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

нему приходится стремиться для того, чтобы при помощи колебаний малой амплитуды получить в контуре колебания большой амплитуды.

Для того чтобы обеспечить состояние резонанса, в боль­ шинстве случаев приходится изменять частоту собствен­ ных колебаний в контуре при постоянной частоте источника. Для этого достаточно изменить один из параметров контура, т. е. емкость конденсатора или индуктивность катушки, тогда будет изменяться и частота собственных колебаний в контуре и, как принято говорить, контур будет н а с т р а ­ и в а т ь с я в р е з о н а н с с приходящими колебаниями. Чаще всего эта перестройка контура с одной частоты на дру­ гую производится путем изменения емкости конденсатора.

Для оценки качества колебательного контура введена

вкатушке или конденсаторе), и энергии, израсходованной

всопротивлении потерь этого контура за один период. Доб­

ротность равна отношению волнового сопротивления к сопротивлению потерь контура, т. е.

I

(42)

“оОп’

где гп — сопротивление потерь контура.

Если контур настроить в резонанс, то отношение вели­ чины контурного тока к величине тока, потребляемого от источника, также выражает добротность данного контура. Иными словами, при резонансе контурный ток больше то­ ка, потребляемого от источника, в Q раз.

Пусть на зажимы колебательного контура подано не­ которое напряжение от внешнего источника е, и контур потребляет от этого источника некоторый ток і. Следователь­ но, данный колебательный контур будет представлять собой для источника некоторое сопротивление. При расстройке контура (частота собственных колебаний контура не совпа­ дает с частотой тока источника) ток, потребляемый от ис­ точника, велик, а это означает, что сопротивление контура невелико. Чем меньше частота контура отличается от час­ тоты тока источника, тем меньше величина тока источника и тем больше сопротивление контура. При точном совпа­ дении обеих частот (резонанс) ток, потребляемый от источ­ ника, будет иметь наименьшую величину, а сопротивление

70

контура — наибольшее значение. Это наибольшее по вели­ чине сопротивление колебательного контура, соответствую­

Резонансное сопротивление контура Roe является важ­ нейшим параметром колебательного контура, наиболее пол­ но определяющим его качества. Забегая вперед, можно ска­ зать, что чем больше резонансное сопротивление контура, тем большее усиление обеспечивает усилительный каскад, в состав которого входит данный контур. Колебательный контур, элементы которого подсоединяются параллельно внешнему источнику, получил название п а р а л л е л ь ­ н о г о к о л е б а т е л ь н о г о к о н т у р а .

Резонансное сопротивление параллельного контура за­ висит от волнового сопротивления и от сопротивления потерь контура, т. е.

П п п

Здесь волновое сопротивление р выражено через оба пара­ метра контура L и С.

После преобразования получим:

(43)

Из последнего выражения видно, что резонансное сопро­ тивление контура зависит от всех трех параметров данного контура, т. е. от индуктивности катушки, емкости конден­ сатора и величины активного сопротивления потерь. Чем больше индуктивность катушки и чем меньше емкость кон­ денсатора и величина сопротивления потерь, тем больше резонансное сопротивление контура и тем выше его ка­ чество.

П О С Л Е Д О В А Т Е Л Ь Н Ы Й КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Соединив внешний источник переменной э.д.с. е, катушку

71

к о н т у р (рис. 37). В последовательном контуре так же, как и в параллельном, при определенных условиях проис­ ходит колебательный процесс, в ходе которого энергия из катушки индуктивности переходит в конденсатор и, наобо­ рот, из конденсатора в катушку. Для последовательного кон­ тура также справедливо понятие о волновом сопротивле­ нии р и добротности Q.

Однако между последовательным и параллельным коле­ бательными контурами имеются и некоторые различия, которые в основном сводятся к следующему:

тура.

2. В параллельном контуре его резонансное сопротивле­ ние имеет наибольшую величину. В последовательном кон­ туре его сопротивление для токов резонансной частоты будет иметь наименьшую величину.

3. Реактивные сопротивления параллельного и после­ довательного контуров всегда (за исключением случая ре­ зонанса) имеют противоположный характер. Можно дока­ зать, что если для частот ниже частоты резонанса /0 парал­ лельный контур имеет индуктивное сопротивление, то для этих же частот последовательный контур обладает емкостным сопротивлением. Для частот выше частоты /0 паралллельный контур имеет емкостное сопротивление, в то время как сопротивление последовательного контура на этих частотах является индуктивным. И лишь для одной единственной резонансной частоты /0 сопротивления обоих контуров име­ ют одинаковый, чисто активный характер.

72

ФИЛЬТРУЮЩИЕ СВОЙСТВА КОНТУРА

Подключим к колебательному контуру не один, а не­ сколько внешних источников э.д.с. (рис. 38). Их общий ток обозначен / ист.

Предположим, что все источники создают на контуре LC напряжения одинаковой амплитуды, но различных частот

fi> /2- /з> !і и / б - Пусть частота /3 совпадает с частотой собст­ венных колебаний контура /0, частоты f4 и fb больше /0, а

Рассмотрим процессы, происходящие в контуре, и по­ строим график изменения величины контурного тока /к в зависимости от частоты этого тока (рис. 39).

При протекании через контур тока от первого источника с частотой /1 в контуре возникают колебания неболь­ шой амплитуды и через контур протекает ток небольшой амплитуды, так как частота /4 много меньше частоты резо­

Поэтому амплитуда контурного тока для частоты /2 будет больше амплитуды тока с частотой f v

При протекании тока с частотой /3, равной частоте f0, наблюдается резонанс, при котором амплитуда контурного тока достигает максимальной величины. При протекании токов от четвертого и пятого источников с частотами /4 и /5 амплитуда контурных токов вновь начинает уменьшаться.

73

Из графика видно, что колебательный контур неодина­ ково реагирует на протекание через него токов различных частот. Некоторые из токов, частоты которых близки к час­ тоте /0, создают в контуре колебания большой амплитуды. Другие токи G частотами, далеко отстоящими от частоты /о, возбуждают в контуре колебания малой амплитуды. Мож­ но сказать, что колебательный контур является ф и л ь т р у ­

контурного тока от частоты внешнего источника, называ­ ется обычно р е з о н а н с н о й х а р а к т е р и с т и к о й

ч а с т о т . Теоретически колебательный контур будет про­ пускать колебания всех частот, начиная от самых низких и кончая бесконечно высокими. Однако из графиков и при­ веденных рассуждений видно, что некоторая область частот данным контуром выделяется и усиливается наиболее силь­ но, вто время как другие частоты практически подавляются.

В радиотехнике используются все частоты, наиболее полно выявленные (выделенные и усиленные) контуром, ам­ плитуда токов или напряжений которых превышает неко­ торый условный, но вполне определенный уровень колеба­ ний в контуре, и этот уровень определяет собой полосу пропускания частот. В качестве такого уровня выбрана ве­ личина, равная 0,7. Таким образом, полосой пропускания ча­ стот 2A.f колебательного контура называется та область частот тока внешнего источника, для которой амплитуда тока в контуре оказывается не меньше 0,7 от максимальной амплитуды (рис. 40). Частоты, для которых амплитуда контурного тока точно равна 0,7 от максимальной амплиту­ ды, называются нижней (/„) и верхней (/в) граничными час­ тотами полосы пропускания. Из рис. 40 видно, что полоса пропускания контура может быть выражена как разность этих частот, т. е.

2Л/ — fs — fa-

Для оценки частотно-избирательных свойств любой ко­ лебательной системы (в том числе и колебательного контура)

74

одного понятия полосы пропускания недостаточно. Так, на рис. 41 приведены резонансные характеристики двух коле­ бательных контуров, имеющих одну и ту же полосу про­ пускания 2А/. Однако частотная избирательность их раз­ лична: в контуре, имеющем характеристику 2, ослабление частот, находящихся за пределами полосы пропускания, происходит в большей степени, чем в контуре с характерис­ тикой /, и, таким образом, его избирательность выше. Сле­ довательно, величина частотной избирательности зависит от ф о р м ы резонансной характеристики данной колеба-

В контуре, имеющем такую идеальную характеристику, все частоты, находящиеся в пределах полосы пропускания, должны быть выделены и усилены в одинаковой степени, в то время как все остальные частоты совсем не должны усиливаться и должны быть полностью «подавлены» кон­ туром. Но такую характеристику на практике получить невозможно, и каждый контур наряду с основной (полез­ ной) областью частот (близких к резонансной частоте) про­ пускает и другие частоты, которые часто обусловливают собой определенные помехи.

Полоса пропускания колебательного контура в боль­ шой степени зависит от добротности этого контура. Чем больше добротность контура, тем лучше фильтрующие свой­ ства контура и тем уже его полоса пропускания. Наоборот,

75

чем меньше добротность контура, тем меньше его способ­ ность к отбору колебаний по их частоте и тем шире его полоса пропускания.

На рис. 42 приведены две резонансные характеристики для двух колебательных контуров, имеющих различные добротности. Из графиков видно, что у контура с боль­ шей добротностью (кривая 2), полоса пропускания уже, чем у контура с меньшей доброт­

ностью.

Полоса пропускания лю­ бого колебательного контура прямо пропорциональна резо­ нансной частоте /„ и обратно пропорциональна его доброт­ ности Q:

СИСТЕМЫ СВЯЗАННЫХ к о н т у р о в

В радиотехнике системой связанных контуров принято называть такую систему контуров, где возможна передача энергии из одного контура в другой. Существуют различные

ном расстоянии друг от друга и даже могут быть отделены металлическими экранами (на рис. 44 показаны пунктиром), но и между ними можно создать связь при помощи специаль­ ного конденсатора связи Ссв (рис. 44). Тогда эти контуры

76

Существуют системы связанных контуров, где элемен­ том связи служит активное сопротивление. Такая система

В практике наиболее часто используется магнитная или индуктивная связь между контурами, так как величина связи легко регулируется в широких пределах путем прос­ того изменения взаимного расположения катушек конту­ ров (при сближении катушек связь увеличивается, при

Рис. 44. Система свяРис. 45. Резонансные характеризанных контуров с стики системы связанных контуэлектрической связью ров: 1 — слабая связь; 2 — крити­ ческая связь; 3 — сильная связь

На рис. 45 показаны резонансные характеристики сис­ темы связанных контуров для различных случаев связи. Если эти кривые сравнить с резонансной кривой для оди­ ночного контура, то окажется, что форма резонансной ха­ рактеристики системы связанных контуров за счет большей крутизны боковых склонов более приближается к идеаль­ ной прямоугольной форме, чем форма характеристики оди­ ночного контура.

Из всего сказанного становится очевидным замечатель­ ное свойство системы связанных контуров, которое состоит

п у с к а н и я п р и л у ч ш е й ч а с т о т н о й и з б и р а ­

77

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Работа большинства радиотехнических устройств не мыс­ лима без применения в их схемах усилительных элементов, роль которых играют электронные лампы и полупроводни­ ковые приборы. Они выполняют в схеме самые различные функции. С их помощью производится усиление колебаний, преобразование одного вида сигналов в другой,генериро­ вание колебаний и т. д. Рассмотрим устройство и принцип работы этих электронных приборов.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

Электронная эмиссия. Катоды

Ранее было показано, что все тела в природе состоят из мельчайших частичек атомов, каждый из которых имеет положительно заряженное ядро и вращающиеся вокруг не­ го отрицательно заряженные электроны. Одни электроны расположены вблизи ядра и связаны с ним большими по величине внутренними силами притяжения, другие удале­ ны от ядра на большее расстояние и на них силы притя­ жения действуют в меньшей степени. Наконец часть элект­ ронов наиболее удалена от ядра и поэтому слабо связана с ним внутренними силами электростатического взаимодей­

они получат возможность, преодолев силы притяжения яд­ ра, выйти из объема тела в окружающее пространство. Такое излучение электронов с поверхности тела в окружа­ ющее пространство под воздействием внешнего источника энергии называется э л е к т р о н н о й э м и с с и е й .

Сообщить электронам дополнительную энергию можно несколькими способами, и в соответствии с этим существует несколько видов электронной эмиссии: электростатическая, термоэлектронная, фотоэлектронная и вторичная эмиссия.

В электровакуумной технике наиболее часто использу­ ется термоэлектронная эмиссия, которая возникает обычно при нагревании тела. Прибор, использующий термоэлект­

78

электронов при его нагревании, который называется к а- т о д о м .

Сначала катоды радиоламп изготавливались из тонкой вольфрамовой проволоки и нагревались током, потребляе­ мым от гальванических элементов. Затем для увеличения эффективности работы поверхность катодов стали покры­ вать тонким слоем другого металла (тория). В настоящее время катоды ламп покрываются слоем окислов щелочно­ земельных металлов — бария, стронция, кальция и др.

Лампы с катодом, изготовленным из тонкой проволоки, оказались непригодными для питания от сети переменного тока. Тонкая нить, обладающая малой тепловой инерцией, остывала в промежутках между импульсами тока, и эмис­ сия электронов происходила не непрерывно, а толчками, в такт с изменениями тока. Это приводило к тому, что на выходе приемника обнаруживался фон переменного тока. Поэтому для питания переменным током были разработаны

Обычно подогревный катод выполняется в виде метал­ лического цилиндра (трубки), на наружную поверхность которого нанесен слой окислов щелочноземельных металлов. Внутрь трубки вставляется подогреватель — проводник, свернутый в спираль. Через этот проводник, изолированный от катода, пропускается электрический ток, нагревающий проводник, а вместе с ним и металлическую трубку с на­ несенным на нее слоем окислов. При этом из активного слоя (слоя окислов) начинают излучаться электроны. По­

катода, имеется еще один электрод — анод, представляю­ щий собой пустотелый металлический цилиндр, огибающий катод (рис. 46). Оба электрода помещают в стеклянный (ке­ рамический или металлический) баллон, из которого отка­ чан воздух.

Для исследования свойств диода составим схему, пока­ занную на рис. 47. В этой схеме источник э. д. с. Еи служит

79