книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]
.pdfВ |
этом |
уравнении |
|
|
|
|
|
|
|
|
л-(-%-)'-,• а - ( £ ) ' • |
С ш £ + и 9 |
. |
- |
(1.66) |
||||
где |
р — волновое сопротивление контура; |
|
|
|
|
||||
|
Q9 — добротность |
контура (с учетом |
воздействия на нее |
||||||
|
следующего каскада и цепи сетки лампы |
автогенера |
|||||||
|
|
тора); |
|
|
|
|
|
|
|
|
~Y—коэффициент |
включения |
контура в анодную |
цепь |
|||||
|
лампы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Автотрансформаторную обратную |
связь |
удобно |
применять в |
||||||
тех случаях, |
когда контурная |
катушка выполняется |
с |
однослой |
|||||
ной намоткой и имеет не менее |
10—20 витков. При меньшем |
числе |
витков трудно осуществлять плавную регулировку обратной связи. Вариант схемы автогенератора с последовательным анодным
питанием изображен на рис. 1.38,6.
Основное достоинство автотрансформаторной обратной связи заключается в ее простоте и возможности использования в диапа зоне весьма высоких радиочастот. Основной недостаток рассмо
тренных |
схем |
состоит в том, что нельзя заземлить |
ротор |
конден |
||
сатора настройки. |
|
|
|
|
||
Схему |
автогенератора |
с |
автотрансформаторной |
обратной |
||
связью часто |
называют «индуктивной трехточкой». |
|
|
|||
|
4. Автогенератор с емкостной обратной связью |
|
||||
Емкостная |
обратная |
связь |
в автогенераторе |
осуществляется |
при помощи емкостного делителя контурного напряжения. Это означает, что элементом обратной связи является один из конден саторов контура, число которых должно быть не менее двух. Кон
тур |
подключается к усилительному прибору тремя точками и схе |
ма |
является трехточечной. Ее называют «емкостной трехточкой». |
В такой схеме нагрузкой усилительного прибора является парал лельный контур третьего вида.
На рис. 1.39 приведен вариант схемы емкостного автогенера тора. Непосредственно из нее видно, что фазовое условие самовоз буждения выполнено. Определим амплитудное условие самовозбу ждения.
В данной схеме коэффициент обратной |
связи |
|
|||||
|
|
|
|
/ |
. — ] — |
|
|
А 0 . |
_ |
Umg |
_ |
|
"o'bg |
|
(1.67) |
С — |
it |
— |
/'тс |
1 |
|
||
|
|
'-'та |
|
~ ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
ш0 -с.а |
|
|
Для получения |
режима |
колебаний |
второго |
рода необходи |
|||
мая величина коэффициента |
|
обратной |
связи |
определяется по |
|||
6Q |
|
|
|
|
|
|
|
формуле (1.60). Поэтому требуемая |
величина |
емкости Се |
|
равна |
|
|
|
^ т р е б " ^ |
г - ^ |
• |
(1.68) |
В этом уравнении
Q
где - 7 г — коэффициент включения контура в анодную цепь лампы.
Рис. 1.39. Схема емкостного трехточечного авто генератора
Очевидно, что емкость контура
Настройка контура емкостного автогенератора может произво диться изменением индуктивности Ьк. Для этой цели она должна выполняться в виде вариометра. На практике так делается до вольно часто. Можно также применить специальный конденсатор настройки. К сожалению его ротор в рассмотренной схеме зазем лить нельзя. Это обстоятельство является недостатком.
Заметим, что в емкостном автогенераторе с анодным контуром ячейка смещения может быть только параллельной.
Емкостную обратную связь удобно применять в тех случаях, когда катушка контура не имеет отводов. Обычно это имеет место при малом числе витков, а также при многослойной намотке кон турной катушки. Автогенераторы с емкостной обратной связью успешно применяются не только на коротких волнах, но и в диа пазоне УКВ. _ '
61
5. Автогенератор с катодным контуром
На рис. 1.40, а изображена схема трехточечного автогенератора с контуром в цепи катода лампы. Обратная связь в ней автотранс форматорная. Анод лампы заземлен по переменному напряжению. Это означает, что между анодом и землей напряжение постоянно.
Напряжение обратной связи подается на сетку лампы с индук
тивности L g . |
Оно противофазио переменному |
анодному |
напряже |
нию, которое |
действует на индуктивности L a . |
Анодное |
питание в |
|
г |
в |
|
Рис. 1.40. Схемы трехточечных автогенераторов |
с контуром |
в цепи |
|
|
Катода лампы |
|
|
рассматриваемой |
схеме последовательное, а |
ячейка |
автоматиче |
ского смещения |
параллельная. |
|
|
На рис. 1.40,6 изображена схема автогенератора с параллель ным анодным питанием. В этой схеме цепи постоянного и перемен ного анодных токов разделены. Данный вариант схемы не имеет особых преимуществ по сравнению с предыдущей схемой и поэтому применяется сравнительно редко.
На рис. 1.40, в показана схема на пентоде. Она выполнена с последовательным анодным питанием и последовательной ячейкой
автоматического смещения. Если нижнюю обкладку |
конденсатора |
|||
Cg2 |
отсоединить |
от катода и соединить с землей, то |
пентод будет |
|
работать в триодном режиме. В |
этом случае лампа |
обладает ха- |
||
- рактеристиками |
и параметрами |
триода. |
|
|
|
На рис, 1.40,г |
показан вариант схемы автогенератора, в кото- |
ром напряжение обратной связи снимается с емкостного делите ля С]С2 . Следовательно, обратная связь здесь емкостная. Анодное питание в этой схеме может быть только параллельное. Ячейка смещения показана параллельной, но ее можно выполнить и после довательной. Такую схему целесообразно применять в тех случаях,
когда |
конструкция |
катушки L K |
не |
позволяет сделать выводы от |
||
части |
ее витков. |
|
|
|
|
|
Емкость контура в этой схеме складывается из емкости конден |
||||||
сатора |
настройки |
Ск .н и |
результирующей |
емкости конденсаторов |
||
делителя |
п |
р |
I |
|
|
|
|
|
С]-Со |
|
|||
|
|
W — W. н 1 - с, + С2 * |
|
|||
Очевидно, что |
коэффициент |
обратной |
связи |
к= —
°-с — С] "
Это отношение должно превышать критическую величину. Основное достоинство любого автогенератора с катодным кон
туром заключается в заземленном роторе конденсатора настрой ки. Благодаря этому исключено влияние руки оператора на ча стоту генерируемых колебаний. Хорошо так же и то, что на эле
ментах контура нет высокого постоянного |
напряжения (при лю |
||
бой схеме анодного питания). |
|
|
|
Обратим внимание, что во всех трехточечных |
автогенераторах |
||
между электродами лампы «катод — сетка» и |
«катод — анод» |
||
включены реактивности одного |
знака, а |
между электродами |
|
«анод — сетка» противоположного. |
Только |
в этом |
случае выпол |
няется фазовое условие самовозбуждения, т. е. в автогенераторе получается положительная обратная связь. Это есть общее пра
вило для составления любой трехточечной схемы |
автогенератора. |
В заключение заметим, что в автогенераторах |
следует отдавать |
предпочтение схеме последовательного питания и последователь ной ячейке автоматического смещения, так как в этом случае ста бильность частоты генерируемых колебаний получается выше.
Если же необходимо применить параллельную ячейку автосме щения,- а резистор Rg имеет небольшое сопротивление, то последо вательно с ним следует включить дроссель высокой частоты. Его междувитковая емкость должиа быть незначительной.
6. Двухконтурный автогенератор с электронной связью
между контурами
В войсковых радиостанциях связи широкое применение полу чила схема автогенератора, изображенная на рис. 1.41. Ее предло жил советский ученый Б. К. Шембель. Схема Шембеля представ ляет собой сочетание автогенератора с усилителем мощности.
Возбуждение колебаний происходит в контуре LyCu |
который |
подключен к первым трем электродам лампы: катоду, |
управляю- |
63
щей сетке и экранирующей сетке. Он называется внутренним кон туром генератора. Экранирующая сетка выполняет роль анода лам'пы возбудителя. Она заземлена по высокой частоте. Таким об разом, возбудитель собран по трехточечной схеме. Трехточка мо жет быть индуктивной (рис. 1.41, а) или емкостной (рис. 1.41,6). Возбудитель работает даже при отключенной цепи анода.
Частота генерируемых колебаний в основном определяется па раметрами внутреннего контура генератора. В схеме 1.41, а она равна
(1.71)
2* VLiCi
Поскольку возбудитель работает, то на управляющей сетке лампы действует переменное напряжение частоты /о.
<*—гт-
с в 2 Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/Чг06 |
/4г?к |
|
i |
>гН И |
|
||||
Рис. 1.41. |
Два |
варианта |
схемы |
двухконтурного |
автогенератора |
||||
|
с электронной |
связью |
между контурами: |
|
|
||||
а — генератор |
с параллельным |
питанием |
по |
внешнему контуру, |
последова |
||||
тельным питанием по внутреннему контуру и |
параллельной ячейкой |
автома |
|||||||
тического смещения; б — генератор с последовательным |
питанием |
по |
внеш |
нему контуру, параллельным питанием по внутреннему контуру и последо - тельной ячейкой автоматического смещения
При замкнутой цепи анода в ней протекает импульсный ток. Каждая гармоника анодного тока протекает через контур ЦСХ и контур L2C2. Контур L2C2 называется внешним контуром генера тора. Его можно настроить на частоту любой гармоники и получить
в анодной цепи лампы режим |
усиления или умножения |
частоты. |
В схеме, изображенной на |
рис. 1.41, с, постоянная |
составляю |
щая анодного тока не проходит через внешний контур, а проходит через часть катушки внутреннего контура. Поэтому в данной схе
ме питание |
анодной цепи |
параллельное |
относительно |
внешнего |
контура и последовательное |
относительно |
внутреннего контура. |
||
В схеме, |
изображенной |
на рис. 1.41,6, |
постоянная |
составляю |
щая анодного тока проходит только через внешний контур. В этой схеме питание анодной цепи последовательное относительно внеш него контура и параллельное относительно внутреннего контура. Возможны и другие комбинации анодного питания генератора.
64
Если внешний контур |
настроен |
на |
частоту |
первой гармоники |
||||||||
тока, то напряжение на |
нем имеет |
амплитуду |
|
|
|
|||||||
|
|
|
£Лик2 = |
Anal • Р2 * <?2> |
|
|
(1-72) |
|||||
где |
/ m a ' i — амплитуда |
первой гармоники анодного |
тока; |
|||||||||
|
р2 —волновое сопротивление внешнего контура; |
|||||||||||
|
Q2 — добротность |
|
внешнего |
контура |
с учетом |
вносимого со |
||||||
|
противления |
из |
антенны. |
|
|
|
|
|
||||
Напряжение между точками аб внутреннего контура имеет ам |
||||||||||||
плитуду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£/«1 = |
(/«.1 + /я С Й ,)-/>?Р1<Э1, |
|
|
С 1 - 7 3 ) |
||||||
где |
Im{g), |
— амплитуда |
первой |
гармоники |
тока |
экранирующей |
||||||
|
|
сетки. Обычно Im(g)i |
= (0,15-5-0,25) |
/ m a |
i . |
|||||||
Р\ — —Г-—коэффициент |
включения |
внутреннего |
контура гене- |
|||||||||
|
|
ратора |
в |
катодную цепь |
лампы; |
|
|
|||||
|
Pi — волновое |
|
сопротивление |
внутреннего |
контура; |
|||||||
|
Q] —добротность внутреннего контура. |
|
|
|||||||||
Напряжение на всем внутреннем контуре имеет амплитуду £ / ш к 1 = |
||||||||||||
Мощность, выделяемая во внешнем контуре, равна |
||||||||||||
|
|
|
Рк% = |
~2~ ^тЛ ' УткЪ- |
|
|
|
0-74) |
||||
Мощность, |
выделяемая во внутреннем контуре, равна |
|||||||||||
|
|
Рк1 = |
} |
( |
и + / в й ) 1 ) - и 1 ) 1 , . |
|
|
(1.75) |
||||
Из |
схемы |
видно, что |
мощность |
Рк\ |
нагревает |
детали контура, |
вызываяувеличение их размеров. В результате этого происходит изменение частоты генерируемых колебаний. Поэтому необходимо
выбирать параметры контуров так, чтобы РК2^>РК1-Обычно |
полу |
|||
чают |
Р к 2 = (З-т-8) р к \ . |
|
|
|
Мощность, забираемая от источника анодного питания, |
равна |
|||
|
|
Л, = (/аО + / ( й |
о ) - £ а , |
(1-76) |
где |
/ а 0 — постоянная |
составляющая |
анодного тока; |
|
|
/( g .) 0 ^-постоянная |
составляющая |
тока экранирующей |
сетки. |
Обычно
/ ( г ) 0 = (0,154-0,25). /а 0 .
Коэффициент полезного действия генератора по внешнему кон туру
^ в н е ш и ~ |
р • |
(1.77) |
3—869 |
6 |
5 |
Коэффициентом обратной связи в схеме Шембеля называется отношение
(1.78)
|
|
|
t |
|
Рис. 1.42. Графики физических процессов, |
происходящих |
|
|
в схеме двухкоитурного автогенератора |
с электронной |
|
|
|
связью между контурами |
|
Обычно Ко.с бывает равен или несколько больше единицы. Это |
|||
означает, |
что точка |
с на внутреннем контуре генератора находит |
|
ся либо |
в середине |
катушки L u либо несколько ниже. Угол отсеч |
ки анодного тока лампы выбирается в пределах 60—80°, а режим недонапряженный.
66
Графики физических процессов, происходящих в генераторе Шембеля, изображены на рис. 1.42.
7. Транзисторные автогенераторы
Транзисторные автоколебательные генераторы (ТАГ) рабо тают по тому же принципу, что и ламповые. Несмотря на это схе
мы ТАГ имеют |
две специфические особенности. |
|
1. Смещение |
на базу транзистора обычно бывает комбиниро |
|
ванным. Оно осуществляется при помощи делителя |
напряжения |
|
коллекторного питания (фиксированное смещение) и |
за счет по- |
Рис. 1.43. |
Схема |
автогенератора |
|
Рис. 1.44. Схема автогенератора с авто- |
|
с трансформаторной обратной связью |
трансформаторной |
обратной связью и |
|||
н комбинированным |
смещением |
|
комбинированным смещением |
||
стоянной |
составляющей тока |
базы или эмиттера |
(автоматическое |
смещение). Необходимость в комбинированном смещении выте кает из особенностей транзисторов, которые бывают отперты при прямом и заперты при обратном напряжении на эмиттерном пере ходе.
2. Коэффициент включения контура в цепь коллектора значи тельно меньше аналогичного коэффициента в ламповых схемах.
Слабая связь контура с выходной цепью транзистора необхо дима по двум основным причинам:
— для получения оптимального режима транзисторного авто генератора требуется иметь эквивалентное сопротивление контура
меньшее, чем |
в ламповой схеме (обычно порядка сотен |
ом); |
— частота |
колебаний, генерируемых в ТАГ, сильно |
зависит от |
нестабильных емкостей р-п переходов транзистора и эту зависи
мость |
желательно |
ослаблять. |
на транзисторах р-п-р с об |
Типовые схемы |
автогенераторов |
||
щим |
эмиттером изображены на рис. |
1.43, 1.44 и 1.45. |
|
3* |
|
|
67 |
В этих схемах при включении питания на эмиттерном переходе возникает небольшое прямое (отрицательное) напряжение. Оно создается на резисторе R[ током делителя. Тем самым обеспечи вается процесс инжекции дырок из эмиттера в базу. Практически одновременно происходит возбуждение автогенератора и появ ляется пульсирующий ток базы ia, вытекающий из транзистора. Постоянная составляющая этого тока Ыо проходит через рези стор i ?3 и создает на нем положительное смещение. По мере нара стания амплитуды колебаний результирующее смещение на базе постепенно уменьшается до нуля, а затем становится обратным по знаку, т. е. положительным.
Рис. 1.45. Схема автогенератора с |
емкостной обратной связью |
и комбинированным |
смещением |
Таким образом, фиксированное смещение (при помощи резисто ров # i и R2) обеспечивает надежное самовозбуждение ТАГ, а ав томатическое смещение (при помощи резистора /?3) осуществляет перевод возбудившегося автогенератора в режим колебаний вто рого рода. Обычно в установившемся режиме угол отсечки кол лекторного тока бывает 60—80°. Следовательно, ТАГ работают в режиме класса С.
§5. АВТОГЕНЕРАТОРЫ УКВ
1.Особенности ламп, контуров и схем автогенераторов УКВ
Для повышения частоты колебаний, генерируемых автогенера тором, необходимо уменьшать емкость и индуктивность его коле бательной системы. Поэтому в диапазоне УКВ наружные (внеш ние) реактивности, подключенные к обычной лампе, оказываются одного порядка с ее внутренними реактивностяыи. В этих усло виях колебательная система автогенератора получается многокон-
68
турной. Она |
состоит |
из |
многих |
реактивных |
элементов, |
соединен |
|||||||
ных между |
собой |
сложным |
образом. |
|
|
|
|
||||||
|
На рис. 1.46 приведена схема |
автогенератора |
УКВ, |
выполнен |
|||||||||
ная |
на |
обычном триоде. |
На |
схеме показаны междуэлектродные |
|||||||||
емкости лампы Cag, |
CgK |
и С а к , |
а также индуктивности |
выводов |
|||||||||
ее |
электродов L a , |
L g и L K |
. Наружные |
реактивности с сосредото |
|||||||||
ченными параметрами, |
подключенные |
к |
лампе, обозначены L H |
||||||||||
и С„. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретический |
анализ |
|
столь сложной схемы весьма труден. |
|||||||||
Даже |
качественная |
оценка |
влияния отдельных |
элементов схемы |
|||||||||
на |
ее |
работу |
затруднительна |
и |
неопределенна. |
Эксперименталь- |
|||||||
|
|
|
|
|
Вывод анода |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
\ ^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
"ад. |
Вывод |
сетки |
Сн |
|
|
|
Сдк
Вывод катода
Рис. 1.46. Схема автогенератора УКВ с автотрансформаторной обратной связью, выполненная на обычном триоде
ное исследование автогенератора также мало эффективно, ибо внутренние реактивности лампы изменять невозможно. Дополни тельные трудности анализа автогенераторов УКВ вызывает время пролета электронов в лампе. Оно зависит от конструкции лампы и напряжений на ее электродах. В среднем можно считать, что время пролета бывает порядка десятых долей наносекунды.
Время пролета электронов является причиной сдвига фаз ме наду сеточным напряжением и первой гармоникой анодного тока. Оно отстает по фазе от сеточного напряжения на некоторый угол, который принято называть углом пролета.
Угол пролета |
пропорционален |
частоте генерируемых |
колебаний |
|
и определяется |
выражением |
|
|
|
|
|
9пр = |
» - * „ Р , |
(1-79) |
г Д е |
^пр — время пролета электронов в лампе; |
|
||
|
ш—частота генерируемых колебаний. |
|
||
На |
длинных |
и средних волнах (т. е. на умеренно высоких ча |
стотах) угол пролета ничтожно мал и его практически следует
считать равным нулю. На коротких |
волнах |
угол |
пролета |
обычно |
не превышает десятых долей градуса |
и его |
также |
можно |
не учи- |
69