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

ннем отрицательного напряжения на первой сетке, скорость изме­

Рис. 2.244. Графики процессов в диодно-фантастронной управ­ ляющей схеме при наличии «левой» характеристики дискрими­ натора и условии, что / г > / м

ду анодом и экранирующей сеткой пентода, который ускоряется из­ менением потенциала третьей сетки. По мере роста тока ig2 потен­ циал третьей сетки понижается, это способствует уменьшению анод­ ного тока. В результате развивающегося лавинообразного процесса на третьей сетке пентода скачком возникает большое отрицатель­ ное напряжение и лампа мгновенно запирается по анодному току.

490

Напряжение на аноде скачком возрастает на величину Аи'г Потен­

Когда оно достигает величины отпирания лампы по третьей сетке, появляется анодный ток. Начинается процесс перераспределения электронов между анодом и экранирующей сеткой. Повышение по­ тенциала третьей сетки убыстряет его.

В результате развивающегося лавинообразного процесса анод­

ния лампы по первой сетке. Сразу после скачка напряжений проис­ ходит медленное уменьшение анодного напряжения по линейному закону. Указанные выше процессы повторяются с частотой поряд­ ка единиц герц.

Таким образом, в режиме поиска фантастрон периодически из­ меняет частоту колебаний клистронного гетеродина в значительных пределах. Управляющая схема ожидает поступления видеоимпуль­

дальнейшее повышение частоты гетеродина, так как напряжение на аноде фантастрона уменьшается. Поэтому возникшая промежуточ­ ная частота приемника возрастает.

Поскольку величина промежуточной частоты оказалась выше номинального значения, то на выходе дискриминатора появляются отрицательные видеоимпульсы. Они усиливаются видеоусилителем и становятся положительными (см. 1-й вариант на рис. 2.243), а на

491

грузке детектора, уменьшается. Только в начальный момент оно замедлит процесс разряда конденсатора С\ (показано в верхнем круге), а затем он продолжает разряжаться с прежней скоростью.

Когда «а достигает напряжения опрокидывания схемы, лампа запирается по анодному току и начинается быстрый заряд конден­ сатора С] . Напряжение на аноде быстро нарастает. Следствием этого является резкое понижение частоты гетеродина.

После обратного хода фа.нтастрона частота гетеродина / г снова начинает медленно возрастать. Теперь она ниже номинальной, и поэтому на нагрузке детектора напряжения практически нет*. Вме­ сте с ростом частоты гетеродина происходит повышение промежу­ точной частоты приемника, так как в рассматриваемом случае

В момент tz промежуточная частота достигает номинального значения и на нагрузке детектора снова появляется отрицательное напряжение. Оно весьма быстро нарастает (см. правый график на рис. 2.244), замедляя разряд конденсатора Сх (показано в нижнем круге). В это время через резистор R n протекают два тока: умень­ шающийся ток разряда конденсатора С\ и возрастающий более быстро ток детектора (постоянная составляющая тока лампы Л \ ) . По этой причине и происходит уменьшение скорости изменения на­ пряжений ugi и ыа-

усилитель постоянного напряжения. Из рис. 2.244 видно, что при остановке фантастрона промежуточная частота оказалась несколь­ ко выше своего номинального значения. Однако это отличие столь мало, что не имеет практического значения. Если же промежуточ­ ную частоту, приемника желательно иметь точно равной номиналь­ ному значению, то необходимо несколько понизить частоту настрой­ ки контуров дискриминатора.

Рассмотрим работу управляющей схемы АПЧ при скачкообраз­ ном изменении частоты колебаний магнетрона. При этом<будем счи­ тать, что отклонение частоты происходит в допустимых пределах.

Из рис. 2.244 видно, что в момент t* мгновенно понизилась ча­ стота магнетрона. В результате этого произошло резкое возраста­ ние промежуточной частоты (Л/пр = А/м). Однако это не привело к резкому изменению напряжения на первой сетке пентода, так как

тысяч пикофарад. Поэтому за время одного видеоимпульса напря­ жение на нем изменяется очень мало. Потребуется определенное время для его заметного нарастания.

Вот почему напряжения на первой сетке и на аноде пентода с момента it изменяются плавно. По такому же закону промежуточ-

* Это не совсем точно. Напряжение на резисторе R„ есть, но оно создается током разряда конденсатора С,.

492

мая частота После скачка приближается к номинальному значению.

Таким образом, в режиме слежения фантастрои следит за про­ межуточной частотой приемника, ие допуская ее длительного от­ клонения от номинальной величины. Аналогичные процессы проис-

?Г, Мш, Z975

Рис. 2.245. Графики процессов в диодио-фантастронной управ­ ляющей схеме при наличии «правой» характеристики дискрими­ натора н условии, что / r < f M

ходят при скачкообразном (.или плавном) повышении частоты маг­ нетрона.

Во многих радиолокационных станциях частота клистронного гетеродина выбирается ниже частоты магнетрона. В этом случае дискриминатор системы АПЧ должен иметь «правую» частотную характеристику (рис. 2.238,6).

493

Физические процессы в диодно-фантастронной управляющей схеме для данного случая изображены на рис. 2.245. В особенно­ стях приведенных графиков по сравнению с предыдущими читатель сможет разобраться самостоятельно.

Работа диодно-фантастронной управляющей схемы при неправильной настройке клистрона

В супергетеродинном приемнике прием полезных сигналов прин­ ципиально возможен при двух частотах колебаний гетеродина: когда / г = / м + / п р и когда / г = / м — / п р - Однако в приемнике, имеющем систему АПЧ с диодно-фантастронной управляющей схемой, толь­ ко одна из указанных частот гетеродина является правильной.

При «левой» характеристике дискриминатора системы АПЧ ча­ стота колебаний гетеродина должна быть выше частоты колебаний магнетрона. При «правой» характеристике дискриминатора частота колебаний гетеродина должна быть ниже частоты колебаний маг­ нетрона. Работа системы АПЧ для данных случаев была иллюстри­ рована графиками, изображенными на рис. 2.244 и рис. 2.245.

Если же при «правой» характеристике дискриминатора частота колебаний гетеродина окажется выше частоты колебаний магне­ трона, то приемник будет сильно расстроен и его чувствительность будет очень низкой. В этом случае дальность действия радиолока­ ционной станции значительно сокращается. При этом предпола­ гается, что переходная частота дискриминатора равна номинальной промежуточной частоте приемника (контуры дискриминатора на­ строены правильно).

Для пояснения сказанного на рис. 2.246 приводятся графики фи­ зических процессов в диодно-фантастронной управляющей схеме при неправильной настройке клистрона.

До включения магнетрона фантастран работает как генератор линейно падающего напряжения и частота колебаний гетеродина изменяется по пилообразному закону. Радиоимпульсов на входе

отрицательное напряжение, замедляющее процесс разряда конден­ сатора С\. Но напряжение ыд е т уменьшается (см. правый график) и разряд конденсатора С\ продолжается (показано в круге). Про­ исходит это потому, что уменьшение анодного напряжения фантастрона сопровождается повышением частоты гетеродина, а следо­ вательно, и промежуточной частоты приемника, так как в данном

494

щим. Оно все более замедляет процесс разряда конденсатора С ь а в момент t3 полностью его прекращает. С этого момента промежу­ точная частота приемника постоянна, но ее величина значительно

Рис. 2.246. Графики процессов в диодно-фаитастронной

управляющей схеме при наличии «правой» характеристики дискриминатора и условии, что />>/м- В данном случае система А П Ч работает неправильно

ли напряжения промежуточной частоты приемника (основного ка­ нала и канала системы АПЧ) будут сильно расстроены относитель­ но полезных сигналов. Следовательно, приемник не сможет прини­ мать слабые сигналы, а прием сильных сигналов будет происходить с большими частотными искажениями.

495

Аналогичные процессы получаются и в том случае, когда дискри­ минатор системы АПЧ имеет «левую» характеристику, а частота гетеродина / r < f M .

4. Схема абсолютной системы АПЧ

Распространенный вариант схемы абсолютной системы АПЧ изображен на рис. 2.247. Эта схема поддерживает постоянной ча­ стоту гетеродина приемника и поэтому часто называется схемой стабилизации частоты клистрона (СЧК).

F3 8 ^ 1000 вц

'мод

Рис. 2.247. Схема абсолютной системы АПЧ

Элементами схемы СЧК являются: клистронный гетеродин, эта­ лонный объемный резонатор, амплитудный детектор, усилитель на­ пряжения низкой частоты, фазовый детектор, управляющий каскад (фаитастрон), генератор напряжения низкой частоты (ГННЧ).

Из схемы видно, что клистрон находится под воздействием фан­ тастрона и генератора напряжения низкой частоты. В ГННЧ соз-

496

ная модуляция высокочастотных колебаний, генерируемых кли­ строном. Девиация частоты клистрона постоянна и значительно меньше полосы пропускания эталонного резонатора (в десятки раз).

Фантастрон может работать в режиме поиска и в режиме сле­

ражателе клистрона, а следовательно, и генерируемую им частоту

на частоту, которую должен генерировать клистрон. Связь между клистроном и эталонным резонатором может осуществляться при помощи коаксиального фидера или волновода.

Когда частота клистрона / г оказывается близкой к частоте на­ стройки эталонного резонатора, то в нем возникают вынужденные колебания. Эти колебания модулированы по частоте. Поэтому амплитуда колебаний, возбуждаемых в эталонном резонаторе, из­ меняется по такому же закону (рис. 2.243).

Амплитудно-модулированиые колебания из эталонного резона­ тора подаются на вход амплитудного детектора. На нагрузке де­ тектора создается синусоидальное напряжение низкой частоты. На­ зовем его напряжением ошибки, так как его наличие свидетель­ ствует о том, что частота колебаний, генерируемых клистроном, отличается от частоты настройки эталонного резонатора. Амплиту­ да напряжения ошибки медленно изменяется по мере повышения частоты клистрона, которое происходит под воздействием фанта­ строна.

Выделяемое напряжение ошибки усиливается реостатным уси­ лителем и подается на анод лампы фазового детектора. В нашем примере УННЧ имеет нечетное число .каскадов. Поэтому напряже­ ние на его выходе находится в противофазе с напряжением на входе.

Независимо .от наличия напряжения ошибки его величины и фазы (а она может изменяться на 180°) на сетку лампы фазового детектора непрерывно подается синусоидальное напряжение от ГННЧ с постоянной амплитудой порядка десятков вольт. Оно на­ зывается опорным напряжением, так как с его фазой сравнивается

497

1 1

I I

Девиация часто ты гетеродина

А ?гманс постоянна

I Йулр=0

Рис. 2.248. Процесс образования напряжения ошибки и управ­ ляющего напряжения в схеме абсолютной системы АПЧ

Поскольку на фантастрон никакого влияния не оказывается, то он, работая в автоколебательном режиме как генератор пилообраз­ ного напряжения, продолжает медленно повышать частоту колеба­ ний клистрона.

Когда частота клистрона становится выше частоты настройки эталонного резонатора (правая половина графиков на рис. 2.248), происходит изменение фазы напряжения ошибки на 180°. Усилен­ ное напряжение ошибки оказывается в фазе с опорным напряже­ нием. При этом условии лампа фазового детектора работает в ре­ жиме диода.

498

При положительном полупериоде усиленного 'напряжения ошиб> ки лампа фазового детектора является проводящей, а при отрица­ тельном — она заперта. Следовательно, при частоте клистрона бо­ лее высокой, чем частота настройки эталонного резонатора, фазо­ вый детектор представляет собой .обычный диодный детектор с па­ раллельным включением сопротивления нагрузки. Ввиду этого на

Зависимость амплитуды усиленного напряжения ошибки и ве­ личины управляющего .напряжения от частоты колебаний клистро­ на показана на рис. 2.249. Из приведенных характеристик видно, что напряжение ошибки получается только при наличии вынужден­ ных колебаний в эталонном резонаторе, за исключением одного случая, когда частота этих колебаний совпадает с частотой на­ стройки резонатора. Максимальная величина напряжения ошибки возможна при двух частотах гетеродина, симметричных относитель­ но частоты собственных колебаний эталонного резонатора. Любое

499