Схемы ламповых генераторов

На рис. 61 показана схема лампового генератора с самовозбуждением. Действие ее протекает следующим образом. Когда замыкается ключ К, высокое напряжение попадает на анод лампы через катушку L1 и через лампу начинает проходить анодный ток. 

Схемы ламповых генераторов

Рис. 61. Схема лампового генератора с самовозбуждением.

Электроны, образующие этот ток, не могут прийти в движение мгновенно по многим причинам, в частности, потому, что им нужно проходить через катушку L1 , в которой возникает тормозящая э. д. с. самоиндукции. Катушки L1 и L2 индуктивно связаны между собою таким образом, что при нарастании анодного тока на сетке наводится положительный потенциал, способствующий дальнейшему нарастанию анодного тока. Процесс этот, однако, не может продолжаться до бесконечности, наоборот, он очень быстро изменяет свой характер либо из-за достижения насыщения, либо из-за неизбежного появления сеточного тока, превращающего ускоренное нарастание тока анода в замедленное. Как только это произойдет, анодный ток сначала совсем перестанет нарастать, а затем начнет и уменьшаться, усиленно подгоняемый действием сетки, на которой теперь уже индуктируется форсированно запирающий лампу отрицательный потенциал. Этот обратный процесс в зависимости от связи между L1 и L2 может продолжаться или до полного запирания лампы, или до перемещения рабочей точки характеристики за участок нижнего сгиба, когда скорость изменения тока сделается значительно меньшей и ее уже не хватит для дальнейшего увеличения отрицательного потенциала на сетке. Уменьшение анодного тока при этом сначала замедлится, а затем вследствие начавшейся убыли сеточного потенциала сменится его новым нарастанием. Далее весь процесс будет повторяться.

Схемы ламповых генераторов

Рис. 62. Схемы генераторов с различными способами подачи анодного напряжения.

В контуре L1C, через катушку которого проходят быстро изменяющиеся токи, обязательно возникают колебания, частота которых определяется данными С и L1, а амплитуда нарастает до тех пор, пока не наступит равенство между энергией, затрачиваемой на возбуждение контура, и энергией всех потерь, увеличивающихся по мере усиления колебаний. Энергия возбуждения черпается из анодной батареи, а потери в генераторе складываются из расходования энергии колебательного тока на преодоление омического сопротивления катушки L1 и соединительных проводов, а также на образование упомянутого сеточного тока. Если к генератору присоединить антенну, к сумме потерь добавятся потери в антенне и расход энергии на излучение, и амплитуда колебаний несколько уменьшится.

Анодную батарею можно включать и так, как показано на рис. 62 а, причем от этой схемы генератора с трансформаторной связью легко перейти к автотрансформаторной (б), или трехточечной, схеме. Трехточечная схема, или, как ее часто называют, „схема Хартлея", „Хартлей-трехточка" и, наконец, просто „трехточка", называется так потому, что колебательный контур включается в схему тремя точками, обозначенными на рис. 62 римскими цифрами. Практически используются два принципиально равноценных варианта трехточечной схемы, обозначенных в и г. Вариант в называется схемой последовательного питания, потому что создаваемые лампой импульсы анодного тока, возбуждающие колебания в контуре, проходят из батарей через контур и лампу последовательно. Вариант г называется схемой параллельного питания, так как колебательный контур здесь подключен через разделительный конденсатор Ср к лампе параллельно. Через лампу проходят постоянная и высокочастотная слагающие анодного тока, но в точках Д и Е они разделяются: постоянная слагающая не может пройти через Ср и проходит через анодную батарею и дроссель, а высокочастотная слагающая не может пройти через дроссель, представляющий для нее огромное реактивное сопротивление, и проходит через колебательный контур и разделительный конденсатор Ср.

Схему г можно рассматривать и как каскад усилителя на дросселе, с выхода которого подается сильная позитивная обратная связь на вход, причем элементом связи является колебательный контур. Таким же образом можно представить и схему в. Это каскад усилителя с колебательным контуром в качестве анодной нагрузки, между выходом и входом которого осуществляется сильная позитивная обратная связь, приводящая к устойчивому самовозбуждению.

Обязательным условием действия генераторов с самовозбуждением, таким образом, является существование достаточно большой позитивной обратной связи между цепями анода и сетки генераторной лампы. Из сказанного вытекает правило, что переменные напряжения на сетке и на аноде лампового генератора всегда должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180°.

На схемах в и г (рис. 62) пунктиром показано включение блокировочного конденсатора Сб. Эта деталь не является обязательной для генераторов, питаемых от свежей батареи анода, и ее удаление в этом случае не ухудшит действия генератора и вообще не изменит его заметным образом. Однако, если у анодной батареи, например, из-за длительного хранения повысится внутреннее сопротивление, отключение емкости Сб повлечет за собою уменьшение амплитуды генерируемых колебаний. Роль конденсатора Сб состоит в том, что он существенно облегчает условия работы батареи, накапливая заряд в периоды отсутствия или минимума анодного тока и отдавая накопленное в моменты, когда анодный ток велик. Ток в анод-

ной цепи при этом может быть сильно пульсирующим, но разряд батареи будет происходить сглаженным током почти постоянной величины. Это же явление иногда описывают таким образом, что блокировочный конденсатор создает более легкий замкнутый путь от катода к аноду лампы, помимо батареи для переменной слагающей анодного тока, поэтому подключение такого конденсатора к батарее с повышенным внутренним сопротивлением значительно улучшает действие генератора. Роль блокировочного конденсатора при этом вполне подобна роли конденсатора в развязывающих фильтрах.

Конденсатор Сд в схеме в защищает сетку от попадания на нее полного напряжения анодной батареи, что вывело бы лампу из строя, а сопротивление RД предотвращает полное прекращение действия генератора вследствие накапливания отрицательного заряда в конденсаторе Сд при работе генератора, что равносильно созданию запирающего потенциала на сетке. Если взять сопротивление Rд слишком большим, генерация может сделаться прерывистой из-за периодического образования на сетке запирающих потенциалов за счет зарядов, не успевающих своевременно стекать на катод через Rд. Если вместо Rд включить дроссель, подобный анодному на схеме г, то постоянное смещение на сетке будет всегда близким к нулю, и анодный ток, а также амплитуда создаваемых генератором колебаний, возрастут.

Основными величинами, характеризующими работу каждого генератора, являются номинальная частота колебаний, их стабильность на протяжении больших отрезков времени и мощность. Важным показателем маломощных генераторов разных систем является также постоянство их частоты в течение коротких отрезков времени, соответствующих, например, передаче одного элемента (знака) телеграфной азбуки. Большое значение для общей стабильности частоты колебаний генератора имеет постоянство геометрических размеров его основных деталей и негигроскопичность применяемых изоляционных материалов. К аэрологическим передатчикам вследствие их маломощности жестких требований общей высокой стабильности обычно не предъявляется, но, тем не менее, эта стабильность весьма полезна и иногда принимают специальные меры для ее повышения. Основной мерой является повышение влагостойкости, передатчиков парафинированием, а также их теплоизоляция, уменьшающая разницу предельных температур, при которых передатчики могут находиться во время работы.

Необходимая мощность радиопередатчиков в большинстве случаев достигается за счет „левизны" характеристики применяемых ламп. Располагая достаточно -левыми лампами, можно применять пониженные напряжения анодного питания, что позволяет получать заметную экономию общего веса аэрологических приборов.

 

Известно, что радиолампы с левыми характеристиками должны иметь редкую управляющую сетку, т. е. их коэффициент усиления μ не должен быть большим, вследствие чего полное запирание наступит только при значительных отрицательных смещениях. Поэтому в радиопередатчиках аэрологических приборов применяют почти исключительно триоды, причем триоды с возможно меньшими μ. Это позволяет создавать достаточно мощные колебания при сравнительно малых напряжениях источников анодного питания.

Короткопериодная нестабильность радиопередатчиков аэрологических приборов, проявляющаяся при передаче кодовых знаков в том, что, например, короткие сигналы („точки") бывают слышны при одной настройке радиоприемника, а более продолжительные („тире") при другой, имеет своей причиной явление подкаливания нити накала изменяющимся анодным током.

Схемы ламповых генераторов

Рис. 63. Разные схемы простых генераторов

 

Нестабильность этого рода устраняют выбором способа образования радиосигналов (или „способа манипулирования'') и применением режимов, при которых относительные изменения анодного тока во время подачи сигнала и его отсутствия были бы минимальными. В связи с этим, наряду с передатчиками, в которых манипулирование производится посредством разрывов и замыканий цепи анодного тока, применяются схемы отклонения частоты или схемы срыва в. ч. колебаний во время передачи пауз, хотя на первый взгляд это могло бы показаться неправильным в отношении ресурсов анодного питания, которые при этом расходуются быстрее.

Кроме трехточечной схемы, в передатчиках аэрологических приборов применимы следующие схемы (рис. 63). Схема а известна в специальной литературе под названием схемы Колпитца, или схемы со связью через емкостный делитель высокочастотного напряжения.

Схему б, исторически являющуюся первой из схем ламповых генераторов, часто называют схемой Мейсснера, или схемой с индуктивной связью.

Схема в действует с использованием емкостной связи между анодом и сеткой через конденсатор связи Сс. Иногда этот конденсатор можно и не включать, так как для возбуждения колебаний достаточно бывает наличия междуэлектродной емкости анод—сетка внутри лампы. Эта схема известна под названием схемы Кюна, или Хут-Кюна. Она несколько сложнее других, потому что здесь применяются сразу два колебательных контура, настроенных на одну и ту же частоту, однако ее достоинством является более высокая общая стабильность частоты генерируемых колебаний в сравнении с другими схемами. Генератор на кварце (схема г) является, по сути дела, разновидностью схемы Кюна, так как настроенный контур в цепи сетки этой схемы тоже есть, но он выполнен в необычной форме — в виде пьезоэлектрической кварцевой пластинки.

Кристаллы многих веществ обладают способностью изменять свои размеры под влиянием электрического поля подобно тому, как пружины деформируются под действием механических сил. Упругие деформации вырезанной определенным образом из кристалла кварца пластинки происходят по ее толщине, если к обеим сторонам пластинки приложить электроды и подвести переменное напряжение. При увеличении частоты приложенного напряжения вплоть до совпадения ее с собственной частотой механических колебаний кварцевой пластинки возникает резонанс и амплитуда колебаний кварца резко возрастает. Про такое состояние кварцевой пластинки говорят, что она возбудилась.

Электромеханические колебания возбужденного кварца с энергетической стороны вполне равноценны электромагнитным колебаниям в обычном колебательном контуре, составленном из конденсатора и катушки самоиндукции. В обычном контуре энергия переходит из электрической в магнитную и обратно, а у кварца — из электрической в механическую энергию упругих сил деформаций пластинки и обратно. Таким образом, упругие свойства кварца заменяют индуктивность катушки, и кварц вполне может служить колебательным контуром. Особенностью такого контура является его огромная добротность, вследствие чего резонансные кривые кварцевых пластинок необычайно узки и остры. Широкому использованию кварца во всех генераторах препятствует его дороговизна и невозможность осуществлять плавную настройку генерируемых частот.

На рис. 63 д показана двухтактная схема высокочастотного генератора (схема „Хартлей—пушпулл“), являющаяся производной от однотактной „трехтонки" и позволяющая наиболее эффективно использовать две лампы вместо одной, когда есть опасения, что из-за тяжелых условий приема мощность излучения, обеспечиваемая одной лампой, может оказаться недостаточной. Следует отметить, что первые в мире радиозонды выпускались именно с двухламповыми передатчиками по двухтактной схеме. Двухтактные схемы неоднократно встречались и в зарубежных конструкциях аэрологических приборов.

В двухтактную может быть превращена каждая из разновидностей генераторных схем, а не только трехточка. В связи с тем, что однотактные схемы проще и передатчики получаются более дешевыми, а мощность их при современном широком ассортименте радиоламп может быть сделана какой угодно, двухтактные схемы радиопередатчиков для аэрологических приборов нигде больше не применяются.

Наконец, на рис. 63 е показана довольно часто применяющаяся схема, известная под названиями „разорванная трех- точечная", или „разорванный Хартлей", а на рис. 63 ж приведен упрощенный вариант ее использования в индийском радиозонде, действующем на волне 4 м

Смотрите также