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

5.3. СХЕМЫ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ НАКАЛА

Катод генераторной лампы входит в анодную день кас­ када. У ламп с подогревным катодом накал осуществляется от различных источников постоянного и переменного токов и схема накала катода не влияет на построение анодной цепи генератора. При этом следует только соединять нить накала с катодом по высокой частоте с тем, чтобы исключить дополнительный нагрев из-за прохождения переменных высокочастотных токов через ем­ кость катод—подогреватель. Такая схема накала показана на рис. 5.10а. В ней катод соединен с подогревателем через емкость Си-

Типовые .схемы накала генераторных ламп:

а ) с подогревным катодом; б ) и в ) прямого накала; г ) в случае схемы с общей сеткой

У генераторных ламп прямого накала построение цепей накала зависит от схемы включения лампы и оказывает влияние на анод­ ную цепь генератора.

Цепи накала современных стационарных радиопередатчиков питаются от источников переменного тока, и поэтому их обязатель­ ным элементом является понижающий трансформатор накала. Наг­ рев катодов ламп прямого и косвенного накала осуществляется от источников низковольтных напряжений порядка 2—30 В, способ­ ных отдавать значительные токи. Питание накала переменным то­ ком весьма выгодно, так как не требует специальных источников постоянного тока, и широко применяется.

141

На рис. 5.106, в, г показаны типовые схемы накала. В этих схе­ мах конденсаторы Сп включены для создания короткого замыка­ ния обеих половин нити накала по высокой частоте. Такое вклю­ чение конденсаторов обеспечивает равномерную нагрузку нити то­ ками высокой частоты / п~> /g~ и создает для них пути помимо источника накала. Конденсаторы Си не должны создавать значи­ тельных сопротивлений для переменных токов, и величина их ем­ кости обычно выбирается из условия

На схемах рис. 5.10б, в средние точки цепи накала заземлены. Это уменьшает фон источников питания накала, так как напряже­ ния на краях нити в этом случае противофазны относительно сред­ ней точки и их влияние на анодный ток взаимно компенсируется. На рис. 5.106 заземлена средняя точка трансформатора накала для создания замкнутой цепи постоянных составляющих / ао, /go и др. В случае отсутствия вывода средней точки в обмотке транс­ форматора она создается искусственно так, как это показано на рис. 5.10в. Величина сопротивления Ra выбирается из условия

При этом мощность, выделяемая на сопротивлении, будет мини­ мальной. На рис. 5.Юг показана цепь накала в схеме с общей сет­ кой. В ней катод по переменным высокочастотным токам изоли­ руется от «земли», так как напряжение возбуждения Ugcos at при­ ложено между ним и «землей». Благодаря этому катод находится относительно «земли» под высокочастотным потенциалом, равным напряжению возбуждения Ug. Напряжение накала включается че­ рез специальные высокочастотные катодные дроссели LKат значи­ тельной индуктивности. Провод дросселя рассчитан на прохожде­ ние токов постоянных составляющих лампы и тока накала. Индук­ тивность катодных дросселей обычно принято выбирать из усло­ вия оЮкат^З—5У?вх, где LKaT — суммарная индуктивность двух па­ раллельно включенных дросселей, а /?вх= Ug/(hi + Igi)-

Взамен дросселей на частотах до 25 МГц возможно использо­ вание трансформаторов накала с конструктивно удаленной от сер­ дечника вторичной обмоткой, подключенной к катоду. В передат­ чиках укв диапазона катод обычно питается через отрезок линии длиной Я/4, являющейся большим сопротивлением для переменно­ го тока основной частоты. Такой отрезок удобен для настройки входной цепи.

Источники питания накала должны обеспечивать достаточно стабильное напряжение Un и выдерживать значительные перегруз­ ки по току в момент включения. Последнее требование вызвано тем, что нить накала лампы в холодном состоянии обладает малым сопротивлением, гораздо меньшим, чем при рабочей температуре,

142

поэтому пр» включении возникают большие пусковые токи, которые могут вызвать обрыв нити и повреждение ее крепления.

Для ограничения пусковых токов при включении предусмат­ риваются специальные устройства, при помощи которых напряже­ ние накала постепенно повышается до номинального').

5.4. СХЕМЫ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ СЕТОК

ЦЕПЬ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТКИ

Построение цепи управляющей сетки в схеме лампового генератора должно обеспечить одновременную и независимую по­ дачу напряжения возбуждения ие и смещения Eg во входную цепь лампы. Источником напряжения возбуждения у генераторов с внешним возбуждением является анодная цепь предыдущего кас­ када. В правильно составленной схеме напряжение возбуждения должно практически полностью падать на участке сетка—катод

лампы, т. е. на ее входном сопротивлении. Цепь основной пере­ менной составляющей тока сетки Igl (ig~) и всех гармоник, состоя­ щая из источника напряжения возбуждения (f/gcoscoi) и входного сопротивления, приведена на рис. 5.11а. Входное сопротивление

Рис . 5.11. Принципиальные схемы цепи управляющей сетки:

а) эквивалентная; б ) последовательная; в ) и г ) параллельные

между точками сетка—катод (g—к) в общем случае является комплексной величиной

Для передачи возбуждающего напряжения от возбудителя (предыдущего каскада) в цепь управляющей сетки генератора ис­ пользуются различные схемы межкаскадной связи. Основными из них являются индуктивная, емкостная и взаимоиндуктивная)*

*) Источники питания накала мощных генераторных ламп подробно изу' чаются -в курсе «Электропитание радиоустройств».

1.43

(трансформаторная). Построение цепи управляющей сетки и вы­ бор ее элементов в значительной мере зависят от схемы межкас­ кадной связи.

На схемах рис. 5.11 показаны варианты принципиальных схем цепи управляющей сетки. В случае трансформаторной связи (рис. 5.116) напряжение возбуждения ug, напряжение смещения Eg и вход лампы (точки g—к) включены относительно друг друга по­ следовательно. Постоянная составляющая тока сетки Ig 0 проте­ кает через катушку связи Lg, на которой действует переменное на­ пряжение возбуждения LJg cosat. Переменные составляющие тока протекают в этой цепи через блокировочную емкость Сб, минуя источник смещения Eg. Такая схема цепи управляющей сетки на­ зывается последовательной.

В отличие от нее, схемы на рис. 5.1 Is, г, называются парал­ лельными. В них источники напряжений возбуждения ие и смеще­ ния Ее включены по отношению ко входу лампы (g—к) и относи­ тельно друг друга параллельно. Независимая подача напряжения смещения на сетку лампы (рис. 5.11 в) осуществляется при по­ мощи высокочастотного разделительного дросселя Lp, который ис­ ключает короткое замыкание контура возбудителя (или его части) через блокировочный конденсатор источника смещения Сб. Разде­ лительный конденсатор Ср (в схеме рис. 5.1 \в) предотвра­ щает короткое замыкание источника смещения Eg через малое со­ противление провода катушки контура возбудителя.

Источниками напряжения смещения могут быть гальваниче­ ские батареи или выпрямители, нагруженные на потенциометр (рис. 5.12а), а также другие источники постоянного напряжения.

Рис. 6.12. Источники напряжения смещения:

а) автономный от выпрямителя смещения; б ) автоматический за счет

падения напряжения тока 1ео на .сопротивления R g \ в ) автоматический за счет падения напряжения тока /„о на сопротивлении R K

Все они не зависят от режима работы каскада и поэтому назы­ ваются автономными. Использование специального автономного источника напряжения смещения в схемах генераторов не обяза­ тельно. Его роль часто выполняет так называемая цепочка авто­ матического смещения, состоящая из параллельно соединенных сопротивления Rg и емкости Сб (рис. 5.126). Смещение создается за счет падения напряжения, создаваемого постоянной составляющей

144

тока сетки Ig 0 на сопротивлении R g. Чтобы оно было практически постоянным, переменные составляющие тока сетки должны прохо­ дить через блокировочную емкость Се. Это выполняется в случае, если реактивное сопротивление конденсатора Сб для переменных составляющих будет значительно меньше, чем сопротивление Rg. Обычно выбирают

(5.13)

(оСо 30

Вдиапазонах средних волн, когда входное сопротивление имеет

восновном активный характер, выбор емкости должен удовлетво­ рять условию

(5.14)

СО С у

В диапазонах коротких и ультракоротких волн выборы вели­ чины емкости Сб согласовывают с величиной входной емкости лампы Спх э, так как они включены последовательно в цепь пере­ менной составляющей тока сетки Ig\, а напряжение возбуждения ug должно в основном падать на входных зажимах (сетка—катод). В этом случае достаточно соотношение

Схемы автоматического смещения за счет падения напряжения постоянной составляющей тока катода / к0 на сопротивлении RK(см. рис. 5.12s), широко применяемые в каскадах усилителей электри­ ческих сигналов, в передатчиках используются редко. Они иногда применяются в маломощных каскадах, работающих без сеточных токов.

Сопротивление автоматического смещения Rg должно удовлет­ ворять допустимой мощности рассеяния на нем

Автоматическое смехцение за счет постоянной составляющей тохса сетки lg0 одновременно используется как мера стабилизации ре­ жима работающего генератора по напряженности. Любое измене­ ние режима перераспределяет ток катода, уменьшая либо увели­ чивая ток сетки. Так, например, при переходе режима лампы в бо­ лее напряженный цепочка автоматического смещения создает уве­ личивающееся отрицательное напряжение (за счет возрастающего тока сетки lg0). Это, в свою очередь, приводит к уменьшению на­ пряженности режима. Обратное явление происходит при переходе генератора в менее напряженный режим.

У современных генераторных ламп, отличающихся большой кру­ тизной статических характеристик, действие цепи автоматического сеточного смещения может привести к нежелательным явлениям.

145

/пок, Ро= 1 покЕа. = Ръ, полностью рассеивается на аноде лампы. У многих совре­ менных генераторных ламп она превы­ шает допустимую Р адопАналогичные явления происходят и при резком умень­ шении колебательного напряжения в анодной цепи Ua (при расстройке анод­ ного контура или увеличении гпш когда резонансное сопротивление контура Рое резко уменьшается). Остаточное напря­ жение еаМип при этом возрастает, а зна­ чительно уменьшающийся сеточный ток приводит к уменьшению смещения и росту импульсов анодного тока. Это не-

Рис. 5.13. Схема комбини- избежно увеличивает мощность, рассеи-

одаоврююниом1еЩеНдеГгстеин ваемую на аноде, и опасность перегрева двух '1гсточн!жов — автоаиодн. Во избежание этого в каскадах «омного а автоматического мощных генераторов применяют схему комбинированного смещения (рис. 5.13),

при которой в цепи постоянной составляющей сеточного тока од­ новременно действуют два источника напряжений смещения — ав­ тономный (Eg) и автоматический (IgoRg)- Величина сопротивления Rg определяется из условия Egраб = Eg+ I gQRg, тогда

' g o

Обычно величины напряжений Eg и IgoRg выбираются одного порядка ').

Условия выбора электрических величин блокировочных элемен­ тов в цепи управляющей сетки следующие:

■1. Величина разделительной емкости в общем случае должна удовлетворять условию

т. е. обеспечивать малое падение напряжения на нем.

2. Индуктивное сопротивление разделительного дросселя Lp для переменной составляющей сеточного тока /gl должно быть в 10—

при индуктивной схеме межкаскадной связи (рис. 5.11в) долж­ но выполняться соотношение

146

при емкостной схеме межкаскадной связи (см. рис. 5.11г) ин­

кость связи, являющаяся составной частью полной емкости конту­ ра возбудителя.

Следует учитывать, что разделительный дроссель iLp совместно с емкостью блокировочного конденсатора Сб образует в цепи уп­ равляющей сетки последовательный контур. Для ослабления влия­ ния резонансных свойств данного контура необходимо, чтобы соб­ ственная резонансная частота /0 была меньше минимальной рабо­ чей частоты генератора не менее чем в 3—5 раз.

ЦЕПИ ЭКРАНИРУЮЩЕЙ И ЗАЩИТНОЙ СЕТОК

В схемах генераторов экранирующая и защитная сетки лампы должны иметь нулевой высокочастотный потенциал. Поэто­ му в цепях токов ig2~ или it^3 — (рис. 5.14) не должно быть сопро­

тивлений, на которых могли бы создаваться заметные падения на­ пряжений от переменных составляющих токов. С этой целью вто­ рая и третья сетки соединяются с катодом лампы или заземляются через емкости достаточной величины Cg2, Cg3. Для отечественных тетродов и пентодов величины Сё2, Cg3 лежат в пределах от 6 до 40 тыс. пФ. Их выбор должен удовлетворять условию

147

крп котором обеспечивается практическое отсутствие на сетках переменного напряжения высокой частоты. Блокировочные конден­ саторы в схемах генераторов включаются непосредственно у выво­ дов электродов для того, чтобы исключить влияние распределен­ ной индуктивности соединительных проводов на работу схемы. Это особенно важно в диапазонах коротких и ультракоротких волн.

На экранирующую сетку (тетрода или пентода) подается до­ статочно высокое положительное напряжение Eg2. На схемах рис. 5.!4 показаны различные способы питания экранирующей сетки. Автономное питание (рис. 5.14а) осуществляется в случаях, когда оно не должно зависеть от режима работы каскада (например, в случаях сеточной модуляции). Чаще применяются схемы, в кото­

ны Eg2 . Питание через потенциометр неэкономично, но обеспечи­ вает достаточное постоянство напряжения Eg2. В этом случае ток через потенциометр /п должен быть значительно больше постоян­ ной составляющей тока экранирующей сетки /п= ( 3—6)/g2o-

Экранирующие сетки весьма чувствительны к перегрузкам, и поэтому для поддержания их нормального теплового режима, исключающего возможный перегрев, важно сохранять определен­ ные соотношения между напряэ1сениями Eg 2 и ея. Это хорошо обес­ печивается при питании экранирующей сетки через гасящее сопро­ тивление (рис. 5.146). Этим автоматически поддерживается вели­ чина тока экранирующей сетки при изменениях режима. Так, уменьшение остаточного напряжения на аноде eaMim (переход в более напряженный режим) приводит к перераспределению тока катода и увеличению импульса тока экранирующей сетки, что, в свою очередь, увеличивает падение напряжения на гасящем со­ противлении Rg 2 и уменьшает величину Eg2. При увеличении башга — переход в менее напряженный режим — наблюдается об­ ратная картина.

Величина гасящего сопротивления Rg 2 определяется из условия

Ego=Ea—Ig2oRg2 , т. е.

(5.23)

‘ I 20

Гасящее сопротивление подключается к источнику анодного на­ пряжения только в тех точках схемы, где отсутствует переменное напряжение высокой частоты. В противном случае на экранирую­ щей сетке, помимо постоянного напряжения, появится и перемен­ ное высокочастотное и она утратит свои экранирующие свойства.

В генераторах на пентодах (типа ГУ-81, ГУ-50 и др.) защитная сетка обычно работает при постоянном напряжении (Egз= 0) либо при небольшом отрицательном (в случае амплитудной модуляции в цепи защитной сетки). Такой режим полностью сохраняет ее антидинатронные свойства, упрощает и удешевляет построение пентодных генераторов, широко используемых в передатчиках мас­ совой радиосвязи.

148

5.5. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЛАМП В КАСКАДАХ ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ЛАМП

При построении лампового генератора нередко примене­ ние только одной лампы какого-либо типа оказывается недоста­ точным для получения заданной колебательной мощности. В этом случае необходимо использовать схемы, позволяющие осуществить совместную работу ламп на общую нагрузку — колебательную си­ стему. Естественно, что включаемые для совместной работы лампы должны быть однотипными п иметь одинаковые параметры (т. е. быть полностью идентичными).

Параллельное включение ламп в .каскаде генератора является наиболее простым случаем их совместной работы. При этом вклю­ чении принципиально возможно использовать любое число ламп. Однако с увеличением их количества возрастают и параллельно соединяемые междуэлектродные емкости — входная, выходная и проходная. Наиболее нежелательным является увеличение проход­ ной междуэлектродной емкости. Поэтому на ультракоротких вол­ нах (10—100 м) применяется параллельное включение не более двух ламп. В генераторах, работающих на средних волнах, число параллельно включаемых ламп в каскаде может быть значитель­ но большим, но оно практически не превышает 3—4 ламп. Для простоты рассмотрения на рис. 5.15 приведена схема только с дву-

Р ис. 5.15. Схема каскада.«а двух параллельно включен­

ных лампах

мя параллельно включенными лампами, работающими в схеме с общим катодом. Эти лампы включены по схеме параллельного анодного питания, что обеспечивает разделение переменных и пос­ тоянных составляющих анодного тока / аь / аоВозможна и схема последовательного питания.

При однотипных лампах и общих питающих напряжениях анод­ ные ТОКИ и составляющие ЭТИХ ТОКОВ / 'a l, I"a l. -^аО, Дав И т. д. при­

ib'49

мерно равны. Общий ток первой гармоники, протекающий через нагрузку генератора, равен сумме токов первых гармоник отдель­ ных ламп:

hi общ — h \ K v

При двух включенных одинаковых лампах, т.' е. при / 'а1 = /"аЬ этот ток будет равен 2/ а1. Естественно, что при включении п ламп их суммарный ток будет в п раз больше, т. е. / а1(1г)= «/а1. Соответ­ ственно увеличиваются и другие составляющие: п/а0, я /а2 и т. д.

Пути токов показаны в схеме стрелками. Они ничем не отли­ чаются от путей токов в однотактной схеме с одной лампой.

Параллельное включение ламп позволяет снизить величину на­ грузочного сопротивления контура R сеТак, для получения гра­ ничного режима в случае двух параллельно включенных ламп тре­ буется уменьшить вдвое резонансное сопротивление контура по

Снижение требуемого эквивалентного сопротивления нагрузки является достоинством параллельного включения ламп. В ряде случаев, например при сложной схеме выходного каскада, т. е. си­ стеме связанных контуров, бывает трудно обеспечить достаточно высокое сопротивление нагрузки Ra ■

При выключении одной из параллельно работающих ламп ре­ жим оставшихся в схеме будет менее напряженным. Так, напри­ мер, при выключении одной из двух совместно работающих ламп, находившихся в граничном режиме, оставшаяся перейдет в недонапряженный режим, так как сопротивление контура Ra (для

Р ис . 5.16. Параллельное

включение ламп о схеме с общей сеткой

150