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

ления в каскадах-умножителях используют экранированные лампы (тетроды и 'пентоды), обладающие малой 'проницаемостью D.

Схемы каскадов-умножителей по своему виду не отличаются от обычных генераторов с внешним возбуждением. Отличие заклю­ чается только в настройке анодного контура на частоту выделяемой гармоники. Практически в радиопередатчиках используют режимы удвоения и утроения. Использование более высоких гармоник,-на­ пример для учетверения частоты и т. д., невыгодно из-за умень­ шения амплитуды тока гармоник с увеличением их номера п: /а1 >-/а2 > /а з > /а 4 и т. д. При неизменном косинусоидальном импуль­ се, т. е. постоянных ta макс и 0 (см. § 4.4), уменьшение амплитуды

щего режим усиления. Следовательно, в режиме умножения кпд генератора всегда меньше, чем в режиме усиления, и выделяемая им в нагрузке полезная мощность на гармонике значительно мень­ ше, чем на основной частоте (при одной и той же потребляемой мощности Р0) .

Для получения граничного режима £7агр = £гр£а при умножении частоты необходимо использовать анодный контур с большим R0 e-

Сопротивление R 0e n должно быть тем больше, чем выше номер гармоники п, что представляет определенные трудности, особенно в контурах коротких и ультракоротких волн. Это очевидно из при­ веденных ниже формул, определяющих величины резонансных со­ противлений в различных режимах:

> Roe (ус), так как d3 <ct2 <ai.

Расчет режима умножителя почти не отличается от расчета генератора с внешним возбуждением в режиме усиления. Исполь­ зуются те же порядок и формулы; только в них коэффициент си соответственно заменяется на коэффициент выделяемой гармони­ ки импульса анодного тока: при удвоении на а2у так как

191

Величина коэффициента полезного действия удвоителя обычно

тически невыгодными и поэтому могут применяться только в мало­ мощных каскадах передатчика.

К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е В О П Р О С Ы

!. Перечислите и поясните общие требования, предъявляемые к выходным кас­ кадам радиопередатчиков.

2. В чем заключаются преимущества и недостатки применения связанных многоконтурны'Х систем <в выходных каскадах?

3. Как осуществляется регулировка режима выходных каскадов в современ­ ных радиопередатчиках?

4.В чем заключаются ‘особенности построения схем .выходных каскадов пере­ датчиков различных диапазонов — средних, коротких и ультракоротких волн?

5.Поясните причины излучения радиопередатчиком гармоник основного (несу­ щего) колебания.

6.Рассмотрите меры к подавлению гармоник.

7.Как оценивается способность сложной (двух- и трех-) контурной системы к

11.Как изменяются основные энергетические показатели и ширина полосы про­ пускания диапазонного генератора при различных способах настройки его

контурной системы?

12. Укажите задачи, ставящиеся при построении промежуточных каскадов вы­ сокочастотного тракта радиопередатчика.

13. .Рассмотрите электрические цепи токов в различных схемах межкаскадной связи; поясните условия для выбора величины сопротивления связи.

14.Рассмотрите влияние .различных схем межкаскадной связи на форму возбуж­ дающего напряжения Ug.

16.В чем заключаются преимущества различных схем емкостной межкаскадной

192

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ (АВТОГЕНЕРАТОРЫ)

7.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ И ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ

Генератор с самовозбуждением (автогенератор) являет­ ся автономной электрической системой, предназначенной для по­ лучения устойчивых высокочастотных колебаний без воздействия? внешнего возбуждающего напряжения.

В радиопередатчиках применяются автогенераторы гармоничес­ ких колебаний. В высокочастотном тракте передатчика автогене­ ратор— это всегда первый каскад — возбудитель колебаний. О» часто называется задающим генератором, так как именно ои «задает» частоту первоначальных колебаний. Основным элемен­ том схем автогенераторов синусоидальных колебаний, естественно,, является колебательная система. В ней легко возбуждаются и при определенных условиях поддерживаются незатухающие колебаниятребуемой частоты.

В зависимости от частоты генерируемых автоколебаний: (ОавтГ/авт) видоизменяется конструктивное выполнение колебатель­ ной системы.'На относительно низких радиочастотах |(до 30 МГц) применяются параллельные контуры с сосредоточенными L и С;,

Принцип самовозбуждения автоколебаний в ламповых (тран­ зисторных) схемах -поясняется на рис. 7.1. Известно, что для под-

Р ис. 7.1. Схема, -поясняющая превращение генератора с внеш­

ним возбуждением в самовозбужиающиГгся

держания колебаний в анодной цепи генератора с внешним воз­ буждением требовалась нодача -в его входную цепь управляющего (возбуждающего) -напряжения — ug от -внешнего -источника — воз-

будителя (см. рис. 4.1). В автономной системе автогенератора уп­ равляющее напряжение образуется в самой его схеме. Для этого создается специальная цепь положительной обратной связи, кото­ рая цр.и наличии в анодном контуре электрических колебаний (то­ ков и напряжений) подает их обратно во входную цепь автогене­ ратора. Если при этом цепь обратной связи сохранит амплитуду и фазу возбуждающего напряжения такими оке, какие обеспечива­ лись ранее источником внешнего возбуждения, то режим не нару­ шается и генератор превращается в самовозбуждающийся.

Любая схема автогенератора содержит следующие обязатель­ ные элементы (рис. 7.2):

—источник питания постоянного, на­ пряжения Еа, энергия которого преобра­ зуется в энергию электрических колеба­ ний высокой частоты;

—колебательную резонансную систе­ му, определяющую частоту автоколеба­

нии (Оавт (7апт ) >

— электрическую цепь для создания положительной обратной связи;

— электронный прибор, управляющий процессом самовозбуждения и поддержа­ ния незатухающих колебаний.

Для создания автоколебаний (процесса автогенерации) управ­ ляющий прибор должен обладать свойствами нелинейного эле­ мента. Используемые в автогенераторах лампы и транзисторы только при импульсных режимах удовлетворяют этому требованию.

Наличие цепи обратной связи отличает ламповый (транзистор­ ный) автогенератор от генератора с внешним возбуждением. Как следует из рассмотрения рис. 7.1, цепь обратной связи при любом ее выполнении — сложном, т. е. с большим числом элементов, или

у генератора с внешним возбуждением. Это обязательное условие построения цепи обратной связи носит название фазового условия самовозбуждения.

Кроме того, цепь обратной связи должна выполнять необходи­ мую трансформацию действующего напряжения UK (или £7а) в тре­

Наименьшая обратная связь, при которой еще возможно устой­ чивое самовозбуждение, носит название критической, а соответст­ венный коэффициент обратной связи — критического Кщ>-

Для устойчивого самовозбуждения обратная связь в схеме авто­ генератора должна всегда превосходитькритическую, а следова­ тельно, и коэффициент обратной связи должен быть больше кри­ тического. В этом случае уже при включении автогенератора будет

!94

подано 'напряжение возбуждения с амплитудой, достаточной для самовозбуждения при самых малых электрических колебаниях, возникающих в контуре.

Следовательно, в автогенераторе для самовозбуждения должно быть выполнено так называемое амплитудное условие самовозбуж­ дения, заключающееся в том, что цепь обратной связи на своем выходе должна обеспечить величину амплитуды возбуждающего напряжения, достаточную для самовозбуждения схемы и установ­ ления в ней незатухающих колебаний. Ниже эти два обязательных условия самовозбуждения любого автогенератора будут пояснены более подробно.

Все используемые на практике схемы автогенераторов должны обеспечивать возможность регулирования величины коэффициента обратной связи К для выбора режима самовозбуждения.

Основные технические показатели задающего генератора (ча­ стота автоколебаний и ее стабильность) определяют аналогичные показатели радиопередатчика, т. е. номинальную частоту излучае­ мых несущих колебаний и их стабильность.

Современные нормы на допустимые отклонения (нестабиль­ ность) несущих колебаний отражаются в правилах технической эксплуатации средств радиосвязи и радиовещания. При проекти­ ровании типовых возбудителей (см. ч. III) нормы требований на стабильность частоты автоколебаний обязательно выдерживаются.

Порядок величины нестабильности для разных типов передат­ чиков лежит в пределах Ai//fpa6= 10-4— 10~7 (относительных единиц оценки нестабильности). Повышение стабильности частоты колеба­ ний автогенератора позволяет сузить требуемую полосу пропуска­ ния канала радиосвязи и разместить большее число каналов в дан­ ном диапазоне частот.

Для этой цели автогенераторы усложняются рядом устройств, защищающих их от внешних воздействий — изменения влажности, температуры, механических деформаций и др.

'Наибольшее распространение в настоящее время получили лам­ повые и транзисторные автогенераторы в схемах с резонансными колебательными системами; они классифицируются по следующим общим признакам:

— количеству колебательных систем (одно-, двух- и трехконтуриые);

—способу построения цепи обратной связи;

—способу стабилизации частоты автоколебаний (параметри­ ческая, кварцевая и др.).

Величина выходной мощности автогенератора не является ос­ новным показателем и обычно не оговаривается в условиях на проектирование возбудителей радиопередатчиков. Амплитуды вы­ ходных напряжений у различных типовых возбудителей оценива­ ются единицами вольт.

Помимо ламповых и транзисторных схем автогенераторов, по­ строенных по общему принципу, для диапазонов укв используются автогенераторы со специальными электровакуумными приборами —

клистронами, лампой обратной волны, магнетронами и др. Их ра­ бота рассматривается ниже в гл. 8.

7.2. СХЕМЫ ОДНОКОНТУРНЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

СХЕМЫ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Схема (рис. 7.3) представляет генератор с контуром LKCK в его

.анодной цепи н катушкой обратной связи LCB в цепи сетки. Обе катушки — LKи LCB— имеют взаимную индуктивную связь (М) и

11—

Р ис. 7.3. Схема авто­

генератора с взаимоиндукти.вной (транс­ форматорной) обрат­ ной связью

представляют собой трансформатор высокой частоты с коэффи­ циентом трансформации напряжения n = M/Lu = K.

Рассмотрим процесс самовозбуждения автоколебаний в схеме. Включение анодного напряжения £ а сопровождается первоначаль­ ным зарядом конденсатора контура Ск и последующим его разря­ дом через катушку контура LK. Период электрических колебаний

создает переменное возбуждающее напряжение ug во входной цепи ■генератора. Это напряжение управляет током в выходной цепи в такт с колебаниями, возникшими в контуре. Соответствующее включение концов катушки LCB сохраняет противофазность пере­ менных напряжений на сетке ug и аноде ыа. Благодаря усилитель­ ным свойствам лампы возникшие колебания нарастают и неустой­ чивый процесс первоначальной генерации переходит в стационар­ ный, при котором амплитуды колебательных токов и напряжений и их частота устанавливаются неизменными.

Для получения незатухающих колебаний, требуется, чтобы энер­ гия, расходуемая анодным источником £ а, полностью покрывала потери в контуре, включая и энергию, отдаваемую автогенератором во внешнюю цепь, — нагрузку. На рис.. 7.4 рассмотрены фазовые

.'96

рис. 7.4 с аналогичными графиками генератора с внешним возбу­ ждением (рис. 4.Ыб) и убедиться'Ь том, что они одинаковы.

Периодически меняющийся анодный ток ia может иметь различ­ ную форму, зависящую от выбранного колебательного режима

тура действие высших гармоник импульса анодного тока прояв­ ляется слабо и основным током, питающим колебательную систему, является ток первой гармоники iau Таким образом, при наличии в контуре гармонических колебаний в выходной цепи автогенерато­ ра создается периодически меняющийся ток, способный поддержать эти возникшие в контуре колебания и сделать их незатухающими.

Определим основные количественные соотношения в схеме авто­ генератора с трансформаторной обратной связью:

—амплитуда колебательного напряжения Uк — 7Кр = /к со Дк = Ua,

—амплитуда напряжения обратной связи

Ug — /к со М;

197

— коэффициент обратной связи

— частота автоколебаний

1

где /к — амплитуда тока в контуре автогенератора, М — величина взаимной индуктивности между катушками контура LKи обратной

•связи LCB.

Регулирование величины обратной связи достигается измене­ нием -коэффициента 'взаимной индукции М. Каждый из возможных практических способов (например, изменение взаимного располо­ жения катушек LKи LCBили изменение числа их витков) приводит к одновременному изменению общей индуктивности контура LK и собственной его частоты соо, а следовательно и к изменению часто­ ты автоколебания соавт-

Для сохранения заданной частоты квапт при выборе величины коэффициента обратной связи (вызванном регулировкой режима самовозбуждения) необходимо предусмотреть в контуре возмож­ ность изменения в небольших пределах величины его емкости С,(.

СХЕМА С ИНДУКТИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

На рис. 7.5а приведена другая, индуктивная, или часто называемая схема автогенератора е автотрансформаторной обрат­ ной связью. В этой схеме напряжение обратной связи Ug снимается

с части витков катушки индуктивности контура LK, которая одно­

временно служит делителем напряжения, действующего на кон­ туре.

Из схемы видно, что фазовое условие самовозбуждения в ней выполняется, так как напряжение возбуждения на сетке лампы

198

tig всегда изменяется в противофазе с переменным напряжением на аноде. Для этого точка подключения катода лампы к контуру должна находиться между точками а и g, к которым присоединены анод и сетка. Только в том случае контурный ток i,< создаст на элементах La, Lg противофазные падения напряжения «а, us отно­ сительно точки к. (Картина распределения напряжений вдоль ка­ тушки контура приведена на рис. 7.56. Она подтверждает противо­ фазпасть напряжений Ug, Ua, сохраняющуюся неизменной при соз­ дании нулевого высокочастотного потенциала на любом из трех электродов — катоде, сетке, аноде.

Коэффициент обратной связи в данной схеме определяется из выражения

Это приблизительное соотношение, так как в нем не учитыва­ лись взаимоиндуктивность менаду частями катушки Lg и La и по­ тери. Ориентировочно можно считать, что коэффициент обратной связи представляет собой отношение чисел витков катушки, рас­ положенных между точками включения электродов сетка—катод пе и анод—катод /га.

Следовательно, в этой схеме (см. рис. 7.5а) регулировка вели­ чины коэффициента обратной связи (равно, как и амплитуды на­ пряжения обратной связи Ug) возможна перестановкой контакта g на витках катушки участка ng. Перестановка анодного контакта а на участке катушки /га приводит к одновременному изменению величины сопротивления R& и коэффициента обратной связи К.-

Так при перемещении контакта а по виткам катушки в направ­ лении к точке о сопротивление R& будет уменьшаться, но одно­ временно вследствие уменьшения числа витков на участке па будет увеличиваться коэффициент обратной связи К.

Полная индуктивность контура, определяющая совместно с ем­ костью Ск частоту автоколебаний соавт~сйо, представляется сум­ мой LK?»La+iLg (без учета взаимного влияния частей катушки ла и ng). Изменение частоты автоколебаний достигается включе­ нием в контур переменного конденсатора Ск. Заземление ротора конденсатора в этой схеме оказывается невозможным, так как при­ водит к короткому замыканию части витков участка tig катушки.

СХЕМА С ЕМКОСТНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Схема автогенератора с емкостной обратной связью при­ ведена на рис. 7.6. Деление колебательного напряжения UK и по­ лучение напряжения обратной связи осуществляется на емкостной ветви контура. В связи с этим схема и получила свое название. Напряжение обратной связи Ug снимается с емкости Cg. Из схемы ясно видно, что при обтекании элементов Са и Се общим контур­ ным током /к падения напряжений на них противофазны относи-

199

тельно точки к и фазовое усло­ вие самовозбуждения здесь выполняется, т. е. напряжение па сетке ug противофазно нап­ ряжению. на аноде ия. Именно поэтому точка присоединения катода лампы к контуру.дол­ жна находиться между точка­ ми а и g, к которым присоеди­ нены анод и сетка. Картина распределения напряжений вдоль индуктивной ветви кон­ тура аналогична предыдущей схеме (рис. 7.56).

Коэффициент обратной связи определяется выражением

Оно приближенно, так как получено без учета потерь в эле­ ментах контура гк. Для регулировки величины коэффициента об­ ратной связи необходимо изменять емкость одного из конденсато­ ров Се или Са, что ведет одновременно и к изменению частоты автоколебаний. Чтобы частота оставалась неизменной, следует сохранять постоянство общей емкости Ск, а изменять соотноше­ ние емкостен С8 и Са. Это удобно делать, составив емкость С„ из ряда последовательно включенных конденсаторов. Для изменения частоты автоколебаний необходимо предусмотреть переменную ин­ дуктивность контура Си.

ДВУХТАКТНЫЕ СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

Двухтактные схемы генераторов с самовозбуждением образуются аналогично двухтактным схемам с независимым воз­ буждением, т. е. путем соединения двух одинаковых однотактных автогенераторов.

Вних возможны рассмотренные выше три вида обратной связи: взаимоиндуктивная (трансформаторная), индуктивная и емкост­ ная. Наиболее удобной является емкостная обратная связь1).

Вприведенных схемах на рис. 7.7а и б провода, идущие на сет­ ки обеих ламп, перекрещены относительно точки к для получения необходимых при самовозбуждении фаз переменных напряжений сетки и анода.

Двухтактные схемы широко используются в диапазоне укв.

Удобство их применения заключается в^ последовательном соеди-)*

*) Достоинства емкостной связи рассматривались в гл. 6.

ООО