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

стояние покоя автогенератора, т. е. отсутствие самовозбуждения при малых начальных амплитудах колебаний; возбуждение насту­ пает только от первоначальных амплитуд, превосходящих U"g (точка 2 на рис. 7.146), после чего может быть достигнут устойчи-

Точка 2 характеризует неустойчивое состояние режима автоге­ нератора, так как случайное изменение амплитуды Г\ i в сторону уменьшения вызывает соответственное уменьшение амплитуды воз­ буждения U"g, что, в свою очередь, уменьшает амплитуду / аi и т. д., как это показано стрелками на рис. 7.146. В результате колеба­ ния в схеме затухают.

Небольшое случайное увеличение амплитуды колебаний вызы­ вает рост напряжения возбуждения и соответственно амплитуды тока / а1. Это нарастание будет происходить до устойчивого коле­ бательного состояния, характеризуемого точкой 3.

Таким образом, в установившемся колебательном режиме авто­ генератора при выбранной лампе (транзисторе), постоянных пи­ тающих напряжениях и выбранном коэффициенте обратной связи амплитуды токов и напряжений / ai и Ug определяются однознач­ но. Это становится очевидно при рассмотрении совмещенных на одном графике (рис. 7.14) колебательной характеристики и пере­ секающей ее линии обратной связи. Значения токов 1а\ и напря­ жений Ug, соответствующих общим точкам установившегося коле­ бательного режима, удовлетворяют условию баланса амплитуд.

7.5. ОБОБЩЕННАЯ ТРЕХТОЧЕЧНАЯ СХЕМА

Рассмотренные выше основные схемы автогенераторов (с трансформаторной, индуктивной и емкостной обратной связью) и большинство других, более сложных схем могут быть приведены

211

к упрощенной, так называемой обобщенной трехточечной схеме (рис. 7.15).. Такое обобщение упрощает анализ и помогает при со­ ставлении схем автогенераторов. Оно возможно благодаря общим требованиям к схемам автогенераторов, заключающимся в обяза­

Р ис. 7.15. Обобщенная трехточечная схема автогенера­

тора

тельном выполнении условий самовозбуждения (баланс фаз, ба­ ланс амплитуд).

В обобщенной схеме (см. рис. 7.15а) колебательная система,

состоящая из трех комплексных сопротивлений Zag, ZgK и ZaK, под­ ключена к лампе в трех точках (а, к и g), что и определило наз­ вание схемы. Замкнутая колебательная система (контур) выделе­ на на рисунке. Отдельные ее сопротивления могут представлять собой либо емкости, либо индуктивности, либо более сложные це­ пи (например, расстроенный параллельный контур). Естественно,

что в состав сопротивлений Zag, ZgK и ZaK входят все активные и реактивные сопротивления .схемы, в том числе индуктивности вы­ водов и междуэлектродные емкости. В колебательной системе ве­ личины активных сопротивлений (сопротивления потерь и актив­ ные сопротивления катушек) обычно незначительны по сравнению с величинами реактивных сопротивлений и тогда можно считать, что:

Это первое допущение вполне справедливо, если ни одно из сопротивлений не является параллельным контуром, настроенным в резонанс с частотой автогенератора. Таким образом, колебатель­ ная система приводится к контуру, состоящему из трех реактив­ ных сопротивлений, по которым протекает общий ток и'к (см. рис. 7.156). В такой схеме автогенератора колебания могут возбудить­ ся на собственной частоте данного контура, определяемой из усло­ вия резонанса, т. е. ^ аг+Х йк + ^ ак= 0.

Рассмотрим, какие соотношения должны быть в обобщенной схеме для выполнения условий самовозбуждения.

Общий колебательный ток контура / к значительно больше тока первой гармоники Iai и тока сетки Igi, поэтому его можно считать

212

одинаковым во всех трех сопротивлениях, составляющих контур. Это второе допущение справедливо для высокодобротных резонанс­ ных систем, обычно применяемых в автогенераторах.

Рассмотрим момент, когда ток /к протекает от точки а к точ­ ке к по сопротивлениям Xag и XgK и возвращается к точке к по сопротивлению Ха1<так, как показано стрелкой на рис. 7.156. Ко­

лебательные напряжения, действующие на сетке UgK= iKXgK и на

аноде генераторной лампы UaK — j KXак, должны быть в противо­ фазе, т. е. сдвинуты на 180°. Это возможно только тогда, когда со­ противления XgIi и /YaK имеют одинаковый характер. Естественно, что характер третьего сопротивления Xag должен быть противо­ положным характеру двух первых сопротивлений, образующих кон­ тур. Только при этом обеспечивается обязательная противофазность переменных напряжений анода и сетки.

Количественные представления дополняются совместным рас­ смотрением рис. 7.156 и 7.56, из которых становится ясно, что па­ дение напряжения на сопротивлении Xag должно быть равно сум­ ме падений напряжений на сопротивлении Xgl< и на сопротивлении

Аак, т. е. UK= Uag= UaK-\-'Ugil.

Правильно составленная схема автогенератора должна обес­ печить выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд на частоте, близкой к собственной частоте колебаний контура. Необ­ ходимая для самовозбуждения величина коэффициента обратной связи, обеспечивающая выполнение условия баланса амплитуд, оп­ ределяется полученным ранее соотношением (7.14), а при самовоз­ буждении на частоте, близкой к резонансной, удовлетворяется так­ же условие (7.15).

Коэффициент обратной связи, определяемый из очевидного вы­ ражения, для обозначенного на схеме рис. 7.156 направления тока можно написать следующим:

б а к Х а к ак

при самовозбуждении — величина вещественная и положительная. Это означает, что реактивные сопротивления XgK и Хак должны быть обязательно одного характера, и подтверждает соображения,

С,

Р ис. 7.16. Варианты

схемы автогенератора

а ) индуктивная; б ) ei________

приведенные выше. Таким образом, могут быть составлены только два принципиально возможных варианта трехточечной схемы (рис. 7.16) комбинациями реактивностей, указанными в табл. 7.1

На схеме рис. 7.16а напряжение обратной связи снимается с «индуктивного элемента, и эта схема носит название индуктивной трехточечной. Схема с емкостной обратной связью — емкостная 'трехточечная — приведена на рис. 7.166.

торов обеспечивают удовлетворительную стабильность частоты ав­ токолебаний только при неизменной внешней нагрузке, малой от­ даваемой мощности и стабильных источниках питания.

Для некоторого повышения стабильности частоты автоколеба­ ний и уменьшения ее зависимости от нагрузки применяются так называемые двухконтурные схемы, в которых контур, определяю­ щий частоту колебаний, работает без нагрузки и поэтому является системой, имеющей малое затухание и сравнительно стабильные параметры. Другой контур автогенератора связывается с внешней нагрузкой. Этим устраняется большой недостаток одноконтурных генераторов, в которых единственный колебательный контур, опре­ деляющий частоту колебаний, служит одновременно и анодной нагрузкой, и элементом связи с внешней нагрузкой, которой он .пе­ редает'часть колебательной мощности. Кроме того, одноконтурные автогенераторы удовлетворительно работают только в диапазоне сравнительно низких радиочастот. На более коротких волнах на­ чинают сказываться междуэлектродные емкости, составляющие уже значительную часть емкости контура. Любой одноконтурный генератор за счет действия этих емкостей, а также индуктивностей практически становится многоконтурным.

Двухконтурные автогенераторы нашли самое широкое примене­ ние в диапазоне ультракоротких и частично коротких волн.

Схемы двухконтурных автогенераторов отличаются, прежде всего, видом связи между контурами. Существуют три вида таких схем: с электронной связью, ;с емкостной, с индуктивной.

-'214

Схемы с индуктивной связью применяются очень редко. Весьма-." распространены автогенераторы с электронной и емкостной свя­ зями между контурами. Рассмотрим их.

СХЕМА С ЭЛЕКТРОННОЙ СВЯЗЬЮ

Схема двухконтурного автогенератора с электроннойсвязью между контурами была предложена советским ученьш Б. К. Шембелем в 1931—1933 гг. Эта 'схема представляет собой-

ключены к контуру Clt L u в котором и осуществляется самовоз­ буждение колебаний. Экранирующая сетка лампы играет роль анода, заземленного по высокой частоте. Таким образом, имеется-^- автогенератор, собранный по трехточечной схеме с заземленным анодом. Трехточечная схема может быть выполнена индуктивной, (см. рис. 7.17) или емкостной (рис. 7.18). Она работает самостоя­ тельно даже при закороченном контуре С2 ,.Ь2 в анодной цепи (при->

УСЛОВИИ Яо= / ао£'а = / Эа < Р а д о п ).

Частота колебаний, генерируемых в схеме с электронной'!, связью, определяется параметрами внутреннего контура C\,L\\

1

авт

Во время работы внутренней части схемы (основного автогене­ ратора) на управляющей сетке лампы действует переменное на—

215-

пряжение с частотой соавтЭто напряжение служит возбуждающим, оно управляет анодным током лампы. Через анодную цепь и внешний контур Ь2, С2 протекают импульсы тока ia. Его перемен­ ные составляющие (гармоники) протекают через оба контура — внутренний LiCi и внешний L2 C2. Внешний контур Ь2 С2 может быть настроен на одну из гармоник (вторую, третью), и тогда ав­ тогенератор будет одновременно и умножителем частоты колеба­ ний, так как во внешнем контуре будут выделяться колебания нужной гармоники. Обычно для повышения стабильности частоты автоколебаний рекомендуется настраивать внешний контур на вто­ рую гармонику, т. е. использовать анодную цепь в режиме удвоения.

Высокая стабильность частоты автоколебаний в схеме с элек­ тронной связью объясняется:

—малой связью внешнего контура с внутренним из-за экрани­ рующего действия второй сетки;

—возможностью использовать внешнее экранирование цепей самовозбуждающейся части схемы;

—возможностью использовать пентод с небольшим положи­ тельным напряжением на защитной сетке, при котором обеспечи­ вается постоянство величины и формы анодного тока, определяю­ щего режим автогенератора (см. рис. 3.14).

СХЕМА С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ

В двухконтурных схемах автогенераторов емкостная связь между контурами обычно осуществляется через одну из внутриламповых емкостей. Другие емкости лампы являются составной частью контуров автогенератора — первого и второго.

Главная особенность таких генераторов в том, что их колеба­ тельная система, состоящая из двух сильно связанных контуров, обладает двумя частотами собственных колебаний, так называе­ мыми верхней и нижней сон частотами связи1). Соответствую­ щее подключение трех элементов двухконтурного автогенератора (два колебательных контура и емкость связи) образуют различные варианты трехточечной схемы (см. табл. 7.1). В зависимости от того, к какому электроду подключены оба контура (общей точ­ кой), можно получить три варианта схемы (рис. 7.19). Общая точ­ ка схем обычно заземляется по высокой частоте. Из теории трех­ точечной схемы известно, что при достаточной обратной связи ее самовозбуждение возможно только на резонансной частоте, при которой сумма трех реактивных сопротивлений ее общего контура равна нулю. Это условие в двухконтурных автогенераторах с ем­ костной связью удовлетворяется, когда частота автоколебаний соавт совпадает с той из частот связи <он или сов, на которой одно­ временно удовлетворяются условия баланса амплитуд и фаз. Кон-*)

*) Как известно из радиотехники, наличие двух частот связи является осо­ бенностью сильно связанных контуров.

216

туры при этом работают расстроенными относительно собствен­ ных частот резонанса <oi и ш2. Верхняя частота связи сов находится между собственными частотами контуров coi и со2, а нижняя — всегда ниже низшей из них, т. е. частоты располагаются в следую»' щем возрастающем порядке: сон, coi сов, со2.

Р ис. 7.19. Варианты явулконтурных автогенераторов с емкостной

связью:

а ) с общим катодом; б ) с общим анодом; в ) с общей сеткой

Рассмотрим, на какой частоте могут установиться колебания,, например, в схеме с общим катодом (см. рис. 7.19а). Согласно, обобщенной трехточечной схеме при емкостном сопротивлении уча­ стка анод—сетка, т. е. ^ ag<0, для самовозбуждения и поддержа­ ния колебаний необходимо, чтобы два других реактивных сопро­ тивления были индуктивными, т. е. XgK> 0 и ^ ак> 0 (см. табл. 7.1). Таким образом, схема с общим катодом может работать как ин­ дуктивная трехточечная. В этой схеме сопротивления Хек и образованы параллельными контурами. Они будут носить харак­ тер индуктивного сопротивления только на частотах ниже собст­ венных резонансных частот каждого из контуров. Этому условию, удовлетворяет нижняя частота связи .сои, так как она меньше ча­ стот coi и 0 )2 - Для верхней частоты связи коэффициент связи ока­ зывается отрицательным и колебания невозможны.

В схемах с общим анодом и общей сеткой (см. рис. 7.196 и е) колебания устанавливаются в условиях, когда 'схемы аналогичны, емкостной трехточечной (см. табл. 7.1). При этом частота авто­ колебаний шавт должна удовлетворять условию <0 2 <юаВт ~ <вв.

Таким образом, во всех схемах двухконтурных автогенерато­ ров самовозбуждение колебаний может быть получено только на одной из двух возможных частот связи: для схемы с общим като­ дом — на нижней частоте связи 1<ад а для схем с общим анодом и. общей сеткой •— на верхней .сов-

Уоловие баланса амплитуд обеспечивается соответствующими коэффициентами обратной связи К. Из теории автогенераторов известно, что в схеме с общим катодом его величина определяете параметрами обоих контуров. Поэтому изменение настройки одно­ го из них сильно влияет на величину коэффициента обратной свя­ зи, что является недостатком этой схемы.

В автогенераторе с общим анодом (см. рис. 7.196) на величину коэффициента обратной связи преимущественное влияние оказы­ вает изменение параметров только анодно-катодного контура, что.

2.17

~дает возможность регулировать величину обратной связи незави­ симо от анодно-сеточного контура, определяющего частоту гене­ рации.

В схеме с общей сеткой (рис. 7.19а) коэффициент обратной связи регулируется катодно-сеточным контуром, а частота гене­ рации определяется настройкой анодно-сеточного, настраиваемого :на частоту, близкую к сов.

Такие схемы в диапазоне ультракоротких волн выполняются с контурами в виде отрезков длинных линий— двухпроводных или коаксиальных и объемных резонаторов, что обеспечивает необхо­ димые частоту и стабильность генерируемых колебаний.

7.7. УКВ ЛАМПОВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Требования, предъявляемые к конструктивному выпол­ нению колебательных систем укв автогенераторов и к элементам их настройки, предусматривают возможность простой и плавной регулировки:

—величины и фазы обратной связи К',

—частоты автоколебаний;

—величины связи с нагрузкой для получения энергетически выгодного режима.

Наибольшее практическое применение получили емкостная и

'трансформаторная (взаимоиндуктивная) обратная связи.

В качестве управляющих элементов в метровом и дециметро­ вом диапазонах применяются генераторные триоды стеклянной и металлокерамической серий, а также сдвоенные тетроды. Триоды обеспечивают работу автогенераторов вплоть до частот порядка 1000 МГц (Л= 30 см). Они используются преимущественно по схе­ ме с общей сеткой. Схема с общим анодом используется редко. При

•использовании металлокерамических ламп в двухкоптурных схе­ мах с колебательными системами в виде отрезков коаксиальных линий или объемных резонаторов наиболее совершенные конструк­ тивные решения оказываются возможными только при исполь­ зовании схемы включения лампы с общей сеткой.

На рис. 7.20 показаны варианты схем автогенераторов метро­ вых волн. Схема рис. 7.20а является двухконтурной, с общей сет­ кой и емкостной обратной -связью через междуэлектродную ем­ кость СакПервый анодно-сеточный контур образован емкостью Cag и отрезком настраиваемой линии I. Второй контур — катодно­ сеточный — образован емкостью лампы CgK и переменной индук­

•связи К регулируют изменением индуктивности L\, что мало влияет на частоту автоколебаний из-за слабой связи этого контура с анодно-сеточной линией. Частота автоколебаний устанавливается

изменением электрической длины отрезка анодно-сеточной линии /. --Схема отличается низким коэффициентом полезного действия, так как условия наивыгоднейшего режима,. определяемого величиной

г 218

коэффициента обратной связи К, выполняются в ней в весьма уз­ ком диапазоне частот. Поэтому в метровом диапазоне чаще ис­ пользуются более простые в конструктивном выполнении однокон­ турные схемы.

Рис. 7.20. Автогенераторы метровых азолн:

а ) двухконтурный с емкостной обратной связью; б ) одноконтурный с до­

полнительной щепыо обратной связи Ссв

Такая индуктивная трехточечная схема с дополнительной цепьк> обратной связи показана на рис. 7.206. В ней при индуктивном, характере сопротивления анодно-сеточного участка емкости лам­ пы CgI{ и Сак образуют колебательный контур автогенератора. В схеме удается несколько улучшить энергетические показатели. Для этого параллельно емкости Сак включается дополнительнаяпеременная емкость обратной связи ССв, которая всегда меньшеемкости Cag, определяющей частоту автоколебаний (совместно с индуктивностью линии). Поэтому изменение величины емкостисвязи не оказывает существенного влияния на частоту автоколеба­ ний, а величина коэффициента обратной связи при регулировкеемкости Ссв изменяется значительно. Таким образом, на различ­ ных частотах возможно подобрать необходимый коэффициент об­ ратной связи К, обеспечивающий более высокий кпд.

Двухтактные схемы автогенераторов метровых волн, выполняе­ мые на триодах или двойных тетродах (например, ГУ-29, ГУ-32_ ГУ-17, ГУ-18 и др.), обеспечивают устойчивую работу автогенера­ торов в широком диапазоне частот. Схема двухтактного автогене­ ратора с общей сеткой приведена на рис. 7.21. В ней использованыотрезки длинных линий в обоих контурах, что очень удобно, так как не требует применения блокировочных дросселей для изоляции., катода. В этой схеме регулировка длины катодной линии изме­ няет коэффициент обратной связи К и мало влияет на частоту. Установка частоты автоколебаний осуществляется настройкой анодно-сеточной линии.

Для автогенераторов дециметровых волн используются лампы металлокерамической серии с кольцевыми выводами электродов. У таких ламп кольцевой вывод сетки расположен между выводами анода и катода. Это в сочетании с отрезками коаксиальных линий предопределяет их использование только в однотактной схеме с

219 •

общей сеткой при двустороннем или одностороннем расположении контуров.

На рис. 7.22 дан эскиз конструктивного выполнения автогене­ ратора дециметровых волн на металлокерамическом триоде по двухконтурной схеме, аналогичной рис. 7.20а. В ней анодно-сеточ­ ный контур образован анодной и сеточной трубами внешней коак­ сиальной линии, а катодно-сеточный контур — трубами сетки и катода внутренней линии. Такая конструкция компактна и удобна и поэтому широко применяется. Частота автогенератора регули­ руется передвижением короткозамыкающего поршня анодно-сеточ­ ной линии. Обратная связь образуется за счет междуэлектродной

Р ис. 7. 22. Диухконтурнып дцв автогенератор

на металяокера.мическом триоде

емкости Сад триода. Изменение величины коэффициента обратной связи производится настройкой внутренней катодно-сеточной ли­ нии. Благодаря незначительной величине емкости Сак обратная

220