книги из ГПНТБ / Комаров Е.Ф. Учебное пособие радиотелемастера

напряжение питающей сети до требуемой величины, диод Д служит выпрямительным элементом (вентилем), а под ре­ зистором Ra имеются в виду рабочие цепи усилителя или приемника (цепи анодов и экранирующих сеток), которые потребляют ток от выпрямителя.

Г

Сеть

L

диода приложено положительное напряжение, диод открыт и через него протекает ток. При этом на резисторе R H будет действовать напряжение в положительной по отношению к катоду диода полярности. В течение отрицательного полупериода диод закрыт и напряжение на нагрузке отсутству-

п е р и о д н о г о в ы п р я м и т е л я .

Чтобы ток в нагрузке протекал в течение второго полупе­ риода, необходим еще один однополупериодный выпрями­ тель, который должен работать поочередно с первым на одну и ту же нагрузку (рис. 65). В этой схеме в качестве венти­ лей использованы вакуумные диоды, конструктивно объе­ диненные в общем баллоне (двуханодный кенотрон). Для на­ гревания нити накала кенотрона на сердечнике трансфор­ матора намотана специальная обмотка.

ПО

шего «сглаживания» пульсаций в схему выпрямителя вводится еще один накопительный элемент в виде катушки индуктивности (сглаживающий дроссель). Одновременно с этим параллельно нагрузке включается второй конденса­ тор Сф (рис. 67). Совокупность трех элементов схемы, а имен­

служит для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. В то время, когда через кенотрон протекает большой ток, оба конденсатора и дроссельная катушка заряжаются и за­ пасают энергию. В то же время, когда ток через кенотрон

Гр

Рис. 67. Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтром

уменьшается, катушка и конденсаторы начинают разря­ жаться, поддерживая ток в нагрузке почти постоянной величины.

Чем больше емкость конденсаторов фильтра и чем больше индуктивность дросселя, тем лучше сглаживаются пульса­ ции выпрямленного тока. Хороший фильтр доводит пульса­ ции выпрямленного тока до величины в несколько десятых долей процента. Это означает, что амплитуда переменной составляющей тока, протекающего в нагрузке, будет в нес­ колько сотен раз меньше величины постоянной составляю­ щей. Практически емкость конденсаторов фильтра имеет величину порядка 20—іОмкф. Индуктивность дросселя обычно выбирается в пределах 10—20 гн.

Для того чтобы выпрямитель имел возможность работать от сети с различными напряжениями, первичная обмотка трансформатора имеет несколько секций и в зависимости от величины напряжения сети к ней подключается та или другая секция. Иногда первичная обмотка трансформатора содержит две одинаковые секции, которые при помощи специального переключателя соединяются то параллельно, то последовательно друг с другом.

112

МОСТОВАЯ СХЕМА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Двухполупериодная схема выпрямителя со средней точ­ кой долгое время была основной схемой выпрямителя в при­ емниках и телевизорах, так как она при относительной прос­ тоте отличается хорошими качествами. Однако в последнее время в связи с развитием полупроводниковой техники и массового выпуска выпрямительных полупроводниковых диодов получила распространение другая, так называемая мостовая схема выпрямителя.

В мостовой схеме одна и та же вторичная повышающая обмотка путем особого включения выпрямительных диодов используется в течение обоих полупериодов. Это позволяет сделать ее с вдвое меньшим числом витков, что повышает электрическую проч­ ность трансформатора и уменьшает объем работ по его намотке. Кроме того, в мостовой схеме уровень пульсаций получается меньшим при том же сглаживающем фильтре.

достигается редко.

Как видно из рис. 68, в мостовой схеме необходимо иметь не два, а четыре вентиля. Это является недостатком схемы и до известного времени препятствовало ее широкому распространению. Лишь после начала массового выпуска промышленностью полупроводниковых выпрямительных диодов стало возможным широкое применение мостового выпрямителя в схемах приемников и телевизоров.

Схема работает следующим образом. Во время положи­ тельного полупериода (плюс напряжения на верхнем конце

Во время отрицательного полупериода (потенциалы кон­ цов обмотки меняются на противоположные) диоды Д ! и Д2 будут закрыты, а диоды Д З и Д4, наоборот, открыты. Ток протекает по цепи: нижний конец вторичной обмотки

113

трансформатора, правый нижний диод, резистор R H, левый верхний диод, верхний конец обмотки.

Таким образом, через нагрузку ток протекает в течение обоих полупериодов в одном и том же направлении. Сле­ довательно, мостовая схема выпрямителя также является двухполупериоднсй схемой.

СХЕМА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С УДВОЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

Данная схема представляет собой, по существу, два однополупериодных выпрямителя, выходные напряжения кото­ рых соединены последовательно (рис. 69). Здесь, так же как и в мостовой схеме, благодаря особому включению диодов вторичная обмотка силового трансформатора используется в течение обоих полупериодов питающего напряжения. Осо­ бенностью схемы является то, что эта обмотка имеет вдвое

Д2, наоборот, открыт и через него протекает ток, заряжаю­ щий конденсатор Сф2. На обкладках конденсатора Сф2 дей­ ствует напряжение, которое является е ы х о д н ы м напряже­ нием второго выпрямителя.

Как ьидно из схемы, напряжения, действующие на кон­ денсаторах Сф/ и Сф2, соединяются между собой последо­ вательно и согласно, вследствие чего общее выходное напря­ жение всей схемы оказывается равным сумме этих напряже­ ний, т. е. практически удвоенной величине. Последователь­ но соединенные конденсаторы Сф/ и Сф2 образуют первый конденсатор сглаживающего фильтра. Далее к ним подклю­ чается дроссель и второй конденсатор фильтра СфЗ.

114

Включение и выключение диодов в схеме происходит через интервал времени, равный половине периода питаю­ щего напряжения. При этом частота пульсаций выходного напряжения оказывается равной 100 гц. Следовательно, данная схема, так же как и мостовая схема, представляет собой двухполупериодный выпрямитель.

Схема выпрямителя с удвоением напряжения проста, на­ дежна в работе и поэтому получила широкое распростра­ нение. Недостаток ее заключается в том, что в схеме фильтра здесь используется большее число конденсаторов и два из них (С ф / и Сф2) должны иметь вдвое большую емкость.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВЫПРЯМИТЕЛЬНОМУ ДИОДУ

Диод в схеме выпрямителя работает в двух режимах. В первую половину периода, когда он открыт, на его зажи­ мах действует небольшое «прямое» напряжение и через него протекает ток, величина которого зависит от тока, потребляемого нагрузкой. Если данный, конкретный диод не рассчитан на такой ток, то он может выйти из строя. Сле­ довательно, величина выпрямленного тока является одной из важных характеристик выпрямительного диода. Всегда при замене выпрямительного диода нужно учитывать вели­ чину тока, потребляемого нагрузкой, и в соответствии с этим выбирать тот или иной тип диода. Допустимые значения выпрямленного тока для различных диодов приводятся в справочных таблицах.

Во вторую половину периода, когда диод закрыт, ток че­ рез него не протекает и на его зажимах действует «обратное» напряжение, величина которого будет определяться суммой двух напряжений: напряжения на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на первом конденсаторе филь­ тра. Практически величина этого напряжения достигает удвоенного значения напряжения второй обмотки трансфор­ матора, т. е. 2(/2. Если диод не рассчитан на такое обратнее напряжение, то он будет пробит и выпрямитель выйдет из строя. Следовательно, величина обратного напряжения яв­

115

ляется второй важной характеристикой выпрямительного диода. Всегда при замене диодов нужно учитывать величину обратного напряжения, получающегося в данной схеме выпрямителя, и согласно этому выбирать соответствующий тип диода. Это особенно важно при выборе полупроводни­ ковых диодов, для которых пробой представляет собой пол­ ное разрушение прибора и невозможность его дальнейшего использования. Величины допустимых обратных напряже­ ний для конкретных типов выпрямительных диодов также приводятся в справочных таблицах.

Иногда возникает необходимость получить на выходе вы­ прямителя большое напряжение при использовании в его схе­ ме диодов с малым обратным напряжением. В таком случае

вцепи вторичной обмотки силового трансформатора вместо одного диода включается несколько однотипных диодов, со­ единенных последовательно. Вследствие того, что обратные внутренние сопротивления этих диодов (т. е. сопротивления диодов в то время, когда к аноду приложено напряжение

вотрицательной полярности и диод закрыт), обычно разные, обратное напряжение, действующее в схеме, распределится между отдельными диодами неодинаково. На диоде с самым большим обратным внутренним сопротивлением, т. е. на са­ мом лучшем по качеству диоде, будет падать наибольшее по величине напряжение, и, если оно превысит максимально допустимое обратное напряжение для данного диода, он мо­ жет быть пробит. Вслед за ним пробьются все остальные, так как полное напряжение источника будет приложено к меньшему числу диодов. Для того чтобы уравнять -напря­ жения, действующие на зажимах диодов, и тем самым исклю­ чить возможность их пробоя, параллельно каждому из дио­

дов подключается шунтирующий резистор. Сопротивления шунтирующих резисторов имеют одну и ту же величину, ко­ торая выбирается из приблизительного расчета: один килоом на один вольт обратного напряжения.

Таким образом, к диодам, работающим в схемах выпрями­ телей, всегда предъявляются два основных требования:

1. Максимально допустимая амплитуда тока, на которую рассчитан диод, должна быть равна или больше амплитуды выпрямленного тока, протекающего в реальной схеме.

2. Максимально допустимая амплитуда обратного напря­ жения, на которую рассчитан диод, должна быть равна или больше амплитуды обратного напряжения, действующего в данной схеме выпрямителя.

116

ПРИНЦИП ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ

Целью техники радиосвязи является передача какой-либо информации (сообщения) на большие расстояния без про­ водов. Для осуществления передачи и приема информации используется система радиотехнических устройств, которая носит название линии радиосвязи. Рассмотрим работу такой линии связи применительно к источнику звуковой информа­ ции. Функциональная схема линии радиосвязи для передачи и приема звуковой информации приведена1па рис. 70.

Рис. 70. Функциональная схема линии радиосвязи для пере­ дачи звука

ПЕРЕДАЧА РАДИОСИГНАЛОВ. НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАТЧИКА. ПОНЯТИЕ О МОДУЛЯЦИИ

Первым звеном линии радиосвязи является микрофон — прибор, преобразующий звуковые колебания в электри­ ческие. Он располагается в специально оборудованном поме­ щении — студии, в которой находятся все источники ин­ формации, т. е. источники звуковых колебаний.

Уровень напряжения, полученного с выхода микрофона, весьма невелик (для динамического микрофона — единицы милливольт), и поэтому его приходится усиливать при помощи специальных микрофонных усилителей. Затем уси­ ленное напряжение звуковой частоты по кабелю из студии передается на передатчик (рис. 70).

Одной из главных частей передатчика является гене­ ратор высокой частоты (ГВЧ), назначение которого состоит в создании переменных напряжений и токов высокой часто­ ты. Эта частота носит название н е с у щ е й ч а с т о т ы и весьма точно поддерживается в передатчике, для чего в его схему введены специальные стабилизирующие устройства. Напряжение несущей частоты, полученное 'с выхода гене­ ратора, еще не содержит в себе полезной информации, и его нельзя использовать для передачи. При передаче звуковой

117

информации при помощи линии радиосвязи необходимо, чтобы колебания, изменяющиеся по закону звуковых частот, управляли колебаниями (несущей) частоты, создан­ ной ГВЧ передатчика. Такое управление колебаниями высо­ кой частоты при помощи колебаний низкой частоты называ­ ется м о д у л я ц и е й . Процесс модуляции производится при помощи устройства, которое называется м о д у л я т о ­ р о м , и является так же, как и ГВЧ, частью передающего устройства. Управляющие колебания низкой частоты носят название м о д у л и р у ю щ и х к о л е б а н и й .

Ранее было показано, что любая переменная синусои­ дальная величина (ток или напряжение) характеризуется тремя основными параметрами: амплитудой, частотой и фазой. Очевидно, чтобы модулировать колебания высокой частоты (несущие колебания), необходимо изменять по за­ кону модулирующего колебания хотя бы один из парамет­ ров несущего колебания: амплитуду, частоту или фазу. В соответствии с этим существует три способа модуляции: амплитудная, частотная и фазовая.

В радиовещании и телевизионном вещании используются амплитудная и частотная модуляции. Фазовая модуляция используется для специальных целей и в радиовещании не применяется.

При амплитудной модуляции (AM) по закону модули­ рующих колебаний изменяется амплитуда несущих колеба­ ний (рис. 71).

При частотной модуляции (4M) по закону модулирую­ щих колебаний изменяется частота несущих колебаний

118

(рис. 72). Как видно из рисунка, при частотной модуляции амплитуда частотно-модулированных колебаний остается постоянной, а изменяется только частота. Под воздействием модулирующего сигнала частота несущих колебаний откло­ няется от своего среднего значения то в одну, то в другую сторону. Этот процесс носит название д е в и а ц и и ч а с ­ т о т ы . Частотно-модулированный сигнал занимает в час­ тотном диапазоне определенный участок, причем ширина его оказывается во много раз больше, чем при амплитудной модуляции. Это является серьезным недостатком частотной модуляции, не позволяющим использовать ее в «узких» час­ тотных диапазонах (в диапазонах длинных, средних и даже коротких волн). Эффективное использование частотной моду­ ляции возможно только в диапазонах УКВ и СВЧ.

Положительным качеством частотной модуляции явля­ ется ее большая по сравнению с амплитудной модуляцией помехоустойчивость.

АНТЕННЫ. ИЗЛУЧЕНИЕ РАДИОВОЛН

После получения на выходе передатчика модулирован­ ных колебаний напряжения и тока возникает задача прев­ ращения энергии этих колебаний в энергию электромагнит­ ных колебаний (радиоволн). Эту задачу выполняет антенное устройство (антенна).

Теоретически электромагнитные колебания возникают вокруг каждого проводника, по которому протекает пере­ менный ток. Однако не всякая система проводников обла­ дает свойством эффективно излучать эти колебания в прост­ ранство. Можно показать, что колебательный контур обыч­ ного (достаточно малого) размера почти не излучает радио­ волн, так как электрические и магнитные поля, созданные противоположными сторонами одного и того же витка ка­ тушки, в любой точке пространства имеют противополож­ ные фазы и взаимно компенсируются. Для того чтобы контур начал излучать колебания, необходимо увеличить геомет­ рические размеры проводников контура, сделав их соизме­ римыми с длиной излучаемой волны, а также придать про­ водникам такую форму, при которой токи в них по отноше­ нию к окружающему пространству протекали бы в одном направлении. С этой целью преобразуем колебательный кон­ тур таким образом, чтобы соединительные проводники его

119