книги из ГПНТБ / Гешелин М.Г. Радиотелемеханизация в нефтедобывающей промышленности (системы и элементы)

Проверяем R по формуле

R =-----.

(С1+Г з) ^2

Здесь fC1 и fc, — частоты, лежащие на границе полос пропуска­ ния и непропускания:

т— 0,6 — 0,745;

L — в мгн\

С— в мкф-, f—в гц.

При расчетах задаются сопротивлением /?наг (нагрузки) и час­

тотой среза fc, и fc, •

Рассчитывая фильтры, номинальное характеристическое сопро­ тивление необходимо принимать равным

/?=1,275/?наг.

Определение R по этой формуле обеспечивает хорошее согласо­ вание фильтра с нагрузкой.

В соответствии с работами,'проведенными в Ленинградском от­ делении Научно-исследовательского института связи, в КБАТ были опробованы индуктивности, выполненные на ферритовых сердечни­ ках типа НЦ-1000 с двумя немагнитными зазорами порядка 0,15 мм.

Введение немагнитного зазора уменьшило проницаемость до

При этом значительно снизились потери и повысилась стабильность магнитных параметров; влияние тока подмагничивания практически

не сказывалось.

При изготовлении индуктивности из феррита броневого типа по­ высилась производительность труда, отпала необходимость приме­ нения специальных челночных станков для намотки и в несколько раз снизился расход меди.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности при­ менения ферритов при изготовлении фильтров и контуров для аппа­ ратуры телемеханических систем.

Резонансные контуры в основном можно рекомендовать для при­ менения в аппаратуре с коэффициентом одновременности, равным 0, т. е. в такой, в которой передается одновременно только одна подне­ сущая частота. Дифференциально-мостиковые фильтры рекоменду­ ются для применения в аппаратуре с многоканальной связью, когда одновременно передается несколько сообщений, или в аппаратуре с частотно-комбинационным кодом при параллельном действии нес­ кольких частот. Настройку дифференциально-мостиковых фильтров

79

■нужно вести весьма тщательно. Элементы фильтров должны быть изготовлены с особой точностью. Для частот тонального спектра точ­ ность настройки должна составлять 3—4 гц.

Генераторы

Схему генератора низких частот следует выбирать весьма тща­ тельно. Стабильность частоты генератора и полоса пропускания фильтра должны быть строго согласованы.

Рис. 25. Схема транзитронного генератора

Отклонение частоты генератора не должно превышать 1—1,5%. При изменении питающих напряжений, температуры окружающего воздуха, метеорологических условий и т. д. частота генератора не должна отклоняться от допустимой нормы. Изменение частоты на­ рушает надежность работы резонансных реле, а следовательно, и всего канала телемеханики. Учитывая предъявляемые требования, для телемеханических систем можно рекомендовать генераторы двух типов.

Транзитронный генератор рекомендуется для одноканальных си­ стем типа СРП-1.

Схема транзитронного генератора с контуром LC (рис. 25) удов­ летворяет требованиям стабильности, обладает большим выходным напряжением и экономична по расходу питания.

Действие генератора основано на использовании падающего уча­ стка вольт-амперной характеристики лампы. Наклон вольт-ампер­ ной характеристики таков, что он создает отрицательное сопротив­ ление, при котором с увеличением напряжения уменьшается сила тока.

80

Сила тока в транзитронном генераторе имеет следующее выра­ жение:

z — Ae~'ft

где

ном нулю, амплитуда тока будет оставаться постоянной.

Выражение для р показывает, что эта величина может быть рав­ на нулю или отрицательна при отрицательном R. При Травном нулю,

1__

ют релаксационный характер. Это свойство используется в технике сверхвысотных частот, где транзитронный генератор применяется как релаксационный.

Лампа включена таким образом, что генерация колебаний достигается без сдвига фаз на 180° между напряжением защитной и экранирующей сеток. Напряжение на этих сетках все время нахо­ дится в фазе. Ток, протекающий через лампы, как известно, являет­ ся суммарным током, слагающимся из анодного и экранного токов. При увеличении положительного напряжения на защитной сетке ток анода растет, а экранный ток уменьшается.

При уменьшении напряжения на защитной сетке до отрицатель­ ных величин ток анода, наоборот, уменьшается и может упасть до нуля; при этом ток экранной сетки достигает максимального значе­ ния. Защитная сетка в транзитронном генераторе является распреде­ лительным элементом тока лампы между анодом и экранной сеткой; суммарный ток через лампу остается неизменным.

Рассмотрим момент, когда ток экранной сетки по тем или иным причинам возрос. При этом напряжение на экранной сетке падает. Конденсатор Сз, включенный между экранной и защитной сетками,

начинает разряжаться через сопротивление промежутка экранирую­ щая сетка — катод лампы — сопротивления R?, Re. Разность потен­ циалов, вызвавшая падением напряжения на /?7 и Re, прикладывает­ ся между защитной сеткой и катодом лампы (отрицательная поляр­ ность — на сетке), уменьшая анодный ток, что влечет за собой пере­ распределение токов. В результате соответственно возрастает ток экранной сетки.

Если влияние уменьшения напряжения на защитной сетке ока­ жется более сильным, чем влияние уменьшения напряжения на эк-

Рис. 26. Схема генератора RC

ранной сетке, экранный ток будет увеличиваться и создаст участок характеристики с отрицательным сопротивлением. При включении колебательного контура получается синусоидальное колебание.

Принципиально величина С3 зависит от диапазона частот. Но в области тональных частот от 3000 до 300 гц обеспечивается нормаль­ ная работа при неизменном значении емкости.

В заключение следует еще раз указать, что транзитронный гене­ ратор имеет весьма простую схему, хорошую форму генерируемых колебаний и достаточно стабилен по частоте.

Генератор синусоидальных колебаний (RC-генератор). Полная схема RC-генератора на несколько фиксированных частот приведена на рис. 26. Эта схема применяется в аппаратуре СРП-3.

RC-генератор имеет несколько фиксированных частот; число час­ тот соответствует необходимому для получения комбинации кода количеству плюс одна. Использование дополнительной частоты объ­ ясняется тем, что генератор работает в режиме постоянной генера­ ции на частоте, лежащей значительно ниже кодовых частот, благо­

82

даря чему он обладает малой постоянной времени вхождения генера­ тора в режим устойчивой генерации. Генерация на комбинационных частотах кода обеспечивается подключением сопротивлений в цепь фазового баланса параллельно постоянно включенным сопротивле­ ниям этой цепи. Подключение сопротивлений производится автома­ тически — контактами реле шифратора.

В схеме генератора необходимый баланс фаз обеспечивается двумя ступенями усиления на сопротивлениях. В аноде каждого кас­ када фаза поворачивается на 180°, чем достигается получение необ­ ходимого фазового соотношения для возникновения генерации. Но фазовый баланс за счет включения в цепь обратной связи Ci; Rp С2; R2 сохраняется только для одной определенной частоты, так как эта цепочка обладает частотно-селективными свойствами. Емкость конденсатора С5, стоящего на выходе второй лампы и включенного в петлю обратной связи, должна быть выбрана большой, чтобы на частоте генерации сопротивление этого конденсатора было очень ма­ ло и не вносило ощутимого дополнительного сдвига фаз. Условием сохранения баланса'фаз является следующая зависимость:

o)0C2/?i = —— •

Ч>оС1Г\2

Из последнего выражения можно найти резонансную частоту

1

®0=---- г . . .

]/ R.R-fi^

или

/=-— 1* —.

J 2^V R.R.C.C,

Но так как Ri = R2 и Cj = C2, то окончательно можно написать,

что

f= 106 2-RC

при R — в омах, С — в мкф.

Для получения генерации необходимо, чтобы усиление первой лампы было равно

'+V+F’’

*) Коэффициент усиления второй лампы находится из выражения

1

А”2 = |

Это условие на практике легко реализуется.

Форма генерируемых колебаний тесно связана с амплитудой. Увеличение амплитуды больше допустимой искажает форму колеба­ ний за счет появления гармоник.

Амплитуда, устанавливаемая в генераторе, соответствует сред­ нему значению крутизны лампы, при которой нельзя допусткать зна­ чительной амплитуды установившихся колебаний, так как это неиз­ бежно приводит к искажению формы генерируемых колебаний за счет гармонических составляющих анодного тока.

Условие баланса амплитуд может соблюдаться только в случае сохранения неравенства

и2>их.

Выходной триод генератора является формирующим; благодаря нелинейности его характеристики колебания генератора ограничи­

ваются.

Гармонические колебания могут существовать только в случае, если аплитуда на сетке первой лампы будет малой и не выйдет за линейную часть характеристики.

Влияние гармоник в генераторе RC усугубляется отсутствием фильтрации. Следовательно, в таком генераторе необходимо всегда иметь оптимальное значение амплитуды. Для устранения противо­ речия между требованием неискаженной формы колебаний, достигае­ мой при малых амплитудах, и надежного ограничения, обеспечивае­ мого при больших амплитудах, в генератор введена «инерционная нелинейность» в виде термистора типа ТП6/2, изменяющего свое сопротивление в зависимости от проходящего по нему тока. Благо­ даря включению термосопротивления амплитуда колебания автома­ тически регулируется на определенном уровне, определяемом нели­ нейной характеристикой термистора. Как видно из схемы, термистор совместно с подключенным к нему сопротивлением образовывает отрицательную обратную связь. Коэффициент обратной связи зави­ сит от величины термосопротивления. Изменение величины отрица­ тельной обратной связи происходит относительно медленно, за счет тепловой инерции термистора. Благодаря этому в пределах одного периода генерируемых колебаний величина сопротивления терми­ стора не меняется. Следовательно, изменение его сопротивления не вносит нелинейных искажений; правильная синусоидальная форма колебаний сохраняется.

Применение термистора обеспечивает постоянство _ амплитуды генерируемых колебаний. Для неискаженного режима работы гене­ ратора он должен нагружаться на большое сопротивление, так как этот генератор является генератором напряжения. Генератор рабо­ тает на катодный повторитель для согласования с нагрузкой. Напря­ жение с выхода катодного повторителя подается на модулятор пере­ датчика. Катодный повторитель может рассматриваться также как буферный каскад.

84

Описанный генератор обладает высокой стабильностью и очень устойчив в эксплуатации.

Вцелях повышения эксплуатационных ресурсов был разработан

ииспытан генератор на кристаллических триодах по такой же схеме. Схема генератора приведена на рис. 27.

Рис. 27. Схема генератора на кристаллических триодах

Первый каскад, как и в случае ламповой схемы, является генера­ торным, второй каскад — согласующий—работает как катодный пов­ торитель, а третий выполняет функцию поворота фазы и усиления. С коллекторной цепи этого каскада напряжение обратной связи по­ дается в цепь базы триода первого каскада. В генераторе применена отрицательная обратная связь, в цепь которой включен термистор типа Т8С2.

Испытания этого генератора дали положительные результаты. Он используется в аппаратуре, эксплуатируемой в условиях измене­ ния температур от +10 до +40°. Этот генератор применен также в аппаратуре СРП-ЗП (полупроводниковый вариант).

Групповой усилитель

На выходе приемника радиоканала включен усилитель, к которо­ му подключаются фильтры или резонансные реле.

При прохождении через усилитель передаваемый импульс не дол­ жен искажаться. Это может быть достигнуто только при линейной

85

частотной характеристике усилителя в широком спектре частот, ли­ нейной амплитудной характеристике и согласовании выхода усили­ теля с нагрузкой. Для расширения динамического диапазона в уси­ лителе применяется Отрицательная обратная связь (рис. 28). Необ­ ходимая частотная характеристика усилителя определяется как ком­ бинационными частотами, так и радиоимпульсами, подаваемыми на вход усилителя.

Рис. 28. Схема группового усилителя

Усилитель лучше всего работает в импульсном режиме при ис­ пользовании экранируемой лампы, так как она обладает малыми входной и выходной емкостями и большой крутизной характеристики. По этим соображениям во входном каскаде применена лампа 6Ж1П. В выходном каскаде использяована лампа 6П1П со значительным выходным напряжением. Ток анода лампы достаточно велик и обес­ печивает необходимое напряжение на низкоомной нагрузке. Величи­

фильтр, обеспечивающий отсутствие искажений при воспроизведении плоской части импульса.

Применение автоматического смещения неизбежно связано с по­ явлением глубокой отрицательной связи по току, вызываемой про­ хождением переменной составляющей тока катода по , в резуль­ тате чего снижается коэффициент усиления в рабочей полосе час­ тот. Включая параллельно RK конденсатор, емкость которого доста­ точно велика на средних и высших частотах, обратная связь практи­ чески исчезает. На низших же частотах появляются частотные иска­

низких частотах необходимая емкость конденсатора Ск оказывается слишком большой.

86

Применение автоматического смещения без блокировочных кон­ денсаторов Ск приводит к уменьшению усиления каждой ступени в (1 + Ск • RK ) раз. Если коэффициент усиления остается достаточным и дополнительной ступени усиления не требуется, то этот вариант следует считать наиболее рациональным.

В первичной обмотке трансформатора включены корректирую­ щие сопротивление и конденсатор, предотвращающие искажение

Рис. 29. Схема группового усилителя на кристаллических триодах

передаваемых частот в области высокочастотной части спектра. Они применяются также в случае необходимости расширения полосы про­ пускания до 4000 гц. Анодные фильтры эффективно корректируют низкие частоты..

Выбор величины сопротивления фильтра ограничивается допусти­ мым падением напряжения источника анодного питания.

Во второй ступени усиления используется лампа типа 6С1П, соб­ ранная по резистивной схеме. Переходные емкости С2 и С3 рассчита­ ны по формуле.

С----- 1—

“н/? tg ?н

с учетом допустимого завала в области низких частот.

Наряду с описанным усилителем, в КБАТ был разработан и опро­ бован усилитель на кристаллических триодах. Схема усилителя при­

ведена на рис. 29.

Усилитель обладает высокими качествами при выходной мощно­ сти около 3 вт. Этот усилитель разработан для аппаратуры СРП-ЗП, предназначенной для эксплуатации в условиях изменения темпера­ туры от +10 до +40°.

87

Шифраторы

Шифраторы предназначены для превращения сообщений- в код того или иного видй? Ряд предприятий, разрабатывающих аппарату­ ру, в качестве шифраторов вводит электрические генераторы в соче­ тании с вращающимися механическими коммутаторами, в одних слу­ чаях работающими синхронно на объекте и ДП, в других — несин­ хронно. Применение этих механизмов, тем более на необслуживае­ мых объектах, вряд ли целесообразно. Нерациональный выбор шифрирующих устройств в большинстве случаев делает аппаратуру те­ лемеханики ненадежной.

Рис. 30. Схема шифратора

Ниже описан шифратор, разработанный в ИАТ АН СССР В. А. Ильиным, В. П. Димешиным, К. В. Белевич и Г. А. Суворовым (рис. 30). Этот шифратор применен в аппаратуре СРП-1.

Шифратор состоит из релаксационного генератора и. накопитель­ ной ячейки. Принципиально релаксатор и накопительная ячейка раз­ личаются только периодом работы. Релаксатор работает следующим образом: при замыкании датчиком цепи питания начинает заря­ жаться конденсатор Ci, в цепи зарядки которого включено сопротив­ ление R], Когда напряжение на конденсаторе достигнет напряжения зажигания лампы Л\ (МТХ-90), через лампу разрядится конденса­ тор и реле Р\ сработает. Реле Pi является манипуляционным, так как оно своими контактами отпирает передатчик. При разрядке конден­ сатора через цепь лампы Л\ напряжение на его обкладках умень­

88