книги из ГПНТБ / Тимофеев В.М. Проектирование радиопередающих устройств пособие по курсовому и дипломному проектированию
.pdf
I Г О С * ПУ&^ИЧНАЯ
1 НАУЧИ ТЕХНИЧЕСКАЯ
1 рЛсЯМПТЕХ.Л. Х.ср
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
В СССР заочное обучение является одной из форм подготов ки технических кадров. Студент-заочник в самостоятельной ра боте над учебным материалом встречает немало трудностей, особенно в заключительной стадии обучения, когда он выпол няет курсовое и дипломное проектирование по профилирующей дисциплине.
Предлагаемое учебное пособие предназначено для учащихся -всесоюзного заочного техникума связи, занимающихся курсо вым и дипломным проектированием по радиопередающим уст ройствам. Автором, имеющим большой опыт в строительстве и эксплуатации мощных радиопередающих устройств, сделана попытка отразить особенности расчёта и проектирования мощ ных передатчиков, работающих преимущественно в диапазонах средних и коротких волн и частично на ультракоротких волнах. Такой порядок преподнесения материала соответствует особен ностям учебной программы.
В работе использован богатый опыт по конструированию и эксплуатации упомянутых передатчиков, применяемых в Мини стерстве связи СССР для мощного радиовещания и магистраль ной радиотелеграфной связи. Большое внимание уделено расчёту эксплуатационных режимов генераторных ламп с высокоэффек тивными катодами, применяемых в современных радиопередат чиках.
В пособии приведён подробный справочный материал по но вым лампам и деталям радиоаппаратуры, крайне необходимый для студентов вузов и специалистов, занимающихся проектиро ванием и эксплуатацией радиопередающих устройств.
ВВЕДЕНИЕ
Отечественная теория радиопередающих устройств была соз дана в двадцатых годах русскими учёными М. В. Шулейкиным, А. И. Бергом, М. А. Бонч-Бруевичем и получила развитие в ра ботах их учеников. Основной особенностью этой теории было предположение о работе генераторной лампы в режиме насыще ния, т. е. при полном использовании тока эмиссии, что соответ ствовало специфике средневолновых триодов с вольфрамовым катодом прежних конструкций.
В истекшее тридцатилетие наблюдалось постепенное изме нение конструкций генераторных ламп, используемых на кв, укв и дециметровых диапазонах, применением в них высокоэффек тивных катодов. Возросла роль электровакуумных заводов в раз работке эксплуатационных режимов генераторных ламп, спо собствующих сохранению их паспортной долговечности.
Постепенная эволюция отдельных ламповых конструкций привела к принципиальной качественной особенности всего ас сортимента современных генераторных ламп отечественного и заграничного производства — к наличию в них режима простран ственного заряда, при котором импульс анодного тока ia макс выбирается значительно меньшим тока эмиссии 1е . Это умень шение в лампах с высокоэффективными катодами может быть в 5—8 раз и больше, а в мощных триодах с вольфрамовым ка тодом в 1,5—2 раза.
Для мощных ламп характерно возрастающее применение карбидированного торированного катода, почти вытеснившего катод из чистого вольфрама. Существуют триоды с карбидированным торированным катодом, имеющие’полезную мощность Р = 250— 500 кет и анодное напряжение 12—18 кв. Крутизна их характе ристики порядка 150—300 ма/в. Увеличение крутизны, уменьше ние угла отсечки (от 0 = 90° до0 = 60°—75°) и применение ка- тодно-фокусирующих систем позволяет получить в мощных сов ременных триодах повышенный коэффициент усиления по мощ ности, доходящий до 600. В мощных тетродах (их мощность воз росла до 30 кет) этот коэффициент может быть порядка 200—400.
4
Принудительное воздушное охлаждение, всё шире применяе мое в мощных лампах, позволяет удешевить эксплуатацию пе редатчика.
Качественной особенностью современного ассортимента гене раторных ламп, следует считать преобладающее наличие ламп, способных работать на самых высоких частотах (в диапазоне укв
идцв). Широкое применение в передатчиках инверсной схемы
с.заземлённой или нейтральной сеткой изменило конструкцию генераторных ламп, которые выполняются теперь с кольцевыми
выводами управляющей и экранирующей сеток. Эти лампы имеют незначительную индуктивность сеточного ввода и обеспе чивают хорошее экранирующее действие сетки в инверсной схе ме (или в схеме с тетродом).
При анализе оказалось необходимым создание новой эквива лентной схемы укв и дцв генератора, в которой учтено шунти рующее влияние ламп на колебательную систему. Оно объяс няется высокочастотными потерями в ламповой конструкции. Мощность, расходуемая на эти потери, может быть порядка 20—30% от полной мощности переменного тока, создаваемой генератором.
Для ламп с высокоэффективными катодами наиболее критич ными величинами обычно являются постоянная составляющая анодного тока и мощность, рассеиваемая на сетке.
Веерообразность анодно-сеточных характеристик большин ства современных ламп обусловила высказывания некоторых специалистов о неприменимости метода А. И. Берга, считавшего характеристики параллельными:* Нельзя согласиться с такой трактовкой, так как базирующаяся на этом методе отечествен ная линейная теория расчёта ламповых генераторов имеет другие более важные особенности, определяющие её дальнейшее разви тие. С нашей точки зрения прогрессивными идеями этой теории являются: линеаризация характеристик, в соответствии с их дей ствительным видом, немногочисленность расчётных параметров, несложность расчётных формул, обязательное соблюдение пре дельных электрических величин, допущение неточности порядка 10% при сравнении результатов расчёта с опытными данными и с результатами графоаналитического исследования. Эти идеи нашли отражение в книгах Б. С. Агафонова, С. С. Аршинова, Б. М. Бетина, И. Д. Денисова, С. И. Евтянова, Д. П. Линде, М. С. Неймана, А. М. Педака и других.
Подбор и расположение материала соответствует обычно при нятой последовательности проектирования — от общей скелетной схемы к выбору и расчёту режимов ламп в ступенях, расчёту контуров и основных деталей схемы радиопередатчика. В посо бии приведён ряд расчётных примеров, число которых было ог раничено объёмом книги. В расчётах режимов генераторных ламп использованы работы Б. С. Агафонова.
Учтены рекомендации заводов электровакуумной промышлен кости в части соблюдения допустимых электрических норм, уста новленных для генераторных ламп. В приложении даны пара метры современных генераторных ламп и их характеристики, пользование которыми особенно полезно при расчётах, так как даёт реальное представление о возможностях данной лампы.
Перечень использованной и рекомендуемой литературы по проектированию дан в конце книги.
Г л а в а l
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
(§1. Классификация радиопередатчиков
В настоящее время для целей связи, радиовещания и теле видения применяются передатчики, в которых используются обычные электронные лампы (триоды, тетроды, пентоды). В пе редатчиках сверхвысоких частот (свч) применяются триоды спе циальных конструкций, магнетроны и электронно-лучевые лам пы со скоростной модуляцией электронов (клистроны и др.).Для специальных целей (например, для ионосферных станций) ещё применяются искровые радиопередатчики.
В основе классификации их лежат два признака: 1) диапазон рабочих волн передатчика и 2) его назначение.
Установилась следующая практическая терминология, опре деляющая разделение передатчиков по диапазонам: длинновол новые с волнами свыше 1000 м, используемые, главным образом, для магистральной, циркулярной радиосвязи или радионавига ции; средневолновые с волнами от 1000 до 100 м, используемые для радиовещания и ряда специальных служб (морской, воз душной, радионавигации); коротковолновые с длиной волны от 100 до 10 м, используемые для всех служб, включая радиовеща ние и радиосвязь; ультракоротковолновые с длиной волны от 10 до 1 м, используемые для передачи телевидения, высококачест венного радиовещания и для ряда специальных служб; радиопе редатчики сверхвысоких частот (дециметровых и сантиметровых волн с длиной волны ниже 1 м) частоты выше 300 Мгц, исполь зуемые, главным образом, для радиолокации, многоканальной радиосвязи (радиорелейные линии) и других целей.
Диапазон волн некоторых передатчиков не всегда совпадает с принятой терминологией разделения радиоволн. Так, например, диапазонный передатчик, работающий на волнах 40—120 м, при нято называть коротковолновым, хотя он может работать на час-
7
хотах, относящихся к диапазонам коротких и средних волн. По этому часто передатчики относятся к той или иной группе по преобладающему участку диапазона.
По назначению передатчики могут быть разделены на ста ционарные и подвижные (самолётные, автомобильные, корабель ные и др.).
Применяется классификация передатчиков и по другим приз накам, например: по родам работы (телеграфные, телефонные, телефонно-телеграфные, телевизионные, радионавигационные и др.); способу получения колебаний; мощности, отдаваемой пере датчиком в антенну; способу модуляции и мобильности. Типы радиопередатчиков чрезвычайно разнообразны.
Однако передатчик не может быть полностью охарактеризо ван отнесением его к тому или другому типу по,указанным выше отличительным признакам. Полная характеристика, назначение и особенности могут быть уяснены только после ознакомления е составленными на передатчик техническими условиями (ТУ), ко торые в краткой форме поясняют его важнейшие технические показатели. Поэтому для целей проектирования передатчика предварительно составляются технические условия, в которых отражены все основные показатели передатчика (назначение, мощность, диапазон волн, стабильность частоты колебаний, элек троакустические данные, конструктивные требования, требования к источникам питания и т. п.).
- § 2. Порядок работы над проектом
Составление технических условий (ТУ)
Первой работой при проектировании передатчика является составление достаточно полных и подробных технических усло вий. В случае, если ТУ заданы проектирующему готовыми, они должны быть тщательно изучены.
При составлении ТУ следует Предварительно изучить техни ческие характеристики и данные всех известных передатчиков, подходящих по мощности, назначению и диапазону.
В ТУ следует учесть и оговорить все новые технические до стижения в аналогичных радиопередатчиках для их возможного отражения в проекте.
Составление скелетной схемы передатчика
Этим решаются основные вопросы, определяющие построе ние, режим работы, типы ламп, основные узлы и конструкции проектируемого передатчика.
8
Электрический расчёт тракта высокой частоты
О п р е д е л е н и е п о л н о й м о щ н о с т и |
в ы х о д н о й |
ст у п е н и . В этом расчёте находится мощность, которую долж ны обеспечить лампы выходной ступени передатчика с учётом кпд контура (или системы контуров). В коротковолновых пере датчиках с широким диапазоном частот возникают затруднении
сполучением полной мощности на самых коротких волнах диа пазона (частоты 20—30 Мгц) благодаря снижению эквивалеш-
пого сопротивления контура R a на этих волнах. |
-- |
В ы б о р л а м п в ы х о д н о й с т у п е н и . |
Номинальная |
мощность и тип ламп, выбранных ориентировочно при состав лении скелетной схемы, уточняются расчётом: Лампы должны обеспечить отдачу необходимой мощности в заданном диапазоне волн. В передатчиках повышенной мощности суммарная, номи нальная мощность выбранных ламп мощной ступени должна приближённо, в 2 раза при анодной модуляции и в 4 раза при усилении модулированных колебаний, превышать заданное зна чение мощности в режиме несущей частоты.
Р а с ч ё т р е ж и м а в ы х о д н о й с т у п е н и . В телеграфно телефонных передатчиках с сеточной модуляцией первоначально проводится расчёт режима максимальной мощности (телеграф ной), затем определяются величины режима несущей частоты1).
После расчёта выходной ступени должны быть окончательно уточнены: тип ламп, токи и напряжения в основных цепях ламп, эквивалентное сопротивление контура. В дальнейшем рассчиты ваются данные деталей схемы (дроссели, блокировочные и разде лительные конденсаторы, сопротивления и т. д.). Во время элек трического расчёта уточняется схема ступени.
Р а с ч ё т п р о м е ж у т о ч н ы х с т у п е н е й . Определение мощности, которую должна обеспечить промежуточная ступень, проводится из-расчёта потерь в цепи сетки возбуждаемой сту пени или по принятым практикой соотношениям мощности воз будителя и возбуждаемой ступени.
Р а с ч ё т р е ж и м а в о з б у д и т е л я . Расчёт мощности и режима возбудителя завершает электрический расчёт высокочас тотного тракта. Уточняется схема возбудителя и меры к стаби лизации частоты колебаний.
Р а с ч ё т к о н т у р о в . После электрического расчёта режи мов ступеней обычнопроизводится расчёт контуров высокой частоты, определяются их параметры, составляются схемы пе реключений при смене поддиапазонов (в диапазонных передат чиках), решаются вопросы о способе настройки контуров — пе ременной индуктивностью или переменной ёмкостью и т. д.
‘) Исключением, -могут явиться некоторые подвижные диапазонные пере датчики, для которых основным видом работы является радиотелефония,, 'иногда в таких передатчиках мощность в режиме несущей волны и мощ ность при телеграфной работе выбираются одинаковыми.
ft.-
Э н е р г е т и ч е с к и й р а с ч ё т п е р е д а т ч и к а . Расчёты режимов позволяют более точно определить число и типы источ ников питания. Проводится общий энергетический расчёт, зада чей которого является определение мощностей, потребляемых во всех цепях передатчика с учётом потерь во вспомогательных эле ментах (реостаты, потенциометры, анодные сопротивления и пр.).
Определяется общий (промышленный) кпд передатчика как отношение колебательной мощности в антенне в режиме несущей к общей мощности, потребляемой от первичных источников пи тания.
Конструктивный расчёт основных деталей
При конструктивном расчёте (обязательном для каждого проекта) определяются основные конструктивные величины и данные, например: число витков и шаг намотки катушек, число и форма пластин конденсаторов и т. п. Ряд деталей: индуктив ности, блокировочные и разделительные конденсаторы, сопротив ления — обычно выбираются готовыми по соответствующим справочникам.
На основании полученных данных о габаритах отдельных деталей возможно произвести конструктивную разработку мощ ной ступени и всего передатчика в целом. Разрабатывается кон струкция отдельных ступеней и конструктивное оформление все го передатчика.
Составление принципиальной схемы
Проведение всех электрических расчётов позволяет составить уточнённую принципиальную схему передатчика с подробной спецификацией всех выбранных деталей.
Экономический расчёт
Завершающей частью проекта является экономический рас чёт. Учащемуся обычно задаётся подсчёт себестоимости часа работы передатчика или калькуляция стоимости его изготовле ния, реконструкции, монтажа и т. п.
Пояснительная записка
К расчётной части, принципиальной схеме, чертежам конст рукций отдельных деталей и всего передатчика в целом состав ляется краткий поясняющий текст (по разделам проекта).
ю.