книги из ГПНТБ / Смогилев К.А. Радиоприемники сверхвысоких частот

частоты и увеличивают уровень собственных шумов приемни­ ка. Поэтому, даже в случае отсутствия мешающих станций, для уменьшения коэффициента шума приемника, необходимо предусматривать ослабление по зеркальному каналу.

Таким образом, задачи усилителя сверхвысокой частоты сводятся к тому, чтобы обеспечить минимальный коэффициент шума, максимально возможное усиление и необходимую из­ бирательность по зеркальному и соседнему каналам.

На различных участках диапазона СВЧ указанные задачи решаются с помощью различных схемных элементов. В диапа­ зоне 30 75 Мгц используются обычные или пальчиковые лампы, в диапазоне 75 ^ 500 Мгц пальчиковые лампы, от 500' до 3000 Мгц — «маячковые» и на частотах выше 3000 Мгц — лампы бегущей волны. В качестве резонансных элементов, обеспечивающих избирательность, на частотах от 30 до 300 Мгц используются колебательные контуры с сосредоточенными параметрами, на частотах от 40 до 700 Мгц в диапазонных приемниках применяются конденсаторные контуры, на часто­ тах 300 3000 Мгц —' отрезки длинных линий и объемныерезонансы и на частотах выше 3000 Мгц — объемные резона­ торы.

В усилителях СВЧ получение большого усиления ограни­ чивается не только самовозбуждением, но также и сильным шунтирующим действием входного и выходного сопротивлении, усилительных ламп по отношению к междукаскадным резо­ нансным элементам.

Входное и выходное сопротивления приемо-усилительных ламп уменьшаются с частотой и на некоторой частоте стано­ вятся недостаточными для получения коэффициента усиления больше 1 .

§ 3.2. Входное сопротивление приемо-усилительных ламп

Входная проводимость усилительной лампы складывается в основном из трех составляющих.

Первая составляющая, которая рассматривалась в первой: части курса, обязана наличию в лампе обратной связи через

70

индуктивности вводов электродов и взанмоиндуктивноети между ними.

Третья составляющая определяется инерцией электронов. Составляющими входной проводимости, которые появляют­

ся в результате несовершенства изоляции, диэлектрических потерь в стекле, цоколе и внутренних конструктивных элемен­ тах, попадания электронов на сетку, ионных токов и др. в пер­ вом приближении можно пренебречь.

Каждая из причин появления входной проводимости лам­ пы действует одновременно с другими. Однако для целей инженерной практики достаточно рассмотреть влияние этих причин раздельно, пренебрегая действием, например, инерция электронов при рассмотрении влияния индуктивностей вводов электродов.

1. Влияние индуктивностей вводов электродов лампы на ее. входную проводимость

На рис. 3.1 представлена эквивалентная схема усилителя (без источников постоянного напряжения). Лампа на схеме изображена с учетом индуктивностей вводов электродов и междуэлектродных емкостей. Схема оказывается довольно сложной, а ее анализ представляется достаточно громоздким. Составим упрощенную схему, пренебрегая некоторыми неос­

могут быть отнесены к нагрузке в цепи анода лампы, индук­ тивность сеточного ввода L%— к нагрузке предыдущего кас­ када, незначительным действием индуктивности ввода третьей сетки можно пренебречь.

Индуктивность ввода экранной сетки оказывает некоторое влияние на величину входной проводимости, однако решаю­ щее значение имеет индуктивность ввода катода £к, поэтому в первом приближении действием Lb можно также пренебречь.

На рис. 3.2 .с учетом сделанных допущений изображена эквивалентная схема усилителя, а на рис. 3.3 — векторная диаграмма, поясняющая процессы в схеме.

За основное направление на векторной диаграмме принято

-направление вектора Ug изображающего напряжение между сеткой и катодом лампы.

Внутреннее сопротивление лампы велико по. сравнению с сопротивлением индуктивности LK и с сопротивлением на­

71

грузки усилителя {для триодов это менее справедливо, чем для пентодов), поэтому можно считать катодный ток / к синфазным с напряжением между сеткой и катодом лампы 0 &к. За счет катодного тока L на индуктивности катодного ввода LKсоздается напряжение Ок, сдвинутое на 90° относительно 1«.

Это напряжение создает последовательную обратную связь в цепи сетки, поэтому входное напряжение» От представляет­ ся как геометрическая сумма £/gк и

пряжения и т, следовательно, опережает это напряжение на 90°. Вторая составляющая /gK протекает через емкость CgK под действием напряжения UrKи сдвинута относительно его на 90°».

Суммарный ток / Вх равен геометрической сумме составляю­

щих и сдвинут относительно UBX на некоторый угол, как это следует из векторной диаграммы, отличный от 90°-. Из диа­ граммы также видно, что входной ток имеет составляющую,

72

•синфазную со входным напряжением, что эквивалентно нали­ чию активной составляющей входной проводимости, и состав­ ляющую, опережающую входное напряжение на 90°, что рав­

носильно наличию емкостной составляющей входной прово­ димости.

IfiOC

Таким образом, индуктивность катодного ввода создает последовательную обратную связь по току, которая приводит к появлению активной и реактивной составляющих входной проводимости. Величина зходной проводимости лампы, обя­ занная действию индуктивности катодного ввода без учета влияния экранной сетки и ее ввода, находится следующим об­ разом.

Входная проводимость усилителя с последовательной об- '.ратной связью, как известно равна:

73

Здесь Ут,—j -CgK; K— —SZ,,; значение \>находится из соот­ ношения

св __ икiKjmLK

В =-

Тогда, после соответствующих подстановок и преобразова­ ний, получим

у__ J ю t^EK

Lk 1 + 7 «5/.;

или, освобождаясь от мнимости в знаменателе и учитывая,

74

Представляя полное входное сопротивление лампы в виде параллельного соединения активного сопротивления и емкости (рис. 3.4), можем написать:

Из полученных соотношений следует, что активная состав­ ляющая входного сопротивления уменьшается пропорциональ­ но квадрату частоты, первой степени индуктивности катодного; ввода, первой степени крутизны и емкости сетка-катод.

LSx

Некоторое увеличение активной составляющей входногосопротивления получается за счет действия индуктивности ввода экранной сетки. Учет указанного действия приводит" к следующему выражению для активной составляющей вход­ ной проводимости лампы:

£вх L.= {SKLhCgK— S3L3Cg3) ш2.

Резкое снижение активной составляющей входного сопро­ тивления лампы с ростом частоты, обязанное действию индук­ тивности катодного ввода, ведет к уменьшению эквивалентно­ го 'сопротивления нагрузки предыдущего каскада и, следова­ тельно, к уменьшению его коэффициента усиления. Указанноеобстоятельство заставляет принимать меры к ослаблению влияния Этой индуктивности и к уменьшению ее величины. Применяются, например, лампы с двумя катодными вводами.

75-

Подобная конструкция позволяет разделить цепи анодного и сеточного токов и тем самым существенно уменьшить обрат­ ную связь между этими цепями (рис. 3.5).

В усилителях с фиксированной настройкой последователь­ но в цепь катода включают емкость (рис. 3.6). Подбирая ее величину, добиваются последовательного резонанса, при этом

2 Н

Заметный эффект дает применение ламп с укороченными вводами электродов (пальчиковых, жолудей и др.), а в деци­ метровом диапазоне — ламп с дисковыми вводами.

2. Влияние конечной скорости электронов

на входную проводимость ламп

Размеры приемо-усилительных ламп невелики, поэтому можно считать, что электрическое поле в пределах лампы рас­ пространяется мгновенно. Изменение напряжения на сетке

-мгновенно приводит к изменению электрического поля вблизи катода.

Фаза напряженности электрического поля вблизи катода определяет фазу конвекционного (электронного) тока в сече­ нии, близком к катоду. Если напряжение на сетке изменяется медленно, то фаза электронного тока вблизи катода изменяет­ ся также медленно. В сечениях, близких к катоду и к сетке,

•76

электронный ток о т ш ш ш м ярактозчаши в (фазе. Если же электрическое поле вблизи т ш ш мтмезт даешп&ш© -быстро- (вследствие быстрого изменения напряжения между катодом и сеткой), то электронные токи в сечениях, близком к катоду

иблизком к сетке будут шмшшься со сдвинем по фазе. Этот сдвиг пропорционален времени пролета электронов от одного сечения до другого.

Скорость изменения входного напряжения растет с ростом частоты. До некоторой частоты, когда период колебаний Т значительно больше пролетного времени т, влиянием конечной скорости электронов можно пренебречь, так как они пролета­ ют участок анод-катод в течение незначительной доли периода

исдвига фаз между электронными токами разных сечений практически не наблюдается. Однако для более высоких час­ тот, когда период колебаний соизмерим с временем пролета

электронов, инерцию электронов уже нельзя не учитывать, так как она существенно сказывается на работе усилителей.

I ,

\h

Рис. 3.7.

В случае умеренно высоких частот (длинных, средних и. коротких волн) напряжение на сетке можно считать постоян­ ным в течение пролетного времени т, следовательно, фаза элек­ тронного тока в любом сечении лампы за время пролета элек­ тронов практически не меняется и соответствует фазе напря­

в цепи сетки ток /2»равный по величине току /1: но противопо-

.77“

.ложный ему по направлению. Суммарный наведенный в цепи сетки ток в данном случае оказывается равным нулю. Вход­ ная проводимость также равна нулю.

В случае высоких частот (метровые, дециметровые и т. д.

электронного тока принимает некоторые промежуточные зна чения.

В создании наведенного в цепи сетки тока участвуют элек­ троны каждого сечения между сеткой и катодом. Поэтому

78

От сетки к аноду электроны проходят значительно быстрее, чем от катода к сетке. Поэтому временем пролета T0g от сетки до анода можно пренебречь и считать фазу электронного тока в пространстве между сеткой и анодом всюду постоянной и

в цепи сетки наводится электронами, летящими от сетки, по­ этому его направление (без учета инерции электронов) проти­

воположно току /].

Суммарный 'наведенный в цепи сетки ток /gк опережает

•напряжение на сетке на угол <рх , меньший 90°. Следовательно,

имеется реактивная и активная составляющие этого тока. Реактивная составляющая ведет к увеличению входной ем­ кости лампы, а активная составляющая вызывает появление активной входной проводимости.

Количественно активная составляющая входной проводи­

соответственно, активная составляющая входного сопротивле­ ния

а - ___ 1_____

*ЛЭХ-- „ г* ~ 2 , 2 &Ок ugK ^

Здесь а — коэффициент пропорциональности, зависящий от типа лампы,

5К— крутизна катодного тока.

Из формулы следует, что входное сопротивление усили­ тельной лампы уменьшается пропорционально квадрату ча­ стоты и квадрату пролетного времени.

-лым расстояние^ между сеткой и катодом. Тот же эффект до­ стигается увеличением напряжения на аноде. Однако в обоих случаях ухудшается электрическая прочность лампы, поэтому полностью влияние инерции электронов, на входное сопротив­ ление исключить не удается.

79