книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот
..pdfВ них дано сравнение этих данных с интенсивностью отказов приемо-усилительных ламп, являющихся наи более надежными среди электровакуумных приборов (табл. 7.1).
Т а б л и ц а 7.1
Некоторые данные об усредненных значениях интенсивностей отказов электронных приборов СВЧ и приемно-усилительных ламп
Впды приборов |
X-10+s (1/час) |
Импульсные магнетроны |
50 -5 0 0 |
Отражательные клистроны |
3—30. |
ЛБВ |
5—20 |
Резонансные разрядники |
5—50 |
Кристаллические детекторы |
0,5— 15 |
Приемио-усилнтельные лампы |
0,1—3 |
Отсюда видно, что наиболее высокие значения интен сивности отказов имеют импульсные магнетроны. Этим приборам, как и другим приборам с недостаточной надежностью, следует уделять наибольшее внимание при выборе режимов <и условий использования в аппа ратуре. Кроме того, значение интенсивности отказов изменяется в десятки раз для одних и тех же видов приборов, а для различных видов приборов — на не сколько порядков.
7.2.СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ОЦЕНКИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ПРИБОРОВ СВЧ В АППАРАТУРЕ
В связи с сильным влиянием электрических и теп ловых режимов электронных приборов СВЧ на их надежность в аппаратуре, важное значение приобретают способы оценки и измерения режимов.
При конструировании аппаратуры вначале произво дят расчет режимов по заданным выходным параметрам
приборов, |
а |
затем |
их экспериментальное |
уточнение. |
В тех случаях, когда |
режимы являются предельными, |
|||
близкими |
к |
предельным или на их режим |
оказывают |
воздействие другие приборы, элементы или конструктив ное выполнение и размещение блоков и всей аппарату-
330
ры в целом, тогда измерение режимов при -изготовлении
ипосле ремонта аппаратуры является обязательным. Исключение недопустимых электрических и тепловых
режимов должно производиться на возможно ранних стадиях разработки аппаратуры, что способствует свое временному принятию мер по повышению надежности и более правильной количественной оценке надежности при испытании аппаратуры в процессе ее разработки.
Оценка правильности выбранных электрических и тепловых режимов электронных приборов в аппаратуре обычно ведется в соответствии с требованиями техниче ской документации на приборы (ГОСТ, общие и частные технические условия, нормали и т. п.).
Если приборы используются в режимах, не преду смотренных технической документацией (это часто слу чается на практике, так как режимы использования при боров более многообразны, чем это регламентируется' документацией), то необходимо проводить специальный анализ и соответствующие испытания. Это позволит по лучить достоверные результаты, показывающие насколь ко выбранный режим работы обеспечит надежность при бора в аппаратуре.
При измерении режимов работы приборов в аппара туре должны выполняться следующие условия:
—выходные параметры аппаратуры должны соот ветствовать предъявляемым к ней требованиям;
—приборы, установленные в аппаратуру, должны быть исправными;
—напряжения источников .питания должны контро лироваться и устанавливаться последовательно на верх ний и нижний предел;
—значения электрических параметров различных узлов (по длительности и частоте следования импульсов,
частоте генерируемых |
колебаний, выходной мощности |
и т. п.), должны иметь |
наиболее благоприятное сочета |
ние с точки зрения режима работы.
Необходимая точность измерения режимов обеспечи вается измерительными приборами [40] с учетом исполь зуемых методов измерения и степени соответствия усло вий измерения реальным условиям эксплуатации аппа ратуры.
Рассмотрим способы измерения основных электриче ских режимов импульсных магнетронов, отражательных
331
клистронов, ЛБВ, резонансных разрядников и смеси тельных кристаллических детекторов, определяющих правильность их использования в радиолокационной аппаратуре импульсного действия.
Для оценки электрического режима импульсных маг нетронов, оказывающего влияние на надежность его ра боты и -выходные параметры, необходимо измерение:
—напряжения накала и броска тока накала;
—амплитуды, длительности и формы модулирующе
го импульса напряжения;
—пределов изменения анодного тока и формы импульса анодного тока;
—частоты следования импульсов и коэффициент за
полнения;
—напряженности магнитного поля (для приборов непакетированной конструкции);
—сопротивления ВЧ нагрузки -в динамическом ре
жиме работы магнетрона.
Это минимально необходимый объем измерений, ко торый должен быть расширен, если имеются специфиче ские условия использования магнетрона.
Напряжение накала измеряется до подачи высокого напряжения и после его включения (динамическом ре жиме). Для безопасности напряжение накала магнетро на рекомендуется измерять по величине -напряжения в первичной обмотке трансформатора (рис. 7.8,а) и вы числять по формуле
где U— показания вольтметра в первичной обмотке трансформ атор а;
k — коэффициент трансформации, определяемый при .реальной нагрузке трансформатора.
Величина напряжения накала до подачи высокого напряжения должна лежать в пределах допуска, указан ного в ЧТУ или справочнике.
В динамическом режиме «в зависимости от средней мощности или сважности напряжение накала должно со ответствовать значению, установленному по накальной характеристике (гл. 3, рис. 3.6).
Бросок тока накала, чрезмерная величина которого м<зжет привести к перегоранию подогревателя, измеряет-
332
ся в статическом режиме работы магнетрона по схеме, приведенной на рис. 7.8,6. При замыкании и размыкании ключа К на экране осциллографа измеряется высота вы броса {/макс и амплитуда напряжения U на сопротивле нии R в установившемся -режиме. Относительная вели чина броска тока определяется отношением
I n б р = - ^ . |
(7 .2 1 ) |
Амплитуда модулирующего напряжения может быть измерена импульсным килавольтметром [например, В4-2 (ВЛИ-3) с высоковольтным емкостным делителем] или
Рис. 7.8. Схемы измерения напряжения (а) и броска тока (б) накала магнетрона.
с помощью статического киловольтметра (например, С-96) и диодной приставки (рис. 7.9). Кенотрон в диод ной приставке Д должен выбираться с учетом 1,5—2- кратного превышения величины допустимого обрат-
Рис. 7.9. Схема измерения амплитуды модулирующего напря жения.
333
ного напряжения по сравнению с ожидаемой .амплиту дой модулирующего напряжения. Если на фронте и плос
кой части имеются |
«осцилляции», |
то последовательно |
с диодом вблизи с катодом должно |
включаться специ |
|
ально подобранное |
безындукционное сопротивление Ме |
длительность и, особенно, форма модулирующего напряжения импульса тока должны подвергаться тщ а тельным измерениям, поскольку, они определяют устой чивость работы магнетрона. Рекомендуется эти измере ния проводить с помощью ооциллографа по схемам, по казанным на рис. 7.10,а и б [41, 42].
Емкостной делитель схемы при измерении формы импульса напряжения образован из междуэлектродной емкости диода Д и конденсатора С, который подбирает ся из расчета получения необходимой величины изобра жения на экране осциллографа. Для получения изобра жения на экране осциллографа всего фронта модули рующего импульса синхронизирующий импульс должен опережать модулирующий импульс «а 0,2—0,3 мксек. Изображение модулирующего импульса наносится на кальку или фотографируется (рис. 7.11).
Крутизна на линейном участке, определяющая в ос новном устойчивость магнетрона к искрениям, прибли
женно вычисляется .по формуле |
|
|
S = |
[кв/мксек]. |
(7.22) |
Крутизна в точке -возбуждения, оказывающая наибо лее сильное влияние на устойчивость магнетрона к .про пускам и виду возбуждаемого колебания, может быть измерена по схеме, показанной на рис. 7.10,6 и совме щенной со схемой рис. 7.10,в. За счет дифференцирую щей цепочки и калиброванных делителей напряжения на экране осциллографа будут наблюдаться два импульса, показанные на рис. 7.12. Крутизна фронта в точке воз буждения может быть определена по формуле
• |
(7-23) |
где [/д,,ф — вейичина напряжения, измеренная |
с по |
мощью осциллографа; |
|
Ял, Сд — сопротивление и емкость дифференцирующей цепочки; .
т — коэффициент деления напряжения.
334
R=0-2ком
* 1Л'осцилло-
0 = 1 графу
I МОО-ЗООпф
t)
Рис. 7.10. Схемы |
измерения формы м крутизны импульса |
. модулирующего |
напряжения и формы импульса тока. |
335
Скос б и пульсации у .плоской части импульса напря жения определяются из осциллограмм, показанных на рис. 7.11, а именно:
8=^flOO>/e,
(7.24)
Y = ^ f l O ° V ,
Для большинства магнетронов требуется, чтобы 8 < 3 °/0> а у ^ 5 ° /0.
Рис. 7.11. Типичные формы модулирующего импуль
са |
напряжения и импульса тока магнетрона |
и их |
||
|
|
параметры т, |
и tea. |
|
Длительность |
импульса напряжения принято изме |
|||
рять на |
уровне |
(0,85—0,9) С/а, |
а импульса |
тока — на |
уровне 0,5 / а. |
|
|
|
Следует отметить, что для достоверности результатов оценки формы импульса напряжения рекомендуется про водить измерение формы импульса тока.
Измерение частоты следования импульсов можно проводить с помощью специальных счетчиков импульсов или осциллографа и звукового генератора по фигурам Лиссажу.
336
Скважность или, обратная ей величина, коэффициент заполнения определяется расчетным путем по данным измерения длительности импульса и частоты следования импульсов
где ka— коэффициент заполнения;
F — частота следования импульсов;
т
такв == - у \ ъ (t) dt х — длительность высокочастотного
оимпульса или импульса тока.
Измерение полного сопротивления (коэффициента стоячей волны и фазы отраженной волны) производится методами, известными из сверх-высокочастотных измере-
Рис. 7.12. Осциллограммы дифференцированного импульса напряжения и импульса анодного тока.
ний [43]. Особенностью является то, что это следует де лать на высоком и низком уровнях мощности в диапазо не частот, определяемом приближенным выражением
Ц = f макс — /мин = Д/ о + Ы -щ- Д/а + ^3 + Afд. (7.26)
где /маис и /м„и — максимальные |
и минимальные возмож |
||||
ные значения |
частоты с учетом диа |
||||
пазона |
перестройки Д/0, т. к. ч. и тем |
||||
пературы |
окружающей |
среды у |
Д*, |
||
э. с. |
ч. |
и изменений |
анодного |
тока |
2 2 -1 2 4 |
337 |
-^у-Д/а, затягивания частоты F3 и из
менения частоты в течение срока служ бы
Для оценки электрического режима отражательных клистронов в аппаратуре необходимо измерять:
—напряжение накала;
—напряжение на резонаторе;
—напряжение на отражателе и пределы его регу лирования;
—стабильность и пульсации ' напряжений питания;
—1 КСВ нагрузки и форму области генерации. Измерение напряжения накала клистронов можно
производить вольтметром термоэлектрического или теп лового типа класса точности не хуже 1,5. Это позволяет исключить влияние формы измеряемого напряжения на точность измерения.
Напряжения на резонаторе и отражателе и их ста бильность должны измеряться способами, рекомендо ванными для измерения напряжения на электродах при емно-усилительных ламп. При измерениях следует при менять вольтметры .постоянного тока класса точности не ниже 1 с входным сопротивлением не менее 5 Мом. Н а пряжение на отражателе должно измеряться при край них частотах диапазона перестройки в точках настройки клистрона на максимальную мощность. Оценку допусти мости нестабильности питающих напряжений мож но производить расчетным способом по соотношению девиации частоты за счет .питающих напряжений и ши рины полосы пропускания приемника.
' Максимальная девиация частоты определяется вы ражением
Д / д „ = ^ Л u . + f c W ' + j f e . W w (7.27)
гче ДС/Н, Atfp, Д[/отр- суммарные отклонения питающих напряжений электродов клистрона
от номинальных значений подан ным измерений;
■ |
_д[_ |
_д[_ |
_д[___ коэффициенты ухода частоты |
за |
|
. |
6 U ц ’ |
d U 9 * |
й / о т р |
счет изменений напряжений |
на |
|
|
|
|
кала, на резонаторе и отража |
|
|
|
|
|
теле. |
|
338
Можно считать, что величина нестабильности и пуль сации питающих напряжений находится .«в допустимых пределах, если
А/дев ^ Д/пр» |
(7.28) |
где Д/пр — ширина полосы пропускания .приемника. Оценка КСВ нагрузки и правильности сопряжения
клистрона с элементами ВЧ тракта может быть произве дена по форме области генерации, наблюдаемой в мес тах расположения смесительных кристаллических детек торов. Одна из подобных схем измерения показана на рис. 7.13. Напряжение от сети переменного тока, сни маемое с автотрансформатора Вр (например, ЛАТР),
Рис. 7.13. Схема для наблюдения формы области генерации клистрона.
через емкости Сх и Сг, равные 0,1—0,2 мкф, и сопротив ление #2—200-7-300 ком подается на отражатель кли строна. Подбором величины переменного напряжения необходимо добиться 100%-ной амплитудной модуляции. В этом случае сигнал, снимаемый с сопротивления #i = ‘ 00-^300 ом и подаваемый на вход осциллографа (усилитель по оси у у ) , позволяет наблюдать на экране области генерации клистрона. Перед измерениями кли строн настраивается и устанавливаются токи кристаллов в пределах допусков, оговоренных в требованиях на аппаратуру. Форма области генерации клистрона и со гласование сопротивлений в ВЧ тракте могут считаться удовлетворительными, если в изображении области гене-
22* |
339 |