книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

следствием того, что кварц в ней шунтируется сопротивлением утечки Rg и участком сетка — катод лампы. Это снижает доброт­ ность кварца, от которой зависят его эталонность и фиксирующая способность. Вторая схема имеет тот недостаток, что кварц в ней находится под суммарным переменным напряжением сетки и ано­ да и при выходных мощностях больше одного ватта может разру­ шиться. Поэтому схема с кварцем между сеткой и катодом лампы

коллектором и базой и между коллектором и эмиттером. Схема с кварцем между коллектором и базой приводится к емкостной трехточке, а схема с кварцем между коллектором и эмиттером — к ин­ дуктивной трехточке. Более широкое применение получили схемы с включением кварца между коллектором и базой. В схемах с кварцем, включенным между коллектором и эмиттером, доброт­ ность кварца снижается вследствие шунтирования кварца выход­ ным сопротивлением транзистора и сопротивлением RK. Схемы автогенераторов с включением кварца между базой и эмиттером не применяются из-за сильного шунтирующего действия малого входного сопротивления транзистора, резко снижающего эквива­ лентную добротность кварца, а следовательно, и стабильность ча­ стоты генерируемых колебаний.

Недостатком осцилляторных схем кварцевых автогенераторов является трудность выполнения условий самовозбуждения на гар­ мониках кварца. Дело в том, что наличие емкости кварцедержате-

90

ля Со существенно сужает интервал частот, в пределах которого

ляет одно из плеч моста, включаемого в цепь обратной связи ге­ нератора (рис. 1.66). Емкость кварцедержателя С 0 нейтрализуется

п ч

ЕЛ' е - =т= ЕК

7 +

Рис. 1.65. Осцилляторные схемы кварцевых автогенераторов на транзи­ сторах:

при этом специальным нейтродинным конденсатором CN, включае­ мым в другое плечо моста. При балансе моста обратная связь от­ сутствует. На частотах же, близких к собственной резонаноной

Рис. 1.66. Мостовые схемы кварцевых автогенераторов:

91

В транзисторной схеме (рис. 1.66,6) сопротивления REl, RB2 и Rs осуществляют отрицательную обратную связь по напряжению и

возбуждению на частотах, существенно отличающихся от резо­ нансных частот кварца. Однако при тщательном выполнении мо­ стовые схемы кварцевых автогенераторов дают весьма высокую стабильность частоты (порядка 0,0001—0,00001%).

ров, поскольку собственная частота' кварцевой пластины опреде­ ляется ее геометрическими размерами; в диапазонных кварцевых автогенераторах колебания рабочей частоты получаются либо пу­ тем умножения, деления и преобразования частоты колебаний опорных кварцевых калибраторов, либо с помощью вспомогатель­ ного генератора, частота которого с помощью автоподстройки ча­ стоты стабилизируется по опорным кварцевым калибраторам;

—невозможность использования кварца для стабилизации ча­ стоты на волнах короче 20—25 м, так как с укорочением длины волны должна уменьшаться толщина кварцевой пластины; так, на­ пример, на волне Х==20 м пластина должна иметь толщину около 0,2 мм. Такие тонкие пластины трудно изготовить, и при колеба­ ниях они легко разрушаются, поэтому на УКВ кварц может быть использован лишь в режиме умножения частоты;

—невозможность применения кварцевой стабилизации в мощ­ ных автогенераторах, так как при плотности тока, превышающей десятые доли миллиампер на квадратный миллиметр, кварцевые

пластины разрушаются.

§ 7. КЛИСТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

1. Пролетный клистрон

Клистронные генераторы используются для генерирования, усиления и умножения частоты в диапазоне сантиметровых и де­ циметровых волн. Действие их основано на управлении электрон­ ными пучками по скорости.

Простейшая схема двухрезонаторного клистронного усилителя показана на рис. 1.67. В схему входят вакуумный прибор, внеш­ ние части двух резонаторов и источники питания. В баллоне ва­ куумного прибора расположены подогревный катод /, управляю­ щий 2 и ускоряющий 3 электроды, все вместе образующие элек­ тронную пушку, две пары сеток и коллектор 8. Сетки входят в объемные резонаторы в качестве обкладок конденсатора. Они выполнены из микронной проволоки и являются прозрачными для потока электронов и непрозрачными для электрического поля, т. е. высокочастотное электрическое поле можно считать локализован­ ным в пространстве между сетками. Ускоряющий электродобычно

92

электронов луча. Усиливаемый сигнал вводится во входной резо­ натор, а усиленный сигнал снимается с выходного резонатора. Оба резонатора могут перестраиваться в некотором диапазоне частот.

9

а—

Для регулировки тока луча и выходной мощности на управ­

Принцип действия пролетного клистрона состоит в следующем.

на по всей длине луча. Все электроны падают на коллектор с оди­

93

Если на вход усилителя подан сигнал, то между сетками вход­

энергия пролетающих через сетки электронов. Будем считать, что расстояние между сетками / мало и каждый электрон пролетает его за очень малую долю периода. Пролетая сетки резонатора в

Рис 1.68. Пространственно-временная диаграмма полета электронов в двухрезонаторном клистроне

Таким образом, под действием входного сигнала происходит модуляция (изменение) скоростей электронов в луче.

В положительный полупериод, когда высокочастотный потен­ циал сетки g2 выше потенциала сетки g\, электроны ускоряются (v>V), а в отрицательный полупериод замедляются (y<V) . Knep - вой сетке резонатора электроны подлетают равномерно, поэтому количество ускоренных и замедленных электронов одинаково. Сле­ довательно, источник входного сигнала не расходует мощность на модуляцию скорости электронов. Величина нагрузки на источник входного сигнала определяется лишь потерями во входном резо­ наторе.

94

В пространстве группирования, т. е. между сетками g2 и g3, мо­ дуляция скорости электронов луча превращается в модуляцию плотности. Происходит это потому, что «быстрые» электроны до­ гоняют «медленные». В результате образуются сгустки и разре­ жения электронов. Наглядно это можно показать на простран­ ственно-временной диаграмме (рис. 1.68). В пространстве группи­ рования электроны движутся с постоянными скоростями, поэтому графиками их пути являются прямые линии, наклон которых к оси

Сетки выходного резонатора располагаются на таком расстоя­ нии от сеток входного резонатора, чтобы в них входили наиболее плотные сгустки электронов.

Через сетки выходного резонатора проходит пульсирующий по­ ток электронов, т. е. пульсирующий конвекционный ток. Первый же сгусток электронов, прошедший через сетки выходного резо­ натора, возбуждает в нем колебания. Если выходной резонатор настроен на частоту сигнала, то сгустки электронов будут тормо­ зиться высокочастотным полем резонатора, при этом кинетическая

Простейший двухрезонаторный усилительный клистрон харак­ теризуется невысоким к. п. д. Это объясняется отсутствием фоку­ сирующей системы. Поэтому происходит поперечное расширение луча, перехват электронов луча сетками и недостаточное группи­ рование электронов.

В целях получения высокого к. п. д. в конструкцию клистрона

95

Для управления потоком электронов используется не один, а несколько последовательно расположенных вдоль трубки дрейфа резонаторов и соответственно несколько пространств группирова­ ния. В многорезоматорном клистроне удается получить высокую плотность электронов в сгустках и большой импульс наведенного в выходном резонаторе тока, т. е. большую выходную мощность. Уровень выходной импульсной мощности многорезонаторных кли­ стронов в настоящее время равен десяткам мегаватт, а к. п. д. до­ стиг 50%. Коэффициент усиления по мощности бывает порядка десятков децибел.

Применение умножнтельных клистронов позволяет создавать на СВЧ многокаскадные передающие устройства, в которых за­ дающий генератор работает на более низких частотах и низком уровне энергии. Это обеспечивает высокую стабильность частоты.

2. Отражательный клистрон Н а з н а ч е н и е и у с т р о й с т в о

Отражательный клистрон является маломощным автогенерато­ ром сантиметровых волн. По диапазону рабочих частот клистроны бывают узкодиапазонные и широкодиапазонные. Узкодиапазонные

96

маломощные клистроны используются в качестве гетеродинов в приемниках сантиметровых волн, работающих на фиксированной

10 вт) используются в передатчиках радиорелейных линий. Ши­

рабочую волну осуществляется винтами или плунжерами. В метал­

Как генератор отражательный клистрон характеризуется двумя особенностями. Во-первых, его КПД 0|чень мал и лежит в преде­ лах 0,03—3%. Это не позволяет использовать его в качестве мощ­ ного генератора, но не является препятствием для использования в качестве маломощного генератора. Во-вторых, отражательный клистрон может до 107 раз в секунду изменять частоту при изме­ нении напряжения на отражателе. При этом мощность, расходуе­ мая на управление частотой, меньше, чем при любом другом •способе.

Отражательный клистрон был изобретен В. Ф. Коваленко в

.1940 г.

Рис. 1.72. Схема питания отражательного кли­ строна

движущихся от катода к отражателю. Ускоряющее поле действует

ным по плотности потоком. Ускоряющее поле сообщает электро­ нам кинетическую энергию; они пролетают сетки резонатора и по инерции движутся к отражателю.

98