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

Основные особенности каждого из типов модуляторов

рассмотрены

в главе 6.

Здесь у к а ж е м только,

что модуляторы,

использующие

изменение

емкости запорного слоя

полупроводника,

обеспечивают

Р а з р а б а т ы в а я структурную схему

телеграфно-телефонного пе­

редатчика, помимо выбора вида и способа осуществления

радио­

телефонной работы, необходимо т а к ж е решить вопрос о

видах и

способах осуществления телеграфной

работы . При радиотелегра ­

фии возможна амплитудная, частотная

или ф а з о в а я манипуляция .

цепях одного или одновременно нескольких высокочастотных

каска­

дов. Ч а щ е

всего

используются

схемы манипуляции в цепях сеток.

Частотная

манипуляция

(ЧТ

или Д Ч Т ) ,

как правило, осуществ­

ляется в

цепях

возбудителя,

в устройстве

формирования

видов

излучений. Здесь

ж е реализуются и методы

фазовой

(обычно

от­

носительной

фазовой — ОФТ)

телеграфии . П а р а м е т р ы

систем

ЧТ,

Д Ч Т и ОФТ

выбираются

с учетом возможности сопряжения

с теми

станциями, с которыми предполагается вести связь.

Системы

питания, охлаждения,

управления и

автоматизации.

Система

пи­

Различают две

основные системы

питания — систему

питания

на

постоянном

токе

и систему питания на переменном токе.

Система

питания

на

постоянном

токе

применяется

в маломощных

переносных

передатчиках, как

транзисторных,

иикелевых или

серебряно-цинковых

аккумуляторов,

а

питание цепей анода

и экранирующих

.сеток — от тех

ж е

аккумуляторов

через преобразователи по­

стоянного тока, выполняемые на полупроводниковых

приборах. Д л я

подвижных

передатчиков система

питания

постоянного тока часто

базируется

на бортовой

сети. В передатчиках

средней

и

большой мощности

практически

применяются

ника питания используется

переменное напряжение от сети 220 или 380

в или

от автономного

генератора

переменного тока с

двигателем,

входящим в

комп­

лект передатчика.

В этих случаях питание цепей накала осуществляется на переменном токе че­

рез понижающие трансформаторы, а цепей анода

и экранирующих сеток — через

выпрямительные

устройства,

выполняемые чаще

всего на

твердотельных

внтн-

тающих цепях и для повышения надежности

отдельные модули,

мощность

которых складывается, часто обеспечиваются

самостоятельными

выпрями­

телями.

Целесообразными системами питания

на переменном токе являются си­

стемы,

использующие

переменный ток повышенной

частоты, например 400

гц.

В таких системах достигается уменьшение

массы и габаритов основных элемен­

тов схемы и повышается общий к. п. д.

передатчика. Однако для обеспечения

возможности питания

такого

передатчика

от промышленной сети в его ком­

плект

приходится добавлять

специальный

конвертор

на полную мощность

пи­

буемую, особенно для ламповых передатчиков,

градацию напряжений. Отметим

еще раз, что упрощение схемы

питания за счет,

в первую

очередь,

уменьшения

числа градаций необходимых питающих напряжений часто

следует

считать од­

ним из главных преимуществ

транзисторных

передатчиков. При

составлении

тельным воздушным охлаждением наиболее удобны

для подвижных

передатчи­

ков указанной выше мощности.

Система

управления

передатчиком

и

степень

ее

автоматизации

опреде­

ляются

в первую очередь

требованиями

эксплуатации.

Маломощные

переносные

и подвижные передатчики,

как правило,

выполняются

с

ручной

настройкой

и автоматизации не имеют, хотя в некоторых случаях и в

них

оказывается

не­

обходимым

предусмотреть

простейшее

дистанционное

управление — обеспечить

возможность

включения,

выключения

и ввода

информации

с вынесенного

пункта.

В передатчиках средней и большой мощности довольно

часто предусматривается

автоматическая настройка

па одну

из

нескольких

заранее

подготовленных

или

па любую частоту диапазона, переключение

антенн, смена

видов работы и др.

При этом выполнение всех этих операций в большинстве

случаев

д о л ж н о

вы­

полняться по команде, поступающей либо с пульта управления,

расположенного

вблизи,

либо

вынесенного.

Наиболее развитой система автоматизации, включающая в себя также теле­

управление

(ТУ), телесигнализацию

(ТС),

телекоитроль

(ТК)

и осуществляю­

образным

применить

ненастроенную нагрузку в промежуточных каскадах или

д а ж е в

выходном

(широкополосное

усиление),

а это

в свою очередь может

сказаться

на числе

высокочастотных

каскадов

и типе

ламп. Учет необходимой

конструкции и компоновки передатчика. В большинстве

случаев проектирование

системы ТУ, ТС, и ТК

выделяется в самостоятельный раздел проектирования

или в самостоятельный

проект, а в процессе проектирования передатчика

либо

проводится выбор этой

системы либо разрабатываются

и формируются

основ­

ные требования к ней.

ность в антенне

(РА)

В любой точке

заданного

диапазона частот;

к. п. д. выходного

каскада г|в - К = РА/2РО

должен быть

возможно

большим;

выходной каска д должен обеспечивать такую фильтрацию выс­

ших гармоник, которая удовлетворяла бы требуемым

жестким

нормам .

Исходными данными д л я расчета

выходного

каскада

обычно

являются

мощность

в антенне РА

И Л И

колебательная

мощность

Р = Рл/(г\я.

КПА. К) ; параметры

антенн

хА (со)

и гА(со);

диапазон

рабо­

чих частот f\=fmm,

/ г = / м а к с ;

способы

управления

колебаниями .

В отдельных

случаях, помимо указанных данных, могут

быть

лить токи и напряжения, действующие

во всех цепях усилителя

мощности высокой частоты, и параметры

(величины)

всех

элемен­

тов принципиальной схемы, при которых

выходной каскад

наибо­

лее полно удовлетворяет перечисленным выше требованиям .

Производя электрический расчет, целесообразно

придержи ­

ваться следующей последовательности:

д л я

последующих

расчетов;

2)

расчет

граничного р е ж и м а электронного

прибора;

3)

электрический

расчет цепей согласования антенны с электрон­

ным

прибором;

4)

расчет

энергетических соотношений в

выходном каскаде

в диапазоне

частот;

димо:

обеспечить

мощность,

требуемую для устойчивого возбужде ­

ния

последующего

каскада;

обеспечить

постоянство

амплитуды

напряжения возбуждения

на

входе последующего

каскада;

осуществить линейность усиления колебаний с изменяющейся

во

времени

огибающей;

ослабить влияние

выходного каскада

на стабильность частоты

возбудителя.

грузки, расчетом р е ж и м а усилительного элемента .

Исходными данными для расчета промежуточных

каскадов

являются мощность, необходимая для устойчивого

возбуждения

последующего

каскада,

Р„озб, определяемая

в процессе

расчета

структурной схемы передатчика;

амплитуда

н а п р я ж е н и я

возбуж ­

дения последующего каскада Ugm;

диапазон

частот

fi—f% и гра­

ницы поддиапазонов;

параметры

входной

цепи возбуждаемого

каскада g„x и

Ьвх.

Расчет промежуточных каскадов обычно

производится в сле­

тельного элемента, 3) рассчитываются энергетические

соотношения

в диапазоне частот, 4) определяются величины

вспомогатель­

ных элементов схемы.

граничного р е ж и м а : крутизны линии граничного

р е ж и м а

5 г р ста-

тическои

крутизны

анодного тока о =

;

напряжения

Д и Й1 ua=const

смещения,

определяющего работу л а м п ы в классе

В Еёв,

прони-

цаемости

л а м п ы

D = ——

Перед

Д " а |-a=const

величины

колеба­

аппроксимацией, исходя из заданной

тельной

мощности, необходимо задаться постоянными напряже ­

ниями на аноде, защитной и экранирующей

сетках. Если колеба­

тельная

мощность близка к номинальной мощности лампы, напря­

жения на указанных электродах выбираются

номинальными. Если

ж е колебательная мощность значительно,

меньше номинальной

минального.

С целью уменьшения ошибки в определении параметров

л а м п ы

находится область аппроксимации, д л я

чего

рассчитывается при­

ближенное значение

импульса

анодного

тока

в граничном

р е ж и м е

1ат^5Р/(Еап),

где

п — количество ламп выходного

каскада .

Наиболее

часто

определение параметров

лампы

производится

по анодным характеристикам

i a = f("a)

(рис.

2-1, а

и б ) .

Найденное

выше

значение

импульса

анодного тока отклады ­

вается по оси

ординат, и из полученной

точки проводится

линия,

п а р а л л е л ь н а я

оси абсцисс до

пересечения с топ

статической ха­

рактеристикой

семейства, д л я

которой требуемый

импульс анод­

максимальной кривизны

характеристики

i a = f("a)

(точка

А

на

рис. 2-1).

Если ни одна из имеющихся характеристик не соответствует

граничному режиму, необходимо построить промежуточную

харак­

теристику.

Найденную точку А, соответствующую граничному режиму, сое­

диняют с началом анодных характеристик прямой

линией — ли­

нией граничного р е ж и м а

( п р я м а я АО на

рис. 2-1, а

и прямая

АЕ0

на рис. 2-1,6).

Крутизна линии граничного режима определяется как

тангенс

угла ее наклона к оси абсцисс: Slv

=

AiJAuaL.

Д л я

нахождения

статической крутизны анодного тока проводят

прямую,

параллельную

оси

ординат,

через

точку « а = £'а . Н а

этой

прямой

выбирают

участок,

л е ж а щ и й

ниже

характеристики,

соот­

ветствующей точке

А,

в

пределах

которого

расстояние

м е ж д у

характеристиками

приблизительно

одинаково

(отрезок

CD

на

рис. 2-1). Отношение

выбранного

участка

в

м а с ш т а б е

анодного

тока к тому

ж е участку,

выраженному

в м а с ш т а о е напряжения на

сетке,

есть статическая

крутизна

анодного тока

о

А''а

А и

З н а я

статическую крутизну анодного тока и

значение

анод­

ного тока

при некотором

напряжении

на управляющей сетке

« g i =

= u'gi,

легко

рассчитать

напряжение

смещения,

соответствующее

классу

В

(г|) = 90°),

gB

gi

$

•

в частности,

если ие/ = 0, то

Рис. 2-2

Рис. 2-3

D 1 = - д«

и

D,=—£-

Ди„

=const

Ди',

i.=const

и по двум

найденным

значениям определяется

среднее

арифмети­

ческое

D =

( £ >H - D 2 )/2 .

транзисторов по

Аппроксимация

характеристик

аналогии

с электронными л а м п а м и производится с целью

определения

пара­

метров транзисторов Sr p , S, £ ов и

постоянной

времени

входной

цепи т.

Н а и б о л е е часто в усилителях мощности высокой частоты ис­

пользуется

включение

транзисторов

по схеме с общим эмиттером.

Д л я

определения параметров транзисторов

применяются

выходные

1к=

(ик)

(рис. 2-2)

и входные

/б(«б)

характеристики (рис. 2-3).

Д о

аппроксимации

необходимо

з а д а т ь с я коллекторным

н а п р я ж е ­

нием - Е к ^ 0 , 5 и к . макс

и

определить область

аппроксимации

выход-

К т

\Ек\п'

где п—количество

транзисторов

выходного

каскада .

Найденное

значение

/ к т откладывается

на

выходных характе ­

ристиках (рис.

2-2),

и

точно так

же, как

в

случае электронных

лена

с помощью входных и выходных характеристик транзистора .

П о

определению,

о

_

А»ц

А/'б

_

о о

° о

— ~.—:

Д«б

—

г'о'-'бП!

Д(б

где $0 = AiJAi6

— коэффициент

передачи

тока

базы, определяемый

по выходным

характеристикам

(рис. 2-2);

S 6 0

=

Д / б / Д и б — к р у т и з н а

тока

базы, определяемая

по

спрямленным

4ZZI

«

1

входным

характеристикам

транзистора

1

(рис.

2-3).

9з-б{]

C3.gsp

Следует

отметить,

что

при

определении

крутизны тока

базы Sen

спрямление

вход­

ных характеристик

необходимо

производить

Р

и с

2 4

в той

области,

в пределах

которой

изменя-

и с "

"

ется ток

базы на выходных характеристи ­

ках.

Точка

пересечения

идеализированной

входной характеристики с осью абсцисс (рис.

2-3) дает значение

напряжения

смещения

£ б в ,

определяющего

работу

с

отсечкой

гр = 90°.

П а р а м е т р ы транзисторов,

найденные

таким

образом

по

стати­

ческим

характеристикам,

снятым

на

постоянном

токе,

не

могут

няется наличием в

цепи

базы распределенного

сопротивления

/"б

и емкости перехода эмиттер — база

(рис. 2-4).

Наличие этих элементов приводит к

тому,

что

коллекторный

ток определяется не величиной и^т,

а

величиной

Uml, которая

представляет собой

часть

н а п р я ж е н и я

£/бт, снимаемого с частотно-

зависимого делителя . Н а п р я ж е н и е

Umi

связано

с напряжением

на

входе транзистора

11^т

очевидным

соотношением:

Uml=U6niK,

(2-1)

где

К —

••

—

коэффициент

передачи

( 1 + V , . e )

! + /•

6

Э " 6

входной

цепи транзистора на переменном

токе.

В

то

ж е

время

напряжение

^ , ц = ^ ю = В Д „

(2-2)

где

U so — постоянное

входное

напряжение

транзистора,

Ко =

=

коэффициент

передачи

входной

цепи

транзистора

1

+

л б£ э-б

на

постоянном

токе.

Сравнивая

(2-1)

и

(2-2),

получим

следующую

формулу,

позво­

л я ю щ у ю определить переменное напряжение на входе

транзистора

по

его параметрам

и

характеристикам,

снятым

на

постоянном

токе:

0 6 n = U60^-

Ко

„ Л , . -

ЫГ6Сэ-б

= U a o

[ l + j

~ б

Учитывая,

что

^э - б

^б^бо

получим

U6m

= и ы

[ 1 + / < о г б С 9 . б (1 -r6S60)\

=

=

U60

(1 + /сот) =

U60

Y1

+ со2 т2 е

/ ш т ,

(2-3)

где т = гбСэ_б (1 — /"б^бо)—постоянная

времени

входной

цепи

тран­

• Д'к

Д('б _

о

&i«r,wt

=

S0e-iax

„ _ / м х

—

р о -

— — г>е

А'б

А«б

Д ц б ] Л +

ш 2 т 2

У\ +

со2 т

2-3. Расчет граничного

режима

г | ) о п т «

28° +

^

- 140°.

S гр (Еа — Е

ао)2

Если найденное значение окажется слишком малым

( 1 | ) О П т < 6 0 ° ) ,

то значением угла отсечки следует

задаться,

приняв

г|з — 80ч - 90° .

Д л я

принятого

я|) по

табл . П-1 (прил. 1)

находятся коэффициенты

разложения

в

ря д

Фурье косинусоидального импульса ai и ао,

а затем

следующие

величины (пп. 2—10).

2.

Коэффициент

использования

анодного

напряжения .

£ =

0,5(1 —

^22-

jSpp (Еа

—

Еа0)'

3. Амплитуда колебательного напряжени я

на

анодной

нагрузке

4.

Составляющие

и амплитуда

импульса

анодного

тока:

^al =

2P/[/ m ,

IBm = IaJal>

Iай~

Iата0-

5. Мощность, потребляемая анодной цепью от источника по­

стоянного

Напряжения,

Pfs =

IauEa.

— Р,

6.

Мощность, рассеиваемая

на

аноде,

Р а

=

Р 0

которая не

д о л ж н а превосходить

допустимой

величины

Р а . д о п -

7.

Электронный

к.

п.

д. т| =

Р/Р0-

RIV

=

UmIIa\.

8.

Сопротивление

нагрузки

в

граничном

режиме

9.

Амплитуда

напряжения

возбуждения

U

Ьт

\-Dif

S

(1

— COS

10. Н а п р я ж е н и е

смещения

на

у п р а в л я ю щ е й

сетке

Egl

= Een—(Uem—DUm)

cosip.

11. Определяются

остаточные н а п р я ж е н и я

на электродах

лампы:

иа. ыин~Еа

Uт,

M g

l H a K C

=

Egl

-f- Ugm,

Ugi =

Eg2,

ug3

=

EE3

управляюще й

сетки

/ g

i m ,

соответствующий этим остаточным

на­

пряжениям .

tyg

=

12.

Находится

угол

отсечки тока

у п р а в л я ю щ е й

сетки

= arccos(—Egi/Ugm)

и

по таблицам — соответствующие

ему

коэф­

фициенты разложени я

ctog

и

aig.

13.

Рассчитываются

составляющие тока управляюще й сетки

^gl

~

^glma lg

^g0 =

^glma 0g>

и мощность, потребляемая цепью первой сетки от источника

высо­

кочастотных

колебаний,

Pgi = 0 , 5 / g l ( / g m .

анодного

тока,

рассчитывают

постоянную

составляющую

тока

/ g 2 0 = / g 2 m a 0

и

мощность, потребляемую

цепью

экранирующей

сетки от

источника питания,

Рg W = / g 2 0 £ g 2 >

которая

д о л ж н а

быть

нирующей СеТКОЙ

Р£20 <J

Рй2макс-

15. Убедиться в правильности произведенных расчетов и опре­

деления параметров

л а м п ы

можно, сопоставив значение импульса

жима,

с

величиной

импульса,

найденного

по реальным характери ­

стикам

лампы

при

напряжениях на электродах

лампы

м^шакс*

"а . мпш Eg и Eg3. Если

величины

импульсов анодного

тока

отлича­

ются

не

более

чем

на

± 2 0 % . ,

то

расчеты

м о ж н о считать

верными,

если

ж е

они

отличаются на

большую

величину,

то

необходимо

расчеты

заново.

Если

в

выходном

каскаде используется несколько (п) ламп,

включенных

параллельно, расчет

ведется в той ж е

последователь­

ности, но

на мощность

в п раз меньшую, т. е. Р' =

Р/п.

В окончательных

результатах

все токи и мощности д о л ж н ы

Аналогично

производится

расчет

и

при двухтактном

включе­

нии

ламп

выходного

каскада,

только

в окончательных

результа­

тах

необходимо

удвоить

(при

п — 2)

переменные

напряжени я и

мощности.

Расчет

выходного

каскада

по

схеме с

общей . сетко й

произво­

дится по тем ж е формулам,

а

в

окончательные

результаты

вно­

сятся

следующие

уточнения.

Мощность, потребляемая от источника высокочастотных ко­

лебаний,

Pgi =

0 , 5 ( / g l - f - / а 1 )

Ugm.

Н а п р я ж е н и е

на

нагрузке

и

мощность

в ней

при

этом

будут

и«п

= и т +

и а т ,

PK = 0,5Ial(Um

+

Utm).

Эквивалентное сопротивление контура, включаемого между ано­

дом

и

сеткой,

должно

быть

R3

=

{Um+Usm)IIal.

В тех случаях когда выходной каскад долже н работать в бу­

ферном

режиме

(выходные каскады

однополосных передатчиков)

и с малым сопротивлением нагрузки,

расчет граничного р е ж и м а

целесообразно

вести

на

максимальное

использование

электронной

лампы

по току

в следующей

последовательности:

1. З а д а в ш и с ь

углом

отсечки

анодного

тока и

найдя

коэффи ­

циенты разложения, по анодным характеристикам л а м

п ы

опреде­

ляю т

максимальное значение импульса анодного

тока

в

гранич­

ном

или слегка недонапряженном режиме, который

может

обеспе-