книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

§4. 4. Схемы анодного питания генераторов

Врассмотренной схеме (рис. 4. 2) генератора с посторон­ ним возбуждением колебательный контур включен последо­ вательно с лампой. Поэтому через него проходят не только переменные составляющие анодного тока, но и его постоянная

человека, настраивающего генератор.

2.Затруднено конструктивное выполнение многокаскадно­ го передатчика с одной ручкой настройки, то есть нельзя при­ менять стандартный блок переменных конденсаторов.

3.При изменении емкости конденсатора Ск рука оператора влияет на частоту настройки контура.

Этих недостатков нет в схеме генератора с параллельным

анодным питанием (рис. 4. 11).

Рис. 4. 11. Схема генератора с параллельным анодным пита­ нием.

Дополнительными элементами в данной схеме являются дроссель Ьдр и разделительный конденсатор С р. Дроссель имеет малое сопротивление для постоянного тока и очень большое — для высокочастотных токов. Он служит для того, чтобы переменная составляющая не замыкалась через источ­ ник анодного питания. Если дроссель не включить, то неболь­ шое внутреннее сопротивление источника анодного питания

150

будет шунтировать контур и уменьшать его добротность. Ин­ дуктивность дросселя выбирают из соотношения

10 Lji.

Разделительный конденсатор С р служит для предупреждения замыкания постоянной составляющей анодного тока через контур. Без Ср или при его пробое источник питания оказы­ вается замкнутым накоротко через Бдр и LK. Емкость С р вы­ бирают из соотношения

составляющие тока возбуждаются в лампе и протекают по цепи: анод-катод лампы, контур Lk, Ск, С р, анод лампы.

П р е и м у щ е с т в а с х е м ы :

1.Можно заземлить ротор конденсатора Ск, что исключает влияние руки оператора на частоту настройки контура.

2.Ввиду отсутствия высокого постоянного напряжения на элементах контура прикосновение к ним рукой неопасно для жизни человека.

Выбор схемы питания генератора зависит от конструктив­

ных соображений.

Физически процессы в генераторе с параллельным анод­ ным питанием такие же, как и в генераторе с последователь­ ным анодным питанием.

§4. 5. Двухтактный усилитель мощности

спосторонним возбуждением

Оконечный ламповый каскад передатчика всегда работает в режиме колебаний второго рода, так как в этом случае по­ лучается наиболее высокий к. п. д. генератора. Но в таком режиме в анодной цепи возникает большое количество выс­ ших гармоник. Поэтому, несмотря на то, что контур генера­ тора обычно настраивают на частоту одной (чаще первой)

151

гармоники, в пространство излучаются также колебания выс­ ших гармонических (четных и нечетных частот). Излучение передающей антенной колебаний высших гармоник (fn), на­ ряду с колебанием основной частоты, приводит к ненужному расходу электромагнитной энергии.

Кроме того, излучаемые гармонические колебания созда­ ют много помех радиоприемникам, что является большим не­ достатком однотактной схемы оконечного каскада передатчи­ ка. Для уменьшения излучения высших гармоник и одновре­ менного увеличения колебательной мощности оконечный кас­ кад радиопередатчика часто выполняют по двухтактной схе­ ме (рис. 4. 12).

Рис. 4. 12. Схема двухтактного генератора с постоянным воз­ буждением.

точного смещения и входного трансформатора Трі, обеспечи­ вающего противофазное питание сеток ламп (рис. 4. 12); сме­ щение может быть также автоматическим за счет ячейки ав­ тосмещения.

Переменное напряжение возбуждения подается на сетки ламп Лі и Л 2, работающих в режиме колебаний второго рода. Рассмотрим физические процессы в схеме с помощью графи­ ков (рис. 4. 13). Примем угол отсечки Ѳ° = 90°.

152

Рис. 4. 13. Графики физических процессов в двухтактном генераторе*

В двухтактном генераторе возбуждающие напряжения на управляющие сетки лампы подаются в противофазе, что и обусловливает работу ламп в два такта. Импульсы анодного

153

тока, протекающие через лампы и контур, оказываются при этом также сдвинутыми на 180°.

Следовательно, восполнение энергии в колебательном кон­ туре в отличие от однотактной схемы происходит дважды за

период входного напряжения.

Импульсы анодного тока можно разложить на гармониче­ ские составляющие (см. главу I). При этом нечетные гармони­ ки токов ламп находятся в противофазе, а четные — в фазе

(рис. 4. 13). В общем проводе (участок аб, рис. 4. 12) анод­ ные токи обеих ламп складываются.

Итак, в общем проводе протекает суммарная постоянная составляющая анодных токов ламп и суммарные токи четных гармоник.

Токи нечетных гармоник в общем проводе отсутствуют. Можно представить, что эти токи протекают по цепи: лампа Л і, колебательный контур, лампа Л 2. Контур настраивается на первую гармонику анодного тока, следовательно, колеба­ тельная мощность на выходе двухтактного генератора будет в два раза больше, чем в однотактном. Четные гармоники то­ ка через контур протекают встречно и взаимно компенсиру­ ются.

П р е и м у щ е с т в а д в у х т а к т н о й с х е м ы :

1.Полезная колебательная мощность в два раза больше, чем в однотактном (в режиме колебаний второго рода в двух­ тактной схеме используются два полупериода — положитель­ ный и отрицательный).

2.Емкость контура минимальная, так как выходные ем­ кости лампы, входящие в состав контура, соединены между собой последовательно. Поэтому такую схему можно приме­ нять в передатчиках У К В .

3.На выходе схемы нет четных гармоник анодного тока (при полной симметрии обоих плеч). Следствием является от­

сутствие этих колебаний в антенне.

4. Пульсации источника анодного напряжения (с частотой сети) не влияют на работу каскада, ибо они вызывают оди­ наковые, но противоположные по направлению токи в анод­ ных цепях обеих ламп, в результате чего магнитный поток в катушке остается без изменения. Это позволяет упростить фильтр выпрямителя.

Н е д о с т а т к и д в у х т а к т н о й с х е м ы :

1.Требуется использование двух ламп.

2.Для компенсации четных гармоник обязательна полная симметрия плеч схемы.

154

3. Необходимо иметь симметричный выход предыдущего каскада. Переход с однотактного усилителя на двухтактный может быть осуществлен или при помощи трансформатора, или применением инверсных схем.

§4. 6. Ламповые генераторы с самовозбуждением

А.Общие сведения о генераторах с самовозбуждением

Л а м п о в ы м г е н е р а т о р о м с с а м о в о з б у ж д е н и - е м (автогенератором) называют ламповый преобразова­ тель энергии источника постоянного тока в энергию перемен­ ного тока заданной частоты без возбуждения извне. Такие генераторы применяют в радиопередающих устройствах в ка­ честве возбудителей, в радиоприемных устройствах — в ка­ честве гетеродинов, в преобразователях частоты и в радиоизмерительной аппаратуре.

В радиотехнических устройствах используют автогенера­

—R C -генераторы и др.

Б.Автогенератор с трансформаторной обратной связью

Ус т р о й с т в о . Рассмотрим автогенератор, собранный на триоде с параллельным питанием (рис. 4. 14). Питание анод­ ной цепи может быть и последовательным.

Генератор состоит из электронной лампы Л , колебатель­ ного контура LkCk, катушки обратной связи L g, ячейки парал­ лельного сеточного смещения C gRg, элементов параллельного питания ЬдрСр и источника анодного питания Е а с блокиро­ вочным конденсатором Сбл-

Катушка обратной связи L g служит для отбора некоторой доли высокочастотных колебаний из контура и для подачи их на управляющую сетку лампы в такт с колебаниями анодно­ го тока, то есть для осуществления положительной обратной

связи. Назначение остальных элементов рассматривалось ра­ нее.

155

Рис. 4. 14. Схема автогенератора с трансформаторной обраг- * ной связью и параллельным питанием.

П р и н ц и п в о з б у ж д е н и я к о л е б а н и й . Для полу­ чения и поддержания незатухающих колебаний в контуре ге­ нератора на сетку лампы должно непрерывно поступать воз­ буждающее напряжение (UBX) достаточной величины и опре­ деленной фазы. В генератор с посторонним возбуждением это напряжение поступает с задающего генератора, а в автогене­ ратор— от собственного колебательного контура через катуш­ ку обратной связи L g (положительная обратная связь).

Необходимость подачи возбуждающего напряжения обус­ ловлена потерями энергии в колебательном контуре. На рис. 4. 15 показан процесс превращения генератора с посторонним возбуждением в генератор с самовозбуждением.

При установке ключа К на контакт ПВ получим схему ге­ нератора с посторонним возбуждением. В нем напряжение на аноде лампы изменяется в противофазе с напряжением на сетке.

В катушке Lg, расположенной около катушки контура LK, контурный ток наводит э.д.с. взаимоиндукции. Подбором вза­ имного расположения Lg и LK можно добиться, чтобы ампли­ туда и фаза э. д. с. были такими же, как и у источника с по­ сторонним возбуждением.

Если теперь мгновенно переключить ключ К на контакт С В , работа генератора продолжится, так как на сетку лампы подается такое же напряжение, как и раньше. Оно называет­ ся напряжением обратной связи, которое и поддерживает ко­ лебания в контуре незатухающими.

156

Рис. 4. 15. Возможный способ превращения генератора с по­ сторонним возбуждением в автогенератор с индуктивной об­ ратной связью.

контуре генератора возникнут и будут поддерживаться неза­ тухающие колебания только при обязательном выполнении двух условий самовозбуждения.

Первое условие самовозбуждения — ф а з о в о е . Оно за­ ключается в том, что напряжение обратной связи и перемен­ ное напряжение на аноде лампы автогенератора должны быть в противофазе. Только при этом условии будет пополняться энергия в контуре источника анодного питания Е а. Поясним на следующем примере. Пусть качели совершают колебания. Для поддержания этих колебаний и превращения их в неза­ тухающие нужно подталкивать качели не только с частотой, равной собственной частоте качелей, но и так, чтобы фаза внешней подталкивающей силы совпадала с фазой колеба­ ний качелей. Если подталкивать качели не соблюдая соотно­ шения фаз, например толкать их в направлении, противопо­ ложном движению качелей, то они быстро остановятся.

В реальных условиях при включении питающих напряже­ ний в контуре LkCk, вследствие электрических флуктуаций, возникают колебания малой амплитуды, которые через ка­ тушку обратной связи Lg передаются на управляющую сетку лампы. Фазу колебаний выбирают такой, чтобы они поддер­ живали изменения анодного тока лампы, то есть были в про­

157

тивофазе с анодным напряжением. Возникает положительная обратная связь между анодной и сеточной цепями лампы. Колебания в контуре начинают быстро нарастать по ампли­ туде и установятся (станут стационарными), когда рабочая точка лампы зайдет в криволинейные участки сеточной харак­ теристики. При этом крутизна характеристики уменьшается, то есть уменьшается мощность подпитки контура, становясь близкой к мощности потерь.

Для более легкого и быстрого самовозбуждения необходи­ мо, чтобы крутизна сеточной характеристики лампы перед са­ мовозбуждением была наибольшей, то есть напряжение сме­ щения Eg близко к нулю (режим первого рода). Но с энерге­ тической точки зрения выгодно, чтобы в режиме стационар­ ных колебаний генератор работал в режиме второго рода. Оба требования удовлетворяются при включении в цепь сет­ ки лампы генератора автоматической ячейки смещения.

В этом случае в начале процесса самовозбуждения, когда сеточные токи очень малы, напряжение смещения E g» 0 .

По мере нарастания амплитуды колебаний в контуре на­ пряжение смещения также нарастает, сдвигая рабочую точку лампы в нелинейную область сеточной характеристики. Вели­ чину сдвига рабочей точки лампы регулируют изменением па­ раметров ячейки автосмещения.

Фазовое условие выполняется правильным подключением концов катушки обратной связи. Если поменять местами вклю­ чение концов одной из катушек, напряжение на аноде ('Ua) и сетке (ug) окажется в фазе и самовозбуждение в генерато­ ре станет невозможным.

Второе условие самовозбуждения — а м п л и т у д н о е . Для его выполнения величина обратной связи должна быть доста­ точно сильной. При этом в контуре возникают незатухающие колебания, а энергия подпитки контура будет не меньше энер­

отношение напряжения обратной связи к переменному напря­ жению на аноде лампы. В общем случае коэффициент обрат­ ной связи показывает, какая часть анодного переменного на­ пряжения подается на сетку лампы в установившемся режи­ ме:

158

Необходимая связь M между катушкой 'контура Lk и катуш­ кой обратной связи Lg устанавливается изменением расстоя­ ния между ними или числа витков Lg. Частота генерируемых колебаний в основном определяется резонансной частотой контура:

2 ^ L k -C k '

Настройка на нужную частоту чаще производится изме­ нением емкости конденсатора Ск.

Из рассмотренного видно, что для возбуждения и нор­ мальной работы автогенератора необходимо обязательное выполнение двух условий самовозбуждения: фазового и ам­ плитудного.

П р е и м у щ е с т в а с х е м ы автогенератора с трансфор­ маторной обратной связью:

а) легко осуществляется плавная регулировка обратной связи;

б) возможно применение последовательного и параллель­ ного питания анодной цепи;

в) коэффициент обратной связи не зависит от частоты. Н е д о с т а т к и с х е м ы :

а) относительная сложность конструкции, обусловленная наличием двух индуктивно связанных катушек;

б) при большой амплитуде колебаний получаются значи­ тельные импульсы сеточного тока. При этом контур автогене­ ратора сильно шунтируется цепью сетки лампы и его доброт­ ность ухудшается;

в) при малой амплитуде колебаний лампа работает в ре­ жиме колебаний первого рода, ее внутреннее сопротивление (Ri) мало и она заметно шунтирует контур.

159