|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 2 3 4 5 6 ... 33 со ю м ю о ю со ~J I I I I
OJ-JOЛJCOIOl- I I I I I I I I I I I I
/л /л /л /л /л , . . М h-> М< 1-4 1-4 1 I 1 р Са> р Са> Р со я со Р 00 О О : м /л/л. . . 09 со J со ы W .о* .t > >. - - со со со со Сл Сл Сл Сл I о о о о I I I I ё ё ё ё  о о р I I I 10 (? со м <рк 4 4
о 3
сл сл сл Vi Vi Vi О о I 09 С* OV Оч Сд) СО СО 03 м о о р о о о -° - -° W V м V g V 8 V о V у : рслоосло; - : о ! о о о р о о -S-M.f.2.fp..-°.f-M-. I I I о о р о о о r°vvvrr о о о - - р р сл сл сл * о .9 Сл)со . 1л со . W . со у - i : : Р Р С Р сл Р о р * со со °°. со.?сл, ся-- о о I I I 0-- о-- со * л : V VV сл (Л I ; J сл 1л ; к СП о сл 00 03 03 ю о м о V со о V м V о о о сл I I I о ю о г V Р g о S ё V VV V V со 0 м 0 , о о сл сл сл ~4 -nI ~4 -J 4 4к -7:~j ~j ~j-03 03 03 -vi ~j го iviA н -сз Ь о и S -1 X (U -1 (U U) 5 00 го Г] S о -о Е О е 3 о Таблица 1. Тип усилителя УВ1023А УВ1021А УВ1021Б УВ1031А УВ1031Б УВ1022А УВ1022Б MHW105 MHW607-1 MHW607-2 MHW607-3 MHW607-4 MHW704-2 MHW720A2 MHW851-1 MHW804-1 MHW9002-2 MHW9014 IV1HW920 MHW927B MHW2902 MHW909 MHW915 MHW914 MHW916 MRFA2600 MRFA2602 RFA8Q90B MRFA2604 Диапазон рабочих частот, МГц Входная мощность, Вт 40.. 146. 146. 146. 146. 300. 335. 68. 136. 146. 174. 184. 440. 440. 820. 800. 870. 1710. 824. 824. 890. 890. 890. 890. 925. 470. 470. 470. 470. .48,5 ..174 ..174 ..174 ..174 ..308 ..345 ..88 ..150 ..174 ..195 . .210 ..470 ..470 ..850 ..870 . .905 ..1785 ..849 ..849 ..915 ..915 ..915 ..915 ..960 ..860 ..860 ..860 ..860 0,005 0,005...0,01 0,005...0,01 0,005 0,01 0,03 0,03 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,15 0,001 0,001 0,005 0,001 0,001 0,001 0,001 0,1 0,1 0,001 0,036 Мощность на выходе, Вт 2...3 4...5 10 15 20 1.6 4 1,4 2.1 0,8 б 3.2 9 14 14 16 20 40 95 180 Коэффициент усиления по мощности, дБ 26 26... 23 29...27 33 32 20 20 37 38,4 38,4 38,4 38.4 34.8 21 32 36 24,5 33,2 29 37.8 32 19.5 21.4 41.4 26,5 10,5 Напряжение питания, В 7,5 12,5 12,5 12,5 7.5 6 12.5 6 7.5 5,8 12,5 12.5 26 26.5 26,5 28 28  Режим работы 40 40 40 40 40 40 40 Класс С Класс С Класс С Класс С Класс С Класс С Класс АВ Класс АВ Класс АВ Класс АВ Класс АВ Класс АВ Класс АВ Линейный; -50 дБ Линейный; -50 дБ Линейный; -50 дБ Линейный; -50 дБ 1.4. Электровакуумные приборы в мощных каскадах передатчиков Общие сведения В радиопередатчиках используются разнообразные злектровакуум-ные злектронные приборы. В этом параграфе рассмотрены генераторные радиолампы, широко используемые в диапазонах длинных, средних, коротких, ультракоротких (метровых) и частично дециметровых волн*. Многорезонаторные пролетные клистроны и лампы бегущей волны рассмотрены в § 2.13 и гл. 7-10. Ассортимент генераторных ламп расширяется и обновляется: разрабатываются принципиально новые, совершенствуются существующие, изымаются из практики устаревшие [1.6]. Целесообразность применения ламп для передатчиков и их конкретные типы для каждого каскада определяют технико-зкономические расчеты. Достоинства ламп - их широкий ассортимент по мощности (от долей ватта до единиц мегаватт) и рабочим частотам (от самых низких до 1...2 ГГц и выше), возможность достижения высоких энергетиче-, ских и качественных показателей: КПД анодной цепи г/а 60...75 % (в бигармоническом режиме до 90...95 %), коэффициент усиления по мощности Кр и 30 .. .75 у тетродов в схеме с общим катодом, нелинейные искажения /Гг и 1.. .2 % при анодной модуляции, комбинационные искажения Kf и -(35.. .45) дБ при усилении колебаний с меняющейся амплитудой. Лампы могут работать в интервале температур окружающей среды -60.. .-Ь70 С, их параметры практически не зависят от температуры; в широком интервале частот параметры почти не зависят от частоты. Надежность и механическая прочность ламп велики. Срок службы по заводским данным 1...2 тыс. ч, а фактически в 1,5...3 раза больше. Проведенные работы [1.27] дают основание предполагать, что срок службы ламп может быть еще более увеличен и доведен до 10... 15 тыс. ч. Для иллюстрации значимости этого достижения укажем: мощные передатчики являются очень дорогим изделием и их выгодно эксплуатировать почти круглосуточно. За год передатчики отрабатывают по 7...8 тыс. ч и более. Следовательно, в год требуется сейчас не менее 2-3 комплектов ламп. В новых условиях одного комплекта будет хватать на 1,5...2 г. Затраты энергии в цепи накала составляют 4.. .5 % номинальной мощности Pihom ламп при Pihom 5.. .100 кВт и 2. ..3 % при PiHOM > 200 кВт. В условиях нормальной эксплуатации лампы выходят из строя постепенно из-за потери эмиссии катодом, поэтому нетрудно своевременно обнаружить ухудшение свойств лампы и заменить ее во время планового перерыва в работе передатчика. В мощных каскадах передатчиков (за исключением самых длинноволновых) в основном применяют электронные радиолампы, в мало- * В настоящее время во всем мире наблюдается возврат к использованию радиоламп в сверхвысококачественных усилителях звуковой частоты (Hi-Fi, High-End...).  мощных каскадах (Pi 300...500 Вт) - все шире полупроводниковые приборы. Использование в передающих устройствах маломощных генераторных и приемно-усилительных ламп оправдано только в том случае, если доказана невозможность или явная нецелесообразность использования транзисторов. Например, применение ламп оказывается неизбежным в условиях высокой температуры окружающей среды, при большой разнице максимальной и минимальной температур, при наличии проникающей радиации и т.д. Технические характеристики электронных приборов публикуются в справочниках, а цены - в прейскурантах торговых фирм. Радиолампы большой и средней мощности в рыночных условиях выпускаются по заказам, на них устанавливаются договорные цены, которые не всегда включаются в прейскуранты. Цены на ходовые типы радиоламп у разных торговых фирм могут значительно отличаться друг от друга. Ниже приведен по возможности полный и в какой-то мере систематизированный по области применения перечень радиоламп, которые могут быть использованы в радиопередающих устройствах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн, с некоторыми справочными данными. Как и при всякой систематизации, приведенное здесь разделение ламп на группы в значительной мере условно. Особенности использующихся в передающих устройствах полупроводниковых приборов рассмотрены в § 1.3. Генераторные радиолампы, обозначение которых начинается с букв ГК, предназначены для рабочих частот не выше /щах = 2 МГц (исключением является лампа ГК11А, ГК11П). Обозначение ГУ свидетельствует о предназначении лампы для частот не выше 30 МГц или (другая группа ламп) не выше 250 МГц. У некоторых ламп с таким обозначением бывают также высшие частоты 60, 75, 100, 200 и (редко) 500 МГц. Обозначение ГС присвоено лампам с высшей рабочей частотой 0,5...2 ГГц (у немногих /max = 3...4 ГГц). Очень условно все радиолампы, имеющиеся в эксплуатации и приводимые в справочниках, можно разделить по возрасту на три группы: все лампы типов ГК и ГУ с номерами до 59 (например, ГК9А, ГУ53А и т.п.) являются наиболее старыми; лампы типа ГУ с номерами от 60 до 79 (например, ГУ61А, ГУ78Б и т.п.) можно отнести к средним по возрасту; лампы с номерами 82 и выше являются наиболее молодыми (например, ГУ82Б, ГУ104А и т.п.). Исключением является старая радиолампа ГУ81 (ГУ81М), выпускавшаяся в прошлые годы под обозначением П-800, ГУ80. Эта лампа эксплуатируется и сегодня, но давно не рекомендована к использованию в новых разработках. Индексы А, Б, П, К в конце обозначения типа лампы свидетельствуют о способе принудительного охлаждения ее анода (см. § 1.9): А - водяное; Б - воздушное; П - испарительное. Индекс К свидетельствует о наличии в конструкции лампы тепло- вой трубки (§ 1.9 и [1.34; 1.35]), после которой может быть применено водяное или воздушное принудительное охлаждение. Отсутствие буквенного индекса в конце обозначения говорит о естественном (радиационном, конвекционном) охлаждении анода (например, ГУ42, ГУ64, ГК71, ГУ72, ГУ81 и т.п.). Многие генераторные лампы средней и большой мощности кроме указанного выше принудительного охлаждения анода нуждаются в интенсивном обдуве потоком воздуха верхней части лампы ( ножки ), где расположены выводы сеток и накала. Информация о необходимом количестве воды и воздуха для охлаждения содержится, например, в [1.6]. К обозначению ряда ламп в конце через тире может добавляться цифра 1 (например, ГУ34Б-1, ГУ36Б-1, ГУ39Б-1 и др.). Это означает, что лампа подвергнута модернизации. Например, лампа для телевизионных передатчиков ГУ36Б имеет стеклянный баллон, а модернизированная ГУ36Б-1 - керамический. Лампа стала существенно более надежной при ее использовании в трудных режимах передатчиков изображения, но зато и заметно более дорогой. При большинстве модернизаций статические характеристики лампы изменяются мало. Так, лампа ГУ39Б-1 стала обладать лучшей нелинейностью усиления колебаний с меняющейся амплитудой по сравнению с ГУ39Б, но статические характеристики их практически одинаковы. В некоторых случаях при модернизации меняется номер лампы (см., например, ГУ80, ГУ81, ГУ81М). J Способы злектропитания ламповых каскадов рассмотрены в [1.Щ 1.27; 1.51; 1.54]. fl Гэнераторные лампы общего применения К лампам общего применения (табл. 1.5 и 1.6) могут быть условно отнесены универсальные тетроды и пентоды малой и средней мощностей и отчасти триоды и тетроды большой мощности, широко использующиеся на длинных, средних и коротких волнах, в усилителях низкой частоты и другой аппаратуре для радиосвязи и вещания. Это простые^ массовые, относительно дешевые лампы. В подавляющем большинстве у современных ламп максимальная рабочая частота меньше 70 МГц, а у некоторых меньше 25 МГц, причем у этих более старых ламп на более высоких частотах бывает необходимо снижение анодного напряжения и, следовательно, полезной мощности. Генераторные лампы имеют наружный анод, обеспечивающий принудительное охлаждение, и кольцевой вывод экранирующей сетки, обладающий малой индуктивностью. Мощные генераторные тетроды ГУ-39А и ГУ-39Б, ГУ-44А и ГУ-44Б при использовании на коротких волнах (А 10.. .20 м) в усилителях по схеме с общим катодом нуждаются в нейтрализации вредного влияния проходной емкости. Радиолампы ГУ-56Б, ГУ-58А, ГУ-58Б, ГУ-59А, ГУ-59Б, ГУ-62А, ГУ-96А, ГУ-96Б, ГУ-99А, ГУ-100А, ГУ-100Б выпускают для применения
* с магнитной фокусировкой электронного потока. В технологических генераторах для высокочастотного нагрева; использование этих ламп в радиопередающих устройствах недопустимо из-за большой нелинейности их статических характеристик и недостаточной устойчивости при работе в усилителях. В связи с разработкой высококачественных и высокоэффективных тетродов (табл. 1.5) применение триодов постепенно сокращается, за исключением каскадов большой мощности и невысоких частот (Pi > 100 кВт) (табл. 1.6). Лампы для усиления мощности однополосного сигнала К усилителю мощности однополосного сигнала наряду с требованием обеспечения заданной мощности и высокого КПД предъявляют жесткие требования в отношении нелинейных искажений [1.1]. Для линейного усиления мощности выпускают следующие лампы: ГУ-46 ГУ-70Б, ГУ-69Б, ГУ-43А, ГУ-71Б, ГУ-73Б, ГУ-77Б ГУ-75Б ГУ-90п' ГУ-39Б-1, ГУ-61Б, ГУ-61А, ГУ-53А, ГУ-53Б, ГК-11А, ГУ-94П и др. Это экранизированные лампы с достаточно левыми характеристиками. В режиме линейного усиления они работают без тока управляющей сетки, но развивают при этом мощности на 30. ..40 % меньше максимальной (мощность Р1ЛИН приведена в табл. 1.4). Нижний криволинейный участок анодно-сеточной характеристики таких ламп описывается степенным рядом, не содержащим членов третьей, пятой и более высоких нечетных степеней (точнее, постоянные коэффициенты при этих степенях достаточно малы), что уменьшает комбинационные частоты нечетных порядков, приводящие к переходным помехам в многоканальных передатчиках и росту внеполосных излучений (подробнее см. гл. 6). Удовле- творительную линейность обеспечивают и лампы общего применения (ГУ-39Б, ГУ-39А, ГУ-39Б-1). Нелинейные искажения сильно зависят от правильности подбора напряжения для каждой лампы [1.1], поэтому каждая ступень усиления многоканального передатчика должна иметь регулятор для точного подбора смещения. Стабильность напряжения выпрямителей смещения и питания экранизирующих сеток должна быть не хуже 1.. .2 %. Напряжение смещения, выбранное с точки зрения минимальных искажений, у некоторых ламп (ГУ-43Б и др.) обусловливает большой ток покоя, т.е. большие потери на аноде и экранирующей сетке. Для защиты от перегрева в режиме покоя приходится снижать и Ес2, что сопровождается соответствующим снижением полезной мощности лампы. Конструктивно лампы для усиления однополосного сигнала - это тетроды с наружным анодом и кольцевыми выводами экранирующей сетки и катода. Некоторые имеют и кольцевой вывод управляющей сетки. При использовании в генераторе с внешним возбуждением (ГВВ) по схеме с общим катодом в декаметровом диапазоне волн тетроды ГУ-47А, ГУ-47Б, ГУ-53Б нуждаются в нейтрализации влияния проходной емкости. Лампы, применяемые в широко распространенных однополосных передатчиках, используют и в передатчиках других видов. В частности, целесообразно их применение в широкополосных усилителях с распределенным усилением (УРУ) (см. § 2.10). Радиолампы для линейного усиления (с так называемым бипотенциальным катодом) типов ГУ-82Б, ГУ-84Б, ГУ-85К, ГУ-86К обеспечивают уровень комбинационных составляющих не больше -(32...42) дБ при меньших габаритах и массе, меньшей мощности накала, повышенной надежности, более простом обслуживании. Гэнераторные лампы для диапазона ОВЧ и телевизионных передатчиков Для использования в ОВЧ передатчиках выпускают специальные лампы, учитывающие специфику диапазона 50...250 МГц (табл. 1.7). Это лучевые тетроды коаксиальной конструкции средней и большой мощности с принудительным охлаждением, предназначенные прежде всего для работы с контурами в виде отрезков коаксиальных линий. Коаксиальные тетроды имеют наружный анод и кольцевые выво-ДЬ экранирующей сетки и катода, а некоторые - и управляющей сетки. Благодаря мощному активированному катоду (в большинстве ламп прямого накала) получены большая крутизна проходной характеристики (S = 25... 50 мА/В и больше), большой анодный ток и, следовательно, пониженное необходимое эквивалентное сопротивление анодной нагрузки Дэ, что облегчает проектирование цепей согласования и фильтрации на ОВЧ и при усилении телевизионного сигнала изображения. Анодные характеристики некоторых типов коаксиальных тетродов начинаются не из начала координат, т.е. имеют так называемое анодное напряжение сдвига Е', которое следует учитывать при расчете режима (§ 2.9). У
таких ламп не рекомендуется снижать напряжение при неполном использовании по мощности из-за заметного снижения КПД анодной цепи. Кроме ламп, указанных в табл. 1.3, для диапазона частот до 250 МГц могут быть использованы некоторые лампы общего применения ГУ-82Б, ГУ-84Б, ГУ-85К, ГУ-77Б, ГУ-73Б (см. табл. 1.5) при некотором снижении анодного напряжения и полезной мощности. Применение коаксиальных ламп на низких частотах обычно нецелесообразно из-за их высокой стоимости, повышенного потребления энергии цепью накала. Гзнераторные лампы для диапазона УВЧ Несмотря на широкое распространение специальных электронных приборов УВЧ (пролетных многорезонаторных клистронов, ламп бегущей волны, амплитронов и др., см. § 1.5), в радиопередающих устройствах на частотах примерно до 1 ГГц (иногда выше) достаточно широко применяют металлокерамические радиолампы. В пределах указанного диапазона частот эти лампы обладают лучшими по сравнению с клистронами и ЛБВ весовыми и объемными показателями, достаточно высоким КПД (до 60. ..70 %), невысокой стоимостью, но существенно меньшим коэффициентом усиления по мощности. Лампам присущи высокая линейность амплитудной и амплитудно-частотной характеристик, высокая фазовая стабильность. Они нуждаются в более низком питающем напряжении, чем клистроны, менее требовательны к согласованию в волноводных трактах, чем ЛБВ и амплитроны. Клистроны, ЛБВ и другие приборы СВЧ выпускают на определенные, достаточно
узкие полосы частот, а радиолампы могут использоваться на любой частоте ниже предельной. Современные металлокерамические тетроды и триоды СВЧ (табл. 1.8) предназначены для использования в усилителях и автогенераторах по схеме с общей сеткой в сочетании с коаксиальными резонаторами (см. гл. 3). При большой мощности используют принудительное воздушное охлаждение (у некоторых - водяное). Маломощные малогабаритные лампы не нуждаются в принудительном охлаждении. Они могут работать до частот 3.. .4 ГГц. Применение металлокерамических ламп на ОВЧ и тем более на более длинных волнах абсолютно нецелесообразно, так как они дороже ламп, предназначенных для частот ниже 250 МГц, неудобны для использования с другими резонаторами, кроме коаксиальных, потребляют больше энергии в цепях канала, а некоторые менее долговечны. Радиолампы для усилителей мощности с распределенным усилением В настоящее время в промежуточных каскадах широкодиапазонных часто перестраиваемых передатчиков (например, декаметрового диапазона) используются неперестраиваемые широкополосные (широкодиапазонные) каскады [1.1], которые позволяют упростить и ускорить перестройку передатчика с одной несущей частоты на другую и при определенных условиях повысить его надежность. При малых мощностях {Pi 500 ... 1000 Вт), как правило, используются транзисторные широкодиапазонные усилители. При больших мощностях, а также в случае серьезных требований к линейности усиления колебаний с меняющейся амплитудой (А'з/, Kzf меньше -25 дБ), при наличии высокой температуры окружающей среды и в условиях действия проникающей радиации приходится строить ламповые широко-диапазонные усилители. Усилитель с распределенным усилением (УРУ) является одной из перспективных разновидностей широкодиапазонных (широкополосных) ламповых усилителей [1.1]. Он позволяет реализовать большую мощность при высокой линейности усиления (если это требуется). Однако УРУ сложен, обладает меньшими значениями КПД и коэффициента усиления по сравнению с резонансным ГВВ на таких же лампах. В мощных УРУ используются левые тетроды (и пентоды) в режимах без тока управляющей сетки (см. табл. 1.4). Для получения по возможности больших значений КПД и Кр лампы УРУ должны иметь малые входную и выходную емкости, большую крутизну проходной характеристики, малое остаточное напряжение на аноде в граничном режиме, большую допустимую мощность потерь на аноде. Мощные каскады передатчика (оконечный, а часто и предоконеч-ный) для достижения предельно больших значений для данной лампы полезной мощности Pi, КПД и Кр строят резонансными. В исключительных случаях, когда определяющим требованием к передатчику является оперативность перестройки, весь тракт усиления мощности радиочастоты передатчика строится широкодиапазонным ценой снижения полного (промышленного) КПД и других энергетических показателей. Модуляторные лампы В мощных усилителях звуковой частоты передатчиков с амплитудной модуляцией используют лампы серии ГМ, которые имеют левые характеристики и предназначены в основном для работы в схемах усилителей с катодным выходом, т.е. в предоконечных каскадах (подмодуля-торах) модуляционных устройств передатчиков с анодной модуляцией. В выходных каскадах таких модуляционных устройств обычно используют такие же генераторные лампы, как и в модулируемом на анод каскаде [1.1]. Каскады, предшествующие подмодулятору, строят на генераторных лампах общего применения средней и малой мощности. Применение транзисторов в этих предварительных каскадах модуляционных устройств затруднено, так как на входе подмодулятора требуется высокое напряжение, достигающее 1000... 1500 В. Кроме того, фазовый сдвиг коэффициента передачи по току транзистора / 21э (или /3) не позволяет реализовать в модуляционном устройстве глубину отрицательной связи, необходимую для достижения небольших нелинейных искажений. Определение расчетных параметров генераторных радиоламп Режим работы генераторных радиоламп рассчитывают на основе линейной идеализации их реальных статических характеристик [1.1]. Из-за сложной формы реальных характеристик эквивалентные расчетные 
  гс2 ffri О
Рис. 1.6 параметры идеализированных характеристик 5 , 5гр, D, Е', Еа.о, Е^о для данной лампы, обеспечивающие приемлемое (с точностью -1-10... 15 %) совпадение расчетов по реальным и идеализированным характеристикам, зависят от выбора напряжения источника анодного питания Е^, степени использования лампы по току, напряженности режима. Поэтому прежде всего в соответствии с данными в § 2.7 рекомендациями необходимо выбрать целесообразные стандартные значения питающих напряжений Ег. и Е<:2, определить ориентировочное значение амплитуды импульса анодного тока лампы г'атах- Чаще всего бывает известна колебательность мощности Pi, которую должна развивать подлежащая расчету лампа, тогда значение iamax может быть приближенно вычислено для режима, близкого к граничному (критическому), при в и 90°: атах 5Pi/E. Далее определяются следующие расчетные параметры. 1. Крутизна статической характеристики S. Удобно воспользоваться анодно-сеточными характеристиками лампы (рис. 1.6,а). Для триодов выбрать статическую характеристику при анодном напряжении Са О, ЪЕа,. Для тетродов и пентодов, у которых проницаемость D существенно меньше, чем у триодов, а положение характеристик в большей степени зависит от напряжения на экранирующей сетке Ссг, выбрать семейство анодно-сеточных характеристик, снятое при выбранном (§ 2.9) напряжении ес2 = Ес2- Напряжение еа, для которого берется статическая характеристика, несущественно, если Са а.гр ~ (О, 5.. .2)ic2-На выбранной таким образом статической характеристике отметить точку со значением тока г'а = г'атах- Через эту точку провести две прямые: касательную к статической характеристике с крутизной 5*1 = iamax/fici и секущую, соединяющую точку г'атах с началом статической характеристики (точка ес2), с крутизной 2 = /атах/ес2- Искомое значение крутизны статической идеализированной характеристики S = 0,5(Si --S2). 2. Проницаемость D. Для определения проницаемости триода на анодно-сеточной характеристике лампы найти две линии для eai ~ и еа2 и 0,5i?a (рис. 1.6,6). На уровне тока г'а и 0,5iamax отсчитывают два значения напряжения на сетке: ei и ес2. Проницаемость трио-да £) = (ес1 - ес2)/(еа2 - Cai)!- Для тетродов и пентодов определение проницаемости D часто затруднено из-за отсутствия в справочниках нужных реальных характеристик. В этом случае приходится считать, что D и 0,002...0,005. 3. Напряжение сдвига Е' и напряжения приведения i?ao и i?co- В системе анодно-сеточных координат выбрать характеристику с анодным напряжением ?а Е^ (рис. 1.6,е). Через точку на этой характеристике с г'а = iamax провести касательную к реальной характеристике до пересечения с осью абсцисс в точке всь Далее отсчитать напряжение запирания по реальной характеристике 62, при котором для данного значения Е^ анодный ток становится равным нулю. Напряжение сдвига для идеализированных характеристик Е' - 0,5(eci -Ь всз). Зная напряжение сдвига Е'с для данного значения анодного напряжения Е^., можно вычислить напряжение сеточного приведения Eq := EI. + DE и напряжение анодного приведения £JaO = Eco/D. 4. Крутизна граничной (критической) линии 5гр. На графике реальных анодных характеристик (рис. 1.6,г) провести горизонтальную линию на уровне г'атах ~ 3Pi/i?a. Затем из семейства характеристик выбрать одну, пересекающуюся с горизонтальной линией примерно в том месте, где пологий участок характеристики, соответствующий большим значениям ва, переходит в участок, круто опускающийся в начале координат. Отметить координату ei точки пересечения горизонтальной линии и выбранной характеристики. Крутизна линии граничного (критического) режима на идеализированных характеристиках Srp = Jamax/cai. Изложенная выше методика определения расчетных параметров применима для ламп с характеристиками, приведенными на рис. 1.6,г и 1.7,а. Ряд современных генераторных радиоламп [1.6] имеют анодные (выходные) характеристики, отличающиеся тем, что линия граничного режима выходит не из точки начала координат, а из точки с анодным напряжением El (рис. 1.7,6). У некоторых мощных ламп [1.6] на анодных характеристиках не показана область анодного тока при малых значениях анодного напряжения (рис. 1.7, е). Особенности расчета анодной цепи таких ламп рассмотрены в § 2.9. На рис. 1.7,г и д показаны две разновидности статических анодно-сеточных (проходных) характеристик тетродов, различающихся положением начальной точки характеристики тока экранирующей сетки: в одной точке с анодным током Е^ или в разных точках Е' и Эти различия учитываются при расчете цепи экранирующей сетки (§ 2.9). Условные обозначения радиоламп (тетродов) для электрических принципиальных схем (ГОСТ 2.731-81) приведены: при катоде прямо-    Рис. 1.7 Рис. 1.8 ГО накала (неэквипотенциальном) на рис. 1.8,а и при подогревном - на рис. 1.8,5. Условное графическое изображение лампы-триода показано на рис. 1.8,е. о 1.5. Пролетные клистроны и ЛБВ Названные вакуумные приборы работают и перспективны в передатчиках диапазонов УВЧ-КВЧ. Принципы их действия, конструктивное исполнение и параметры изучают в курсе [1.52]. Более полные сведения по этим вопросам приведены в [1.53]. Клистроны и ЛБВ в основном используют в оконечных каскадах передатчиков на уровнях мощности, недостижимых твердотельными приборами. Усиление этих ламп, как правило, превышает 30 дБ для ЛБВ и 40 дБ для клистронов. Каждый из этих приборов заменяет в передатчике многокаскадный усилительный тракт. В технике связи на клистронах строят телевизионные передатчики IV и V диапазонов, аппаратуру тропосферных линий и земных станций спутниковой связи. Лампы бегущей волны используют в передатчиках радиорелейной связи (РРС) прямой видимости, бортовых и земных станций спутниковой связи. Применения определены следующими особенностями приборов. Клистроны являются наиболее мощными генераторными лампами в указанных диапазонах. Они обладают высоким КПД, достигающим у лучших приборов 80 %. К числу достоинств относят сравнительную простоту схем питания и меньшую, чем у ЛБВ, чувствительность усиления и <РКГ -, IPH2- а - Вход al-  Кол а -\ Выход г <0 Кол в- 0.1- Ф к Выход а(а2) Вход а) / ~\Вб1ход Рис. 1.9 Рис. 1.10 КПД к нестабильности напряжений питания. Недостатком прибора является ограниченная полоса частот, делающая необходимой механическую перестройку резонаторов при смене рабочих волн. Этот недостаток частично устраняют совершенствованием перенастраивающих механизмов и переходом к литерному исполнению ламп. Литерные приборы работают на фиксированных частотах, их настраивают на требуемые параметры в заводских условиях при изготовлении и регулировке. Формирование требуемой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) клистрона большим числом высокодобротных резонаторов служит причиной заметной ее чувствительности к изменениям параметров резонаторов. Добротности и резонансные частоты контуров зависят от питающих напряжения и тока прибора, а также от температуры его корпуса. Стабилизация частотных характеристик клистрона требует принятия специальных мер как при его изготовлении, так и при эксплуатации. Это затрудняет эксплуатацию клистронов, особенно в необслуживаемом оборудовании, например в бортовых передатчиках искусственных спутников Земли (ИСЗ). Лампы бегущей волны уступают клистронам по мощности, существенно ниже и их КПД. Они часто требуют большего числа источников питания; высока и чувствительность прибора к нестабильности напряжений питания. Жесткие требования предъявляют ЛБВ к согласованию их входных и выходных цепей. Рассогласование в любом из этих трактов может привести к самовозбуждению усилителя. Лампы бегущей волны превосходят клистроны только по одному параметру - полосе частот. Преимущества клистронов особенно заметны при высоких уровнях мощности; на малых и средних в аппаратуре РРС и бортовых передатчиках ИСЗ предпочтение отдается ЛБВ. Одна модификация прибора обеспечивает здесь работу в любом стволе в пределах выделенного диапазона. Для изображения клистрона на принципиальной электрической схеме стандарт предлагает два варианта. Один (рис. 1.9,6) служит для представления тракта радиочастоты. На нем цифрой дают число промежуточных резонаторов, а выводы анода (корпуса), катода (К) и коллектора (Кол) не показывают. Другой вариант (рис. 1.9,а) позволяет рассматривать совместно цепи питания и радиочастотные. Допустимо и раздельное их представление. Рядом с изображением лампы размещают СИМВОЛ, указывающий тип фокусирующей системы - электрическим (рис. 1.9) или постоянным (рис. 1.10) магнитом. Для опреде- ленности показан клистрон с трехэлектродной пушкой. Управляющий электрод позволяет регулировать величину тока катода при фиксированном напряжении анода. Сказанное выше о схемах справедливо и для ЛБВ, два принятых ее изображения (рис. 1.10) даны с указанием назначения выводов прибора. Основные параметры клистронов и ЛБВ Диапазон рабочих частот, ГГц..............................---- /min ./max Мощность в нагрузке номинальная, кВт........................ Яном Число резонаторов клистрона.................................. N КПД при номинальной мощности.............................. tjhom Напряжение анода номинальное, кВ............................ Еа.ном Ширина полосы частот, МГц .................................. Д/у Коэффициент усиления мощности, дБ......................... Кр Отклонение амплитудно-частотной характеристики от наибольшего значения в полосе частот, дБ................ М' Ток катода номинальный, А ................................... /к.ном Ток накала, А ................................................. 1я Напряжение накала, В ........................................ Среди параметров указано анодное (ускоряющее) напряжение Еа,- У клистрона оно приложено на участке катод-корпус (резонаторный блок, анод), в ЛБВ - между катодом и замедляющей системой (рис. 1.10). В паспортных данных на прибор помимо перечисленных и данных в табл. 1.9-1.11 параметров приводятся сведения о волновых сопротивлениях входного и выходного фидеров, конструкции радиочастотных разъемов, соединяющих прибор с внешними цепями. Характерные значения сопротивлений 50 и 75 Ом. Важным параметром, определяющим эксплуатационные свойства клистронов и ЛБВ, является ток анода (спирали) /а. Обычно /атах 0,05 ... 0,10/к.ном Допустимые значения коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) на выходном фидере равны 1,2... 1,4 и еще меньше для ЛБВ. В число параметров включают также коэффициент преобразования AM в ФМ, выражаемый в рад/дБ. Его значение составляет около 0,05 у клистронов и 0,02.. .0,03 у ЛБВ. Частотная характеристика ЛБВ в пределах полосы неравномерна. Эту неравномерность характеризуют производной АЧХ по частоте, выраженной в дБ/МГц. С помощью этой величины оценивают неравномерность АЧХ в полосе сигнала. Катоды вакуумных приборов работают в режиме пространственного заряда. Номинальный ток катода /к.ном и напряжение i?a.HOM связаны отношением = ае1/. (1.1) Коэффициент пропорциональности а между током и напряжением называют первеансом. Его значение во многом определяет два важных параметра клистронов и ЛБВ - полосу и усиление. Влияет первеанс и на КПД прибора. В связи с малостью значения а его выражают в мкА/В^/ и пользуются понятием микропервеанс а^.
Таблица 1.10
Россия Франция США Франция США Франция УВ-332 ТН3671 ТН3672 ТН3619 VT06290 ТН3025 RW4026 ТН3517В ТН3656 /min . /max, ГГц 14,0... 14,5 4,4...5,0 7,9...8,4 11,7. ..12,5 14,0...14,5 27,5...29,5 43,5...45,5 14,0...14,5 27,5...30,0 Таблица 1.11 1 ном, 300 160 150 230 220 250 250 2500 1000 А-у. дБ 50 50 50 45 54 29 33 5.5 7,0 8,5 18 24 -к.ноы, А 0,22 0,156 0,22 0,14 0.17 13,5 17,5 2,6 2,7 7,7 6,8 Связь между током 4, напряжением Е^, мощностью электронного потока Ро = EIt: и проводимостью (сопротивлением) дается соотношениями Ро = P/v- Е^ = pIIAI: h = Po/E = AEll; Ro\/Go = Eo/IPoA-l\ (1.2) Формулы используют при поверочном расчете режимов клистронов и для определения отсутствующих в таблицах параметров. В нашей стране эксплуатируют клистронные телевизионные передатчики отечественного производства и изготовленные в ЧСФР. Параметры приборов для них даны в табл. 1.9. Там же приведены сведения о приборах фирмы Thomson-CSF (Франция). Она принадлежит к числу ведущих в мире- по производству вакуумных приборов для телевизионного вещания и спутниковой связи [1.26]. Передатчики тропосферной связи, земных и бортовых станций спутниковой связи являются уникальным оборудованием, которое изготовляют небольшими партиями. В отечественной практике их проектирование включает, как правило, и создание нового прибора, наилучшим образом отвечающего специфическим требованиям разрабатываемого радиопередающего устройства. Сведения о клистронах даны в табл. 1.10. Совершенствование клистронов идет по четырем основным направлениям - улучшению полосовых свойств, повышению КПД, увеличению срока службы и снижению габаритов и массы. Применять ЛБВ рекомендуется только в типовых режимах. Мощность, отдаваемая ею, резко уменьшается при отклонении питающих напряжений от номинальных. Сведения о некоторых отечественных и зарубежных ЛБВ, разработанных для спутниковой связи, приведены в табл. 1.11. Электронный КПД ЛБВ, оцениваемый отношением выходной мощности к мощности электронного потока Ро, невелик и составляет 5...25 %. Меньшие значения характерны для коротковолновых приборов. Для повышения КПД усилителя применяют секционированные коллекторы с пониженным относительно анодного напряжением. Это позволяет при том же электронном КПД за счет частичной рекуперации энергии поднять КПД преобразования энергии источников питания до 10...35 %. Мощность приборов бортовых станций достигает 100 Вт и более, наземных на порядок больше. По прогнозам в ближайшем будущем ЛБВ названных применений будут иметь КПД 60.. .65 %. Повышение КПД связывают с совершенствованием замедляющих систем, подъемом электронного КПД, а также с повышением эффективности многоступенчатых коллекторов. ЛБВ перспективны и в качестве оконечных усилителей земных станций диапазонов выше И ГГц. Их мощность достигает 3...5 кВт, а использование многолучевых и высокопервеансных потоков позволит снизить ускоряющее напряжение до 5...7 кВ. Ведутся исследования по линеаризации амплитудных характеристик и снижению уровня амплитудно-фазовой конверсии. Если в проектируемом передатчике предполагается применить прибор уже выпускаемый промышленностью, то его параметры должны соответствовать требованиям технического задания. Отступления в меньшую сторону в части использования номинальной мощности допустимы. 1.6. Общие рекомендации по построению структурной схемы тракта радиочастоты передатчика В начале проектирования, как уже было сказано, необходимо составить структурную схему всего тракта радиочастоты передатчика. На этом первом этапе схема является ориентировочной, потому что составляется на основе обобщения опыта проектирования передатчиков, накопленного в прошлом, использования усредненного коэффициента Np,
Примечание. Для каскадов УМК Np указано с учетом мощности в балластных резисторах, устанавливаемых обычно на входе каскада для улучшения линейности усиления. Если передатчик предназначен для нескольких видов модуляции, необходимо принимать для расчета меньшее из значений Np. представляющего собой отношение номинальных (паспортных) мощностей электронных приборов двух соседних каскадов (табл. 1.12). Такой обобщенный подход позволит достаточно просто получить представление о том, каким в первом приближении будет проектируемый передатчик, и при дальнейшем проектировании согласовывать отдельные частные решения с общей структурной схемой передатчика в целом. В процессе реального производственного проектирования или при выполнении дипломного проекта, когда рассчитывают все каскады передатчика, Рис. 1.11 иногда в структурную схему приходится вносить некоторые изменения, возникающие в результате более точного учета свойств каждого каскада. При курсовом проектировании из-за ограниченного объема расчетов обычно не возникает оснований для подобной корректировки. В целях достижения высокой стабильности частоты при выполнении других требований современные передатчики чаще всего строят, как многокаскадные. Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов высокой частоты между возбудителем (автогенератором) и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком коэффициенте полезного действия. В процессе составления структурной схемы определяют также минимальное необходимое (рациональное) число выпрямителей и их стандартные напряжения. Колебания маломощного возбудителя (Рвоз 0,01 Вт) последовательно усиливаются несколькими каскадами усиления и доводятся до заданной мощности (рис. 1.11). В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы много (десят^ ки, около ста) транзисторов с помощью схем сложения мощностей [1.1] (рис. 1.12). Сложение мощностей используют также для повышения 1> \Предва- возИищиий уса-тель штем ЕШтный модуль
I Выходная Предоконечная \ группа группа мадулвИ^ модулей Рис. 1.12 1 2 3 4 5 6 ... 33 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||