Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

10-4. 

ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Начиная с диапазона метровых волн и на более коротких волнах, в работе генераторов начинают проявляться особенности, которые приводят к необходимости изменения конструкций как ламп, так и колебательных систем.

Возрастание частоты колебаний приводит к уменьшению сопротивления междуэлектродных емкостей лампы. Например, переход от волны = 100 м к волне = 1 м вызывает падение емкостных сопротивлений в 100 раз, а переход к волне = 10 см – в 1000 раз. Поэтому при тех же напряжениях на электродах в соответствующее число раз возрастают токи во вводах электродов лампы; тепловые же потери в них растут пропорционально квадрату токов и увеличиваются еще дополнительно с частотой из-за поверхностного эффекта. У первых сверхвысокочастотных ламп перегрев вводов приводил к растрескиванию баллона в местах спаев. Для устранения перегревов вводы таких ламп выполняют в виде толстых стержней, широких лент или металлических колец-дисков. Одновременно стремятся в максимальной степени уменьшать междуэлектродные емкости лампы.

С ростом частоты в сильной степени увеличиваются потери в диэлектриках, потому что при этом большее число раз в секунду происходит изменение поляризации их молекул. Участки баллона, разделяющие вводы электродов, находятся под действующими на них напряжениями и подвергаются высокочастотному нагреву. Стекло обладает довольно значительными потерями и плохо переносит повышение температуры. Поэтому приходится принимать особые меры во избежание размягчения баллона, сохранения жесткости конструкции и уменьшения потерь. В настоящее время у большинства сверхвысокочастотных ламп стекло заменено особой керамикой, обладающей повышенной термостойкостью и малыми потерями.

Наличие индуктивностей у вводов ламп приводит к невозможности использования сеток в качестве экранов, потому что из-за падения напряжения на индуктивных сопротивлениях вводов сетки не могут иметь потенциал катода. Чтобы уменьшить их индуктивность, переходят к плоским конструкциям.

Типичные конструкции стеклянных и металло-керамических сверхвысокочастотных триодов с плоскими электродами, дисковыми и ленточными выводами приведены на рис. 10-32. Некоторые их особенности можно будет уяснить после знакомства со спецификой работы сверхвысокочастотных колебательных систем.

Рис. 10-32. Конструкции сверхвысокочастотных триодов:
а - маячковый мсталло-стеклянный триод малой мощности с дисковыми выводами;
б - мощный металло-керамический триод с цилиндрическими выводами.

С увеличением частоты индуктивность и емкость контура должны уменьшаться. Это приводит к тому, что в диапазоне метровых волн конденсаторы состоят всего из двух-трех пар небольших пластин, а катушки индуктивности - из нескольких витков. При конструировании контура всегда стремятся к всемерному уменьшению емкости, чтобы иметь возможность увеличить индуктивность, а следовательно, повысить характеристическое сопротивление

 

Это важно для получения достаточно большого эквивалентного сопротивления нагрузки
Rэ=Q·, необходимого для ламповых генераторов. Поэтому уже в диапазоне метровых волн часто отказываются от внешних конденсаторов и используют только междуэлектродные емкости лампы, а настройку производят изменением индуктивностей. Конструктивно наиболее удобно это решается применением в качестве индуктивностей отрезков короткозамкнутых длинных линий.

В гл. 5 было показано, что короткозамкнутые линии с длиной менее /4 имеют индуктивное входное сопротивление, изменяющееся в зависимости от длины от нуля до бесконечности по закону

 

Если на входе линии имеется емкость C, то резонанс будет получен при выполнении условия

 

откуда резонансная длина линии

(10-48)

Она уменьшается с увеличением емкости, как можно видеть из графического решения уравнения (10-47), представленного на рис. 10-33. Тот же рисунок показывает, что благодаря периодическому характеру сопротивления линии резонанс будет получен не только при длине l1, но и при

 

Это часто полезно, когда l1 слишком мало и конструктивно линия становится трудновыполнимой; тогда ее увеличивают па целое число полуволн.

Рис. 10-33. Определение резонансной длины отрезка короткозамкнутой линии с емкостью на входе.

Отрезки симметричных двухпроводных линий чаще всего используются в двухтактных генераторах, нашедших широкое распространение в диапазонах коротких и ультракоротких волн. Такие генераторы работают па двух одинаковых лампах (рис. 10-34), подключаемых к нагрузке с противоположных сторон.

Рис. 10-34. Двухтактная схема включения генераторных ламп.

Возбуждающее напряжение подводится к сеткам ламп в противофазе, поэтому и токи в обеих половинах (плечах) схемы изменяются противофазно. Если ток одной лампы

 

то ток второй лампы повторяет те же значения, но со сдвигом во времени на половину периода возбуждающего напряжения:

 

Раскрыв скобки и использовав известные свойства периодичности тригонометрических функций, получим:

 

Через общую нагрузку токи идут навстречу. При симметрии схемы результирующий ток

(10-49)

В общих цепях питания, наоборот, токи имеют одно направление, и результирующий ток

(10-50)

Выражение (10-49) показывает, что основная и все нечетные гармоники воздействуют на нагрузку синфазно, благодаря чему мощность генерируемых колебаний удваивается. Воздействие же четных гармоник противофазно и взаимно компенсируется. Из выражения (10-50) следует, что в общих цепях питания имеет место обратная картина: здесь суммируются постоянные составляющие и все четные гармоники, а нечетные гармоники уничтожаются.

Весьма важной особенностью двухтактной схемы является то, что междуэлектродные емкости ламп, подключаясь к контуру, соединяются последовательно, благодаря чему их результирующая емкость уменьшается в 2 раза. А мы говорили уже, насколько важно всемерное уменьшение емкости контура в диапазоне сверхвысоких частот. Поэтому двухтактные генераторы и получили особое распространение в этом диапазоне.

Двухпроводные линии удобно использовать в двухтактных схемах не только из-за их конструктивной симметрии, но и потому, что напряжения на их проводах в любой момент времени противофазны относительно земли, что и требуется в двухтактных генераторах. На рис.10-35 изображен пример схемы двухтактного генератора с внешним возбуждением, работающего по схеме с общей сеткой, в котором контуры образованы отрезками двухпроводных линий и междуэлектродными емкостями. Благодаря тому, что провода находятся под противоположными потенциалами относительно земли, средние точки замыкающих перемычек в любой момент времени имеют потенциал земли по высокой частоте и к ним удобно присоединять источники питания.

Рис. 10-35. Двухтактный генератор с внешним возбуждением метрового диапазона.

Двухпроводные линии при расстоянии между их проводами , как и противофазные антенны (см. гл. 6), начинают довольно интенсивно излучать энергию в окружающее пространство. Исключить это можно путем перехода на отрезки коаксиальных линий, у которых все поле заключено между трубами. Такие колебательные системы находят широкое применение в диапазоне дециметровых волн.

Для удобства непосредственного сочленения коаксиальных линий с лампами вводы электродов последних выполняют в виде коротких цилиндров разного диаметра (см. рис. 10-32); на них и надеваются три коаксиальные трубы (рис. 10-36). Внутренняя поверхность наружной и внешняя поверхность средней трубы образуют анодно-сеточную линию, на входе которой включена емкость Ca.c лампы. Длину линии изменяют подвижным короткозамыкающим кольцом. Внутренняя поверхность средней и внешняя поверхность малой трубы образуют катодно-сеточную линию, на входе которой включена емкость Cс.к лампы. Этот контур перестраивается аналогично предыдущему. Связь с коаксиальными контурами производится чаще всего с помощью витка, вводимого в пучность магнитного поля (около замыкающего кольца), или конденсатора в виде небольшой пластинки, помещаемой в пучность электрического поля (вблизи электродов лампы).

Рис. 10-36. Конструкция триодного генератора дециметровых волн с общей сеткой на металло-керамическом триоде:
1 - анодно-сеточный контур; 2 - изоляционная прокладка;
3 - катодно-сеточный контур; 4 - радиатор;
5 - металло-керамический триод; 6 - замыкающий поршень.

В последние годы путем конструктивного совершенствования ламп и колебательных систем удалось достичь такого положения, когда ламповые генераторы вплоть до волн, близких к 30 см, работают почти столь же эффективно, как и в диапазонах более длинных волн. Можно ожидать, что в ближайшие годы область их использования расширится на весь дециметровый диапазон. Уже и теперь имеются маломощные триоды, которые при низком к.п.д. работают во всем диапазоне сантиметровых волн.

Все сказанное выше о генераторах с внешним возбуждением относится и к автогенераторам сверхвысоких частот. Последние строятся по тем же схемам, с теми же конструктивными элементами. Использование металло-керамических ламп с описанным выше расположением выводов электродов предопределяет работу генератора по схеме с общей сеткой. Использование в этом случае тех же ламп, что и в усилителях, создает некоторые трудности, поскольку емкость Cа.к, через которую осуществляется обратная связь, у них очень мала. Поэтому создают аналогичные лампы, в которых эта емкость искусственно увеличена. Но можно, конечно, использовать и те же лампы, если создать дополнительную обратную связь между анодно-сеточным и катодно-сеточным контурами (например, прорезав щель в средней трубе), связав их петлями через общую стенку или каким-либо иным образом.

На сантиметровых волнах возникают дополнительные трудности, связанные с тем, что лампа перестает играть роль безынерционного регулятора тока. Время пролета электронами междуэлектродных промежутков становится соизмеримым с периодом колебаний. Это приводит к следующим двум основным последствиям.

В §10-2 было показано, что управление однородным электронным потоком, когда к сетке лампы подлетает столько же электронов, сколько и удаляется от нее, происходит без затраты мощности. Когда же время пролета становится соизмеримым с периодом колебаний, поток в лампе перестает быть однородным. При положительном полупериоде напряжения возбуждения (рис. 10-37,а) электронов за сеткой лампы будет меньше, чем до нее, так как не все они успеют пройти сквозь сетку за эту часть периода; поэтому в цепи сетки появится результирующий наведенный ток (iк.с.нав – iа.с.нав). При наступлении отрицательного полупериода (рис. 10-37,б) от сетки лампы будут удаляться электроны, не успевшие дойти до анода и не успевшие достичь сетки, что также приведет к появлению в ее цепи наведенного тока (iк.с.нав + iа.с.нав). Все это требует увеличения мощности возбуждения и, конечно, ухудшает усилительные свойства генератора.

Рис. 10-37. Возникновение наведенного тока в цепи сетки при времени пролета электронами междуэлектродних промежутков, соизмеримом с периодом колебаний.

Но главное заключается в том, что конечное время пролета приводит к запаздыванию электронов относительно наиболее благоприятной фазы напряжения для передачи энергии контуру и переходу части электронов в неблагоприятную фазу. Следствием этого является снижение электронного к.п.д. и мощности генератора. Последнее принципиально ограничивает использование ламповых генераторов диапазоном сантиметровых волн, но даже и там они уступают место генераторам, построенным на иных принципах.

В этой главе:
10-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
10-2. ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (УСИЛИТЕЛИ)
10-3. ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
10-4. ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
10-5. КЛИСТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ
10-6. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН
10-7. ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ
10-8. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН КЛАССА М
10-9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ
10-10. ГЕНЕРАТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
10-11. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ С РЕАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ОДНОГО ЗНАКА
10-12. ЗАТЯГИВАНИЕ ЧАСТОТЫ В АВТОГЕНЕРАТОРАХ
10-13. ЗАХВАТЫВАНИЕ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
10-14. ГЕНЕРАТОРЫ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Заряд от USB - универсальный набор кабель+переходники.

Поддерживаемые модели: HTC, iPhone, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony Ericsson, Sony PSP и другие с разъемом micro-USB и mini-USB.

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru