книги из ГПНТБ / Тимофеев В.М. Проектирование радиопередающих устройств пособие по курсовому и дипломному проектированию

а) отношение колебательной мощности возбудителя в режиме несущей к колебательной мощности усилителя, модулируемого на анод (коэффициент модуляции т = 1 0 0 % ),— составляет:

1:15 —г—1 : 30 при нормальной схеме,

В случае, если в ступенях передатчика применены тетроды, приведённые соотношения можно увеличить примерно в 1,5 ра­ за; а при наличии пентодов — в 2 раза, так как эти лампы дают весьма большое усиление по мощности.

Указанные соотношения представляют собой среднестатисти­ ческие данные, характеризующие ступени, в которых усиление по мощности согласовано с другими требованиями (например, с необходимостью сохранения стабильности частоты и развязки между ступенями). Если же рассматривать отдельно взятую лампу, то в ряде случаев можно получить значительно большее

Р позп

имеет А= 60, для пентодов ГУ-50 и ГУ-15 имеет место А=170 и 260.

Впятисоткиловаттном триоде 5831 (США) применена фо­ кусировка электронного потока и достигнут А= 600. Пределы из­ менения коэффициента А для различных групп ламп приведены

влитературе *).

Вмаломощных ступенях передатчиков обычно применяется однотактная схема. Более мощные ступени чаще выполняются по двухтактной схеме, которая обеспечивает снижение выход­ ной мощности, уменьшение чётных гармоник и позволяет осу­

ществить более совершенную нейтрализацию. Для ступеней уд­ воения частоты двухтактные схемы непригодны.

В промежуточных ступенях с немодулированными колебания­ ми следует применять перенапряжённый режим работы лампы. В этом случае потери на анодах ламп невелики и переменное напряжение на контуре мало зависит от величины нагрузки.*

J) Б. С. Агафонов. Теория и расчёт радиотелеграфных режимов генера торных ламп. «Советское радио», 1954, стр. 215—217.

21

§ 3. Определение мощности лампы для выходной ступени

Как уже указано, выше, разработка скелетной схемы начи­ нается с выходной ступени передатчика. Номинальная мощ­ ность ламп для неё определяется установленной техническим за­ данием мощностью, развиваемой передатчиком в фидере или антенне в режиме несущей частоты Р _ НГ(,заданным коэффициен­ том модуляции т и способом модуляции.

Мощность, отдаваемая выходной ступенью в режиме несу­ щей частоты (молчание у микрофона),

где г[к— кпд анодного контура выходной ступени,

Р— мощность в фидере или антенне.

Впередатчиках, имеющих систему контуров, под у\к пони­ мается общий кпд этой системы. Обычно г1к берётся на основании практических данных, приведённых в табл. II.1.

и выше может быть получено и на волнах короче 20 м, если в контуре отсутствует переменный конденсатор для настройки, а ёмкостью контура служит только ёмкость ламп с элементами нейтрализации и начальная ёмкость монтажа ступени. Настрой­ ка контура в этом-случае осуществляется переменной индуктив­ ностью, что и принято во всех современных коротковолновых передатчиках.

Как видно из табл. II. 1, кпд контуров передатчиков длинных и средних волн возрастает и может быть для одного контура 0,95—0,97. Весьма хороший кпд контуров коротковолнового пе­ редатчика даёт применение инверсной схемы, обеспечивающей наименьшую начальную ёмкость ступени.

22

При составлении скелетной схемы коротковолнового передат­ чика не следует задаваться дя. больше 0,9. В наиболее трудных случаях (весьма короткие волны, анодная модуляция при отно­ сительно малой мощности и невысоком анодном напряжении)

модулируемой на сетку или усиливающей модулированные ко­ лебания, должна быть не менее чем

Р ~ Ном = Р ~ неЛ х + m f,

апри анодной модуляции — не меньше чем

Р> 2Р

—ном -*** — н е с

Зная из ориентировочного расчёта необходимую номиналь­ ную мощность ламп, можно выбрать их тип и величину питаю­ щего анодного напряжения. При наличии нескольких возможных вариантов окончательный выбор ламп выходной ступени следует сделать после выбора ламп в предварительных ступенях пере­ датчика.

Ранее считалось нежелательным применять параллельное включение ламп в выходных ступенях мощных коротковолновых передатчиков из соображений слишком большой начальной ём­ кости схемы, особенно с применением моста нейтрализации. В современных мощных коротковолновых передатчиках выходные ступени строятся только по инверсной схеме (с заземлённой или нейтральной сеткой); иногда с параллельным включением двух ламп'в плече двухтактной схемы.

Так, например, в выходной ступени современного типового 50-кет коротковолнового передатчика, работающего в диапазо­ не 11,5-г-100 м, в выходной ступени применены четыре 30-кет лампы типа ГУ-11А или четыре лампы ГУ-22А (по две в плече), а в 120-кет передатчике, работающем в диапазоне 13 70 м, при­ менены четыре 100-кет лампы Г-433 или четыре 100-кет лампы ГУ-23А (по две в плече).§

§ 4. Предварительные (промежуточные) ступени передатчика

Общие соображения

В целях обеспечения высокой стабильности частоты колеба­ ний современный радиопередатчик должен иметь не менее трёх ступеней: возбудитель, промежуточную ступень и выходную (мощную) ступень.

23

Передатчики, предназначенные для работы на волнах от 11— 15 м до 50—100 м, должны обязательно содержать несколько ступеней умножения частоты, так как кварцевые пластины в массовом производстве редко изготовляются на волны короче 40—50 м, а возбудители плавного диапазона нецелесообразно строить на диапазон волн шире двукратного. Кроме того, неже­ лательно (из-за взаимного влияния), чтобы при достаточно ко­ ротких волнах на общей волне работало большое количество ступеней. Если диапазон волн передатчика более чем двукрат­ ный, то в возбудителе он должен быть не менее двукратного.

Ввиду энергетических трудностей режима умножения часто­ ты его применяют только в ступенях малой мощности. Практи­ чески чаще применяется удвоение частоты, так как при утрое­ нии, а тем более при учетверении частоты, необходимо подавать на лампу весьма увеличенную амплитуду напряжения возбуж­ дения1).

Возбудитель

Первой ступенью передатчика — возбудителем — обычно служит маломощный генератор с самовозбуждением (автогене­ ратор) .

Обязательным требованием к передатчику является обеспе­ чение необходимой стабильности частоты; отклонения частоты от установленных международных норм недопустимы. С этой целью в возбудителях современных передатчиков принимают ряд специальных мер. К ним относятся: применение кварцевой ста­ билизации, стабилизации питающих возбудитель напряжений, экранирование возбудителя и особенно его контуров от внешних полей, устранение влияния изменения нагрузки на возбудитель от последующей ступени (путём применения буферной ступени), применение термостатов и т. д. Все меры предусматриваются проектом.

В случае повышенных требований к стабильности частоты и необходимости иметь возбудитель с плавным диапазоном при­ меняют схемы, работающие по методу «биений» кварцевого и диапазонного генератора (см. гл. «Принципиальные схемы и их составление»), В возбудителях широко применяются лампы ти­ пов 12Ж1Л, 4Ж1Л, 4П1Л, ГУ-15, ГУ-50. При использовании лампы ГУ-50 ей создаётся облегчённый режим с анодным напря­ жением не выше 400 в.

Связь контура возбудителя с цепью сетки последующей сту­ пени желательно брать возможно малой. Мощность самого воз­ будителя невелика и обычно бывает порядка 1—5 вт. Возбуди­ тель должен обеспечить подачу переменного напряжения, доста­ точного для возбуждения следующей ступени передатчика во всём диапазоне рабочих частот.

■) Утроение частоты обычно применяется в телевизионных передатчиках.

24

Буферная ступень

Следующая за возбудителем ступень передатчика обычно является буферной, т. е. не нагружающей возбудитель. С этой целью она работает без тока в цепи управляющей сетки. Такой режим работы, когда напряжение на сетке всегда отрицательно, удобно обеспечить при использовании тетрода или пентода, чем одновременно достигается значительное усиление колебаний (так, например, пентод ГУ-50 в буферном режиме при £ a= 600s может отдать колебательную мощность до 40 вт).

В ряде случаев вторую ступень передатчика одновременно с буферным режимом, целесообразно ставить в режим удвоения частоты. Это выгодно из соображений устойчивости частоты и уменьшения обратной реакции более мощных ступеней на воз­ будитель. В отдельных (редких) случаях вторая ступень может быть выходной. В этих случаях, (когда вторая ступень должна обеспечить большую мощность) режим буфера не является обя­ зательным.

Третья и последующие ступени

Третья и последующие ступени передатчика обычно работают как усилители мощности с независимым возбуждением. В ко­ ротковолновых и ультракоротковолновых передатчиках в этих ступенях иногда применяют умножение частоты.§

§ 5. Осуществление модуляции и манипуляции в передатчике

Вид модуляции и манипуляции (в телеграфных передатчи- >ках) определяется назначением передатчика и его диапазоном. В передатчиках коротковолнового диапазона, работающих буквопечатанием на магистральных радиосвязях, широко приме­ няется частотная манипуляция (ЧМ) и двойная частотная теле­ графия (ДЧТ), позволяющая осуществить одновременную рабо­ ту передатчика двумя различными телеграфными каналами. При частотной манипуляции обеспечивается более высокая по­ мехоустойчивость линии радиосвязи.

При ручной телеграфной работе и приёме на слух ещё до­ статочно широко (особенно в маломощных, подвижных пере­ датчиках) распространена амплитудная манипуляция. Кроме того, на передатчиках магистральной радиосвязи применяется телеграфная работа тонально-модулированными колебаниями. Этот вид работы в коротковолновой радиосвязи обеспечивает несколько большую устойчивость приёма, поскольку приём не­ затухающих колебаний по методу биений не всегда бывает на­ дёжным.

Амплитудная манипуляция чаще осуществляется в промежу­ точных ступенях передатчика. В возбудителях амплитудная ма-

25

нипуляция не применяется, так как это ведёт к неравномерному тепловому режиму и снижению стабильности частоты возбуди­ теля. В мощных передатчиках, имеющих несколько ступеней, амплитудная манипуляция обычно осуществляется одновремен­ но в двух промежуточных ступенях небольшой мощности, так как при манипуляции в одной ступени возможно прохождение колебаний высокой частоты в антенну от предыдущих (неманипулируемых) ступеней.

Телеграфная манипуляция ступени передатчика может про­ изводиться в различных цепях лампы. Манипуляция путём раз­ рыва анодной цепи или одновременно цепи анода и цепи экра­ нирующей сетки применяется только в маломощных ступенях и при анодных напряжениях не свыше 200—250 в. Удобнее осу­ ществлять манипуляцию в цепи управляющей или в цепи экра­ нирующей сетки. В первом случае при запирании лампы на её управляющую сетку должно быть подано довольно значительное отрицательное напряжение. В случае манипуляции в цепи экра­ нирующей сетки на неё достаточно подать небольшое запираю­ щее -напряжение (до минус 50 в). Часто запирающее лампу на­ пряжение берётся от источника анодного напряжения (с дели­ теля, у которого заземление сделано несколько выше общего минуса источника).

Осуществление манипуляции в цепи защитной сетки пентода нецелесообразно, так как в этом случае необходимо подавать значительное отрицательное напряжение. В ряде 'Случаев для надёжности манипуляция осуществляется одновременно на два электрода лампы. Так, например, при подаче отрицательного напряжения на экранирующую сетку во избежание роста тока в цепи управляющей сетки на неё одновременно подаётся повы­ шенное отрицательное смещение.

Частотная манипуляция (ЧМ), как правило, осуществляется в возбудителе передатчика либо путём использования двух от­ дельных генераторов, работающих на близких частотах, вклю­ чаемых поочерёдно в зависимости от нужной частоты «нажатия» или «отжатая», либо с помощью реактивной лампы, изменяю­ щей скачком частоту возбудителя. Применение реактивной лам­ пы является более совершенным, так как в этом случае частот­ ная манипуляция осуществляется без скачка фазы колебаний, что важно для повышения помехоустойчивости приёма.

Амплитудная модуляция в передатчиках может быть различ­ ных видов:

1. Анодная, осуществляемая обычно в выходной ступени передатчика (при инверсной схеме выходной ступени коротко­ волнового передатчика анодная модуляция осуществляется од­ новременно и на предыдущую ступень).

2.Анодно-экранная, осуществляемая одновременно на анод

иэкранирующую сетку тетрода

26

3.На защитную сетку пентода.

4.На .экранирующую сетку лампы.

5.На управляющую сетку лампы.

6.Анодно-сеточная (автоанодная модуляция по схеме Круг­

анодной модуляции в перенапряжённом режиме получают более линейную модуляционную характеристику, повышенный кпд лампы и облегчённый температурный режим. При анодной мо­ дуляции в недонапряжённом режиме кпд несколько ниже

(на 5 -8 % ).

Анодно-экранная модуляция, применяемая в подвижных пе­ редатчиках, осуществляется обычно в критическом режиме при неискажённых импульсах анодного тока.

Для анодно-сеточной (автоанодной) модуляции применяют Рбычно перенапряжённый режим, но в лампах с высокоэффек­ тивными катодами возможна работа в критическом режиме.

При анодной и анодно-экранной модуляции модуляционное устройство должно быть достаточно мощным и номинальная мощность ламп модулятора обычно выбирается не меньше, чем номинальная мощность ламп модулируемой ступени.

При модуляции на сетку кпд модулируемой ступени полу­ чается низким, порядка 30 -ь 35%, так как лампа работает в не­ донапряжённом режиме. Мощность модуляционного устройства в этом случае значительно меньше, чем в случае анодной моду­ ляции.

Незначительная мощность затрачивается модулятором при модуляции на защитную сетку пентода (поэтому этот способ широко применяется в маломощных радиостанциях). Несколько большая мощность необходима при модуляции на управляющую сетку и ещё большая при модуляции на экранирующую сетку. В случае модуляции на управляющую или защитную сетку нуж­ но подавать отрицательное смещение от отдельного источника питания.

Выбирая способ модуляции передатчика, следует учитывать предполагаемые условия его эксплуатации. В передатчиках, предназначенных в основном для телеграфной работы, нет не­ обходимости проектировать анодную модуляцию, так как гро­ моздкий и дорогостоящий модулятор будет редко использо­ ваться. В этом случае целесообразно предусмотреть сеточную модуляцию. Анодная модуляция с повышенным кпд (работа модулятора в режиме класса В), безусловно, необходима для мощных радиовещательных передатчиков.

Скелетная схема, составленная в начале проектирования, может подвергнуться некоторым изменениям на основании про­ ведённых впоследствии электрических расчётов. Её составление в начале проектирования является совершенно необходимым,

27

так как при этом обстоятельно продумывается весь технический комплекс передатчика.

В качестве примеров ниже приводятся скелетные схемы пе­ редатчиков.

§ 6. Источники питания передатчика

Анодное напряжение

Для каждой ступени выбирается напряжение анодного пита­ ния, принимаемое равным номинальному для данного типа ламп или несколько меньшим.

Лампы и соответственно их анодные напряжения (Еа) долж­ ны быть подобраны так, чтобы для передатчиков не требовалось чрезмерного количества выпрямителей или других источников питания. Если необходимо гасить часть анодного напряжения какой-либо лампы в добавочно включаемом сопротивлении, то лучше выбрать выпрямители так, чтобы потери мощности в со­ противлении происходили в маломощной ступени. При выборе источников питания иногда руководствуются желанием приме­ нения меньшего числа силовых трансформаторов для выпрями­ телей анодного питания, сокращением числа типов ламп в пере­ датчике и другими производственными, экономическими и экс­ плуатационными соображениями.

В ступенях с мощными лампами (с водяным охлаждением) иногда принимаются некоторые ограничения в зависимости от способа модуляции. Так, например, при анодной модуляции на­ пряжение источника анодного напряжения не должно превы­ шать указанной для данной лампы номинальной величины, так как в максимальном режиме оно достигает двойной величины.

При работе ламп на самых коротких волнах диапазона (ме­ нее 20 м) анодное напряжение мощных ламп понижается в пре­ делах, указанных в паспорте для каждого типа ламп (в зависи­ мости от частоты).

В режиме усиления модулированных колебаний анодное на­ пряжение у мощных триодов, имеющих номинальное анодное напряжение 15 кв, следует понижать до 12—13 кв.

Некоторое снижение анодного напряжения в любой ступени вполне допустимо, так как это обеспечивает более устойчивую работу ламп, а иногда позволяет сократить число разных напря­ жений, применяемых для питания передатчика.

Сеточные напряжения

Для питания цепей экранирующих сеток часто используются источники анодного напряжения маломощных Ступеней. В этом случае применяют делители напряжения. Во избежание затраты.

28

значительной мощности в делителях этот способ целесообразен только для маломощных ламп (ГУ-15, ГУ-50 и т. д.).

Применяется автоматическое напряжение смещения на уп­ равляющие сетки триодов, осуществляемое с помощью сопро­ тивления утечки сетки (гридлик), за счёт падения напряжения, создаваемого сеточным током.

При работе триодов в недонапряжённом режиме (усиление модулированных колебаний, модуляция на сетку) напряжение смещения подаётся от независимого источника, нагруженного на специальное (балластное) сопротивление. Ток от источника смещения в этом сопротивлении должен в 2—3 раза превышать максимальное значение суточного тока.

Смещение на сетки маломощных пентодов (с анодным на­ пряжением до 1,5 кв), работающих в режиме усиления, можно осуществлять с помощью сопротивления в цепи 'катода, на кото­ ром создаётся падение напряжения от анодного тока.

Смещение на управляющие сетки ламп, работающих в сту­ пенях удвоения частоты колебаний, осуществляется всегда от независимого источника (например, от выпрямителя с делите­ лем напряжения).

Впередатчиках длинных и средних волн с анодной модуля­ цией все ступени высокой частоты обычно имеют автоматическое смещение (от сопротивлений в цепи катода и от гридликов).

Вступенях умножения коротковолновых передатчиков часто применяют независимый источник смещения. В передатчиках малой и средней мощности этот источник может быть одновре­ менно использован для подачи напряжений смещения на сетки

ламп модуляционного устройства (берётся от отдельного де­ лителя).

Впередатчиках большой и средней мощности модулятор и подмодулятор обычно имеют отдельные (достаточно мощные) источники смещения.

Впередатчиках с сеточной модуляцией и последующим уси­ лением модулированных колебаний все ступени, начиная с мо­ дулируемой, имеют независимое смещение от отдельного источ­ ника.

Во избежание уменьшения глубины модуляции (демодуля­

ции) из-за изменения сеточного тока, протекающего по сопротив­ лениям делителей или внутренним сопротивлениям самих источ­ ников, следует производить разделение питания цепей сёток бо­ лее мощных ступеней от менее мощных. Для этой цели исполь­ зуют отдельные фильтры и нагрузочные (балластные) сопротив­ ления. В более мощных ступенях необходимо предусмотреть от­ дельные источники смещения.

На скелетной схеме выбранные источники смещений и экран­ ных напряжений изображаются прямоугольниками. На выходя­ щих соединительных линиях (на зажимах) обозначается поляр­ ность, а внутри источника величина напряжения.

29