книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил. Радиооборудование самолетов

Преимуществом простых схем является их конст­ руктивная простота. Однако простая схема включения антенны имеет существенные недостатки:

— значительное изменение параметров антенны (особенно ее обрыв) приводит к сильной расстройке антенного контура, а следовательно, и к разогреву ано­ да лампы, так как колебательная мощность становится малой и вся мощность источника расходуется на аноде лампы;

— недостаточная фильтрация высших гармоник из-за сравнительно широкой полосы пропускания антен­ ного (одиночного) контура.

Простая схема выхода применяется обычно в пере­

чается хорошее согласование антенны с усилителем мощности, а также обеспечиваются точная настройка в более широком диапазоне частот и хорошая фильтрация гармоник. При сложной схеме нагрузкой для усилителя мощности служит связанная система, состоящая из про­ межуточного и антенного контуров, настраиваемых между собой на полный резонанс. Промежуточный кон­ тур состоит из конденсатора Ск и катушки LK. В ан­ тенном контуре катушка LCB предназначена для выбора оптимальной связи между контурами, а катушка LB— для настройки антенны на частоту передающего уст­ ройства.

Очень часто выходной каскад собирают по двух­ тактной схеме, в которой две лампы поочередно рабо­ тают на один и тот же контур (рис. IV. 10,а). Двух­ тактный усилитель мощности работает в режиме коле­ баний второго рода. Напряжение возбуждения подает­ ся на управляющие сетки ламп в противоположной фазе с входного трансформатора (когда подается поло­ жительный полупериод напряжения на сетку одной лампы, то на сетку другой будет подаваться отрица­ тельный полупериод напряжения). Таким образом, в течение одного полупериода работает одна лампа, а в течение другого полупериода работает другая. В этом случае импульсы токов ламп, а также первые и вторые

1 8 0

гармоники могут быть представлены графиками, приве­ денными на рис. IV.10, б.

Из графиков следует, что первые гармоники іаі пер­ вой и второй ламп находятся в противофазе. Это озна­ чает, что если ток первой гармоники лампы Л х направ­ лен от контура к аноду, то в этот же момент ток первой гармоники лампы Л 2 направлен от анода к контуру.

7\Л Л Л

'" [/Ѵ Ч /Ѵ Ч

6

Рис. ІѴ .10. Двухтактная схема уси­ лителя мощности (а) и графики его анодных токов (б)

На рисунке эти токи показаны стрелками с одним опе­ рением. В общем проводе оа анодные токи первой и всех нечетных гармоник имеют противоположное на­ правление. Если средняя точка а выбрана правильно и лампы имеют одинаковые параметры, то токи в этом проводе отсутствуют. В контуре они имеют одно и то же направление и складываются. Следовательно, в кон­

181

туре, настроенном на частоту первой гармоники, выде­ ляется колебательная мощность, которая в два раза больше мощности, создаваемой однотактной схемой. Токи вторых и всех четных гармоник в общем проводе складываются, а в контуре имеют противоположное на­ правление и при их равенстве напряжение на контуре равно нулю (токи на схеме вторых и других четных гармоник показаны стрелками с двумя оперениями).

Если контур двухтактной схемы связать с антенной, то антенна будет излучать практически мощность лишь основной гармоники, мешающее действие другим стан­ циям значительно уменьшится.

К преимуществам этой схемы следует отнести так­ же отсутствие тока основной частоты в питающих про­ водах, что приводит к уменьшению габаритов фильтров, а также к некоторому повышению к. п. д. усилителей мощности. Все эти преимущества становятся особенно выгодными при укорочении длины волны. Недостатком двухтактной схемы является сложность балансировки схемы, а также трудность создания контура с большим эквивалентным сопротивлением.

Выходные каскады*на транзисторах

Схемы, по которым собираются выходные каскады на транзисторах, аналогичны схемам ламповых выход­ ных каскадов, однако их режимы работы могут отли­ чаться. Например, в связи с особенностями характе­ ристик транзисторов выходные каскады на транзисто­ рах могут работать не только с отрицательным смеще­ нием на базе транзистора, но и с положительным сме­ щением. Выходные каскады на транзисторах обычно ра­ ботают в режиме колебаний с отсечкой (в режиме ко­ лебаний второго рода). Выходные каскады могут соби­ раться по схеме с общим эмиттером или с общей базой, с последовательным и параллельным питанием, с авто­ матическим смещением или смещением от источника постоянного напряжения, со стабилизацией режима ра­ боты схемы или без нее. На работу выходных каскадов оказывает значительное влияние паразитная обратная связь, образующаяся главным образом через внутрен­ ние емкости транзисторов. Поэтому в выходных каска­ дах на транзисторах обычно применяют нейтрализацию

182

обратной связи с помощью цепочки, состоящей из со­ противления и конденсатора, включаемой между вход­ ными и выходными цепями каскадов.

Одна из схем выходного каскада на транзисторе при­ ведена на рис. IV.11. В этом каскаде транзистор вклю­ чен по схеме с общим эмиттером и осуществлено после­ довательное питание. Антенна включена по сложной

Рис. IV.11. Схема выходного каскада передающего устройства, собранного по сложной схеме на транзисторе

схеме. Связь с предыдущим каскадом (возбудителем) индуктивная. Сопротивление RH и емкость Сн состав­ ляют цепь нейтрализации. Дроссель Адр служит для уменьшения потерь мощности возбудителя на сопротив­ лении R. На сопротивлении R образуется напряжение смещения за счет прохождения тока базы. Назначение остальных элементов схемы аналогично назначению элементов обычного лампового выходного каскада.

Применение выходных каскадов на . транзисторах ограничивается из-за их сравнительно малой мощности и нестабильности параметров, обусловленной измене­ ниями внешних условий.

Умножение частоты

При работе лампового генератора с внешним воз­ буждением в режиме колебаний второго рода появля­ ются колебания с частотами, кратными основной часто­ те. Процесс выделения напряжения какой-либо из этих частот называется умножением частоты.

По схеме генератор с внешним возбуждением, рабо­ тающий в режиме умножения, ничем не отличается от генератора, работающего в режиме прямого усиления.

183

Различие между ними состоит в том, что, во-первых, анодный контур настраивается на частоту гармоники соответствующей степени умножения и, во-вторых, при умножении генератор ставят в режим работы, обеспе­ чивающий получение максимальной мощности соот­ ветствующей гармоники. Для получения максимальной мощности, например, второй гармоники необходимо создать максимальную амплитуду данной гармоники. Это достигается установкой угла отсечки анодного тока. Наибольшая амплитуда второй гармоники полу­ чается при угле отсечки, равном 60°. Для перехода в ре­ жим с углом нижней отсечки 60° требуется увели­ чение отрицательного смещения и амплитуды возбуж­ дающего напряжения. При этом полезная колебатель­ ная мощность получается в два раза меньше, чем колебательная мощность в режиме обычного усиления. Коэффициент полезного действия в режиме удвоения примерно равен 50%.

Умножение частоты широко применяется в КВ и УКВ диапазонах, так как оно приводит к повышению стабильности частоты задающих генераторов за счет возможности применения в них кварцевой стабилиза­ ции, расширению диапазона передающего устройства (не прибегая к расширению диапазона волн задающего генератора), повышению устойчивости работы каскадов как за счет понижения генерируемой частоты, так и за счет настройки контуров на разные частоты до и после умножителя.

2.ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

ССАМОВОЗБУЖДЕНИЕМ

Ламповые генераторы с самовозбуждением находят широкое применение в разнообразной радиотехниче­ ской аппаратуре в качестве первичных источников коле­ баний, называемых также' -задающими генераторами. Задающие генераторы являются автогенераторами гар­ монических колебаний. Эти генераторы преобразуют энергию источника постоянного напряжения в энергию гармоничеоких колебаний той или иной частоты.

Генератор с самовозбуждением представляет собой ламповый генератор с положительной обратной связью.

Допустим, что на вход генератора (рис. IV. 12, а) подается переменное напряжение от постороннего

184

Рис. IV.12. Схемы генераторов:

ная схема автогенератора с автотрансформатор­

185

источника. В этом случае на анодном контуре создает­

Такая схема генератора называется схемой с транс­ форматорной связью. Катушка LCB, индуктивно связан­ ная с контурной катушкой LK, при определенном вклю­ чении образует цепь положительной обратной связи.

В ламповом усилителе с положительной обратной связью возбуждаются колебания без воздействия на него внешнего источника колебаний при выполнении двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд.

Нарастание амплитуды колебаний в контуре имеет место лишь в период установления колебаний. В уста­ новившемся режиме, когда прекращается нарастание импульсов анодного тока лампы, амплитуда колебаний будет постоянной. Выполнение условия баланса фаз сводится к тому, чтобы переменное напряжение, созда­ ваемое обратной связью на управляющей сетке лампы, было противоположно по фазе переменному напряже­ нию на аноде. В этом случае изменения анодного тока происходят в такт с колебаниями контура. Например, в генераторе с трансформаторной связью это условие выполняется соответствующим включением катушки об­ ратной связи. Условие баланса амплитуд относится к подбору величины напряжения обратной связи на сетке.

Обратная связь характеризуется коэффициентом об­ ратной связи К, который представляет отношение пере­ менного напряжения на управляющей сетке лампы к колебательному напряжению на контуре. Связь между цепью сетки и цепью анода может быть критической (/Скр), выше и ниже критической. При связи выше кри­ тической (КЖк-р) потери энергии в контуре полностью компенсируются. Если связь ниже критической (К<Ккр), потери энергии в контуре полностью не компенсируются и колебания затухают. Таким образом, условием под­ держания колебаний в контуре с постоянной амплиту­ дой является связь, равная или большая критической

(К Ж кр).

Процесс возникновения колебаний в генераторе можно объяснить следующим образом. В момент вклю­

186

чения источника анодного напряжения в анодной цепи появится ток, который зарядит конденсатор контура Ск.

Так как конденсатор замкнут на катушку LK, то в контуре создаются колебания, частота которых, .-как известно, определяется параметрами контура. Под действием колебательного тока контура вокруг ка­ тушки образуется переменное магнитное поле, которое

током. Переменная составляющая анодного тока, про­ ходя через контур, создает в нем уже усиленные коле­ бания. Это приводит к увеличению магнитного потока, увеличению напряжения обратной связи и амплитуды колебаний в контуре.

Для облегчения условий самовозбуждения генера­ тора начальную рабочую точку выбирают на прямоли­ нейном участке характеристики, где она имеет наи­ большую крутизну. В этом случае возникают колебания первого рода, что невыгодно с энергетической точки зрения. Поэтому в цепь сетки включают сопротивле­ ние, шунтированное конденсатором, представляющим малое сопротивление для токов высокой частоты. В на­ чальный момент при возникновении колебаний сеточ­ ные токи отсутствуют, постоянное смещение равно нулю и начальная рабочая точка находится на прямо­ линейном участке с максимальной крутизной. По мере нарастания колебаний появляется сеточный ток и по­ стоянное смещение на сетке лампы увеличивается, а следовательно, рабочая точка перемещается влево и генератор переводится в более выгодный режим коле­ баний второго рода.

В зависимости от вида обратной связи различают генераторы с трансформаторной, автотрансформаторной, емкостной обратной связью и с обратной связью через

тушки обратной связи Lc. Перемещая щуп с, подбирают величину обратной связи. Верхняя часть катушки кон­ тура L образует витки анодной связи La. Перемеще­ нием щупа а можно подобрать оптимальную величину эквивалентного сопротивления контура. Собственная

1 8 7

частота колебаний определяется параметрами всей ко­ лебательной системы. Конденсатор переменной емкости Ск служит для установки заданной частоты колебаний генератора. Условие баланса фаз здесь выполняется подключением анода и сетки лампы к противополож­ ным концам контурной катушки. В этом случае пере­ менное напряжение на аноде всегда находится в проти­ вофазе с напряжением на сетке. Условие баланса ам­ плитуд выполняется подбором витков катушки обратной связи Lc.

Генератор с емкостной обратной связью приведен на рис. ІѴ.12,0. Конденсатор Сі является элементом анод­ ной связи. Изменяя его емкость, можно установить оп­ тимальное значение сопротивления анодной нагрузки. Конденсатор Съ— конденсатор обратной связи. Измене­ нием его емкости подбирают величину напряжения об­ ратной связи. Конденсатором С устанавливают задан­ ную частоту генератора.

Из рассмотрения схем генераторов и физических процессов, протекающих в них, следует, что реактивные сопротивления, включенные между анодом и катодом, а также между сеткой и катодом, должны иметь одина­ ковый характер (либо индуктивный, либо емкостный), противоположный характеру реактивного сопротивления цепи анод — сетка лампы. В соответствии с этим упро­ щенная эквивалентная схема генератора с автотранс­ форматорной связью по высокой частоте представлена на рис. IV. 12, а, а упрощенная эквивалентная схема ге­ нератора с емкостной связью по высокой частоте — на рис. IV. 12, е. Такие схемы называются трехточечными, так как лампа подключается к контуру в трех точках.

Исходя из выведенного правила, можно объяснить работу генератора с контурами в анодной и сеточной цепях (рис. IV. 12,ж). Такой генератор возбуждается из-за наличия обратной связи через емкость Сас. Часть колебательной энергии анодного контура через емкость анод — сетка лампы передается в сеточный контур, на­ пряжение которого приложено к сетке лампы. Анодный ток начинает пульсировать, и его переменная состав­ ляющая поддерживает колебания в анодном контуре. Так как между анодом и сеткой включена емкость, то согласно правилу трехточечных схем анодный и сеточ­ ный контуры должны иметь индуктивный характер. На

188

длинных волнах* такой генератор возбуждается плохо,

так как сопротивление связи X = ~^с '~ становится боль­

шим, следовательно, малым получается напряжение об­ ратной связи.

Разновидностью этой схемы может явиться схема с

при включении катушки вместо сеточного контура мо­ жет быть осуществлена изменением ее индуктивности.

Недостатком рассмотренных схем генераторов яв­ ляется невысокая стабильность частоты. Это объясняет­ ся тем, что нагрузкой для контура могут быть цепи сетки последующего каскада либо контур антенны. Их параметры могут сильно меняться, поэтому будет ме­ няться и частота генератора. Советский ученый Б. К. Шембель предложил генератор с электронной связью между контурами, который обладает повышен­

имеет два контура: контур L^Ci внутренний, определя­ ющий частоту колебаний генератора, и контур Ь2С2 внешний, определяющий нагрузку генератора. В этом генераторе переменная составляющая анодного тока проходит по цепи: лампа, внешний контур, земля, часть витков катушки внутреннего контура и снова лам­ па. Переменная составляющая экранирующей сетки тоже замыкается через ту же часть витков катушки внутреннего контура. Внутренний контур подключается к лампе по индуктивной трехточечной схеме.

При включении источника анодного питания во вну­ треннем контуре возникают колебания, часть напряже­ ния которых прикладывается к участку сетка — катод лампы. Под действием этого напряжения в цепях экра­ нирующей сетки и анода создаются переменные токи. Эти токи через витки, находящиеся между точками а и к, поступают во внутренний контур и поддерживают в немвозникшие колебания. Внешний контур настраи­ вается на частоту внутреннего. Поскольку оба контура генератора составляют последовательную цепь для анодного тока, то распределение мощности в контурах пропорционально их сопротивлениям. Эквивалентное

189