлению лампы:

R ЭЛ = U a1 / I a1 ,

где U a1 и I a1 определяются из расчета лампы.

Если сопротивление колебательного контура R ЭК > R ЭЛ то режим генератора будет перенапряженным, иначе – недонапряженным.

Процесс согласования генератора с нагрузкой заключается в том, чтобы выполнить условие:

R эк = R эк.

Если это условие не выполняется, то включают не всю первичную обмотку трансформатора, а ее часть, используя отводы. При этом уменьшается коэффициент анодной связиp = U a / U k (см. рис. 6), а также эквивалентное сопротивление, приведенное к лампе:

R эк = p 2 R эк

При R эк < R эл следует взять другой индуктор, с большим числом витков.

Как известно, генерация в схемах с самовозбуждением происходит благодаря положительной обратной связи. Она осуществляется делителем С о ’, С о ’’ и звеном обратной связи С о, L о (см. рис. 6).

Особенностью данной схемы является возможность бесконтактного изменения величины индуктивности обратной связи L о. Перемещением катушки L кз внутри L о изменяется индуктивность L о и, следовательно, величина коэффициента обратной связи

K ос = U g / U a

Рассмотрим подробнее влияние положения короткозамкнутой катушки L кз на индуктивность соленоидаL 0 (см. рис. 6)

Известно определение индуктивности соленоида:

L 0 = w Φ / I ,

где w , Ф, I – число витков, поток и ток соответственно.

При введении внутрь соленоида L о короткозамкнутой катушки в ней наводится ток, магнитное поле которого уменьшает потокФ, что приводит к уменьшению индуктивности L о.

Путем описанных регулировок генератор настраивается на критический или слабо перенапряженный режим, что обеспечивает высокий КПД по аноду.

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема генератора ВЧИ1-25/0,44

Критический режим характеризуется отношением I a о / I g о = 5÷7. Это соотношение обычно используется при настройке, так как все промышленные генераторы имеют приборы, измеряющие постоянные составляющие анодного и сеточного токов.

Многоконтурные схемы ламповых генераторов для электротермии

Эти схемы (см. рис. 7) являются основными для целой серии высокочастотных установок на частоты до 5,28 МГц. Их преимуществом является: гибкость регулировок, возможность изменения режима без отключения генератора, универсальность, Недостатки по сравнению с одноконтурной схемой: сложность схемы, большие габариты и стоимость. Подробные описания схем и методы их расчета имеются в .

Отличительной особенностью этих схем является наличие анодного регулятора L 1 . Этот регулятор позволяет изменять напряжение на нагрузочном контуре без выключения генератора.

Короткозамкнутая катушка L КЗ перемещается внутри L 1 не выходя за ее пределы .

Рис. 7. Принципиальная схема трехконтурного генератора для электротермии

Этим обеспечивается постоянное значение индуктивности L 1 и, следовательно, постоянство рабочей частоты генератора. Катушка L 1 разделена на две части (см. рис. 7).

Когда L КЗ находится а верхней части L 1 , то магнитный поток в этом месте уменьшается, следовательно, уменьшается индуктивность этой части катушки. В результате на нагрузочном контуре будет максимальное напряжение. При перемещении L кз в нижнюю часть L 1 картина будет обратной.

Многоконтурная схема, может генерировать колебания на нескольких частотах. Чтобы убедиться в том, что генератор будет устойчиво работать на заданной частоте, выполняется частотный анализ. Для этого составляется эквивалентная схема генератора. В этой схеме обычно пренебрегают теми элементами, которые дают резонансные частоты, сильно отличающиеся от рабочей. Если анализ выполняется графическим методом, то пренебрегают также активными сопротивлениями.

При анализе частотных характеристик на ЭВМ этого можно не делать. На рис. 8 представлена схема, эквивалентная рис. 7. В ней пренебрегается L а.б и С р, а также цепями постоянных составляющих анодного и сеточного токов.

При курсовом проектировании анализ проводится на компьютере по программе PALEC.

На эквивалентной схеме предварительно обозначить номера узлов и ветвей. При этом анодный узел ввода должен иметь номер 1, катодный – 0, сеточный – 2, остальные нумеруются произвольно. После этого ввести исходные данные аналогично образцу, имеющемуся в вычислительной лаборатории кафедры ЭТПТ.

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Конструктивный расчет высокочастотных (ВЧ) дросселей и контурных индуктивностей

Расчет выполняется на основе методики, изложенной в . Известна формула для индуктивности цилиндрическогосоленоида:

где k =k (а/2 R ) – коэффициент Нагаока; R – радиус соленоида; a - его длина; w - число витков. Выразим L , через длину провода l :

l = 2Rw ,

длина катушки a = wh , где h – шаг намотки; тогда число витков:

где Следовательно

Обозначив получим

Эта формула дает возможность найти длину провода, необходимого для изготовления катушки:

Обычно для высокочастот­ных дросселей 2 R / a = 0,3÷0,5.

Поэтому можно принять:

F = 1,03…1,13 (см. рис. 9).

Кроме индуктивности, дроссель имеет также емкость, которая может играть значительную роль на высоких частотах. Для ее уменьшения многослойные обмотки выполняются с транспозицией (рис. 10). Этот тип намотки используется и на низких частотах для уменьшения межвиткового напряжения (сравнить максимальные напряжения между соседними витками катушек на рис. 10, а и б).

рис. 9. График функции F

Порядок расчета блокировочного дросселя

1. Выбор диаметра провода по току дросселя. По дросселю протекает постоянная составляющая анодного тока I a о и переменныйток, который примерно равен: I = U a / (wL а.б). Плотность тока можно принять 3 А/мм 3 .

2. Выбор шага намотки h и отношения 2 R / a .

3. Длина провода определяется по формуле (1).

Скачать c Letitbit.net

или

Для скачивания методического пособия "Ламповый генератор" поделитесь ссылкой с друзьями.

Под этой строчкой в течении 30 секунд появится обещанная Вам ссылка:

Стабильный диапазонный генератор в радиолюбительской практике до сих пор проблемой номер один является стабильность частоты генераторов с плавной настройкой. Каждый коротковолновик знает, как неприятно, а иногда и трудно работать с корреспондентом, когда частота его передатчика «ползет» вверх или вниз. Это особенно ощутимо при работе CW или SSB. Но кроме субъективного фактора, имеется и официальное положение, которое жестко определяет стабильность частоты коротковолновой радиостанции. Уход частоты генератора в радиолюбительской практике не всегда вызван небрежностью конструктора-оператора: работой на коротких волнах занимаются люди различного возраста и профессий, обладающие различной степенью специальной подготовки.

В лабораторных условиях в результате анализа и многочисленных экспериментов была выбрана схема задающего стабильный диапазонный генератор, который и предлагается вниманию читателей. Этот генератор может быть использован также в качестве гетеродина в приемнике, в измерительной аппаратуре и пр. При выборе схемы генератора был рассмотрен ряд кривых, характеризующих уход частоты в зависимости от изменения напряжения питания различных схем ламповых генераторов, описанная ниже схема обладает наибольшей стабильностью. Остальные факторы, влияющие на стабильность частоты лампового генератора, учтены и скомпенсированы известными способами, Очевидно, будет удобнее это проследить непосредственно на предложенной схеме (рис.).

Весь содержит три каскада: собственно генератор на лампе 6Н15П (Л1), катодный повторитель и усилитель на лампе 6Ф1П (Л2).

Собственно стабильный диапазонный генератор

собран по схеме с отрицательным сопротивлением. Работа генераторов с отрицательным сопротивлением достаточно полно освещена в литературе (например, см. А. А. Куликовский «Новое в технике любительского радиоприема», Томас Мартин «Электронные цепи»). По сути, схема представляет собой несимметричный мультивибратор, в одну из цепей которого включен реактивный элемент. Прямая связь между триодами генератора осуществляется через -тод; положительная обратная связь, необходимая для возникновения генерации, - с анода правого (по схеме) триода на сетку левого триода.

Здесь необходимо остановиться на-одной очень существенной детали, не акцентируемой в литературе. Эта деталь главным образом влияет на работу генератора и на которую многие конструкторы не обратили внимания и вынуждены были отказаться от него.
Дело заключается в том, что, как уже отмечалось выше, прямая связь между триодами генератора осуществляется через катод. Таким образом катодная нагрузка будет являться нагрузкой и по перемеменному и по постоянному току. Что получится в том случае, если в катоде будет стоять только активное сопротивление? В первую очередь величина этого сопротивления будет подбираться, чтобы обеспечить нужный режим каскада.

Практически его величина не превысит 2-3 ком. В свою очередь это сопротивление является нагрузкой и для высокочастотного напряжения. И здесь, как правило, оказывается, что его величина слишком мала и не обеспечивает достаточной передачи ВЧ энергии на правый по схеме триод. Кроме того, это сопротивление значительно шунтирует контур генератора, сильно снижая его добротность, ухудшая и без того тяжелые условия возбуждения. Проанализировав подобным образом схему стабильный диапазонный генератор, можно прийти к простому решению: последовательно с катодным сопротивлением нагрузки включить ВЧ дроссель. Теперь комплексная катодная нагрузка будет складываться по постоянному току.

В общем же случае емкость конденсатора C1 может быть выбрана в пределах нескольких пикофарад. Генерация получается такой устойчивой, что при снижении анодного напряжения до 10 в на катодном дросселе остается напряжение ВЧ около 1,5 в. Возвращаясь к конкретным данным приведенной схемы, отметим, что положительное изменение емкости контура генератора от нагрева во время работы компенсируется конденсатором С3 (КТК голубой). Конденсатор С3 должен быть обязательно КСО-2 группы «Г». Конденсатор C1 - типа КТК голубой.

Для большего повышения стабильности целесообразно снимать напряжение ВЧ на следующий каскад именно с дросселя катодной нагрузки, а не с какой-нибудь другой точки схемы по следующим соображениям: снимая ВЧ напряжение непосредственно с контура генератора, с анода правого триода или-непосредственно с катода генератора, нарушаем стабильность колебаний. Снимая сигнале катодного дросселя, мы практически полностью изолируем генератор.

Здесь особенно видно, насколько оправдана именно такая последовательность включения сопротивления и дросселя в катод генератора. В самом деле, цепь катодной нагрузки в нашем случае для ВЧ можно представить как делитель, состоящий из двух последовательных сопротивлений: R1, которое в зависимости от типа лампы и выбранного режима генератора может быть от нескольких ом до 2-3 ком; и реактивного сопротивления дросселя Rx, которое в лучшем случае несоизмеримо велико по сравнению с R1 (рис.)Таким образом для ВЧ сигнала величина R1 в нашем делителе получается очень малой, и можно полагать, что в лучшем случае по ВЧ Uвх будет равно Uвых, или, иными словами, снимаемое напряжение ВЧ с дросселя будет равно напряжению ВЧ на катоде генератора. Однако в реальных условиях, разумеется, сопротивление дросселя по ВЧ будет иметь конкретное значение в силу конечных параметров последнего и влияния схемы в целом.

Но тем не менее его величина будет гораздо больше R1 и проигрыш в снимаемом напряжении будет незначительным. В то же время сопротивление R1 защищает в значительной степени от возможного вмешательства в цепь связи, обеспечивающую работу генератора. Чтобы еще больше «развязать» стабильный диапазонный генератор от последующих каскадов, имеется буферный каскад, собранный по схеме катодного повторителя на триоде лампы Л2. Как известно, катодный повторитель обладает высоким входным сопротивлением и практически не шунтирует дроссель Др1. Необходимо отметить еще одно достоинство этого генератора.

При соответственно выбранном режиме он обладает малым процентом гармоник. В большинстве случаев даже вторую гармонику не удавались замерить. Это является весьма положительным качеством, особенно при использовании подобного генератора в качестве гетеродина в приемнике с несколькими преобразователями или как VFO в SSB передатчике, где возникает опасность появления комбинационных частот или интерференционных свистов.

Однако в описываемом стабильный диапазонный генератор имеется в виду дальнейшее умножение частоты для получения всех любительских диапазонов, для этой цели после катодного повторителя следует каскад усилителя на основной частоте (80 м любительский диапазон), собранный на пентодной части лампы Л2. Для замера ухода частоты генератора использовался декадный счетчик ЭЧ-1, так как, например, волномером 526У вообще не удалось замерить уход частоты при часовой проверке. Основной замер производился после двадцатиминутного прогрева. Уход частоты за первые 15 минут замера составлял: 3 645 282- 3 645 245 гц-37 гц! За следующие 15 минут уход частоты составил 33 гц.

Необходимо заметить, что при эксперименте было стабилизировано только анодное напряжение. Экран контура задающего генератора (L1) находился около экрана лампы генератора на расстоянии 22 мм. Контур был выбран заведомо с невысокой добротностью Q = 60. Он имел 60 витков провода ПЭ 0,29, намотанных виток к витку на полистироловом каркасе диаметром 8 мм, и был заключен в латунный экран диаметром 21 мм (катушка L2 намотана на таком же каркасе с таким же экраном с настройкой ферритовым сердечником и имела 37 витков провода ПЭЛШКО 0,2, намотка «универсалы), ширина намотки 4 мм). Можно утверждать, что если принять дополнительные меры; стабилизировать накал генераторной лампы барретором, применить контур задающего генератора с высокой добротностью, как можно лучше изолировать контур генератора в тепловом отношении, то стабильность будет еще выше.

В заключение остановимся на примененном здесь способе манипуляции. Манипуляция производится не срывом генерации, как обычно, а уводом частоты в сторону, за пределы пропускания контуров передатчика. Это осуществляется миниатюрным реле РЭС-10 (возможно использовать реле РЭС-9), которое имеет размеры 10Х 16 X 19 мм, весит 7,5 г, работает при температуре до +125° С и относительной влажности до 98%. При этом является малоемкостным и имеет время срабатывания 5 мсек. Это реле и процессе манипуляции подключает к контуру стабильный диапазонный генератор конденсатор Са, уводя частоту генератора в сторону, но не срывая ее.

Проверка производилась субъективно при помощи волномера 526У. При манипуляции не было замечено ни малейшего «хлюпания», ни каких бы то ни было других нежелательных явлений. Полностью отсутствуют щелчки. Произведенный эксперимент позволяет утверждать, что подобный метод манипуляции может быть рекомендован коротковолновикам, как простой, высококачественный и весьма эффективный.