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

У большинства коротковолновых передатчиков предусматри­ вается плавное перекрытие заданного диапазона волн (частот). Их контуры должны обеспечивать плавную настройку на любую из волн в пределах заданного диапазона с сохранением технических показателей передатчика. Для передатчиков магистральной радио­ связи обычно предусматривают перестройку в пределах 1 0 — 1 0 0 мт для радиовещательных передатчиков пределы диапазона волн не­ сколько уже (10—70 м).

Отношение крайних волн (частот), перекрываемых при наст­ ройке контура,- называется коэффициентом перекрытия диапазона

Переход с одной волны на другую связан с изменением пара­ метров 'контура его индуктивности и емкости. Это неизбежно при­ водит к изменению величины хар актеристинеокаю сопротивления p= coLK= 1/соСк и связанного с ним резонансного сопротивления ненагруженного контура R& Хх='РQВследствие этого изменяются кпд контура т|н, полезная колебательная мощность Р ~ к, режим ге­ нератора, а также форма амплитудно-частотной характеристики контура и ширина полосы пропускания.

Требование сохранения наиболее выгодных условий работы диапазонного генератора приводит к необходимости обеспечить на любой из заданных волн условия получения граничного режима. При этом величина Rat должна быть равной полученной в расчете электрического режима R& Гр или близкой к ней.

Для поддержания относительного постоянства величин р, R<b x*, rin и мощности в нагрузке генератора при любом способе настрой­ ки контура применяются следующие меры:

а) широкий диапазон волн передатчика с Хд > 2 разбивается на частичные поддиапазоны с коэффициентами перекрытия у' от 1 , 2

до 1 ,8 ; б) ограничивается предел изменения переменного параметра в

поддиапазоне: индуктивности Ьк при индуктивной настройке, ем­ кости Ск при емкостной;

в) осуществляется одновременное плавное изменение индук­

igy'

где у' — ориентировочно принятое значение коэффициента пере­ крытия частичного поддиапазона. Величину п округляют до цело­ го числа и рассчитывают действительный коэффициент перекры­

*) Конструктивное выполнение такого контура достаточно сложно и для мощных каскадов требует 'Применения специальных вакуумных 'переменных кон­ денсаторов.

181

рекрытия поддиапазонов принято расширять их на крайних волнах (стыках поддиапазонов) на 3—5%. Недостатком такого способа разбивки является неодинаковое волновое содержание в каждом из поддиапазонов.

Ниже рассмотрен случай разбивки рабочего диапазона при пос­ тоянном коэффициенте перекрытия частичных поддиапазонов у. Рабочий диапазон коротковолнового передатчика радиосвязи 12— 60 м. Необходимо произвести разбивку на поддиапазоны для рас­ четов элементов контура каскадов передатчика при их плавной настройке индуктивностью.

принимаем п = 3.

Действительный коэффициент перекрытия при этом

(/мин///5 МГц).

По этим данным просто устанавливается неодинаковое волно­ вое содержание в поддиапазонах: (20,52—12) ^ (35,2 —2 0 )^=

ф (60—34,2).

182

В случае, если используют разбивку с одинаковым волновым содержанием в поддиапазонах, коэффициент перекрытия частных поддиапазонов у будет неодинаков и уменьшается с увеличением минимальной волны поддиапазона.

НАСТРОЙКА КОНТУРА ПЕРЕМЕННОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ

Плавное изменение индуктивности контура может бытьполучено различными путями—-изменением величины взаимоин­ дукции двух соединенных катушек индуктивности (вариометр), при помощи перемещающихся магнитных сердечников, изменением чис­ ла витков катушки, например, путем закорачивания ча-сти витков. В последнем случае по виткам катушки передвигаются скользящиеконтакты, постепенно их закорачивающие1). Данный способ плав­ ного изменения индуктивности широко применяется во всех типах

.современных передатчиков ручной и автоматической настройки. При настройке контура генератора переменной индуктивностью

LK (при постоянной емкости Ск) переход от коротких, например 1 0 м, к более длинным волнам сопровождается увеличением харак­ теристического сопротивления контура р= а>Д( и соответственным увеличением колебательной мощности. Полоса пропускания в свя­ занной системе контуров изменяется мало и практически может считаться постоянной2). Это качество контура диапазонного гене­ ратора при настройке индуктивностью широко используется в кас­ кадах генератора, предназначенных для усиления колебаний ши­ рокого спектра и является достоинством данного метода настройки.

Ниже приводится пример, иллюстрирующий изменение пара­ метров контура и мощности в нагрузке при его настройке индук­ тивностью.

Пример.

По данным 'рассчитанного граничного режима генератора известны: мощностьгенератора 73_= 18 кВт; величина резонансного сопротивления контура для по­

лучения граничного режима R гр=3000 Ом; начальная емкость контура (две

лампы ГУДОБ в схеме с общей сеткой) с учетом рассеянной емкости и вноси­ мой элементом связи с нагрузкой СПач= Си~-65 пФ; рабочий диапазон волн —

1 0 — 1 0 0 м.

Расчет пронаводятся для крайних волн диапазона ХЫпп='10 м и Амане — = 100 м. Принимается реальная для такого типа контуров добротность Q=15fl~

183*

2. Величина индуктивности контура для настройки в резонанс «а минимал ную щ максимальную волны диапазона:

3.Резонансное сопротивление ненаг,ружейного контура:

/?(ЕХХ = Р (2- ° ‘м -

X X ми.. = 82’150 = 12 300 Ом; |Я вххмакс = 820 -150= 123000 Ом.

4.Код контура генератора

Расчет справедлив для режима генератора, при котором сохраняется пос­ тоянство мощности возбуждения и тока первой тормоники /„, во всех точках диапазона. Значение резонансного сопротивления гр=3000 Ом поддержи­

вается путем подбора степени связи контура генератора с внешней нагрузкойфидером (рф=600 Ом).

Таким образом, при настройке контура переменной индуктивностью (н -не­ изменной емкости Си) переход от более коротких волн рабочего диапазона к более длинным приводит к увеличению характеристического сопротивления и мощности в нагрузке (фидере) генератора.

НАСТРОЙКА КОНТУРА ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТЬЮ

Плавное изменение емкости для настройки контура при помощи переменного конденсатора приводит к обратной картине явлений по сравнению с настройкой переменной индуктивностью.

Если на минимальной волне диапазона обеспечена требуемая мощность в нагрузке, то с переходом на более длинные волны (увеличение емкости Ск) уменьшаются величины характеристиче­ ского сопротивления р= 1 /соСк, Дее Хх, а следовательно, и мощность в нагрузке. Стремление сохранить требуемую величину резонанс­ ного сопротивления Ra гр на каждой волне диапазона приводит к изменению параметров контура (р, R а хх, Q) и формы амплитудночастотной характеристики. Полоса пропускания одиночного конту­ ра и связанной системы в этом -случае уменьшается. Поэтому в каскадах диапазонных передатчиков, усиливающих и пропускаю­ щих широкий спектр колебаний различных частот, настройка толь­ ко переменной емкостью не применяется.

Достоинством этого способа настройки являет-ся отсутствие скользящих (трущихся) контактов в контуре.

184

6.6. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ КАСКАДЫ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Промежуточные каскады в тракте передатчика распо­ лагаются между задающим генератором и выходным каскадом. Их основная задача — обеспечить последовательное усиление мощно­ сти колебаний, а в случае необходимости — и умножение их ча­ стоты. В некоторых передатчиках в промежуточных каскадах осу­ ществляется и управление колебаниями для целей передачи ин­ формации ■— модуляция при телефонии и манипуляция при пере­ даче телеграфных сигналов.

Промежуточные каскады значительно усиливают мощность ко­ лебаний. Так, например, в радиовещательном передатчике на 150 кВт, мощность возбудителя составляет всего 1,5 Вт. Таким об­ разом, .в 1 0 0 0 0 0 раз она усилена в промежуточных и выходном каскадах передатчика.

Нагрузкой любого промежуточного каскада генератора высокой частоты является входная цепь последующего более мощного кас­ када. Входное сопротивление участка сетка—катод в широком диа­ пазоне средних и коротких волн практически считается активным и равным Rnx.

Каждый последующий каскад передатчика оказывается усили­ телем по отношению к предыдущему, менее мощному каскаду, являющемуся его возбудителем. В соответствии с этим в после­ дующем каскаде обычно работают лампы более мощные, чем в предыдущем. Колебательная мощность, отдаваемая лампами про­ межуточного каскада, расходуется частично в его анодной нагруз­ ке (контуре) на покрытие собственных потерь (например, сопро­ тивление контура г,() и потерь во входной цепи последующего воз­ буждаемого каскада — усилителя. Эти потери объясняются нали­ чием сеточного тока, источником которого является предыдущий каскад. Как было выяснено в 4.10, мощность, затрачиваемая на возбуждение в сеточной цепи, равна:

Р~ g (уС) = — /gl Ug.

Таким образом, у промежуточного генератора есть два потре­ бителя колебательной мощности — сопротивление потерь в собст­ венном контуре и мощность, необходимая для возбуждения сеточ­ ной цепи следующего каскада. Оценим коэффициент полезного действия контура промежуточного каскада

где P~g(ус)— мощность, затрачиваемая на возбуждение усилителя; —(возб)— мощность генератора, подводимая к контуру промежу­ точного каскада.

В промежуточных каскадах обычно выбирают pKnp«0,2—0,5, для того чтобы ослабить влияние изменяющегося входного сопро-

185

тивления последующего, возбуждаемого, каскада. С этой целью контур возбудителя иногда нагружается активным (баластным) 'Сопротивлением Rm, как показано на рис. 6.18. При R m<Rnx еопро-

Р ис. 6.18. Промежуточный каскад, контур которого шунти­ рован балластным сопротивлением R m < R n r .

тивление, вносимое в контур возбудителя, искусственно увеличи­ вается, а кпд контура возбудителя уменьшается. Величины актив­ ной и реактивной составляющих входного сопротивления лампы зависят от выбранного 'режима ее работы и схемы включения

(ем. § 5.1).

Передача колебательной энергии и подача напряжения возбуж­ дения от возбудителя к усилителю осуществляется электрическими цепями межкаекадной связи.

На схемах рнс. 6.19 показаны варианты однотактных промежу­ точных каскадов в различных диапазонах. В них входное сопро­ тивление последующего каскада, отнесенное к выходу возбудителя, является эквивалентной нагрузкой промежуточного каскада с ве­ личиной

(6.33)

где р —^(ус)^к(возб)^ 1 — коэффициент передачи напряжения с кон­ тура возбудителя во входную цепь усилителя.

Одной из основных задач построения промежуточного каскада является такой выбор схемы межкаскадной связи и режима вход­ ной цепи, при котором искажения формы возбуждающего напря­ жения Ug будут минимальными.

Причиной искажений являются возникающие гармоники тока сетки, которые создают на элементе межкаскадной связи допол­ нительные падения напряжений высших частот. Эти напряжения складываются е основным возбуждающим напряжением Ugcosat и искажают его гармоническую форму.

Для сохранения формы возбуждающего напряжения, близкой к косинусоидальной Ugcos со/, необходимо использовать режимы с возможно малыми сеточными токами, т. е. увеличить входное сопротивление возбуждаемой лампы RBx. Наиболее просто такие требования осуществляются с генераторными тетродами и пенто­ дами, которые отличаются незначительными токами управляющей сетки, даже при полном использовании их номинальной мощности.

186

Р ис. 6.19. Варианты схем 'построения межкаскадной связи:

Триоды, работающие в граничном (или перенапряженном) ре­ жиме, имеют значительные величины сеточного тока. Для ослабле­ ния его влияния на форму возбуждающего напряжения режимы работы выбирают такими, чтобы амплитуда тока в контуре возбу­ дителя Vк, протекающего через элемент связи Хсв (см. рис. 6.19), была значительно больше амплитуды тока сетки усилителя, т. е.

(воэб) ^ 8 ) ^gl (ус) ' ( 6 .3 4 )

При таком соотношении токов влияние входной цепи усилителя проявляется незначительно и форма напряжения его возбуждения будет близкой к косинусоидальной.

Следует рассмотреть влияние различных схем междукаскадной связи на форму возбуждающего напряжения и8. Тан в схеме с трансформаторной связью (см. рис. 6.19а), используемой только в мощных выходных каскадах средних волн и на УКВ, сопротив­ ление элемента связи Хсв= (цЬсв для высших гармоник тока сетки

187

очень велико, гак как оми все вынужденно 'проходят через катуш­ ку (виток) связи.

В схеме рис. 6.196, где цепь сетки усилителя непосредственно подключена к контуру возбудителя, токи гармонии проходят через емкость связи Ссв, представляющую для них малое сопротивле­ ние ]). Это обеопечивает ослабление действия гармоник, если не появляются резонансные явления в контуре из параллельно соеди­ ненных дросселя Lp н входной эквивалентной емкости Свхэ. Для исключения резонанса Lp и Свхэ величины сопротивления связи разделительного дросселя выбирают из условия

X-Lp~ (20 — 40) Хсв,

что сдвигает резонанс в область весьма низких частот вне рабо­ чего диапазона. Недостатком схемы рис. 6.19в с индуктивной связью является зависимость величины сопротивления связи от величины индуктивности контура LK. Для исключения этой зависимости в кон­ турах с переменной индуктивностью при перестройках приходится изменять величину связи Хсв для сохранения постоянства ампли­ туды возбуждения Ug, т. е. коэффициента передачи напряжения.

Схема с емкостной межкаскадной связью фрис. 6.196) в значи­ тельной степени лишена этого недостатка и поэтому широко при­ меняется в различных передатчиках. Этот вид связи особенно удо­ бен в диапазонных каскадах, где необходимо обеспечивать по­ стоянство амплитуды напряжения возбуждения при перестройках на другие волны. Емкостный делитель напряжения сохраняет неиз­ менным отношение напряжений £^(ус)/£Л<(ВОзб), т. е. коэффициент передачи р в широком диапазоне частот.

В схеме с внешней емкостной связью (рис. 6.20) емкость связи может быть выполнена постоянной в маломощных каскадах или

ла

Р ис. 6.20. Схема промежуточного

каскада с внешней емкостной связью с нагрузкой

переменной с применением дифференциального воздушного кон­ денсатора в более мощных каскадах. Такая схема широко приме­ няется для межкаскадной связи передатчиков коротких и ультра­ коротких волн. В ней емкости Ссв и Свха образуют делитель напря­ жения ик действующего на контуре возбудителя. Изменение вели­ чины емкости Ссв приводит к перераспределению напряжений на элементах делителя и изменению напряжения возбуждения ие.)*

188

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Промежуточные каскады радиопередатчиков, 'помимо ос­ новного назначения — 'работы в качестве усилителей высокочастот­ ных колебаний,'— часто используются в режимах умножения час­ тоты колебаний и в так называемом буферном (смягчающем).

Буферный режим является режимом колебаний при отсутствии тока в цепи управляющей сетки, т. е. при igi= 0. Такой режим необ­ ходим для каскада, включаемого непосредственно после задаю­ щего генератора. В этом случае благодаря отсутствию тока сетки активная составляющая входного сопротивления становится чрез­ вычайно большой: Riix= Ue/Igl-+oo— и исключается влияние вход­ ной цепи на режим задающего генератора и частоту создаваемых им гармонических высокочастотных колебаний.

Для получения буферного режима необходимо, чтобы при по­ ложительной полуволне напряжения возбуждения мгновенные ре­ зультирующие напряжения на управляющей сетке оставались от­ рицательными. Для этого необходимо выполнение условия

в буферном режиме, следует применять тетроды и пентоды, у ко­ торых при напряжениях на сетке eg — 0 анодный ток больше, чем у аналогичных по мощности триодов. При этом выгодно использо­ вать граничный режим по экранирующей сетке с сгр. Естественно,

что режим по управляющей сетке в отсутствие тока (igi = 0 ) оказывается недонапряженным.

Смещение у лампы буферного каскада осуществляется за счет постоянной составляющей тока катода / коЯк2) либо от источника автономного смещения. Буферный режим рассчитывается в обыч­ ном порядке так же, как генератор с внешним возбуждением. Мак­ симальное значение анодного тока / а М а к с определяется по статиче­ ской характеристике при eg = 0 и при выбранных значениях £ а, Eg2 . После проведения расчета и определения величин Ug, Eg прове­ ряется выполнение условия, при котором амплитуда напряжения возбуждения должна быть меньше абсолютного значения напря­ жения смещения Eg или равна ему, т. е. Ug^ \ Eg\.

Умножение частоты происходит в каскаде-умножителе, являю­ щемся преобразователем частоты колебаний из более низшей в высшую (кратную). Он представляет собой генератор с внешним возбуждением. Его анодный контур настроен на одну из выделяе­

189

страивается на вторую гармонику и 'выделяет колебания е часто­ той, вдвое превосходящей частоту возбуждающего напряжения, при утроении — втрое и т. д. Необходимость умножения частоты в современных передатчиках коротких и ультракоротких волн выз­ вана стремлением понизить частоту задающего генератора, что позволяет применить кварцевую стабилизацию и уменьшить число рабочих частот задающего генератора. Каскады-умножители в тракте передатчика играют роль элемента развязки, так как раз­ деляют тракт по частоте колебаний. Частота колебаний на сетке умножителя — f( со), а после анодного контура — 2/(2со) или 3/(3м). Это позволяет избавиться от паразитных овязей (и влияний) мощ­ ных каскадов с менее мощными.

На рис. 6.21 приведена структурная схема высокочастотного тракта ультракоротковолнового радиопередатчика; в передатчиках

190