книги / Радиопередающие устройства

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие предназначено для учащихся средних специальных учебных заведений гражданской авиации и может быть полезным для радиотехнических специальностей дру­ гих техникумов.

В гражданской авиации радиопередающие устройства исполь­ зуют для радиолокации, радионавигации и радиосвязи. Они рабо­ тают в различных диапазонах частот и обеспечивают мощности от единиц ватт до мегаватт. Самолетные радиостанции должны обес­ печивать надежную и беспоисковую связь при различных погодных условиях на различных широтах и высотах. Для этого необходимы особо высокая стабильность частоты и простота управления. С учетом этих особенностей и подготовлено данное учебное пособие.

Основное внимание в пособии уделено рассмотрению физичес­ ких процессов в каскадах на полупроводниковых приборах — ди­ одах, транзисторах, диодах Ганна, лавинно-пролетных диодах и др. Но в связи с тем, что во многих случаях еще используются элект­ ронные лампы, отдельная глава посвящена ламповым генераторам. Даны сведения о применении микросхем и микропроцессоров в каскадах радиопередающих устройств.

Приведены практические схемы передатчиков современных ави­ ационных радиостанций и даны описания работы отдельных их каскадов. Рассмотрены схемы амплитудной, частотной, фазовой и однополосной модуляции и телеграфной манипуляции. Поскольку в гражданской авиации широко используются системы многока­ нальной радиосвязи, в пособии рассмотрены вопросы временного

ичастотного разделения каналов.

Вотдельной главе даны вопросы методики испытания радиопе­ редатчиков и меры безопасности при эксплуатации их.

Изложение материала в пособии ведется от простого к более

сложному и от сравнительно низких частот к существенно более высоким частотам электрических колебаний. К каждой главе даны вопросы для самоподготовки.

Главы 1—5, 8 и 11 написаны Хиленко В. И., 6 и 10 — Мала­ ховым Б. М., 7 и 9 — Хиленко В. В.

на рис. В.1. При включении (нажатии) ключа в цепи первичной обмотки трансформатора вследствие наличия прерывателя проте­ кает прерывистый ток. Во вторичной обмотке наводятся импульсы высокого напряжения, вызывающего пробой искрового промежут­ ка. В момент пробоя вторичная обмотка оказывается закорочен­ ной и в цепи антенны возникают высокочастотные затухающие колебания.

В 1904 г. в Петербурге были построены три искровые радио­ станции мощностью около 200 Вт, работающие на волне 350 м.

В 1914 г. в Москве была построена радиостанция мощностью 100 кВт, работающая в диапазоне волн 7 ... 9 км. Строительство искровых передатчиков прекратилось в 1916 г. На смену им при­ шли дуговые передатчики, в которых источником электромагнит­ ных волн была электрическая дуга. Дуговая радиостанция мощ­ ностью 100 кВт была построена в Москве на Шаболовке в 1920 г. В 1921 г. для ее антенны В. Г. Шуховым была построена башня высотой 150 м. Одновременно разрабатывались машины высокой частоты.

В1913 г. немецкий ученый Альфред Мейснер создал первый в мире ламповый автогенератор. С этого времени начинается период ламповых передатчиков.

ВРоссии первые лампы были изготовлены в 1914 г. под руко­ водством Н. Д. Папалекси. А в 1916 г. был построен ламповый ра­

диопередатчик. В то же время' на Тверской радиостанции М. А. Бонч-Бруевич изготовил первый триод с высоким вакуумом.

Большую роль в развитии отечественной радиотехники сыграла Нижегородская радиолаборатория, созданная в 1918 г.

В 1920 г. под руководством М. А. Бонч-Бруевича была создана мощная генераторная лампа с водяным охлаждением анода. В это же время в Москве на Ходынском поле был построен первый лам­ повый телефонный передатчик мощностью 2 кВт. В 1932 г. в Моск­ ве был построен первый ламповый радиовещательный передатчик мощностью 12 кВт, названный радиостанцией им. Коминтерна. Он работал на волне 3200 м.

В 1922 г. для стабилизации частоты автогенератора У Кэди (США) предложил кварц. Метод кварцевой стабилизации частоты в диапазоне волн предложен Г А. Зейтленком в 1933 г.

В 1930 г. М. А. Бонч-Бруевич разработал схему с заземленной сеткой, значительно повышающую устойчивость усилителей на триодах, а А. Л. Минц— блочную схему сложения мощностей большого числа радиоламп. По этой схеме в 1933 г. мощность ра­ диостанции им. Коминтерна была доведена до 500 кВт, а в годы Великой Отечественной войны — до 1200 кВт.

В1938 г. построена коротковолновая вещательная радиостан­ ция РВ-96, в которой осуществлялось сложение мощностей в про­ странстве до 120 кВт, предложенное Н. X. Невяжским.

В1938 г. начались телевизионные передачи в метровом диапа­

зоне волн Московского и Ленинградского телецентров, построенных под руководством А. И. Лебедева-Карманова.

В 1927— 1929 гг. А. И. Берг разработал теорию и расчет лам­ повых генераторов на основе линейной аппроксимации характери­ стик ламп. Этой теорией пользуются в настоящее время при проек­ тировании радиопередающих и других устройств.

Для освоения УКВ диапазона в 1932 г. И. И. Рожанский выска­ зал идею создания клистрона. А. А. Слуцкий и А. С. Штейиберг в 1936 г. создали магнетрон, работающий на волне 50 см.

В настоящее время в технике радиопередающих устройств ши­ роко используют полупроводниковые приборы. В маломощных кас­ кадах применяют микросхемы мощностью до 10 Вт с рабочей час­ тотой до 250 МГц.

Ра з д е л I. ГЕНЕРАТОРЫ РАДИОЧАСТОТ

Гл а в а 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГЕНЕРАТОРОВ

РАДИОЧАСТОТ

1.1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ГЕНЕРАТОРОВ РАДИОЧАСТОТ

Типы приборов. В радиопередающих устройствах гражданской авиации ис­ пользуют различные типы электронных приборов: электронные лампы, бипо­ лярные и полевые транзисторы, а также полупроводниковые диоды. Наиболее мощными из усилительных приборов являются электронные лампы, выходная мощность которых достигает сотен киловатт от одного прибора. Инерционные явления у них можно не учитывать до сотен мегагерц.

Транзисторы уступают электронным лампам по мощности, приходящейся на один прибор, примерно на три порядка. Верхняя граница для биполярных транзисторов располагается в области единиц мегагерц. А те высокочастотные

100 МГц, где инерционные свойства транзисторов не проявляются. Полевые транзисторы имеют верхнюю границу до десятков мегагерц. Примерные час­ тотные области применения электронных приборов показаны на рис. 1.1.

Генераторные лампы имеют ряд конструктивных особенностей, определя­ емых предъявляемыми к ним требованиями. Основными параметрами для клас­ сификации генераторных ламп являются: выходная мощность, предельная час­ тота использования и условия эксплуатации. По допустимой мощности, рассе­

электронных приборов

ватт, Такие большие мощности можно обеспечить только с помощью элект­ ронных ламп. Поэтому в оконечных каскадах передающих устройств применяют

ГИ — генераторные импульсные; ГМ — модуляторные,

Следующие за этими буквами цифры указывают номер заводской разра­ ботки. Буква в конце условного обозначения определяет способ принудитель­

ном мощностью и предельной частотой. Генераторные лампы средней мощно­ сти имеют стеклянный баллон, который для увеличения поверхности теплоот­ дачи имеет сферическую или бочкообразную форму. Электроды выполняются из тугоплавких материалов и конструктивно оформляются так, чтобы улучшить условия теплоотдачи.

Мощные генераторные лампы выпускаются с номинальной мощностью до 500 кВт. Анод в них часто изготовляется в виде цилиндра из красной меди и является частью баллона лампы, охлаждаемого водой. Торец цилиндра с од­ ной стороны приварен к стеклянному или керамическому цоколю, а с другой стороны закрыт. На частотах выше 600 МГц применяют металлокерамические тетроды и пентоды с торцевыми катодами и анодами и дисковыми выводами электродов.

Предельные параметры генераторных ламп. Для ламповых генераторов средней и большой мощности большое значение имеют технико-экономические показатели. Поэтому в процессе эксплуатации лампы желательно использо­ вать более полно, т. е. в режимах, близких к предельным. Вместе с тем сле­ дует учитывать, что генераторные лампы средней и большой мощности более чувствительны к электрическим перегрузкам.

Значения предельно допустимых параметров указываются в паспорте лам­ пы. К ним относятся следующие параметры:

номинальная колебательная мощность Рвом, которую лампа может дли­

Ра.доп; предельно допустимые мощности, рассеиваемые управляющей и экраниру­

ющей сетками; ток эмиссии катода /э при номинальном напряжении накала;

Кроме предельных параметров в паспорте генераторной лампы приводятся основные ее параметры для рекомендуемого режима работы.

Генераторные транзисторы. От усилительных транзисторов они отличаются большими значениями выходной мощности и предельной частоты. Как биполяр­ ные, так и полевые транзисторы являются низковольтными приборами. Напря­ жение источника коллекторного (стокового) питания для мощных высокочас­ тотных транзисторов составляет несколько десятков вольт и максимально до­ пустимое напряжение на коллекторе не превышает 100 В. Ток коллектора мо­ жет достигать нескольких десятков ампер. Промышленность выпускает тран­

Условное обозначение генераторных транзисторов состоит из сочетания бук­ венных и цифровых символов. Первый элемент — буква, указывающая мате­

Третий элемент обозначения — цифра, определяющая частотные свойства и мощ­

начения 7, 8 и 9. Например, запись КП7235Г обозначает: кремниевый полевой

Параметры генераторных транзисторов. При разработке генераторов с внеш­ ним возбуждением основным параметром для выбора усилительного элемента (транзистора) является выходная мощность Р ^ , указываемая в паспорте уси­ лительного элемента. Кроме того, в паспорте приводятся предельные значения допустимой мощности рассеяния на коллекторе Рк ДОп и максимально допусти­

эмиттер при работе транзистора в активной области при разомкнутой цепи базы;

зисторов указывается также предельно допустимое значение импульсного тока коллектора /к Доп.

Кроме мощностей, напряжений и токов при построении генератора с внеш­ ним возбуждением усилительный элемент выбирают с учетом его частотных свойств. Максимальная частота усиления для транзисторов — это та частота, на которой коэффициент усиления по мощности уменьшается до 3 дБ. Эта час­ тота определяется инерционными свойствами транзистора, а также паразитны­ ми емкостями и индуктивностями его выводов.

Рис. 1.2. Эквивалентная схема многоэмиттерного транзистора

Частотные свойства транзистора можно наглядно представить, вос­ пользовавшись эквивалентной схемой, приведенной на рис. 1.2 (схема Джнколетто). Многоэмиттерный транзис­ тор в ней изображен в виде одноэмиттерного с сосредоточенными па­ раметрами. Схема внутри штрихового

квадрата 1 представляет собой идеальный транзистор, характеризующий работу его переходов. Схема внутри штрихпунктирного квадрата 2 представляет собой

сопротивление потерь, учитывающее рекомбинацию неосновных носителей в об­

с коэффициентом усиления на постоянном токе а0, и fT— предельная частота уси­

не учитывать индуктивности выводов, в области верхних частот нужно учиты­ вать все реактивности. В области высоких частот транзистор является пара­ метрическим прибором, так как его параметры зависят от напряжений и токов.

1.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ АППРОКСИМАЦИЯ

Генераторные лампы и транзисторы являются нелинейными элект­ рическими устройствами. Их нелинейные свойства описываются вольт-амперными характеристиками. В генераторах с внешним воз­ буждением токи, протекающие в цепи любого электрода, зависят

ю