Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) представляет собой устройство, в котором энергия источника питания постоянного тока преобразуются в энергию электромагнитных колебаний. Преобразование энергии осуществляется в ГВВ с помощью активного элемента (электронного прибора - ЭП), управляемого внешним источником электромагнитных колебаний, поэтому частота генерируемых колебаний определяется частотой внешнего возбуждения. В качестве активных элементов в ГВВ передатчиков используются электровакуумные триоды, тетроды, пентоды, лампы бегущей волны, пролетные клистроны, биполярные и полевые транзисторы, лавинно-пролетные диоды и диоды Ганна.
Напомним суть указанного преобразования энергии.
Рис.1.2. Упрощенная схема ГВВ
Рассмотрим упрощенную схему ГВВ на рис.1.2, на которой показан трехэлектродный ЭП, к управляющему электроду которого подключены источник напряжения смещения Есм и внешнего высокочастотного напряжения возбуждения uвх(t), а к выходному электроду-источник питания Еп и нагрузка с некоторым сопротивлением Zн. Допустим, напряжение смещения на управляющем электроде установлено таким, что в исходном состоянии (в отсутствие внешнего высокочастотного возбуждения) через ЭП протекает постоянный ток. При включении источника внешнего возбуждения напряжение на управляющем электроде периодически изменяется (с частотой внешнего возбуждения). При этом периодически изменяется и ток, протекающий через ЭП. (Физические причины-различны, в зависимости от типа ЭП. Например, в биполярном транзисторе - периодически изменяется концентрация носителей зарядов, инжектируемых из эмиттера в базу, в полевом транзисторе-площадь сечения канала, в лампе-концентрация электронов между сеткой и катодом). В результате в выходной цепи ЭП наряду с постоянной составляющей тока Iвых0 появляется и переменная составляющая iвых~(t), создающая на сопротивлении нагрузки переменное напряжение uн~(t).
При относительно малых амплитудах напряжения uвх(t) зависимость между ним и током iвых~ можно считать линейной. При этом форма iвых~ будет той же, что и форма uвх(t).
При большой амплитуде внешнего возбуждения форма переменной составляющей iвых~(t) из-за нелинейности характеристик ЭП может сильно отличатся от формы возбуждающего сигнала.
Структура реального ГВВ в действительности сложнее показанной на рис.1.2: необходимо обеспечить требуемые формы колебаний на электродах ЭП и нагрузке ГВВ, условия эффективного электрического режима, разделить пути протекания постоянных и переменных токов и др. Обобщенная структурная схема ГВВ на одном ЭП принимает при этом вид, показанный на рис.1.3.
Рис.1.3. Обобщенная структурная схема ГВВ.
В общем случае в состав ГВВ входят электронный прибор (ЭП), цепи смещения и питания и согласующие цепи связи ЭП с источником возбуждения на входе (ЦСвых) и с нагрузкой на выходе. Источником возбуждения ГВВ в передатчике является обычно предыдущий каскад, а нагрузкой - входное сопротивление последующего каскада или антенно-фидерного устройства.
Цепи питания и смещения обеспечивают подключение источников требуемых напряжений смещения и питания к электродам ЭП и содержат элементы, разделяющие цепи постоянного и переменного токов.
Согласующие цепи выполняют две основные функции: преобразования сопротивлений и обеспечения требуемых форм колебаний токов и напряжений на электродах ЭП и нагрузке ГВВ. При этом ЦСвх преобразует входное сопротивление ЭП в сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника возбуждения, для наиболее полной передачи мощности к ЭП, а ЦСвых преобразует сопротивление нагрузки в некоторое другое сопротивление, которое необходимо для обеспечения наиболее выгодного (оптимального) режима ЭП.