книги из ГПНТБ / Лапицкий Е.Г. Расчет диапазонных радиопередатчиков

роды

л а м п ы дл я обеспечения заданной девиации частоты, коэффи ­

циент

подключения

реактивной

л а м п ы к контуру

автогенератора,

а т а к ж е

величины

параметров

всех

элементов

схемы.

Исходными

данными дл я расчета

являются:

1)

диапазон

частот

контура

автогенератора,

определяющего

его

частоту wi-=-©2;

2)

требуемая

девиация

частоты на выходе

автогенератора

Асо;

3) допустимый коэффициент паразитной амплитудной

модуля ­

ции /п а .

Помимо указанных величин, из расчета автогенератора

должн ы

быть

известны

добротность

контура

Q и его

параметры

L K ,

С к ,

а т а к ж е

амплитуда

колебательного н а п р я ж е н и я

на

контуре

U к =

= [ / ш 1 / р 1 ,

где Uml

— амплитуда

н а п р я ж е н и я на

аноде

автогенера­

Р а с с м о т р и м

порядок расчета реактивной

л а м п ы

дл я

двух ре­

ж и м о в работы:

с отсечкой

анодного

тока

и

без

отсечки

его.

Расчет

реактивной лампы

при больших

амплитудах

возбуж­

д а ю щ е г о

напряжения. Р а б о т а

реактивной л а м п ы

с

отсечкой

анод­

ного тока

позволяет при прочих равных

условиях получить

боль­

пользуется в практических схемах. Расчет реактивной л а м п ы

реко­

мендуется

производить в следующей

последовательности:

1.

П р е ж д е

всего выбирается

тип

делителя

исходя

из

способа

настройки

контура

управляемого

автогенератора, а т а к ж е

схема

коррекции девиации частоты. Пр и

настройке

контура

автогене­

ратора изменением

его емкости широко применяется делитель R—

—С

(рис. 6-2, а),

причем в качестве

емкости

делителя

С

иногда

используется

входная емкость реактивной лампы .

формуле

(6-11) частота

со',

на

которой д о л ж н а быть

обеспечена

з а д а н н а я

девиация частоты

Асо и на которой

производятся все по­

следующие расчеты.

3. Д л я последующих

расчетов

необходимо

задаться

некоторыми

разитной амплитудной модуляции

не превысит

допустимого

( т а =

= 0,014-0,05)

значения.

5. З а т е м

производится ориентировочный

выбор электронной

л а м п ы по необходимой крутизне

анодного тока, которая

д о л ж н а

удовлетворять неравенству:

S >

М о т

" " и - ,

(6-13)

со'р£р.л л

Г Д 6

CtjMaitc —

к о э ф ф и ц и е нт

приведения

внутреннего

сопротивления

лампы , соответствующий

углу отсечки

анодного

тока

г | ) м а к с .

Выбираема я лампа д о л ж н а иметь

крутизну

не менее определяе­

мой

неравенством (6-13). Кроме

того,

выбираема я

ламп а

дол­

ж н а

обеспечить вполне

определенный

импульс анодного

тока,

при

котором может быть

получена

з а д а н н а я девиация частоты. Ве­

/

— I]

fl—cosib

ч -I /

2AcoVjSat -M a K C

V

со ря

Д л я

уменьшения

нелинейных

искажений

найденное

значение

импульса анодного тока д о л ж н о обеспечиваться в

буферном ре­

жим е ( « £ 1 м а к с < 0 ) .

6. П о семейству

статических

характеристик

выбираемой

лампы

i a = f ( » a ) определяются значения

остаточных

напряжений

на

элект­

родах

л а м п ы

ы^.макс, " а . м и н ,

Eg% Ego„

обеспечивающие

рассчитанное

выше

значение импульса

анодного

тока. При этом

режим

л а м п ы

д о л ж е н быть граничным или слегка

недонапряженным .

7.

З а т е м

рассчитывается

амплитуда

напряжени я

возбуждения

г т

1т макс

U gm — S

(1 — COSl])M a K c)

и напряжени е с м е щ е н и я ,

с о о т в е т с т в у ю щ е е

верхней т о ч к е

м о д у л я ­

ционной х а р а к т е р и с т и к и ,

Egi

=

ugiuaKC—Ugm.

8.

Производится

п р о в е р к а в о з м о ж н о с т и

работы

л а м п ы

с

от­

сечкой

анодного тока:

^ gm ^^glMaKc -^З-зап-

(в-14)

Если неравенство (6-14) выполняется,

т о

работа

с

о т с е ч к о й

возможна, в п р о т и в н о м случае

необходимо

пересчитать р е ж и м для

работы

б е з о т с е ч к и

анодного т о к а

(см. н и ж е ) .

9.

После

э т о г о

о п р е д е л я е т с я

а м п л и т у д а

переменного

напряже ­

ния

на

д е л и т е л е р е а к т и в н о й

л а м п ы Ua =

Ugjkp^.

10.

Д а л е е о п р е д е л я е т с я

н е о б х о д и м ы й -

коэффициент

подключе­

ния

р е а к т и в н о й л а м п ы

к

к о н т у р у а в т о г е н е р а т о р а p =

UJUK.

Uа сна­

11.

Д л я расчета

а м п л и т у д ы

у п р а в л я ю щ е г о

напряжения

ч а л а н а х о д и т с я угол о т с е ч к и в

с т а т и ч е с к о м

режим е

(режим

« м о л ­

ч а н и я » ,

или режим

о т с у т с т в и я у п р а в л я ю щ е г о

напряжения) . С

э т о й

Ц е Л Ь Ю

раССЧИТЫВаеТСЯ й г с т =

СХ; м а к с

/ (I—/г) и по т а б л и ц а м

находится

с о о т в е т с т в у ю щ е е ему

значение

грет- З а т е м

определяется

напряже ­

н и е

с м е щ е н и я в статическом

режим е

Egl ст=

£ g l м а к с — Ugm

( C

0 S 'Фет —

с 0 3 , Ф м а к с )

и а м п л и т у д а

у п р а в л я ю щ е г о

напряжени я

UQ

=£glMaKC—£gICT-

12.

После

э т о г о

п р о и з в о д и т с я

р а с ч е т

д е л и т е л я : из

у с л о в и я

обе­

с п е ч е н и я т р е б у е м о г о

к о э ф ф и ц и е н т а

д е л е н и я

& р . л и

с д в и г а

фаз

±

п./2.

Величина сопротивления z\

д о л ж н а быть достаточно

большой,

чтобы

не шунтировать

контур

автогенератора,

и в то

ж е

время

д о л ж н а

быть меньше

паразитного емкостного

сопротивления

уча­

где C a - g — с у м м а

всех

п а р а з и т н ы х

емкостей

на

участке

анод —

сетка реактивной

л а м п ы .

Величина сопротивления z% может быть

определена

по

фор­

муле: z2 = kp,nZi.

Если

характер

сопротивления z2

не д о л ж е н

быть

емкостным,

то

д о л ж н о

выполняться

дополнительное

требование

2

2 «

СОмакс^вх

где С в х

— входная

емкость реактивной

лампы .

13. З н а я

величины сопротивлений zx

и z2 ,

можно

рассчитать

па­

раметры

элементов

делителя R,

L

и

С

и цепи коррекции L 0 ,

С0.

П р и использовании делителя R—С

с

корректирующим

дроссе­

лем в цепи у п р а в л я ю щ е й

сетки

(рис. 6-3,

а)

„

г

со'

,

_

25 300

К — Z b

О — — ;

CO^J г 2

, L 0

ff

.

(СО

—

При

использовании

делителя

L—R

с

корректирующей

ем­

костью,

включенной

последовательно

с

индуктивностью

L

(рис.

6-3,6),

D

,

co'z!

r

25 300

m

— ш о

loL

Если

ж е

в

качестве

цепи

коррекции

используются

элементы

схемы Z-a и

С а

(рис.

6-5),

расчет

элементов делителя производится

по ф о р м у л а м :

R—С

а)

д л я делителя

co'z2

f'z2

б)

д л я делителя

L—R

L=z1/a',

R=z2.

Р а с ч е т цепи коррекции

С а — / _ а

производится

в

следующей

по-^

следовательности.

С н а ч а л а

определяем

величину

индуктивности

L a , сопротивление

которой

д о л ж н о

быть

меньше

паразитного

ем­

костного

сопротивления

участка

катод — анод

л а м п

на

любой

частоте:

©мин^а <С

~

»

Шмин^сх

где C c x = C D U x - r - C M + C j - J

— с у м м а р н а я

емкость

схемы

на

участке

ка­

тод — анод .

М о ж н о

считать допустимым, если

L . = °

^

M

=

( 0 , l - ^

0,2)

2 5

3

0 0

•

m2

С

И

Г

сх

ш м н н ° с х

'мни

После

определения

величины

L a

,

рассчитывается

величина

ем­

кости С а ,

г

—

1

_ 2

5

3

0 0

Конденсатор

С а

одновременно выполняет

роль

разделительного

конденсатора в анодной цепи реактивной л а м п ы .

Определив величины всех элементов схемы, можно

рассчитать

величину

переменного

н а п р я ж е н и я

на

аноде

реактивной

лампы,

а затем

и н а п р я ж е н и е

анодного

источника. Н а и б о л е е

просто это де­

лается

д л я

тех схем, в которых

конденсатор

С а

не является

элемен­

том коррекции и выполняет роль только разделительного

конденса­

тора, емкость которого д о л ж н а быть С а

=

(50

100) С в ы х , где

С в ы х —

выходная

емкость

лампы . В

этом

случае

амплитуда

переменного

н а п р я ж е н и я

на

аноде

л а м п ы

равна

амплитуде

высокочастотного

н а п р я ж е н и я

на

делителе,

т.

е.

Um

— Ua,

и

н а п р я ж е н и е

анодного

источника

Еа

=

ыа . Ш 1 Н

+

U т .

В тех случаях, когда конденсатор

С а является

элементом

цепи

коррекции и его емкость может оказаться

достаточно

малой,

11тФ

П о д с т а в л я я

(6-10)

в

(6-9)

и

решая

равенство

относительно

Um,

получим:

и

=и

'~гзУо

или, учитывая,

что

и

т — ^ со

1 +

23Ух

1

•

1

2з =

— Г

-

'

У1:

/СйСа

/COL'

имеем

а

U

= £ у

1 + Skp.

„/(а,- стЮ'Са)

_

1 +

Skp.

пЦш'СдЩ

ст)

ы

1 -

1/(со " L a C a )

с - с о ^ / с о "

Тогда

напряжение

анодного

источника

д о л ж н о

быть

чет девиации частоты в диапазоне по формуле

(6-6)

или

(6-7).

Если

все расчеты были выполнены правильно и

достаточно

точно,

то на

частоте со' девиация д о л ж н а быть

равна

заданной,

а на

краях

диапазона значения девиации д о л ж н ы

быть

равны

и иметь

вели­

чину, несколько большую заданной .

Р а с ч е т реактивных л а м п , эквивалентных

емкости

и

используе-,

менением

индуктивности,

производится аналогично рассмотрен­

ному, но на

минимальной

частоте (coi) диапазона .

L — г 2 / ш м ш п R =

Zi (схема

6-2, г).

Д л я уменьшения изменения

девиации

частоты при настройке

тактное

включение

реактивных

ламп,

различных

по

характеру

своего

сопротивления:

одна

эквивалентна

емкости

(схемы

6-2,а

и б ) ,

а

другая — индуктивности

(схемы

6-2,6

и

г).

Расчет

произ­

la f*«z S

водится на минимальной ча-

ГЖ29Б

стоте

без коррекции на девиа­

Еа

•3,0

цию,

вдвое

меньшую

требуе­

мой.

Eg-rttB,

Расчет

реактивной

лампы

kr-0

при

малых

амплитудах

воз­

1,8

буждающего

напряжения.

В

ряде

случаев расчет

р е ж и м а

H2

реактивной лампы,

произведен­

ный

по методу,

изложенному

выше,

приводит

к

весьма

ма­

лым

значениям

напряжения

возбуждения

Ugm

= 0 ,1-ь- 0,3

в,

в результате

чего

оказывается

невозможным

осуществить

ра­

Рис.

6-6

боту

с

отсечкой

анодного

то­

ка. Наиболее часто это проис­

ходит

при малых

значениях

& р . л

, а

т а к ж е

при

больших значениях

A £ 4 l =

| £ ' g t 3 a n — EgB

I ,

где

Egl3an—

напряжение

запирания

лампы,

определяемое по реальным характеристикам .

равенство (6-14). При невыполнении

этого условия необходимо

производить

расчет

р е ж и м а работы л а м п ы

без отсечки

анодного

тока .

П о р я д о к

расчета

реактивной лампы

в

данном случае

во мно­

электронной л а м п ы

и расчете ее режима .

Выбор л а м п ы производится

по

характеристике

ее

крутизны

S(ugi).

В ы б и р а е м а я

л а м п а

д о л ж н а

иметь

возможно

больший

ли­

нейный участок этой характеристики . В то

ж е время

л а м п а

д о л ж ­

на быть маломощной и экономичной. Если характеристика

S(ugl)

отсутствует, то ее необходимо построить, воспользовавшись

стати­

ческими характеристиками

л а м п ы

(рис. 6-6).

Н а

характеристике S(ugl)

выбирается

линейный

участок

и

се­

редина его принимается за рабочую точку

(Eglc-r на

рис. 6-6).

При

этом

определяются

все постоянные

напряжения, которые

необхо-

д и мо подать

на электроды

л а м п ы

(Еа,

Eg2,

Eg3).

Следует

иметь

в виду,

что

мощность, потребляемая анодной

цепью,

практически

является

мощностью,

рассеиваемой

на

аноде,

и не д о л ж н а

превы­

шать допустимой, т. е. Р0

— hoEa<iPa.

м а к с -

В противном

случае не­

обходимо

увеличить

смещение

и несколько

сузить

протяженность

линейного

участка.

П о характеристике S = f(ug\)

определяется

крутизна

линейной

части ее

S'

=

AS/Augl.

Очевидно, что приращение крутизны за счет управляющего на­

пряжения

при

этом

составит

AS = S'UQ.

Д е в и а ц и я

частоты при

этом согласно

(6-12) будет

bc*=-Lp*PS'U0kp^.

(6-15)

М о ж н о

показать

[26], что

существует

оптимальное

значение

амплитуды управляющего н а п р я ж е н и я UQ, при котором

возможно

получить наибольшее

значение

девиации

U

=

=

макс — £ g l ст

Q опт

з

3

З н а я

пределы линейного

участка

характеристики

(см. рис. 6-6),

где &р.ло — коэффициент деления

с

учетом цепи коррекции.

Последующий расчет совпадает

с рассмотренным выше: опреде­

ляется амплитуда высокочастотного н а п р я ж е н и я

^ ш = (7 к р и ам­

плитуда напряжения возбуждения

Uёт = £р.л^ш

и т - д -

6-3. Расчет реактивных управляемых элементов

на варикапах

рого емкость

запорного слоя п—р-перехода

зависит

от величины

приложенного

напряжения . Свойства варикапа

характеризуются

зависимостью

CB = cp(«),

которая

задается либо

в

виде

графика

(рис. 6-7), либо в виде

функции

с

с

,

ГЯн±Фк_

=

с н 1 /

£

"

+ ° - 8 6

,

(6-16)

в

К

и + ф к

V

и + 0,86

4

'

где Си

— номинальное

значение

емкости

при

номинальном

напря ­

жении,

на диоде,

Еа

— номинальное

напряжение,

и — текущее

нии их

неизбежны

нелинейные искажения . Величина нелинейных

искажений

зависит от

выбора рабочей

точки,

определяемой

по­

стоянным

напряжением,

приложен ­

ЛФ

Д809

ным к варикапу, и величиной уп­

равляющего н а п р я ж е н и я

UQ.

чоо д

П р е д с т а в л я я

(6-16) в

виде

сте­

пенного

ряда

и

отбрасывая

члены

300

выше второго порядка малости, по­

Со~

лучим

следующую

приближенную

II

I

I

\

формулу

дл я

коэффициента

нели­

200 -1

'

1

нейных

искажений

\м \&Е1

100

!,

' !

1

1

1

' и.

К

= ~

.

(6-17)

М 1

г

4

6

В

10 в

8

£ с т +

0,86

Р и с 6-7

где UQ — амплитуда

управляющего

напряжения,

£ С т — постоянное

на­

'.US2

Рис.

6-8

Рис. 6-9

к контуру автогенератора. Девиация

частоты

в

этом

случае

будет

опреде­

ляться выражением:

Дсо =

д с

1 и*а—- в со,

2 И

Ск

где р =

Ua/UK

— к о э ф ф и ц и е н т

подключения

варикапа к контуру.

При

настройке

контура конденсатором

переменной

емкости

Ск =

l / ( c o 2 L K ) ,

поэтому

Дсо =

— р 2

Д С в / . к с о 3

=

А со3 .

2

иия

варикапа

к контуру

автогенератора

через делитель,

образованный емко­

стью

С,

и

параллельным

контуром С0—L0.

Если

контур С0 —La настроить на

частоту

соо<соь

то

он во

всем диапазоне

Wi—сог

будет

эквивалентен емкости

(

<\

Сэ — Со

1——1.),

величина которой увеличивается

с ростом частоты. Это при-

\

со2

/

водит к тому, что коэффициент включения варикапа

хэ

1

1

X l + xa

1

+ С,,

( i - a g / ^ j

ражением:

1

mS

Д о

= — LKACB

Л1

.

(6-18)

2

Г

1 + С 0

К'""-

Анализ полученной

формулы

[26] показывает,

что на некоторой

частоте

7

С "

(6-19)

+

С0 )

при

этих

значениях обеспечивается

одна и

та ж е

девиация частоты на часто­

тах

CU l И

CU2-

Решая

полученную

систему двух

уравнений

относительно

неизвестных со0

и Сь получим

Щ =

со, "J /

Si

£«

,

(6-20)

^ M ' - ^ - P s O - P i )

- M

L

со2

( 6 . 2 i )

1 - P l '

щАСв

4)

СЛ «?;

р , =

2 Д с о С к

1

<\

ш 2 Д С в

СЛ 4)

что обеспечивается, если величины со0 и С,

определяются, как и в случае на­

стройки контура

изменением

емкости,

формулами

(6-20)

и (6-21).

Наименьшее

значение

девиации

щ

в

диапазоне

частот

в этом

случае

бу­

Аймаке

дет на частоте

1,75

У =

Лш„ин

5 С 0

(6-22)

1,50\

2

г

С1 +

С 0

1,25

F H

При

настройке

контура

индук­

1,0

кг*

_ ">/чакс

тивностью

изменение

девиации

в за­

0,75

со мин

данном диапазоне

частот

будет

мень­

1,2

1Л

1,6

Ifi

2,0

шим,

чем

в

случае

настройки

кон­

тура

изменением

его емкости.

На

Рис.

6-10

рис.

6-10

изображены

зависимости

Дшиаке/Дшмки

(с

учетом

коррекции)

от коэффициента

перекрытия

диапа­

зона

при настройке

контура

автогенератора

емкостью

(кривая

/)

и

индуктив­

ностью (кривая

2).

Варикап м о ж е т быть включен последовательно в колебательный контур ав­

тогенератора (рис. 6-11). Найдем для этого

случая

выражение,

определяющее

изменение девиации частоты в диапазоне.

Емкость

контура

согласно обозна ­

чениям, принятым на схеме, очевидно,

будет

с(с + св)-ссв

АС =

С 2

дсв

(с + с

)2

в

(с + сву

в

ДС„

с с-

д с у = ( с к - С ) 2 АСВ.

(С + С0)2

el

с?

П ри этом девиация частоты будет

Дй) =

—!S СО =

1 •(ск-ст-

2 с!

ДС„<в.

2

— Ш

—

Ск

С к

Учитывая, что при

настройке

контура

емкость

С к =

получим

co2 L„

Дсо =

«*к<1

дсв ,

(6-23)

где

2

со„

=

>

со.

Из

формулы

(6-23)

видно,

что при

ш 0 > Ш 2 девиация

резко

уменьшается

с ростом частоты. Поскольку никакими • простыми

мерами

(кроме изменения

ДСв)

выровнять

девиацию в диапазоне в

этом

случае не удается,

такое вклю­

чение варикапа не применяется.

Рис. 6-11

Рис. 6-12

На практике находят применение схемы со

смешанным включением двух

варикапов, один из которых включается в контур

последовательно, а второй —

параллельно (рис. 6-12).

При таком включении варикапов суммарная девиация частоты будет опре­

деляться обоими варикапами,

т. е.

Лео =

р2 1

1

- 4 V A C .

к ДСв со=> +

1

/

гл2 '

Дсо = —

LKACB р 2 со 3 + •

1 —

(6-24)

2

Р1ногда

может

оказаться,

что величина р,

определяемая

формулой

(6-25),

не

може т

быть реализована

( р > 1 ) .

В

таких

случаях

выравнивание

девиации

в

заданном

диапазоне может

быть

достигнуто

путем

выбора

различных

значе­

ний приращений емкости ДС„ параллельно и последовательно включаемых

вари­

капов. Обозначив

приращение емкости

параллельно

включаемого

варикапа