книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник

емкости лампы и волновое сопротивление р=1/соСНач неизбежно падает.

На сверхвысоких частотах сантиметрового диапазона прихо­ дится отказываться от применения коаксиальных контуров и при­ менять более дорогостоящие нагрузочные колебательные системы в виде объемных резонаторов. Благодаря их очень высокой доб­ ротности, порядка десятка тысяч, удается получить необходимые величины резонансных сопротивлений R.& — Q'р даже при средних

Р ис. 4.30. Различные объемные резонаторы:

а ) тороидальный; б ) радиальный; в ) коаксиальный

значениях сопротивлений р. На рис. 4.30 показаны основные типы объемных резонаторов: тороидальный (а), радиальный (б), коак­ сиальный (в). Тороидальные объемные резонаторы подобны кон­ туру с сосредоточенными постоянными емкости и индуктивности. Емкость в них образована торцами — дисками резонаторов — и но­ сит название «конденсаторной» части, а индуктивность образует­ ся в объеме тороида. Магнитные силовые линии имеют форму кон­ центрических окружностей.

Большая (хорошо проводящая) внутренняя поверхность торои­ да с весьма малым активным сопротивлением и отсутствие изоля­ торов обеспечивают добротность такой (ненагруженной) системы порядка десятка тысяч. Электрические параметры тороидального объемного резонатора (рис. 4.31) могут быть представлены в виде

f h.

I

Р ис. 4.31. Габариты тороидального объемного резонатора

эквивалентных емкости и индуктивности. Эквивалентная емкость Сэ обычно определяется торцевой частью резонатора. Изменение зазора позволяет изменять настройку объемного резонатора, так

как Сэ = eS -, см, зависит от расстояния d.

4 n d

112

вон н сопряжение настройки нескольких генераторов. К недостат­ кам этого вида настройки относятся снижение резонансного сопро­ тивления R се из-за настроечного конденсатора, увеличивающего начальную емкость схемы, изменение режима генератора и шири­ ны полосы при изменении величины емкости.

Рис. 4.33. Настройка коаксиальной линии при помощи:

а ) перемещения короткозамыкателя; б ) изменения емкости Сн

В колебательных системах из отрезков длинных линий пере­ ходные сопротивления контактов увеличивают общее сопротивле­ ние потерь и ухудшают ее добротность. Уменьшение добротности с ростом частоты уже может не скомпенсировать падение харак­ теристического сопротивления колебательной системы р=1/соСИач, и это приводит неизбежно к уменьшению резонансного сопротив­ ления R<e = Q'p коэффициента полезного действия и колебатель­ ной мощности генератора. Именно поэтому в части дециметрового диапазона, близкой к сантиметровому, и в самом сантиметровом диапазоне приходится использовать объемные резонаторы.

Настройка объемных резонаторов, как было отмечено выше, производится в небольших пределах при помощи ввинчивающегося стержня-винта. Изменение объема резонатора позволяет перекры­ вать некоторый узкий диапазон частот. Значительно реже для на­ стройки используют короткозамкнутые витки или сплошные диски, которые вводятся в область интенсивного магнитного поля. При этом токи Фуко, наведенные в витке (диске), создают магнитное поле, противодействующее основному резонатору. Это приводит к уменьшению его эквивалентной индуктивности и увеличению соб­

ственной частоты резонатора.

Передача электромагнитной энергии в диапазоне укв осущест­ вляется при помощи коаксиального фидера (на метровом, децимет­ ровом и верхнем участке сантиметрового диапазона волн) или волноводов, применяемых на волнах короче 20—10 см.

Свойства объемных резонансных систем и волноводов изуча­ ются в курсе основ радиотехники.

144

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ УКВ ГЕНЕРАТОРОВ

Указанные выше условия работы генераторных ламп в укв диапазоне, связанные с влиянием инерции электронов, устра­ няются специальным конструированием ламп. В настоящее время использование ламповых генераторов средней и большой мощно­ стей расширилось вплоть до сантиметрового диапазона. Конструк­ тивное сочетание специальных укв (и свч) триодов и тетродов с колебательными системами в виде объемных резонаторов позво­ ляет получить необходимую величину резонансного сопротивления

иустойчивый режим генератора с высоким кпд — до (60—70)%. Исследования подтвердили, что технические расчеты ультрако­

ротковолновых ламповых генераторов возможны без учета влия­ ния инерции электронов, т. е. по формулам и соотношениям, полу­ ченным выше, в гл. 4, для анодного тока в виде косинусоидального импульса. Погрешности в этом случае не превышают допустимые в технических расчетах аналогичных генераторов средних и корот­ ких волн.

Подробные исследования эксплуатационных режимов генера­ торных ламп ультракоротких и дециметровых волн выполнены Б. С. Агафоновым ■).

Особенностью режимов укв генераторов является повышенная по сравнению с кв генераторами потребляемая мощность возбуж­ дения Р ~g .

В общем случае при наличии сеточных токов мощность воз­ буждения P~g является суммой всех затрат в цепи управляющей сетки и равна: P ^s = Ре 0 + ЪРе\ здесь 2 P g — общая мощность теп­ ловых потерь на самой сетке, в выводах электродов (катода и сет­ ки) и в диэлектрическом материале конструкции лампы.

Влияние индуктивности вывода сетки удается значительно сни­ зить благодаря кольцевому или дисковому ее выполнению.

Индуктивность вывода катода сохраняется и с ростом частоты проявляется сильнее.

Действие индуктивности ввода катода поясняется на рис. 4.34. Под влиянием напряжения возбуждения UgK, действующего меж-

Рис. 4.34. Схема и диаграмма, поясняю­ щие действие индуктивности вывода ка­ тода 'иа 'источник возбуждения)*

*) Б. С. А г а ф о н о в . Расчет эксплуатационных режимов укв и дцв гене­ раторных ламп. М., «Энергия», 1966.

115

ду катодом и сеткой, через лампу протекает ток катода Iкат в фа­ зе с этим напряжением (см. векторную диаграмму). Этот ток соз­ дает на сопротивлении вывода соГкат падение напряжения UKат>

тода на ультракоротких волнах является причиной, из-за которой приходится повышать мощность возбудителя. Например, у пенто­ да ГУ-50 при изменении рабочей частоты от 25 до 100 МГц мощ­ ность возбуждения возрастает в 5—6 раз. Количественный учет всех дополнительных потерь во входной цепи затруднителен. Обычно для их компенсации расчетная мощность возбуждения Р~g увеличивается в 2—5 раз в зависимости от рабочей частоты и ее приближения к максимальной частоте генерации лампы /макс-

В расчетах укв генераторов следует учитывать особенности ре­

нагрузке обычно приходится снижать анодное напряжение Еа при одновременном увеличении анодного тока в лампе. Целесообраз­ ность такого решения становится очевидной из преобразованного выражения для резонансного сопротивления нагрузки

Кроме того, увеличение тока в лампе способствует уменьше­ нию высокочастотных потерь в ее конструкции. Поэтому при вы­ боре режимов укв и дцв генераторов, следует стремиться предель­ но увеличивать ток лампы до значений / ао^Цаодоп, при которых мощность рассеиваемая на аноде, не превосходит допустимую: Ра^^Радоп-

ПОРЯДОК РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ, РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ДЛЯ УКВ И ДЦВ ГЕНЕРАТОРОВ

При известных колебательной мощности сопротив­ лении нагрузки R<e и рабочей частоте колебаний f:

1) выбирают с некоторым запасом по мощности подходящий тип генераторной лампы

Р~ ном лампы ^ ~Чк (К2 11 15),

где т|к— кпд контура (или системы связанных контуров), исполь­ зуемого в качестве анодной нагрузки;

2) снижают анодное напряжение Еа: у триодов до 20% от но­ минального значения; у тетродов снижение напряжений Еа, Eg2 согласовывают с рекомендуемыми типовыми значениями;

116

3)выбирают угол нижней отсечки 0 и соответствующие таб­ личные коэффициенты <zi, а0, gi;

4)определяют постоянную составляющую анодного тока и про­ веряют выполнение условия

тоянной составляющей, при которой мощность, рассеиваемая на

аноде, Р-д — Ia.0 non. Е a — аДоп-

5. Амплитуда тока первой гармоники

A n = S i Ач о-

6.Амплитуда колебательного напряжения

Еa —/а 1 Ра

7.Коэффициент использования анодного напряжения

I = U jEa,

который для укв генераторных ламп, как правило, не превышает значений .порядка 0,6—0,6.

Недонапряженные режимы с весьма малыми токами сетки яв­ ляются типичными для укв генераторов, что объясняется неболь­ шими величинами допустимых мощностей, рассеиваемых на сетках Pg\n.on {Pg2 доп)> и конструктивными особенностями укв ламп.

Следует помнить, что электрический режим укв генератора (А,< 10 м) зависит не только от свойств лампы и выбранной прин­ ципиальной схемы, но и от конструктивного выполнения, при ко­ тором правильное изготовление и согласование резонансной систе­ мы с лампой могут обеспечить необходимые колебательную мощ­ ность Ръ и кпд.

4.12 НАСТРОЙКА ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Настройкой генератора с внешним возбуждением назы­ вается комплекс операций для получения от него устойчивых ко­ лебаний требуемой частоты с заданной мощностью в нагрузке при достаточно высоком кпд и соблюдении допускаемых условий экс­ плуатации ламп. Эта работа заключается: в установке номиналь­ ных напряжений источников электропитания накала, сеток и ано­ да; в установке величины емкости и индуктивности анодного конту­ ра, при которых собственная частота оказывается равной (или крат­ ной для режимов умножения) частоте возбуждающего напряжения; в подаче возбуждения во входную цепь генератора от предыдущего каскада (частота возбуждающего напряжения определяется воз­ будителем передатчика); в подборе величины резонансного сопро­

147

ное сопротивление, величина которого зависит от степени связи анодной цепи генератора с внешней нагрузкой (в тракте передат­ чика внешней нагрузкой, шунтирующей анодный контур генера­ тора каждого отдельного каскада, является входная цепь после­ дующего каскада; для выходного генератора внешней нагрузкой является входное сопротивление антенно-фидерной системы); в подборе величин напряжений смещения Es и возбуждения Ug для получения необходимого угла нижней отсечки импульса анодного тока 0 и в точной настройке анодного контура генератора в резо­ нанс с частотой возбуждающего напряжения.

Все эти операции производятся при помощи измерительных приборов. Каждый каскад передатчика снабжается приборами для измерения постоянных составляющих токов анода и сеток /ао, /й2 о> Ig0. На рис. 4.35 приведена принципиальная схема генератора с

Рис. 4.35. Схема 'включения измерительных приборов в каскад радиопередатчика ( а ) : кривые изменения токов при настройке ( б )

внешним возбуждением — промежуточного каскада передатчи­ ка — с включенными приборами. Помимо амперметров, имеются и используются вольтметры для измерения напряжений смещения Eg, экранирующей сетки Ее 2 и анодного.

Приборы включаются в разрыв участков цепей, где не дейст­ вуют высокочастотные потенциалы, а постоянные напряжения по отношению к «земле» имеют наименьшие значения.

Приборы, измеряющие постоянные токи и напряжения, обяза­ тельно шунтируются блокировочными емкостями, которые укреп­ ляются непосредственно на выводах приборов. Конденсаторы ста­ вятся для того, чтобы защитить приборы от воздействия перемен­ ных токов высокой частоты, способных легко повредить тонким провод, которым намотаны рамки магнитоэлектрических приборов.

В процессе регулировки часто измеряются величины высоко­ частотных напряжений Ug H'Ua (U,() переносными ламповыми или

118

другими высокочастотными вольтметрами, показанными пункти­ ром на рис. 4.35а.

Общин порядок включения и операций по настройке генера­ тора следующий:

1. Включают систему воздушного или водяного охлаждения (если она имеется).

2. Включают и устанавливают необходимые напряжения пита­ ния накала и напряжение смещения.

3. Включают анодное напряжение на предыдущий каскад. В этот момент у лампы настраиваемого каскада появляется ток управляющей сетки Ig0. Отсутствие этого тока может быть лишь в случаях, когда Ug<.\Eg\ или при обрыве цепи постоянного се­ точного тока /g0.

4.Включают анодное напряжение (вначале пониженное, обыч­ но вдвое).

5.Включают напряжение экранирующей сетки (в случае тет­ рода и пентода).

Такая последовательность необходима, так как при отсутствии напряжения на аноде Еа мощность рассеяния на экранирующей сетке может превысить допустимую. Обычно в большинстве пере­ датчиков напряжения Еа и Eg 2 включаются одновременно.

6. Настраивают анодный контур в резонанс на частоту воз­ буждающих колебаний и подбирают необходимую величину резо­ нансного сопротивления нагрузки i/?ce для получения необходимо­ го режима по напряженности. С этой целью в генераторе исполь­ зуют органы настройки: переменную емкость или индуктивность контура и переменную связь анодного контура с внешней нагруз­ кой генератора '(входной цепью последующего каскада или цепью антенны). Настройкой в резонанс добиваются равенства нулю ре­ активной составляющей сопротивления контура, при этом одно­ временно компенсируется и вносимая реактивная составляющая сопротивления внешней нагрузки Хпв. Изменением степени связи добиваются получения необходимой величины резонансного сопро­

Удобными индикаторами настройки являются приборы, изме­ ряющие постоянные составляющие анодного тока / ао и токов се­ ток /go и /g2o- О резонансе свидетельствуют показания: минимум постоянной составляющей анодного тока и максимум постоянной составляющей тока управляющей (и экранирующей) сетки. Это объясняется тем, что при настройке контура в резонанс его со­ противление для переменного высокочастотного тока становится активным и наибольшим, равным эквивалентному резонансному сопротивлению R&. Падение колебательного напряжения на кон­ туре UK возрастает. В связи с этим остаточное напряжение на лампе ба мин несколько падает, что ведет "к уменьшению импульсов анодного тока и некоторому возрастанию импульсов токов сеток. Изменение импульсов этих токов вызывает соответственное изме­

<119

нение их постоянных составляющих — уменьшение / а0 и увеличе- HPie /go, Ig2o- Более глубокие изменения токов происходят при бо­ лее напряженных режимах, т. е. при больших значениях R&, при менее загруженном контуре (малом вносимом сопротивлении, ма­ лой связи с нагрузкой). Сравнение настроечных кривых одиноч­ ного контура при двух значениях сопротивлений R a показано на рис. 4.356.

При расстройке контура появляется и возрастает реактивная составляющая его сопротивления; между током, питающим кон­ тур, /ai и колебательным напряжением на контуре появляется сдвиг по фазе, что приводит к уменьшению колебательной мощ­ ности. Сильная расстройка опасна, так как это состояние для пе­ ременного тока основной частоты близко к короткому замыканию активного сопротивления нагрузки {R& ~ 0 ) , при котором вся мощ­ ность, подводимая к анодной цепи генератора, рассеивается на аноде лампы и может привести к выходу ее из строя.

После настройки контура в резонанс органом регулировки свя­ зи с нагрузкой подбирают необходимую степень связи. Если име­ ются приборы, измеряющие мощность в нагрузке или ток в ан­ тенне, устанавливают связь такой, чтобы мощность в нагрузке или ток были максимально возможными. Если же таких приборов нет, то о нужной степени связи можно судить по переходу генератора в граничный режим при изменении связи, для которого характерны отношения токов I g0 и / ао порядка 0,10—0,25.

4.13. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРИОДОВ В ГЕНЕРАТОРАХ

Генераторы с полупроводниковыми триодами — транзи­ сторами — в качестве преобразователей энергии получают все большее распространение в радиопередатчиках. Они достаточно просты, экономичны и долговечны. Все это обусловливает их внед­ рение в маломощных каскадах предварительного усиления и за­ дающих генераторах радиопередатчиков. Более широкое их ис­ пользование ограничивается малой выходной мощностью, уровни которой составляют в современных транзисторах десятки ватт, и относительно низкой по сравнению с генераторными лампами кри­ тической частотой /кр (граничной).

В настоящее время в генераторах используются плоскостные, германиевые и кремниевые транзисторы типа п-р-п и р-п-р. Высо­ кочастотные мощные транзисторы (порядок величины мощности 50 Вт н более) изготовляются многоэмиттерными, преимуществен­ но кремниевыми типа п-р-п.

В связных и вещательных передатчиках транзисторы находят применение в блоках типовых возбудителей. В них используются одноэмиттерные транзисторы типа р-п-р, например П411, П602, П201 и др. Ограниченное использование транзисторов в стацио­ нарных передатчиках даже небольшой мощности (до 100 Вт)

120