книги из ГПНТБ / Листов, Константин Михайлович. Радио и радиолокационная техника и их применение

В состав лампового генератора (рис. 11) входят следую­ щие основные элементы:

—электронная лампа Л\

—колебательный контур, состоящий из катушки индуктив­ ности La и конденсатора Ск;

—катушка обратной связи Z.CB;

—источники питания Ба (анодная батарея) и Бн (батарея накала).

Вмомент включения источ­

ника анодного напряжения (при условии, что источник напря­ жения накала уже включен) в аноде, а следовательно, и в об­ мотке катушки контура возни­ кает ток. В контуре благодаря электрическому толчку возни­ кают колебания. Пусть эти ко­ лебания очень слабы, но вокруг контурной катушки LK обра­ зуется магнитное поле, воздей­

ствующее на катушку индуктивности ZCB, подключенную к управляющей сетке. На сетке появляется переменное напря­ жение, которое усиливается лампой. Усиленная колебательная энергия выделяется в контуре. К той энергии, которая перво­ начально возникла в контуре в момент включения, лампа до­ бавляет энергию, полученную от источника питания. Тогда через контурную катушку LK пойдет увеличенный перемен­ ный ток, магнитное поле вокруг катушки усилится, и благо­ даря этому усилится воздействие этого поля на катушку LCB, включенную в цепь сетки лампы. Это приведет к увеличению напряжения на сетке и соответственно к увеличению энергии, которую лампа добавляет к контуру.

Возникшие в контуре колебания через катушку 1св дей­ ствуют на сетку лампы, а лампа в свою очередь — на контур, пополняя его энергию от батареи. За каждый период колебаний потери в контуре компенсируются, и в нем устанавливаются незатухающие колебания, частота которых зависит от индук­ тивности катушки LKи емкости конденсатора Ск . Необходи­ мым условием получения незатухающих колебаний в лампо­ вом генераторе является правильное включение кондов ка­ тушки обратной связи. Необходимо, чтобы пополнение энер­ гии контура лампой происходило в такт с собственными ко­ лебаниями, возникшими в контуре.

Итак, мы получили переменный ток высокой частоты (вы­ сокочастотные колебания) при помощи лампового генератора. Теперь достаточно подвести этот ток к антенне, чтобы полу­ чить радиоволну в пространстве.

29

Однако задающий генератор должен иметь небольшую от­ даваемую мощность, так как только при этом условии можно получить достаточно высокую стабильность частоты передат­ чика. Поэтому колебания задающего генератора приходится усиливать, перед тем как подводить их к антенне; для этой цели используют специальный ламповый генератор с посторон­ ним возбуждением, называемый усилителем мощности.

В зависимости от назначения передатчика можно приме­ нить несколько каскадов (ступеней) усиления, где под каска­ дом подразумевают лампу с колебательным контуром.

Для повышения стабильности частоты задающий генератор проектируют иногда на более низкие частоты, чем те, на ко­ торых работает передатчик. В этом случае вводят дополни­ тельный каскад для умножения частоты.

Умножитель — это каскад с резонансными контурами в се­ точной и анодной цепях лампы. Он отличается от обычного усилителя высокой частоты тем, что его анодный контур на­ строен на частоту, в два — три раза более высокую, чем се­ точный контур. Если на вход такого каскада подать колеба­ ния с частотой, на которую настроен сеточный контур, го в анодном контуре будут выделены колебания умноженной частоты.

Ламповый генератор можно поставить в такой режим, когда анодный ток проходит в виде периодически повторяющихся импульсов сложной формы. Любое же сложное периодическое колебание можно разложить на ряд простых синусоидальных колебаний, или гармоник, имеющих разную частоту и ампли­ туду.

Частоты гармоник всегда в целое число раз больше частоты сложного колебания. Если частота сложного колебания равна, например, 300 кгц, то частота его первой гармоники также

более высокие гармоники имеют меньшие амплитуды.

Если анодный контур генератора настроен на первую гар­ монику анодного тока, то он работает как обычный усилитель мощности. В этом случае диапазон передатчика соответствует диапазону задающего генератора. Если же анодный контур генератора настроен на вторую гармонику анодного тока, то получается удвоение частоты колебаний.

Умножение частоты наиболее широко применяется на ко­ ротких и ультракоротких волнах, где особое значение приобре­ тает понижение частоты задающего генератора, поскольку без умножения частоты нельзя получить кварцевую стабилиза­ цию (о чем будет сказано ниже), так как трудно создать

кварцевые пластинки для стабилизации очень высокой ча­ стоты.

30

Умножители повышают устойчивость частоты и расширяют диапазон волн передатчика при одном и том же диапазоне задающего генератора.

Стабилизация частоты передатчика. Необходимым усло­ вием надежной радиосвязи является высокая устойчивость, или, как принято говорить, стабильность, частоты излучаемых колебаний. Чем устойчивее частота радиостанций, тем большее их число может одновременно работать в одном диапазоне без взаимных помех. Необходимо также, чтобы частота передат­ чика точно соответствовала заданному значению. Это ускорит вхождение в связь, так как не придется «искать» корреспон­ дента и подстраивать приемник в процессе работы.

Одной из причин, вызывающих отклонение частоты пере­ датчика, служит изменение окружающей температуры. При ко­ лебаниях температуры изменяются геометрические размеры катушки и конденсатора, что вызывает изменение частоты пе­

биться этого, приходится принимать специальные меры. Для повышения устойчивости частоты широко используется квар­ цевая стабилизация, основанная на свойствах кристалличе­ ского кварца.

Кристаллический кварц относится к числу самых твердых минералов. На размеры кварца практически не-влияют ни из­ менения температуры, ни химические воздействия.

Кварцевая пластинка, вырезанная определенным образом из кристалла, обладает пьезоэлектрическим свойством, т. е. способностью при сжатии или растяжении образовывать элек­ трические заряды на своих поверхностях.

Если такую пластинку поместить между двумя металличе­ скими обкладками, к которым подвести переменное напряже­ ние, то она будет сжиматься и расширяться с частотой этого напряжения. На ее гранях под воздействием механических ко­ лебаний появятся переменные электрические заряды.

Кварцевая пластинка, как и любая механическая система, имеет собственную резонансную частоту, которая опреде­ ляется геометрическими размерами пластинки. При совпаде­ нии частоты подведенного к обкладкам напряжения с собственной частотой кварцевой пластинки амплитуда меха­ нических колебаний ее достигает наибольшей величины. Следовательно, и.величина зарядов на ее гранях получается максимальной.

Кварцевая пластинка включается в схему лампового гене­ ратора между сеткой и катодом и заменяет колебательный контур. Возникновение и поддержание колебаний в генераторе

31

будет обусловлено кварцем, так как в связи с малыми поте­ рями в.нем легче возбудятся колебания и более длительное время сохранятся.

Стабилизирующее действие кварцевой пластинки эквива­ лентно действию махового колеса, которое, накопив большую энергию вращения, поддерживает число оборотов двигателя постоянным. Любая причина, изменяющая число оборотов двигателя, действует слабее, если двигатель имеет маховик. Точно так же любая причина, влияющая на частоту лампового генератора, действует слабее, если генератор вместо обычного колебательного контура имеет кварцевую пластинку.

Генерируемая частота определяется геометрическими раз­ мерами кварцевой пластинки (в основном ее толщиной). Один кварц стабилизирует одну волну. Для перехода на новую волну в кварцевом генераторе нужно заменить кварцевую пластинку. Для стабилизации большого количества волн тре­ буется набор кварцевых пластин, что практически неудобно.

Имеется ряд методов и электрических схем, которые по­ зволяют с помощью одной высокостабильной кварцевой пла­ стины осуществлять стабилизацию большого числа частот воз­ будителя радиостанции. Этот способ называют диапазонно­ кварцевой стабилизацией частоты. При такой стабилизации в возбудителе радиостанции можно обойтись всего лишь одной кварцевой пластиной. Однако электрическая схема возбуди­ теля оказывается значительно более сложной, чем при смен­ ных кварцах. Несмотря на это, диапазонно-кварцевая стабили­ зация в последнее время получает все более и более широкое применение.

Для стабилизации большого количества волн в плавном диапазоне частот применяется бескварцевая стабилизация. Генератор с бескварцевой стабилизацией обеспечивает плав­ ную перестройку и выбор любой волны в пределах диапазона радиостанции, что иногда требуется, когда частота корреспон­ дента точно неизвестна. Бескварцевая стабилизация дости­ гается высоким качеством деталей генератора, т. е. возможно малой их зависимостью от температуры, влаги и механических влияний, жестким и прочным выполнением конструкции, об­ легченным режимом генераторной лампы, при котором коле­ бательные токи имеют малые величины. Каркасы катушек кон­ туров, определяющих частоту, изготовляются из высококаче­ ственной керамики, на которую электролитическим путем на­ носятся витки обмотки. Катушки и другие детали генератора помещаются в герметичные экраны для защиты от действия влаги. Для'уменьшения уходов частоты под влиянием измене­ ний внешней температуры применяются специальные термо­ компенсирующие конденсаторы. Установка заданной частоты генераторов с бескварцевой стабилизацией производится по шкале с помощью визира. Точность градуировки шкалы

32

можно время от времени проверять с помощью опорного квар­ цевого генератора, имеющегося обычно в схеме радиостанции.

Преобразование частоты. Электронная лампа, кроме уси­ ления, генерирования и выпрямления колебаний, исполь­ зуется также для преобразования частоты.

Преобразователь частоты является важным элементом ра­ диоприемников и передатчиков некоторых типов-. В процессе преобразования на входные электроды электронной лампы подводятся электрические колебания различных частот от двух источников. В результате сложения (смешения) двух колебаний в анодной цепи возникают электрические биения суммарной и разностной частоты, которые можно выделить колебательными контурами, настроенными на соответствую­ щие частоты. Для преобразования частоты используются спе­ циальные лампы с пятью сетками (гептоды), хотя могут быть использованы и обычные пентоды.

Для преобразования частоты лампа должна находиться в преобразовательном режиме, т. е. на ее управляющей сетке а также и на других электродах должны быть напряжения определенной величины.

Управление колебаниями в передатчике. Для радиосвязи по телеграфной азбуке необходимо излучать радиоволны в те­ чение определенных промежутков времени с различными ин­ тервалами. Следовательно, передатчик надо включать и вы­ ключать в определенной последовательности. Это делается при помощи телеграфного ключа, разрывающего и замыкаю­ щего какую-либо цепь передатчика. Такое управление передат­ чиком называется манипуляцией.

По телеграфной азбуке каждая буква алфавита обозна­ чается точками, тире или их комбинацией.

Чтобы передать точку, необходимо замкнуть и сейчас же разомкнуть цепь ключом. При передаче тире замыкание цепи производится на более продолжительное время. Между пере­ дачей отдельных букв дается пауза.

Манипулируя ключом на передающей станции, оператор передает радиограмму.

При радиотелефонной работе тоже приходится управлять колебаниями передатчика.

Так как звук и электрический ток по своей природе раз­ личны, то звук не может непосредственно воздействовать на электрические высокочастотные колебания в передатчике. Энергию звука нужно сначала превратить в электрическую. Это делается при помощи микрофона. Звуковые колебания, воздействующие на его мембрану, преобразуются в колебания электрического тока той же частоты.

Эти колебания тока индуктируют на вторичной обмотке микрофонного трансформатора переменную э. д. с., при помощи которой и управляют при передаче речи по радио высокоча­

стотными колебаниями передатчика, изменяя их амплитуду или частоту.

Процесс управления током высокой частоты с помощью первичных сигналов низкой частоты называется модуляцией. .

А м п л и т у д н а я м о д у л я ц и я — это изменение ампли­ туд тока (напряжения) высокой частоты в соответствии с на­ пряжением низкой, разговорной частоты.

Амплитудная радиотелефонная модуляция осуществляется изменением режима работы генераторной лампы путем воз­ действия модулирующего напряжения на один или несколько

i

Рис. 12. Процессы в каскаде передатчика при радиотелефонной модуляции

ее электродов. Модулируется один из каскадов, включенных после задающего генератора, чаще всего выходной каскад.

Модуляция возможна лишь при наличии в генераторе ко- . лебаний высокой частоты с отсечками анодного тока. Напря­ жение звуковой частоты изменяет при модуляции высоту им­ пульсов анодного тока, а значит, и амплитуду первой гармо­ ники анодного тока, а следовательно, и амплитуду колеба­ тельного тока в контуре (в антенне). Общий процесс ампли­ тудной модуляции представлен на рис. 12.

Колебания, получающиеся в антенне после модуляции, зна­ чительно отличаются от синусоидальных.

Мы уже отвечали, что несинусоидальные колебания можно - представить как сумму отдельных синусоидальных колебаний различных частот — гармоник. Поэтому при телефонной ра­ боте передатчик излучает не одну, а несколько частот, как го­ ворят, спектр частот.

34

называется девиацией (качанием) частоты. При частотной мо­ дуляции в передатчиках модулируется .частота задающего ге­ нератора. Спектр боковых частот при частотной модуляции значительно больше, чем при амплитудной. Поэтому ее при­ менение при радиотелефонии выгодно лишь на ультракорот­ ких волнах.

При частотной модуляции более эффективно используется мощность передатчика, работающего в телеграфном режиме с постоянной амплитудой. Это, а также меньшее влияние ат­ мосферных и промышленных помех при приеме частотно-мо- дулированных колебаний способствует увеличению дальности и устойчивости связи.

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Основные понятия. Радиоприемные устройства выполняют четыре основные функции.

Первая функция приемного устройства состоит в том, чтобы извлечь энергию радиоволны из пространства. Это осуществляется при помощи приемной антенны. ' Под дей­ ствием электромагнитных полей, распространяющихся от пе­ редатчиков волн, в ней наводятся переменные токи соответ­ ствующих частот.

Вторая функция приемного устройства — выделение сиг­ налов нужной станции из множества колебаний, создаваемых в антенне работающими радиостанциями. Свойство прием­ ника выделять необходимые сигналы называется избиратель­ ностью или селективностью.

Третья функция приемника состоит в усилении принятых колебаний.

Дело в том, что радиостанция излучает волны во все сто­ роны и к антенне принимающей станции приходит только не­ большая доля общей излученной энергии. С увеличением рас­ стояния между передающей и принимающей станциями ин­ тенсивность волны падает, и при каком-то расстояний, зави­ сящем от мощности передающей станции и условий распро­ странения, прием становится невозможным. Поэтому выде­ ленные высокочастотные колебания нужно усилить до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного прибора (телефон, телеграфный аппарат).

Для усиления колебаний применяются схемы с электрон­ ными лампами.

Четвертая функция приемника заключается в выделении колебаний низкой частоты из колебаний высокой частоты, или детектировании колебаний.

Выделенные колебания низкой частоты передаются непо­ средственно или после дополнительного усиления к телефону (к громкоговорителю) или к записывающей аппаратуре.

36

Всякий ламповый радиоприемник состоит из элементов (блоков), выполняющих различные функции. Число типов ламповых приемников велико, но все они представляют собой комбинации сравнительно небольшого числа элементов. Зная работу и назначение этих элементов, легко разобраться

вустройстве и работе любого радиоприемника.

Косновным показателям качества приемников относятся: диапазон волн, чувствительность, избирательность и точность

воспроизведения сигналов.

По диапазонам волн приемники делятся на длинноволно­ вые, коротковолновые и ультракоротковолновые в зависимо­ сти от того, в каком диапазоне волн они работают.

Обычно приемники имеют непрерывный диапазон частот. В этом случае их можно настроить на любую волну в преде­ лах диапазона. Но имеются приемники, предназначенные для работы на одной или нескольких фиксированных волнах.

В приемниках с широким диапазоном волн применяется разбивка на поддиапазоны. Переход с одного поддиапазона волн на другой чаще всего осуществляется переключением катушек индуктивности, а настройка в пределах каждого под­ диапазона— изменением емкости конденсатора.

Один из основных показателей приемника — его чувстви­ тельность. Если говорят, что приемник имеет более высокую чувствительность по сравнению с другим приемником, то это значит, что первый приемник способен принимать более сла­ бые радиосигналы, чем второй.

Чувствительность определяется наименьшей величиной входного сигнала, при котором на выходе приемника полу­ чается напряжение, необходимое для нормального воспроиз­ ведения приходящего сигнала в телефонах, громкоговорителе или записывающем устройстве.

Атмосферные и промышленные помехи (от грозовых раз­ рядов, электродвигателей, рентгеновских установок и т. д.) ограничивают возможность приема слабых сигналов. Если уровень полезного сигнала не превышает уровня помех, то

На сверхвысоких частотах (особенно в диапазоне санти­ метровых волн) пределам повышения чувствительности при­ емника служат его собственные шумы. Они прослушиваются в ламповых приемниках как характерное шипение в телефонах.

Важное качество приемника— его избирательность. Она достигается использованием резонансных свойств колебатель­ ных контуров.

Как известно, в антенне наводятся э. д. с. всеми прихо­ дящими волнами. Входной же контур приемника настраи­ вается в резонанс на частоту нужной станции; э. д. с. этой

37.

частоты создает в контуре наибольший ток, а все осталь­ ные э. д. с. создают в нем очень небольшие токи. Так про­ исходит выделение интересующего нас сигнала.

Если бы не явление резонанса, то принять сигналы нуж­ ной станции было бы невозможно. Приемник в равной сте­ пени принимал бы одновременно большое количество различ­ ных сигналов. При радиотелефонном приеме результаты были бы такими же, как если бы вы сидели в аудитории и слушали одновременно выступление на разные темы боль­ шого числа докладчиков.

Избирательность зависит от числа колебательных конту­ ров в приемнике и от их добротности. Добавить в приемник контур — значит сделать общую резонансную кривую острее. Тот же эффект достигается повышением добротности конту­ ров, т. е. уменьшением в них потерь. При наличии нескольких контуров в приемнике избирательность как бы «наращи­ вается» от контура к контуру, способствуя все большему и большему ослаблению нежелательных сигналов.

Избирательность зависит также и от формы резонансной кривой. Чем острее кривая, т. е. чем круче ее скаты, тем лучше избирательность приемника.

Однако ширина общей резонансной кривой приемника в своей верхней части, или, как говорят, ширина полосы пропу­ скания частот приемника, должна быть такой, чтобы свободно пропускать весь спектр частот, излучаемых передатчиком.

Мы уже видели, что для амплитудно-модулированных пере­ датчиков этот спектр занимает полосу 5—6 кгц. За «полосу пропускания» приемника принято считать такой участок ча­ стот, на границах которого напряжение колебаний ослаб­ ляется не более чем в два раза по сравнению с напряжением на резонансной частоте. За пределами полосы пропускания форма общей резонансной кривой приемника должна иметь крутой спад. Чем круче этот спад, тем выше избирательность приемника,тем лучше он отстраивается отметающих станций.

Чем шире полоса пропускания приемника, тем меньше искажения принимаемых сигналов. Но при этом не следует

только помехи соседних по частоте станций, но и атмосфер­ ные и промышленные помехи. Эти помехи представляют со­ бой непериодические электромагнитные колебания. Спектр их частот очень широкий, поэтому они одновременно дей­ ствуют на большое число приемников, настроенных на раз­ ные частоты. Чем шире полоса пропускания приемника, тем сильнее сказывается влияние этих помех.

38