книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

В 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

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

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,

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

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

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

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

Ял, Сд — сопротивление и емкость дифференцирующей цепочки; .

т — коэффициент деления напряжения.

334

R=0-2ком

* 1Л'осцилло-

0 = 1 графу

I МОО-ЗООпф

t)

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

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)

-^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;

338

Можно считать, что величина нестабильности и пуль­ сации питающих напряжений находится .«в допустимых пределах, если

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-