Учебник младшего специалиста радиотехнических войск. Часть 1. Основы электрорадиотехники и радиолокации - Андреев О.В., Моторичев И.А., Шлямович А.А., Демин Ю.В., Житмарев Е.Е., Киреев В.П.

Автор: Андреев О.В. Моторичев И.А. Шлямович А.А. Демин Ю.В. Житмарев Е.Е. Киреев В.П.

Теги: радиотехника радиолокация военная техника военное дело

Год: 1980

Похожие

Краткий словарь по радиоэлектронике

Из истории электроники

Теоретические основы технических разведок

Учебник сержанта ракетных войск и артиллерии. Для специалистов радиолокационной и радиотехнической разведки

Текст

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОТШ СССР
• УЧЕБНИК
МЛАДШЕГО СПЕЦИАЛИСТА
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ВОЙСК
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСНОВ Ы ЭЛ £КТРОРАДИОТВХ2Ш ДИ
И РАДИОЛОКАЦИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ СССР
ВОЙСКА ПРОТИВОВОЗДУШНОЙ ОБОРОНЫ СТРАНЫ
УЧЕБНИК
МЛАДШЕГО СПЕЦИАЛИСТА
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ВОЙСК
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ
И РАДИОЛОКАЦИИ
Утвержден
лавнокомандующим Войсками противовоздушной обороны страны
Ордена Трудового Красного Знамени
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР
МОСКВА- 1980
Учебник состоит нз двух частей (отдельных книг): часть первая — «Основы
Олектрорадкотехнпки и радиолокации», часть вторая— «Общевоенная подготов-
ка и техника связи».
В первой части излагаются вопросы электротехники» радиотехники, радио-
локации и вычислительной техники в объеме, необходимом для изучения сер*
жйнтами и солдатами материальной части радиолокационного вооружения, ав-
томатизированных систем управления и средств связи.
В книге уделено необходимое внимание полупроводниковым устройствам,
которые в настоящее время широко применяются в радиоэлектронной аппара-
туре. Дано понятие об интегральных схемах.
В каждой главе Учебника имеются контрольные вопросы для самостоятель-
ной проверки усвоения изучаемых вопросов.
Учебник может быть полезен и для офицеров подразделений РТВ при под-
готовке их к занятиям.
Учебник подготовлен коллективом авторов в составе: И. А. Моторичев
(гл. 1 и 2, за исключением разд. 2.6, 2.8, 2.9 и 2.10), А. А. Шлямович
(разд. 2.6, 2.8, 2.9 и 2.10), О. В. Андреев (гл. 3), 10. В. Демин (гл, 4),
Е. Е, Жнтмарев (гл. 5), В. П. Киреев (гл. 6).
Учебник подготовлен под общей редакцией А. К. Инце.
ВВЕДЕНИЕ
Первая часть и частично вторая часть настоящего Учебника по
существу являются учебником по радиоэлектронике для младших
специалистов радиотехнических войск ПВО.
Термин «радиоэлектроника» — понятие собирательное. Оно
включает радиолокацию, радиосвязь, электронные математические
машины, автоматизированные системы управления, телевидение,
телемеханику, телеметрию, радионавигацию, радиоастрономию и
ряд других областей техники. Другими словами, все то, во что
одним из основных элементов входит электронная схема с исполь-
зованием вакуумных ламп или полупроводниковых приборов, вы-
пускаемых радиопромышленностью.
Радиоэлектроника проникает во все отрасли народного хозяй-
ства. Она позволяет человеку проникнуть в микромир и космос,
осуществить радио- и телепередачи, управлять космическими ко-
раблями п ракетами на огромных расстояниях, с чрезвычайно
большой скоростью решать сложнейшие математические задачи
и др.
Не менее важное значение имеет радиоэлектроника и в укреп-
лении обороноспособности пашей Родины. Современные боевые
действия немыслимы без радиосвязи, радиолокации, радионавига-
ции и систем управления войсками. В настоящее время нет ни од-
ного рода войск, где бы ни использовались радиоэлектронные
устройства. Без преувеличения можно сказать, что обороноспо-
собность любой страны в настоящее время в значительной степени
зависит от уровня развития радиоэлектроники.
Вопросы тактической и общевоенной подготовки в Учебнике
изложены также в объеме и на уровне, соответствующем Про-
грамме подготовки младших специалистов радиотехнических войск.
!•
3
ГЛАВА 1
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
1.1. ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Электротехника —наука о производстве,' передаче и примене-
нии электрической энергии.
Слово «электричество» происходит от греческого слова «элект-
рон», что означает янтарь. Болес двух с половиной тысяч лет на-
зад греческие ремесленники столкнулись с электрическими свой?
ствами янтаря. Обтачивая и полируя украшения из янтаря, они за-
метили, что их изделия начинают притягивать к себе волоски шер-
сти, кусочки ниток и другие предметы. В темноте можно было за-
метить голубые искры, возникающие при полировке янтаря. Так
человек впервые обнаружил электричество.
Достоинство электрической энергии перед другими видами
энергии заключается в возможности передавать ее на огромные
расстояния при очень малых потерях, в возможности получения
очень больших и очень малых мощностей и в легкости преобразо-
вания в любой другой вид энергии.
Отечественные ученые и инженеры внесли большой вклад в
развитие электротехники. Великий русский ученый М. В. Ломо-
носов еще в XVIII веке указал пути применения электричества.
В 1802 г. В. В. Петров открыл электрическую дугу и возможности
се практического использования. Независимо друг от друга рус-
ский ученый Э. X. Ленц и английский физик М. Фарадей открыли
явление электромагнитной, индукции, что дало мощный толчок в,
развитии машиностроения. Первым энергетическим применением'
электричества была гальванопластика, изобретенная в России;
Б. С. Якоби. Неоценимое значение в развитии электрификации на-
шей страны имел план ГОЭЛРО, разработанный советскими уче-
ными по инициативе В. И. Ленина.
В .Советском Союзе только за последние годы построены и
строятся мощнейшие в мире гидроэлектростанции. Наша страна
стала величайшей электрической державой.
1.1.1. Строение вещества
Все тела, которые имеются в природе, состоят из мельчайших
частичек, называемых молекулами. Молекулы разных веществ —
воды, железа, кислорода — отличаются друг от друга. Молекулы
4
же одного вещества одинаковы. Они могут существовать отдельно
и сохранять химические свойства этого вещества. В свою очередь
молекулы состоят из еще более мелких частичек, которые назы-
ваются атомами.
Атомом называется мельчайшая химически неделимая час-
тица вещества. Так, молекула воды при делении распадается на
два атома водорода и один атом кислорода; молекула соляной кис-
Рис. 1.1. Схема строения атома:
а — водорода; б — натрия; в — кремния
лоты — на атом водорода и атом хлора. При этом свойства воды и
кислоты теряются. Молекулы различных веществ отличаются чис-
лом входящих в них атомов и их видом.
Великий русский ученый Д. И. Менделеев все простые тела,
называемые элементами, на основании их свойств расположил в
стройную таблицу, состоящую из рядов по восьми элементов в
каждом (за исключением первого ряда), и открыл знаменитый
периодический закон строения вещества, носящий его имя. На
основании этого закона были предсказаны свойства элементов, ко-
торые тогда еще были неизвестны. Впоследствии часть этих эле-
ментов была открыта, причем предсказания ^Менделеева полно-
стью подтвердились.
Молекулы и атомы располагаются на некотором расстоянии
друг от друга и находятся в непрерывном движении. Это движе-
ние называют тепловым. Чем выше температура тела, тем быстрее
движутся молекулы и атомы.
Раньше считали, что атом является пределом делимости веще-
ства. Слово атом означает неделимый. Однако научные открытия
в конце прошлого века показали, что атомы имеют сложное строе-
ние. Наглядные, но несколько упрощенные схемы строения неко-
торых атомов представлены на рис. 1.1.
Каждый атом состоит из ядра, относительно которого по- кру-
говым или эллиптическим орбитам непрерывно движутся еще бо-
лее мелкие частички, называемые электронами. Каждый электрон
характеризуется отрицательным зарядом (^=е=1,6-10-19 Кл),
массой (m=9,l 1 • 10"31 кг) и собственным механическим моментом
импульса, называемым спином
5
Число вращающихся вокруг ядра электронов и расположение
нх; зависят от того, в каком месте периодической системы Менде-
леева находится тот или другой элемент. Первые три ряда таб-
лицы периодической системы элементов Д. И. Менделеева приве-
дены в табл. 1.
Таблица 1
Ряды Группы
I и ш IV V VI VH VIII
1 - 1 Водород (Н) 2 Гелий (Не)
2 3 Литий (Li) ( 4 Бериллий (Ве) 5 Бор (В) 6 Углерод (С) 7 Азот (N) 8 Кисло- род (О) 9 Фтор (F) 10 Неон (Хе)
3 И Натрий ' (Na) 12 Магний (Mg) 13 Алюми- нии (А1) 1 14 Кремний (Si) 15 Фосфор (Р) 16 Сера (S) 17 Хлор (CI) 18 Аргон (А)
Так, например, водород помещается. на первом месте первого
ряда таблицы, следовательно, вокруг ядра его атома вращается
один электрон (рис. 1.1,а); натрий стоит под одиннадцатым но-
мером (первое место третьего ряда) таблицы, следовательно, во-
круг ядра атома его вращается 11 электронов, расположенных в
три слоя: в первом — два, во втором — восемь (по числу элемен-
тов в рядах таблицы) и в третьем слое — один электрон (соответ-
ственно месту атома в ряду таблицы, т. е. валентности элемента).
Кремний стоит на 14-м месте и имеет 14 электронов: два — в пер-
вом слое, восемь — во втором и четыре — в третьем.
Строение атомов натрия и кремния показано на рис. 1.1,6 и
1.1, в.
Полное число электронов в слое равно числу элементов в ряду
периодической системы.
Ядро атома также имеет сложное строение. Оно состоит из по-
ложительно заряженных частиц вещества, называемых протонами,
и не заряженных электричеством частичек, которые называются
нейтронами.
Заряд протона равен заряду электрона по величине, но по зна-
ку противоположен. Число протонов в ядре атома равно числу
электронов. Поэтому положительный заряд равен сумме отрица-
тельных зарядов всех электронов, вращающихся вокруг ядра, и
атом в целом нейтрален. Электроны, протоны и нейтроны в атомах
•6
всех веществ одинаковы. Атомы различных веществ различаются
между собой числом протонов и нейтронов в ядре и числом элек-
тронов, вращающихся вокруг ядра.
Если атом теряет или приобретает несколько электронов, то он
становится электрически заряженным ионом. Нейтральный атом,
потерявший электрон, является положительным ионом, а полу-
чивший электрон — отрицательным ионом.
Электрически заряженные частицы, взаимодействуют между
собой. Частицы, несущие разноименные электрические заряды,
притягиваются, а несущие одноименные заряды, отталкиваются
друг от друга. Ядро атома очень мало. Протоны, входящие в его
состав, находятся на очень близких расстояниях. Сила взаимного
отталкив'ания обратно пропорциональна квадрату расстояния ме-
жду ними и поэтому очень велика. Однако под действием этих
сил ядра не распадаются. Объясняется это техц что кроме элек-
трических в ядре действуют внутриядерные силы притяжения.
Они прочно связывают все частицы ядра.
Проблема, нарушения ядерных сил и деления ядра атома на-
укой и техникой решена. Огромная энергия, выделяющаяся при
этом, называется атомной энергией, которая используется как в
мирных, так и в военных целях.
1.1,2. Физическая природа электрического тока
Установлено, что атомы, у которых последний слон полностью
заполнен электронами, представляют собой довольно прочную
конструкцию. Они не могут ни терять своих электронов, ни всту-
пать в соединение с другими веществами. Веществами, атомы ко-
торых имеют полностью заполненный последний слой, являются
элементы восьмой группы — газы гелий, аргон, неон и другие. Их
называют инертными газами.
Если в последнем слое атома число электронов несколько мень-
ше полного (фтор, хлор), то они также прочно связаны с. ядром
и также не отдают своих электронов, а могут лишь присоединить
к себе атомы с малым числом электронов в последнем слое, обра-
зуя новые химические соединения (например, хлор+натрпй =
=хлористый натрий).
Если же число электронов в последнем слое намного отлича-
ется от полного их числа, то некоторые электроны этого слоя
(вследствие экранирующего действия электронов, ближних к ядру
слоев) слабо связаны со своим ядром. Эти электроны могут легко
оторваться от ядра и становятся так называемыми свободными
электронами.
Свободные электроны под действием притяжения ядер других
атомов с • большими скоростями беспорядочно движутся между
атомами и могут попасть в систему любого другого атома, поте-
рявшего часть своих электронов. Образование и исчезновение сво-
бодных электронов в телах происходит постоянно. Веществами,
7
атомы которых легко Теряют часть своих Электронов, являются
металлы, их сплавы, углерод, водород.
Несмотря на наличие внутри тела свободных электронов, оно
остается незаряженным, так как общее количество положитель-
но и отрицательно заряженных элементарных частиц в веществе
остается неизменным, а суммарный отрицательный заряд их равен
положительному.
Возьмем два металлических тела и установим их на изолирую-
щих подставках. Наэлектризованными стеклянной и каучуковой
палочками сообщим одному телу положительный, а другому —
отрицательный заряд. Если соединить металлической проволокой
оба тела, то свободные^электроны будут перемещаться от отрица-
тельно заряженного к положительно заряженному телу. Электро-
ны будут как бы отталкиваться от одного тела и притягиваться
к другому. Движение электронов по проволоке будет происходить
и в том случае, если оба тела имеют одноименный заряд, но коли-
чество зарядов на единицу поверхности различно. При этом сво-
бодные электроны движутся в одном направлении — вдоль прово-
локи, т. е. упорядоченно. Такое направленное упорядоченное дви-
жение электрических зарядов по проводнику называется электри-
ческим током.
Для создания электрического тока и поддержания его в при-
соединенном проводнике необходим источник тока. В нашем при-
мере это были два тела, имеющие разноименные заряды. На прак-
тике в качестве источников тока используют гальванические эле-
менты, термоэлементы, аккумуляторы, генераторы постоянного и
переменного тока и др.
За единицу количества электричества, прошедшего по провод-
нику, принят кулон. Кулон равен 6,29-Ю18 зарядов электронов.
1.1.3. Проводники, полупроводники и диэлектрики
В зависимости от электрических свойств все вещества делят на
три основные категории: проводники, полупроводники и диэлек-
трики.
Диэлектриками (изоляторами) называют такие вещества, у ко-
торых при нормальных условиях количество свободных электро-
нов и ионов ничтожно мало. Поэтому они практически не прово-
дят электрический ток. К диэлектрикам относятся слюда, стекло,
фарфор, резина, эбонит, лаки, минеральные масла и др.
Полупроводниками называют группу веществ, которая по
электропроводности занимает промежуточное положение между
диэлектриками и проводниками электрического тока. К полупро-
водникам относятся германий, кремний, селен, окислы некоторых
металлов и др. Более подробно о них будет сказано во второй
главе.
Проводниками называют вещества, хорошо проводящие элек-
трический ток. Различают проводники электрического тока пер-
вого и второго рода.
8
К проводникам первого рода относятся металлы и их сплавы:
медь, алюминий, серебро, латунь, бронза и др. Растворы солей,
кислот, щелочей, именуемые электролитами, относятся к провод-
никам второго рода. Деление на проводники первого и второго
рода обусловлено различными видами проводимости.
Проводники первого рода имеют большое количество свобод-
ных электронов и обладают электронной проводимостью. Электри-
ческий ток в них создается за счет движения свободных элек-
тронов.
Проводники второго рода (электролиты) содержат много
hohqb; для них характерна ионная проводимость. Ток в проводни-
ках второго рода создается за счет движения положительно и от-
рицательно заряженных ионов. Так, нейтральная молекула вод-
ного раствора едкого кали КОН распадается на положительный
ион калия К+ и отрицательный ион родного остатка ОН~. Ионы
электролита'* являются переносчиками электрических зарядов.
Если в раствор едкого кали КОН поместить две металлические
пластины и соединить одну с плюсом, а другую с минусом источ-
ника тока, то положительные ионы будут двигаться к отрицатель-
ной пластине (катоду), а отрицательные — к положительной плас-
тине (аноду).
Отдельно следует сказать о проводимости газов. Электриче-
ский ток в газе может существовать в том случае, если газ иони-
зирован, т. е. в нем есть положительно и отрицательно заряжен-
ные ионы. Положительные ионы в газе будут двигаться к отрица-
тельному электроду (катоду), а отрицательные ионы и элект-
роны — к положительному электроду (аноду).
1.1.4. Электрическое поле
Пространство, в котором обнаруживается действие сил на
электрический заряд, называется электрическим полем.
Вокруг заряда в любой среде возникает электрическое поле.
Если в это поле поместить элементарный положительный заряд,
то под действием поля он будет перемещаться в определенном на-
правлении.
Линия, по которой перемещается элементарный положитель-
ный заряд под действием сил электрического поля, называется
силовой. Силовые линии электрического поля направлены от по-
ложительного заряда к отрицательному.
Установлено, что разноименные (разных знаков) заряды при-
тягиваются, одноименные отталкиваются.
Сила F, с которой взаимодействуют два точечных заряда,
прямо пропорциональна величинам зарядов qx qz, обратно про-
порциональна квадрату расстояния г между ними и направлена
вдоль линии, соединяющей эти заряды. Это — закон Кулона
9
где к — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора
единиц измерения величин, входящих в формулу.
Электрическое поле характеризуется потенциалом и напря-
женностью.
Потенциал электрического поля <р в данной точке численно ра-
вен работе А, совершаемой при перемещении единицы положитель-
ного заряда из бесконечности в данную точку:
л
ф = —.
т Я
При перемещении положительного заряда из одной точки поля
(например, Б) в другую (например, В) совершается определенная,
работа, равная разности работ, совершаемых при перемещении
заряда из бесконечности соответственно в точки Б
^БВ “ Ао В Ао Б-
Но величина отношения работы, совершаемой
бесконечности до данной точки
заряда q равна потенциалу поля
заряда q
и В поля, т. е.
на участке от
перемешенного
поля, к величине
в этой точке. Следовательно, для
^БВ
или — = ?В-?Б.
^БВ _ Ао В __ Б
я ~ я я
. Разность потенциалов двух точек поля называется напряже-
нием поля между этими точками и обозначается буквой U. Для
рассмотренного случая (7—— <рБ. Потенциал и напряжение из-
меряются в вольтах (В).
1 вольт —это такое напряжение между двумя точками ноля,
при котором при переносе 1 кулона электричества из одной точки
поля в другую совершается работа, равная 1 джоулю. Приме-
няются также единицы напряжения:
киловольт — 1 кВ = 1000 В= 103 В;
милливольт— 1 мВ=0,001 В=10~3 В;
микровольт—1 мкВ=0,000001 В=10-6 В.
Поверхность, у которой потенциалы во всех се точках оди-
наковы, называется эквипотенциальной.
Важной величиной, характеризующей электрическое поле, яв-
ляется напряженность.
Напряженность электрического поля Е— это величина, числен-
но равная силе F, действующей на единичный положительный
заряд в данной точке поляг
Напряженность электрического поля измеряется в вольтах
на метр (В/м), милливольтах на метр (мВ/м) и микровольтах на
метр (мкВ/м). В частности, на входе радиолокационных прием-
ных устройств создается напряженность принимаемых сигналов,
измеряемая единицами микровольт иа метр.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Из каких частиц состоит атом?
2. Какова природа электрического тока?
3. Что такое потенциал и напряженность электрического поля?.
4. Что называется напряжением, в каких единицах оно изме-
ряется?
1.2. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Распространение электрического тока по металлическому про-
воднику происходит со скоростью света — 300 000 км/с. Скорость
же движения отдельных электронов значительно меньше и изме-
ряется сантиметрами в секунду. Это объясняется тем, что иод
действием разности потенциалов все свободные электроны, на-
ходящиеся в проводнике, начинают двигаться почти одновре-
менно. Если один электрон начинает свое движение в данный мо-
мент, то электрон, расположенный от первого даже на расстоянии
300 000 км, начинает свое движение всего лишь на одну секунду
позднее. В проводнике длиной даже в несколько километров элек-
трический ток практически возникает одновременно на всем его
протяжении.
Величина тока характеризуется количеством электричества,
проходящим через поперечное сечение проводника за 1 с.
За единицу тока принят ампер (А).
Ток в проводнике равен 1 А, если через его поперечное сечение
за 1 с проходит количество электричества, равное одному кулону
(Кл)»
Для измерения токов небольшой величины пользуются более
мелкими единицами — миллиамперами (мА) и микроамперами
(мкА):
1 мА = 0,001 А= 1-Ю-3 А;
1 мкА=0,000001 А=Ы0-6 А.
Величина тока измеряется амперметрами, •
1.2.1. Сопротивление и проводимость
При упорядоченном движении свободных электронов по про-
воднику они всегда встречают препятствие со стороны проводника,
обусловленное столкновением электронов друг с другом, а также
с атомами и молекулами тела. Противодействие проводника про-
хождению электрического тока называется электрическим сопро-
тивлением или просто сопротивлением R, г. Единицей измерения
сопротивления является ом,
11
Величина, обратная сопротивлению, называется проводи-
мостью G:
Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если при напря-
жении на его койцах в 1 В по .нему течет ток, равный 1 А.
Величину больших сопротивлений измеряют в килоомах (кОм)
и мегомах (МОм):
1 кОм=1 • 103 Ом;
1 МОм = Ы06 Ом.
Проводники, изготовленные из разных материалов, обладают
различным сопротивлением электрическому току. Сравнение про-
водников производится по величине удельного сопротивления р.
Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника
длиной 1 м, поперечным сечением 1 мм2 при температуре 20°С.
Лучшими проводниками являются серебро, медь, алюминий.
Сопротивление любого проводника, определяется по формуле
где р — удельное сопротивление проводника, Ом-мм2/м;
/ — длина проводника, м;
S — поперечное сечение проводника, мм2.
Сопротивление проводника зависит от еГо температуры. У ме-
таллов с возрастанием температуры сопротивление увеличивается,
а у электролитов (проводников второго рода), угля и некоторых
других веществ — уменьшается.
Изменение сопротивления проводника при изменении темпера-
туры на ГС называется температурным коэффициентом а.
Величина сопротивления при изменении его температуры от
до определяется по формуле
/?,=/?. р +«(/;-<?)].
где Ri — сопротивление проводника при температуре
Rz — сопротивление проводника при температуре £j;
а — температурный коэффициент материала проводника.
Для обозначения сопротивления как предмета (детали наравне
с конденсатором и катушкой индуктивности) введен термин «ре-
зистор». В настоящее время термин «сопротивление», применяв-
шийся ранее, означает нс сам предмет, а его свойство препятство-
вать прохождению тока.
1.2.2. Электрическая цепь. Закон Ома
Замкнутая электрическая цепь состоит из источника электри-
ческой энергии, потребителя, соединительных проводов и измери-
тельных приборов (рис. 1.2). Различают внешнюю и внутреннюю
12
Ла
4г •
Рис. Г.2. Электрическая цепь
источника должно постоянно
части электрической цепи. К внешней части относится потребитель
(П), соединительные провода (Ль Л2) и измерительные приборы,
к внутренней — источник тока' Г.
. Электрический ток может протекать только по замкнутой цепи.
При размыкании сс ток прекращается. Причиной прохождения
тока по цепи является разность потенциалов на ее концах или
напряжение источника. Электроны
во внешней цепи движутся от отри-
цательного полюса источника к по-
ложительному, во внутренней цепи
— от положительного полюса к от-
рицательному. До появления элект-
ронной теории направление тока
во внешней цепи принималось от
положительного полюса источника
к отрицательному. Эта условность
сохранилась до сих пор.
Для непрерывного протекания
тока во внешней цепи на полюсах
существовать напряжение. Оно создается за счет процессов,
происходящих внутри источника тока, или, как часто говорят, за
счет электродвижущей силы.
Электродвижущая сила (ЭДС) — величина, численно равная
работе, совершаемой источником электрической энергии при пере-
носе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи.
Так же как и напряжение, „ЭДС измеряется в вольтах. Прибором
для измерения напряжения является вольтметр.
В 1828 г. немецкий ученый Ом установил зависимость между
током, сопротивлением и напряжением как для участка, так и для
всей электрической цепи.
Эта зависимость носит, название закона Ома и для участка
цепи формулируется так: величина тока / на участке прямо про-
порциональна напряжению U, приложенному к этому участку, и
обратно пропорциональна его сопротивлению /?:
Закон Ома является одним из основных законов в электротех-
нике и позволяет по двум известным величинам определить-
третью:
U — IR\R—V-,
Внутренняя цепь источника тока, как и внешняя, создает со-
противление току. Поэтому электродвижущая сила источника, тока
будет расходоваться на покрытие внешних и внутренних потерь
в виде падения напряжения на сопротивлении внешней цепи и.
внутри источника.
13
Закон Ома для всей цепи формулируется так: величина тока 1
в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе
Е и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи йобщ:
z_. Е
Еобш
Полное сопротивление складывается из сопротивления внеш-
ней и внутренней цепи:
/?! + Я, ’
где ₽| — сопротивление внешней цепи;
Ro — сопротивление внутренней цепи.
Из последней формулы следует, что
Е — E — Ro>
e=u + uq.
где IR — падение напряжения на внешней цепи;
IRo — падение напряжения внутри источника тока.
.Потребителей электрической энергии часто называют нагруз-
кой, а ток, протекающий через них, — током нагрузки. Сопротив-
ление нагрузки определяет величину работы источника тока.
Очень часто начинающие изучать электротехнику считают, что
увеличение нагрузки источника равнозначно увеличению сопро-
тивления в его внешней цепи. Такое представление ошибочно.
Увеличить нагрузку источника — значит взять от него боль-
ший ток; уменьшить нагрузку — значит взять от источника мень-
ший ток.
1.2.3. Соединение резисторов
Резисторы (потребители) во внешней цепи могут соединяться
последовательно, параллельно и смешанно.
Последовательным соединением резисторов называется такое,
при котором конец одного резистора соединен с началом второго,
конец второго — с началом третьего и т. д. (рис. 1.3). При после-
довательном соединении резисторов:
а) общее сопротивление цепи равно сумме отдельных сопро-
тивлений:
Ro6tu — Rt + R? + R3 + • • • + R,i>
б) ток на любом участке цепи одинаков:
/ = Л=/г = /3=.
в) напряжение, подведенное к цепи, равно сумме напряжений
на отдельных участках:
U — Ux -j-t/g + t/a-t'... 4- t/n;
14
г) напряжения на отдельных участках цепи пропорциональны
величинам сопротивлений участков:
UZ=I->R^ U^-I^R^,
JL-Jk-Jk-r
lit ~ R-j ~ R,
I-I1=I2=I3
Рис. t.3. Последовательное соединс-
пне резисторов
Параллельным соединением резисторов называется такое, при
котором начала всех сопротивлений соединены в одну точку, а
концы — в другую (рис. 1.4). При параллельном соединении:
Рис. 1.4. Параллельное соединение резисторов
а) ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов, про-
ходящих через отдельные резисторы:
/ общ = Л + 1ч + Л + • • • + Л»
б) напряжения на всех сопротивлениях одинаковы и равны на-
пряжению, Приложенному к цепи:
(7 = Ц = (7. = ^=...=47Я;
15
в) токи в отдельных ветвях обратно пропорциональны сопро-
тивлениям:
Л . Д __ Ra .
Л Rt ’
г) общее сопротивление цепи определяется из формулы
1 1 1 1 1 -1 1
Лови. в Л> Яа + Яз + Rn •
Для двух параллельно соединенных сопротивлений (резисторов)
Г) Я./Ц
«общ — я, + •
Сочетание последовательного и параллельного соединений на-
зывается смешанным соединением сопротивлений (резисторов).
Резисторы бывают постоянные и переменные (те и другие мо-
гут быть проволочными и непроволочными). Постоянные резисто-
ры характеризуются номинальной величиной сопротивления, рас-
сеиваемой мощностью и классом точности.
Резистор по величине может быть от единиц ом до сотен
мегом, может рассеивать мощности от долей до сотен ватт и изго-
товляться I, II и III класса точности. Резисторы, изготовленные
с точностью 5% номинальной величины, относятся к I классу,
10%—ко II классу, 20% — к III классу точности. Величина со-
противления резистора пишется па его корпусе.
Величина сопротивления на схемах обозначается цифрой
около резистора:
от 1 до 999 Ом — числом без добавления слова Ом (680);
от'1000 до 999 000 Ом — числом килоом с добавлением к или
кОм (10 к, 20 кОм);
от 1 000 000 Ом и более — цифрой, отделенной запятой и вы-
ражающей количество миллионов Ом (МОм), без добавления
слова МОм (1, 0).
В радиолокационной аппаратуре широкое применение находят
постоянные резисторы типа BG, МДТ, ПЭ и др.
Резистор типа ВС выполнен л виде фарфорового цилиндра
с нанесенным на его поверхность тонким слоем углеродистой
массы, защищенной сверху лаком или эмалью.
Резистор типа МЛТ (малогабаритный, теплостойкий) на фар-
форовом цилиндре имее*г проводящий слой из специального сплава.
Резистор типа ПЭ — проволочный, эмалированный.
Для плавного изменения напряжения, подаваемого потреби-
телю, применяются переменные резисторы — потенциометры. По-
тенциометр включается параллельно источнику тока. Напряжение
к потребителю снимается подвижным контактом с потенциометра
(рис. 1.5, а) и поэтому может меняться от нуля до величины,
равной напряжению источника тока.
16
Для изменения тока в цепи применяются реостаты. Реостат —
это переменный резистор, который включается последовательно с
нагрузкой (рис. 1.5,6).
Сопротивления резисторов измеряются омметрами.
Потенциометр
4]
а
Рис. 1.5. Схемы включения:
а — потенциометра; 6 — реостата
1.2.4. Работа и мощность электрического тока
Способность электрического тока совершать работу назы-
вается электрической энергией. Энергия проявляется только в виде
работы, а последняя является единственной мерой определения
количества энергии.
Если в электрическую цепь включен источник тока, имеющий
напряжение U, то за время / источник тока перенесет от одного
полюса к другому количество электричества Q = It. При этом
будет совершена работа
А = QU = UU = Г-Rl = — t.
К
Работа, произведенная током. в течение 1 с, называется мощ-
ностью}
р = * = = UI = PR = .
• » * J\
Единица мощности электрического тока называется ватт.
1 ватт (Вт) — это мощность, совершаемая электрическим током
1 ампер при напряжении 1 вольт.
На практике пользуются единицами больше и меньше ватта}
’ 1 гектоватт (гВт) = 100 Вт;
1 киловатт (кВт) —103 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 106 Вт;
1 милливатт (мВт)=.1О-3 Вт;
1 микроватт (мкВт) = 10-6 Вт.
Мощность любого источника электродвижущей силы расходу-
ется во внешней и внутренней цепях. Мощность, расходуемая во
внешней цепи, называется полезной мощностью. Расход мощности
на внутреннем сопротивлении источника называется мощностью
потерь.
’ Сумма полезной мощности и мощности потерь дает полную
мощность источника,
17
Полезная мощность равна нулю при разрыве внешней цепи и
коротком замыкании. Наибольшая полезная мощность на нагрузке
равна половине полной мощности и получается при равенстве
внешнего и внутреннего сопротивлений электрической кепи (R—
=/?о). При этом напряжение на зажимах источника, а значит, и
на нагрузке равно половине ЭДС (U—EI2Y. Электрическая мощ-
ность измеряется ваттметром.
Отношение полезной мощности Рп к обшей мощности Рочш
называется коэффициентом полезного действия источника (КПД):
” = 7Й7- '
Работа электрического тока (электрическая энергия) измеря-
ется в джоулях (ватт-секунда) и более крупных единицах: ватт-
час (Вт-ч), гектоватт-час (гВт-ч), киловатт-час (кВт-ч).
1 Вт-ч=3600 Вт-сек или 3600 Дж;
1 гВт-ч—100 Вт-ч;
1 кВт-ч = 1000 Вт-ч.
1.2.5. Тепловое действие электрического тока
Прохождение электрического тока по проводникам вызывает
их нагревание. Это явление было открыто русским ученым
Э. X. Ленцем и англичанином Джоулем в 1844 г. Они устано-
вили, что количество тепла Q (Дж), выделяющегося при прохож-
дении электрического тока по проводнику, пропорционально квад-
рату величины тока I2 (А), сопротивлению R (Ом) и времени
t (с), в течение которого проходит ток;
Qs=0,24/2/$,
где 0,24 — коэффициент пропорциональности, или тепловой экви-
валент.
На свойстве электрического тока нагревать проводники осно-
вано применение нагревательных приборов: электрических паяль-
ников, плиток, чайников, утюгов и т. д. Это же свойство исполь-
зуется при электрическом освещении.
Наряду с широким использованием нагревательных свойств
тока это явление в ряде случаев является нежелательным. Нагре-
вание приводит к увеличению электрического сопротивления про-
водников. Это вызывает необходимость увеличивать поперечные
сечения соединительных кабелей, линий электропередач. Чрез-
мерное нагревание приводит к нарушению изоляции проводов.
Особенно опасным является короткое замыкание. Коротким
замыканием называется соединение полюсов источника тока или
токонесущих проводов через очень малое сопротивление, практи-
чески равное нулю. При коротком “замыкании величина тока уве-
личивается в десятки и сотни раз. Ток короткого замыкания на-
столько велик, что может привести к воспламенению изоляции
проводов и даже разрушению источника тока.
18
Для защиты проводов и источника тока применяются' плавкие
предохранители. Предохранитель представляет собой тонкую про-
волоку или пластинку, рассчитанную на прохождение определен-
ного тока. В электрическую цепь он включается последовательно.
При токе больше допустимого предохранитель плавится, электри»
ческая цепь разрывается и ток прекращается. Вышедшие из строя
предохранители можно восстановить, заменив расплавившуюся
проволоку,
1.2.6. Пайка проводов
Соединение металлических проводников и деталей с помощью
расплавленных металлов или -легкоплавких сплавов называется
нанкой. Для того чтобы произвести пайку, необходим паяльник,
припой, флюс.
Основным элементом паяльника является медный стержень,
на.который наматывается нагревательная обмотка из нихрома или
никелина. Рабочая часть паяльника запиливается под углом 45°
и облуживается.
Припой применяется для смачивания и незначительного раст-
ворения поверхности проводников, подлежащих пайке. Это необ-
ходимо для прочного соединения проводников. При пайке радио-
деталей применяют оловянно-свинцовые припои марки ПОС-39,
ГЮС-40 (припой оловянно-свинцовый с содержанием олова 30 или
40%). Для прочности в припой добавляется 1,5—2% сурьмы.
Температура плавления припоя около 210°С.
Предохранение от окисления и удаление окиси металлов в
местах пайки достигаются использованием флюсов. В качестве
флюса чаще всего используется твердая канифоль или ее раствор
в спирте. Канифоль приготовляется из сосновой смолы. При тем-
пературе 150°С канифоль растворяет окислы металлов. В отли-
чие от других флюсов канифоль предохраняет место пайки от по-
явления ржавчины.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется величиной-тока и в каких единицах она из-
меряется?
2. Сопротивление проводника и единицы измерения его.
3. Что такое ЭДС и в каких единицах она измеряется?
4. Как формулируется закон Ома для всей цепи и для ее уча-
стка?
5. Особенности параллельного и последовательного соединений
сопротивлений.
.6 . Работа и мощность электрического тока и единицы измере-
ния их.
19
1.3. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
1.3.1. Постоянные магниты
В древние времена вблизи города Магнезия в Малой Азии
была обнаружена порода, обладающая способностью притягивать
к себе железные предметы. Эту породу назвали «магнитный же-
лезняк», а силу притяжения — магнетизмом.
Такая руда, встречающаяся
в природных условиях, назы-
вается естественным маг нитом.
Естественные магниты про-
являют слабые магнитные
> свойства, поэтому в технике
применяются постоянные или
искусственные магниты из
стали и некоторых сплавов.
Постоянные магниты в зави-
симости от назначения имеют
различную форму: прямоуголь-
ную, подковообразную, коль-
Рис. 1.6. Магнитное поле постоянного цевую и др.
магнита Наиболее сильно магнит-
ные свойства проявляются на
концах магнита, называемых полюсами (рис. 1.6). Середина маг-
нита не обладает магнитными свойствами и поэтому называется
нейтральной линией. Одноименные полюсы магнитов отталки-
ваются, а разноименные —притягиваются.
Легкий магнит в виде стрелки, подвешенной на тонкой нити,
всегда занимает определенное положение. Это обусловлено тем,
что Земля также является магнитом. Один конец магнитной стрел-
ки обращен к северу — его называют северным полюсом (С, jV),
другой — к югу и называется южным полюсом (Ю, S) Северный
полюс часто окрашивается в синий цвет, а южный — в красный.
Свойство магнитной” стрелки занимать положение по направлению
магнитных полюсов Земли используется в компасе.
Разделив прямолинейный магнит на две части, убеждаемся,
что каждая часть будет самостоятельным магнитом. При дальней-
шем делении магнита окажется, что каждая новая часть также
представляет’собой магнит с северным и южным полюсами. Это
явление объясняется тем, что молекулы магнитного тела представ-
ляют собой небольшие магнитики, ориентированные одноимен-
ными полюсами в одном направлении. При ударах и нагревании
упорядоченное расположение молекулярных магнитиков наруша-
ется и тело размагничивается, т. е. теряет свойства магнита.
Постоянные магниты применяются в магнетронных генерато-
рах радиолокационных станций, генераторах шума, измеритель-
ных приборах, электрических машинах и других устрой-
ствах.
20
1.3.2. Понятие о магнитном поле
Магнит притягивает железные предметы с определенной силой.
Эта сила называется магнитной. Пространство, в котором обнару-
живается действие магнитных сил, носит название магнитного
поля. Линии, в направлении, которых действуют магнитные силы,
называются магнитными силовыми линиями. Направление их дей-
ствия можно наблюдать, если бумагу с железными опилками по-
ложить на магнит. Опилки разместятся вдоль магнитных силовых
линий.
Магнитные силовые линии являются замкнутыми кривыми.
Принято считать, что они выходят из северного и входят в южный
полюс, а внутри магнита направлены от южного к северному по-
люсу. Количество силовых линий на единицу площади в различ-
ных участках магнитного поля неодинаково. Их больше у полю-
сов и меньше при удалении от полюсов. j
Общее число магнитных силовых линий, проходящих через
перпендикулярно расположенную к ним площадку, называется
магнитным потоком Ф. За единицу магнитного потока принима-
ется вебер (Вб).
О густоте силовых линий позволяет судить величина магнит-
ной индукции. Магнитная индукция В численно равна количеству
магнитных силовых линий, проходящих через единицу площади.
Она измеряется в веберах на квадратный метр (Вб/м2).
В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции при-
нята тесла (Т). 1 Т=1 Вб/м2.
В практике пользуются и более мелкими единицами — гаусс
(Гс): 1 Гс = 10-4 Т=10-< Вб/м2.
1.3.3. Магнитное поле вокруг проводника с током
Электрические и магнитные явления имеют тесную связь. Убе-
димся в этом. Возьмем магнитную стрелку, подвешенную на нити,
и расположим ее вдоль оси проводника. При пропускании тока
через проводник стрелка отклоняется от своего первоначального
положения. Это говорит о том, что вокруг проводника с током су-
ществует магнитное поле.
Пропустим проводник с током через лист картона, па котором
разместим большое количество магнитных стрелок. Все они по-
вернутся на своих осях вдоль силовых линий поля. Изменение
направления тока в проводнике вызовет изменение направления
магнитного поля и направления магнитных стрелок;
Направление магнитных силовых линий вокруг проводника с
током определяется по правилу буравчика (рис. 1.7): если посту-
пательное движение буравчика совпадает с направлением тока в
проводнике, то направление магнитных силовых линий совпадает
с направлением вращательного движения рукоятки буравчика.
Магнитное поле, создаваемое в прямом проводе, очень слабое.
Его можно усилить, если провод свернуть в виде спирали. Такая
21
спираль называется соленоидом. При прохождении тока по соле-
ноиду вокруг него создается сильное магнитное поле за счет сло-
жения полей отдельных витков. По форме оно сходно с полем пря-
молинейного магнита (рис. 1.8,а)- Концы соленоида являются
магнитными полюсами.
Рис. 1.7. Определение направления
магнитных силовых линий по пра-
вилу буравчика
Рис. 1.8. Магнитное поле соленоида}
а — направление магнитных силовых ли-
ний: б — определение полюсов соленоида
по правилу правой руки
а
Для определения полярности соленоида пользуются правилом
правой руки. Если правую руку наложить на соленоид так, чтобы
четыре пальца показывали направление тока в витках соленоида,
то отогнутый большой палец будет обращен в сторону северного
полюса соленоида (рис. 1.8,6).
' Способность проводников с током создавать магнитное поле
характеризуется напряженностью поля Н. Напряженность поля
измеряется в амперах на метр (А/м) и определяется, например,
для соленоида по формуле
где w — число витков;
/ — длина соленоида.
Из этой формулы видно, что чем больше витков имеет соле-
ноид и чем больший ток по нему протекает, тем больше напряжен-
ность создаваемого им магнитного поля.
1.3.4. Действие магнитного поля на проводник с током
Если в магнитном поле поместить проводник с током, то на.
него будет действовать сила, стремящаяся вытолкнуть проводник
из поля (рис. 1.9). Это явление объясняется взаимодействием
22
кольцевого магнитного поля, созданного током в проводнике, с
полем постоянного магнита. В результате взаимодействия созда-
ется сила F, выталкивающая проводник из поля. Направление
движения проводника определяется по правилу левой руки.
Если левую руку в магнитном поле дер-
жать так, чтобы магнитные'силовые линии
входили в ладонь, а четыре вытянутых
пальца совпадали с направлением тока
в проводнике, то отогнутый большой па- -
лец укажет направление движения про- _
водника с tqkom (рис. 1.9).
Принцип движения проводника в маг-
нитном поле лежит в основе работы элект-
родвигателей и некоторых электроизмери-
тельных приборов.
Опыты показывают, что сила F, с кото-
рой магнитное поле действует на провод-
ник с током, прямо пропорциональна про-
текающему по нему току /, длине той части
Рис. 1.9. Определение
направления выталкнва-
ния проводника с током
магнитным полем по
. правилу левой руки
проводника, которая расположена в маг-
нитном поле I, а также зависит от среды,
в которой это поле создается.
Чем сильнее магнитное поле, т. е. чем
гуще его магнитные силовые липни, тем
с большей силой оно действует на провод
инк с током. Поэтому сила, действующая на проводник с током,
пропорциональна также магнитной индукции В:
F = BIl.
Отсюда: магнитная индукция величиной 1 тесла есть ннДукция
такого поля, которое действует силой 1 ньютон на проводник дли-
ной 1 метр с током I ампер.
В
F_
U '
1.3.5. Намагничивание тел
Возбуждение магнитных свойств в веществе при помещении
его в магнитное поле называется намагничиванием.
По способности намагничиваться все вещества делятся на
ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные. Эта способ-
ность характеризуется величиной магнитной проницаемости р.
В справочниках обычно указывается относительная магнитная
проницаемость рг, показывающая, во сколько раз магнитная про-
ницаемость данного вещества больше или меньше р вакуума.
Интенсивность магнитного поля в данном веществе есть маг-
нитная индукция В. Интенсивность магнитного поля, создавае-
мого проводником,без учета свойств вещества, в котором оно су-
ществует, есть напряженность поля //. Поэтому магнитная прони-
23
цаемость р, связывая эти две величины, учитывает способность ве-
щества увеличивать или уменьшать магнитное поле,
В системе СИ магнитная проницаемость измеряется в генри
на метр (Г/м).
Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных ве-
ществ во много раз .больше единицы. К таким веществам отно-
Рис. 1.10. Петля гистерезиса
сятся железо, сталь, чугун,
никель, кобальт и некото-
рые сплавы.
Парамагнитные веще-
ства слабо притягиваются
к магниту. Они имеют маг-
нитную проницаемость не-
сколько больше единицы.
Такими веществами явля-
ются воздух, алюминий,
олово, марганец, платина
и др.
Диамагнитные вещества
отталкиваются от магнита.
Магнитная проницаемость
их меньше единицы. К чис-
лу их относятся медь, цинк,
серебро, графит и др.
Если через катушку с сердечником из ферромагнитных матери-
алов пропустить ток, то под действием магнитного поля, создава-
емого током, сердечник намагнитится. Напряженность магнитного
поля возрастает с увеличением тока. Это приводит к увеличению
количества магнитных силовых линий, проходящих через сердеч-
ник, т. е. к увеличению до определенных пределов магнитной ин-
дукции.
Графическая зависимость магнитной индукции от напряжен-
ности магнитного чполя называется кривой намагничивания
(рис. 1.10). На участке Ое кривой намагничивания магнитная ин-
дукция меняется почти по линейному закону. Железный сердечник
втягивает в себя все магнитные силовые линии. На участке еа ин-
дукция возрастает более медленно, а затем наступает насыщение
железа, т. е. такое состояние, когда все элементарные магнитики
сердечника полностью ориентированы. После этого дальнейшее
увеличение напряженности магнитного поля приводит лишь к
очень медленному возрастанию магнитной индукции. Такое состоя-
ние соответствует полному намагничиванию сердечника.
Если намагниченное тело начать размагничивать, то умень-
шение магнитной индукции будет происходить не по кривой намаг-
ничивания Оеа, а по другой кривой абвг. При напряженности
поля, равной нулю, магнитная индукция Определяется отрез-
24
КОм Об. Он характеризует величину остаточной индукции (octa-
точного магнетизма).
Чтобы сердечник размагнитить полностью, необходимо по об-
мотке пропустить ток обратного направления, который создает
напряженность, равную отрезку Ов. Напряженность магнитного
поля, необходимая для полного размагничивания сердечника, на-
зывается коэрцитивной (задерживающей) силой.
При увеличении тока (напряженности) обратного направления
сердечник вновь будет намагничиваться. Величина магнитной ин-
дукции достигнет максимального значения, но направление ее ока-
жется противоположным первому. При дальнейшем перемагничи-
вании сердечника изменение магнитной индукции будет проис-
ходить по кривой гдабвг, называемой петлей гистерезиса.
Перемагничивание вызывает нагревание сердечника. На это
расходуется энергия источника тока. Эти потерн энергии называ-
ются потерями на гистерезис или на перемагничивание. Чем боль-
ше площадь петли гистерезиса, тем больше потери при перемаг-
ничивании.
Для изготовления постоянных магнитов
применяются материалы с большей оста-
точной индукцией пли с большей коэрци-
тивной силой. Для сердечников трансфор-
маторов и магнитных систем электриче-
ских машин, подвергающихся частому пе-
ремагничиванию, выбирают материал с не-
большой остаточной индукцией и коэрцитив-
ной силой, т. е. с узкой петлей гистерезиса.
1.3.6. Явление электромагнитной индукции
Рис. 1.11. Определение
направления тока в про-
воднике при движении
его в магнитном поле
по правилу правой руки
Возьмем постоянный магнит, между
полюсами которого поместим проводник,
соединенный с микроамперметром
(рис. 1.11). Между полюсами магнита су-
ществует магнитный поток. Если провод-
ник, показанный на руис. 1.11, перемещать
перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля, то стрелка
микроамперметра будет отклоняться, фиксируя наличие тока.
В проводнике возникает ЭДС и проходит ток в том случае, если
проводник пересекается магнитным потоком.
Явление возникновения ЭДС в проводнике при пересечении им
магнитного потока называется электромагнитной индукцией, а
индуктированная электродвижущая сила — ЭДС индукции.
Величина индуктируемой ЭДС е зависит от магнитной индук-
ции поля В, скорости движения проводника v, его длины / и угла а
между направлением движения проводника и магнитными сило-
выми линиями:
е = Blv sin а.
25
Направление Индуктируемой ЭДС и тока в проводнике опр£-
деляется по правилу правой руки. Если правую руку в магнитном
поле держать так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а ото-
гнутый большой палец показывал направление движения провод-
ника, то четыре вытянутых пальца укажут направление действия
индуктированной ЭДС и тока в проводнике (рис. 1.11).
Индуктированная ЭДС возникает в проводнике не только при
пересечении проводником магнитного потока, но и при изменении
потока.
На основании многочисленных опытов и теоретических ис-
следований русский ученый Ленц сформулировал общий закон,
носящий его имя: индуктированная ЭДС всегда имеет такое на-
правление, что созданный ею ток своим магнитным полем проти-
водействует причине, вызвавшей эту ЭДС.
Например, если вводить в катушку, замкнутую на амперметр,
магнит, то возникающий в ней индукционный ток создает магнит-
ный поток, который отталкивает магнит и препятствует его даль-
нейшему движению.
На явлении индуктирования ЭДС в катушке при изменении
магнитного потока, пронизывающего ее; основана работа транс-
форматора.
Индуктированная ЭДС возникает не только в проводниках или
катушках, но и в массивных металлических телах при пересече-
нии ими магнитных линий. Под действием ЭДС индукции в мас-
сивных телах возникают вредные вихревые токи. Они сильно на-
гревают тело. Чтобы уменьшить величину вихревых токов и этим
предохранить сердечники трансформаторов и якоря электрических
машин от нагревания, их делают из тонких изолированных желез-
ных пластин.
1.3.7. Самоиндукция
Самоиндукция является частным случаем электромагнитной
индукции. Соберем схему из катушки с железным сердечником,
микроамперметра и источника питания. При замыкании ключа мы
заметим, что стрелка прибора не мгновенно, а постепенно пе-
ремещается к максимальному показанию. Если разомкнуть цепь,
то стрелка прибора сравнительно медленно устанавливается на
нуль.
Это происходит вследствие возникновения ЭДС от пересечения
катушки магнитным потоком, созданным изменяющимся током.
Поскольку причиной возникновения ЭДС является изменение тока
в самой катушке, то явление это назвали самоиндукцией, а возни-
кающую при этом ЭДС — электродвижущей силой самоиндукции.
По правилу Ленца ЭДС самоиндукции создает в проводнике такой
ток, который препятствует изменению проходящего по нему пер-
вичного тока. При увеличении проходящего первичного тока ток
от ЭДС самоиндукции направлен навстречу ему. При уменьшении
26
тока в цепи ток от ЭДС самоиндукции совпадает по направлению
с основным током, препятствуя его уменьшению.
Единицей измерения индуктивности является генри (Г). 1 ген-
ри — это индуктивность такой катушки, в которой при равномер-
ном изменении тока на 1 ампер в I секунду возникает ЭДС само-
индукции 1 вольт.
Для измерения небольших индуктивностей используют более
мелкие единицы: миллигенри (мГн) и микрогенрй (мкГн).
1.3.8. Взаимоиндукция
Если две катушки разместить рядом и по одной из них про-
пустить изменяющийся ток, то во второй катушке возникает ин-
дуктированная ЭДС. Явление возникновения электродвижущей
силы во второй катушке при изменении тока в первой катушке на-
зывается взаимоиндукцией. ЭДС взаимоиндукциии тем больше,
чем больше индуктивность катушки, скорость изменения тока и
магнитная проницаемость среды, в которой -помещены катушки.
Она также зависит of взаимного расположения катушек. .ЭДС
взаимоиндукции будет наибольшей, когда катушки соосны, нахо-
дятся на одной оси, и наименьшей, если оси катушек перпендику-
лярны.
. Способность катушек взаимно индуктировать ЭДС характери-
зуется коэффициентом взаимоиндукции М. Единица взаимоиндук-
ции такая же, как и индуктивности, — генри. 1 генри — это взаи-
моиндуктивность двух катушек, при которой равномерное изме-
нение тока на 1 ампер в I секунду в одной из них вызывает в дру-
гой ЭДС взаимоиндукции 1 вольт.
Явление взаимоиндукции лежит в основе работы трансформа-
тора, некоторых измерительных приборов и других устройств.
Иногда явление взаимоиндукции является нежелательным.
В приемниках радиолокационных станций при большом количестве
катушек индуктивностей, расположенных близко друг к другу, воз-
никают паразитные индуктивные связи. Для того чтобы устранить
их, применяют экранирование контуров. Экраны изготовляются
из магнитных (железо, сталь) или немагнитных (алюминий, медь,
латунь) материалов, хорощо проводящих ток. Индуктивность ка-
тушки при наличии экрана из магнитного материала увеличи-
вается. Если экран катушки изготовлен из немагнитного матери-
ала, ее индуктивность уменьшается.
9
1.3.9. Катушки индуктивности. Соединение индуктивностей
Индуктивности подразделяются на катушки для резонансных
цепей и на дроссели. Катушки для резонансных цепей должны
иметь малое сопротивление переменному току (рис. 1.12,а). Чем
выше частота, тем меньше количество витков в катушке. На корот-
ких и ультракоротких волнах применяются катушки без каркаса
27
или на керамическом каркасе с однослойной намоткой витков мед-
ным посеребренным проводом.
Дроссели — это постоянные индуктивности, служащие для пре-
граждения пути переменным токам. Для цепей низкой частоты они
изготовляются с железными сердечниками, для высокой часто-
ты — без сердечника.
Сердечник
Обмотка
каукяс.
г
Рис. 1.12.. Катушки индуктивности:
а — диапазона коротких волн: б — диапазона средних
волн: диапазона длинных волн: г — разрез катуш-
ки с сердечником
Изменение индуктивности достигается с помощью сердечников,
вводимых в катушку, а также изменением взаимного расположе-
ния двух катушек (вариометр) или изменением величины воздуш-
Рис. 1.13. Соединение индуктивностей’.
а •— последовательное; б — параллельное
ного зазора магнитопровода (пути, по которому проходят магнит-
ные силовые линии). Введение железного сердечника внутрь ка-
тушки увеличивает ее индуктивность. При введении медного или
латунного, сердечника индуктивность уменьшается. Увеличение
воздушного зазора магнитопровода также уменьшает индуктив-
ность катушки.
Соединение нескольких катушек индуктивности может произ-
водиться последовательно и параллельно (рис. 1.13). Если катуш-
ки соединены . последовательно и- между ними нет индуктивной
связи, общая индуктивность равна сумме индуктивностей отдель-
ных катушек:
L = Li -f-. £2 + • • • "Ь
При последовательном соединении двух индуктивно связанных
катушек общая индуктивность определяется по формуле
L = L1 + L2± 2М,
28
где Л1 — коэффициент взаимоиндукции, который берется со зна-
ком плюс, если токи в катушках имеют одинаковое направление,
и со знаком минус—при противоположном направлении токов.
При параллельном соединении «не связанных между собой маг-
нитным полем индуктивностей общая индуктивность вычисляется
по формуле
Z Li 1.2 Ln *
1.4. ЕМКОСТЬ
1.4.1. Электрическая емкость. Соединение конденсаторов
Способность тела накапливать электрические заряды q с одно-
временным повышением потенциала <с до определенного уровня
называется электрической емкостью:
С = - - .
v
За единицу емкости принята фарада (Ф). 1 фарада есть ем-
кость такого тела, которое при заряде 1 кулон увеличивает потен-
циал на 1 вольт.
Фарада — очень большая единица. На практике пользуются
более мелкими единицами емкости: микрофарадой (мкФ) и мик-
ромикрофарадой (мкмкФ):
1 мкФ = 10~* ф;
I мкмкФ = 10-в мкФ = 10-12 ф.
Микромикрофараду часто называют пикофарадой (пФ).
Накопление электрических зарядов производится в приборах,
называемых конденсаторами. Две изолированные металлические
пластинки, разделенные диэлектриком, образуют простейший кон-
денсатор. Если пластины конденсатора соединить с полюсами ис-
точника тока (одну с отрицательным, а другую с положительным),
конденсатор зарядится. Одна пластина приобретает положитель-
ный заряд, другая — отрицательный. При отключении источника
заряд пластин сохраняется.
Часто пластины конденсатора называют обкладками. Обклад-
ки изготовляются из станиоля, алюминия, латуни. В. качестве
диэлектрика применяются слюда, воздух, масло, бумага, парафин,
керамика. .
Емкость плоского конденсатора, образованного двумя плас-
тинами, определяется по формуле
где С — емкость, Ф; '
б — диэлектрическая проницаемость изолирующего вещества,
Ф/м;
S — площадь одной пластины, м2;
d — расстояние между пластинами, м.
29
Из формулы следует, что емкость конденсатора растет с увели-
чением площади пластин и диэлектрической проницаемости диэ-
лектрика н с уменьшением толщины диэлектрика.
—г——I——г~°
I С) I Cg | С'з t
j. u' .] 4, иЦ
CL
0
4-
O-
6
Рис. 1.14. Соединение конденсаторов:
a — последовательное; * б — параллельное;
в — смешанное
Диэлектрическая проницае-
мость (или диэлектрическая по-
стоянная) г показывает, во сколь-
ко раз электрические заряды в
данном диэлектрике взаимодей-
.ствуют между собой слабее, чем
в вакууме.
Применение специальной ке-
рамики с высокой диэлектриче-
ской проницаемостью позволяет
изготовить конденсаторы неболь-
ших габаритов на сравнительно
большую емкость.
Конденсатор пропускает толь-
ко переменный ток и не про-
пускает постоянный.
Конденсатор можно зарядить
до определенного напряжения.
Увеличение напряжения выше
этой величины вызывает пробой
диэлектрика. Диэлектрик начи-
нает проводить электрический
ток, и конденсатор выходит из
строя. Величина пробивного на-
пряжения зависит от электриче-
ской прочности диэлектрика.
Электрическая прочность ди-
электрика определяется напря-
жением, при котором происхо-
дит пробой диэлектрика толщиной 1 мм. Она измеряется в ки-
ловольтах на миллиметр (кВ/мм).
Напряжение, при котором работает конденсатор длительное
время, называется рабочим напряжением конденсатора. Оно в два-
три раза меньше .пробивного. Заряженный до определенного на-
пряжения конденсатор постепенно. разряжается. Это объясняется
прохождением небольшого тока через слой диэлектрика. Чем
выше качество диэлектрика, тем большее время сохраняется за-
ряд на конденсаторе. Ток, проходящий через диэлектрик конден-
сатора, называется током утечки, а сопротивленце, оказываемое
току утечки, — сопротивлением утечки.
Соединение конденсаторов бывает последовательное, парал-
лельное и смешанное (рис. 1.14).
Последовательное соединение конденсаторов применяется для
уменьшения емкости, предотвращения пробоя конденсаторов, в
делителях, в колебательных контурах. Рабочее напряжение каж-
дого конденсатора при последовательном соединении может быть
30
меньше напряжения источника тока в несколько раз. Напряжение,
подведенное от источника, при последовательном соединении
равно сумме напряжений на каждом конденсаторе, а заряды всех
конденсаторов одинаковы: ..
u = u, + u2 + uz.
Величина, обратная общей емкости последовательно соединен-
ных конденсаторов (1/С), равна сумме обратных величин емко-
стей отдельных конденсаторов:
Параллельное соединение конденсаторов применяют для уве-
личения емкости. При этом виде соединения напряжение на каж-
дом конденсаторе одинаково и равно напряжению источника
тока, от которого заряжаются конденсаторы. Общий заряд равен
сумме зарядов, накопленных каждым конденсатором. Общая ем-
кость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме ем-
костей каждого конденсатора:
. С = С. -f- С2 + С,.
Смешанное соединенно конденсаторов является сочетанием по-
следовательного и параллельного соединений конденсаторов. Об-
щая емкость при этом подсчитывается по формулам для последо-
вательного и параллельного соединений.
1.4.2. Типы конденсаторов
В зависимости от конструкции конденсаторы делятся на кон-
денсаторы постоянной и переменной емкости и полупеременные,
или подстроечные (рис. 1.15).
Конденсаторы постоянной емкости по типу изоляции между
пластинами делятся на пять основных видов: воздушные, слюдя-
ные, бумажные, керамические и электролитические.
Слюдяные конденсаторы (КСО) состоят из нескольких слоев
металлической фольги, разделенной тонкими пластинками слюды.
Фольга выполняет роль обкладок и разделена на две группы.
К каждой группе припаиваются металлически? выводы, а сам
конденсатор запрессовывается в пластмассу или герметизирован-
ную металлическую коробку.
Керамические конденсаторы (КТК, КДК, КДМ, КТМ и др.)
изготовляются в виде трубок или дисков из специальной кера-
мики. Обкладками конденсаторов является слой металла, нане-
сенный по обеим сторонам диэлектрика.
Бумажные конденсаторы (КБ, КБГ, МКВ и. др.) в качестве
обкладок имеют две длинные ленты из тонкой фольги, а диэлек-
триком служат пропарафинированныс бумажные ленты. Все
ленты накладываются одна на другую, туго скатываются в труб-
-31
ку, которая помещается в бумажную Или металЛическею гильзу
(корпус).
Электролитические конденсаторы (КЭ, КЭГ, ЭМ) конструк-
тивно представляют собой дв$ алюминиевые пластины, одна из
которых (положительный электрод) покрывается тонким оксид-
Рис. 1.15. Конденсаторы:
а —.постоянной емкости; / — керамические; 2 — слюдяные; 5 —бумаж-
ные: 4 — электролитические; б — переменной и полупеременной
емкости
ным слоем, а другая (необработанная) служит для контакта с
электролитом. Электролит бывает в виде жидкости или пасты.
Электролитические конденсаторы применяются в цепях посто-
янного или пульсирующего тока и требуют соблюдения поляр-
ности включения.
Слюдяные и керамические конденсаторы применяются в цепях
высокой и сверхвысокой частот; бумажные конденсаторы на сверх-
высоких частотах применяться не могут вследствие их значитель-
ного индуктивного сопротивления.
Конденсатор переменной емкости изготовляется, как правило,
с воздушным диэлектриком. Он состоит из группы подвижных
пластин ротора и группы неподвижных пластин — статора. При
повороте ротора емкость конденсаторов изменяется от нескольких
единиц до сотен пикофарад. Иногда конденсатор делают из не-
скольких секций (двух или трех).
Подстроечные конденсаторы на небольшую емкость изготов-
ляются также, как и конденсаторы переменной емкости с воздуш-
ным диэлектриком, или их делают с керамическим диэлектриком.
32
Керамические подстроечные конденсаторы Имеют неподвижное
основание с посеребренным слоем меди и вращающийся на нем
диск, покрытый таким же слоем.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется электрической емкостью?
2. В каких единицах измеряется электрическая емкость? Дать
определение их.
3. От чего зависит емкость конденсатора?
4. Особенности последовательного и параллельного соедине-
ний конденсаторов.
1.5. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
' 1.5.1. Получение переменного тока
Переменным током называется такой ток, который с течением
времени изменяется по величине и направлению. В зависимости от
характера изменений переменные токи могут быть самыми раз-
личными (синусоидальный, пульсирующий, пилообразный, им-
пульсный и т. п.).
Наиболее широко применяется синусоидальный переменный
ток. Синусоидальным переменным током называется такой ток,
который изменяется по закону синуса.
Чтобы получить синусоидальный переменный ток, необходимо
равномерно вращать рамку в однородном магнитном поле
(рис. 1.16). При этом в сторонах А и. Б будет индуктироваться
ЭДС, величина которой зависит от магнитной индукции поля В,
длины сторон рамки I, непосредственно пересекающих магнитные
силовые линии, линейной скорости перемещения этих сторон и и
|Синуса угла а, под которым стороны пересекают магнитные сило-
вые линии:
е = Blv sin а.
В положении 1 рамки (рис. 1.16) индуктированная ЭДС равна
нулю, ибо стороны рамки скользят вдоль силовых линий. Затем
ЭДС увеличивается, достигая максимального значения (положе-
ние 2), и снова уменьшается до нуля (положение 3). В этот мо-
мент меняется направление индуктированной ЭДС. Далее проис-
ходит увеличение ЭДС до максимума (положение 4) и новое
уменьшение до нуля (положение 5). Если продолжать вращать
рамку, весь процесс повторится, начиная с положения 1. .
Для увеличения ЭДС до необходимой величины следует увели-
чить магнитную индукцию В, скорость вращения рамки, длину
сторон рамки, пересекающих силовые линии поля, или увеличить
число витков. Свободные концы рамки подключают к кольцам и
с помощью щеток снимают переменную ЭДС. На этом основан
принцип действия генератора переменного тока.
2—330
33
1.5.2. Величины, характеризующие переменный ток
Переменный ток характеризуется следующими величинами:
мгновенным, амплитудным и действующим значениями величины
тока, напряжения или ЭДС, а также периодом и частотой.
Рис. 1.16. Принцип получения переменной ЭДС
Величины, которые полностью характеризуют переменный ток,
т. е. дают полное представление о нем, называются параметрами
переменного тока. К ним относятся амплитуда (действующее зна-
чение) и частота (период).
Мгновенным значением называется значение переменного тока
в любой момент времени. Мгновенные значения величины тока
обозначаются буквой i, напряжения — буквой «, ЭДС — буквой е.
Амплитудным значением или просто амплитудой называется
наибольшее значение переменного тока, которого он достигает в
процессе изменений. Амплитудные значения величины тока, напря-
жения и ЭДС обозначаются соответственно /т,
Величина тока (напряжения, ЭДС), в К2 раз меньшая
амплитудного значения, называется действующим (эффективным)
значением переменного тока:
/ = О,7О7/,„; U = 0,707Uт.
Действующие значения величины тока, напряжения и ЭДС
обозначаются соответственно /, U, Е. Величина действующего
значения переменного тока равна величине такого постоянного
тока, который, проходя через одно и то же сопротивление в тече-
ние одного и того же времени, что и рассматриваемый нами пе-
ременный ток, выделяет одинаковое с ним количество тепла.
Ток, у которого мгновенные значения повторяются через оп-
ределенный промежуток времени, называется периодическим.
Периодом Т называется время, за которое происходит полное
изменение переменного тока (рис. 1.16). Измеряется период в се-
34
кундах, миллисекундах (1 мс = 0,001 с—1 -10~3 с) и микросекундах
(1 мкс=1-10-6 с).
Частотой / называется число периодов в 1 с. Частота, равная
одному периоду за 1 с, есть единица частоты, которая называется
герцем.
Кроме того,- частота измеряется в килогерцах (1 кГи=
1000 Гц=1 • 10-3 Гц) н мегагерцах (1 МГц= 1 000000 Гц). Частота —
величина, обратная периоду*.
/=Т-
1.5.3. Векторная и развернутая диаграммы. Фаза и сдвиг фаз
Графически переменный ток можно изобразить, используя пря-
моугольную систему координат (развернутая диаграмма) или с
помощью векторов (векторная диаграмма). На рис. 1.17 показаны
Рис. 1.17. Векторные н развернутые диаграммы
ЭДС:
а — совпадающие по фазе; б — не совпадающие по фазе
векторные и развернутые диаграммы. Развернутая диаграмма на-
глядно показывает, как изменяется переменный ток с течением
времени. Векторная диаграмма позволяет рассматривать физиче-
ские процессы, происходящие в цепях переменного тока,, и с доста-
точной точностью производйть графическое решение задач.
Вектор — это отрезок прямой, имеющий определенную длину
и определенное направление. Длина вектора должна соответство-
вать амплитудному или действующему значению переменного
тока. Чтобы показать изменяющийся характер изображаемой ве-
личины, условно вектор вращают против хода часовой стрелки со
скоростью, при которой за время, равное одному периоду, век-
тор делает один оборот.
2'
35
Проекция вектора амплитудного значения тока (напряжения,
ЭДС) на вертикальную ось в выбранном для построения вектора
масштабе равна мгновенному значению тока (напряжения, ЭДС)
в момент времени, соответствующий занимаемому вектором no-
о. с в
•-----•----------а
с=в-аг*-~—1
Следовательно, фаза
• ложению.
Положение вектора определяется
углом, который называется фазовым
углом или просто фазой. Фаза равна
нулю, если вектор расположен гори-
зонтально и направлен вправо (нуле-
вое или начальное положение вектора).
Угловая скорость ш вращения век-
тора называется круговой или угловой
частотой. Угловая частота — это угол
в радианах, который описывает век-
тор за одну секунду, т. е.
а = = 2-ft.
Если две синусоидально изменяющиеся величины одновре-
менно достигают нулевых и амплитудных значений, то oini совпа-
дают по-фазе. Векторы таких величин в любой момент времени
имеют одинаковое направление.
. .Если же векторы имеют неодинаковое направление, то говорят,
что они сдвинуты но фазе на угол <р^180°. Такие величины ампли-
тудных и нулевых значений достигают неодновременно. Зная, что
при изображении синусоидальной величины за положительное на-
правление принято вращение вектора против направления враще-
ния часовой стрелки, можно графическим методом определить от-
стающую или опережающую величину. Опережающей величиной
будет та, которая в течение полупериода раньше достигает мак-
симального значения.
Часто при решении задач, например, чтобы найти общее напря-
жение, необходимо сложить векторы. Складывать можно векторы
только однородных величин. Чтобы построить сумму любого числа
векторов, необходимо в конце первого слагаемого вектора по-
строить второй, в конце этого построить третий и т. д. Вектор, за-
мыкающий полученную ломаную линию, будет представлять ис-
комую сумму. Начало его совпадает с началом первого вектора,
а конец — с концом последнего (рис. 1.18).
Чтобы найти сумму двух векторов, имеющих общее начало,’
необходимо на этих векторах построить параллелограмм. Диаго-
наль, выходящая из общего начала векторов, будет являться их
суммой.
36
1.5.4. Виды сопротивлений в цепях переменного тока
Цепь переменного тока с активным
сопротивлением
Сопротивления в цепях переменного тока бывают активными
и реактивными. Активные сопротивления расходуют энергию, ре-
активные сопротивления энергию не расходуют.
Рис. 1.19. Переменный ток и цепи с активным сопротив-
лением
Активное сопротивление проводника переменному току больше
сопротивления проводника постоянному току.
С увеличением частоты переменного тока, проходящего по про-
воднику, активное сопротивление его увеличивается. Это объясня-
ется влиянием так называемого поверхностного эффекта. Сущ-
ность поверхностного эффекта состоит в неравномерности распре-
деления плотности тока по толщине проводника, являющейся
следствием индуктивности провода.
Реактивными сопротивлениями являются сопротивление ка-
тушки индуктивности L и сопротивление конденсатора С, вклю-
ченные в цепь переменного тока. Сопротивление катушки называ-
ется индуктивным сопротивлением хь, сопротивление конденса-
тора — емкостным хс.
На рис. 1.19 показана цепь переменного тока с активным сопро-
тивлением, развернутая и векторная диаграммы тока и напряже-
ния такой цепи. Рассматривая диаграммы, видим, что ток и на-
пряжение совпадают по фазе, следовательно, они изменяются по
одному и тому же закону, что можно записать следующим обра-
зом!
i = !m sin 4>t\
и — Um sin
Действующее значение тока в цепи с активным сопротивле-
нием равно
37
где U—действующее значение напряжения на сопротивлении;
R — величина активного сопротивления.
Это выражение является выражением закона Ома для цепи
с активным сопротивлением.
* Мощность, расходуемая в цепи на активном сопротивлении,
равна
Р= IU cos<p,
где U и / — действующие значения напряжения и тока;
<р —угол сдвига фаз между током и напряжением.
Так как ток и напряжение совпадают по фазе, то угол сдвига
9=0°, a cos<p= 1. Мощность же в цепи равна произведению дей-
ствующих значений тока и напряжения:
Р = Ш или Р = Г:Р.
Цепь переменного тока с катушкой
индуктивности
Если катушку индуктивности, активное сопротивление которой
равно нулю, подключить к источнику переменного тока (рис. 1.20),
то в катушке потечет синусоидально изменяющийся переменный
Рис. 1.20. Переменный ток в цепи с индуктивным сопротивлением
ток. Изменения тока приведут к возникновению ЭДС самоиндук-
ции. Величина ее будет достигать максимальных значений в мо-
менты времени, когда ток равен нулю (точки 0, 2, 4, рис. 1.20),
так как в эти моменты скорость изменения тока имеет наибольшее
значение, и будет достигать нулевых значений в моменты, соот-
ветствующие амплитудным значениям тока (точки 1, 3, 5), так
как в эти моменты скорость изменения тока равна нулю.
Согласно правилу Ленца индуктированная в катушке ЭДС
противодействует изменениям тока. Это значит, что при увеличе-
нии тока в катушке ЭДС самоиндукции стремится создать ток,
направленный навстречу вызывавшему ее току, а при уменьшении
тока она, наоборот, стремится создать ток, совпадающий по на-
правлению с ним. Поэтому в первую четверть периода (рис. 1.20)
ЭДС самоиндукции имеет отрицательный знак, во вторую — по-
ложительный.
38
Сравнивая моменты прохождения величин через максималь-
ное значение, видим, что ЭДС самоиндукции отстает по фазе (лг
тока на 90°.
Величина напряжения на катушке или напряжения источника
Тока равна
UL = U = 2-fLl = а>£/.
Рис. 1.21. Переменный ток в цепи с* последовательными ак-
тивным и индуктивным coiipoi ивлениями
Произведение угловой частоты на индуктивность катушки
называется индуктивным сопротивлением и обозначается х^.
xL — wL.
Энергия в катушке индуктивности не расходуется. В первую
четверть периода она запасается в магнитном поле ее, а во вто-
рую—отдается источнику тока. Произведение напряжения Ul на
величину тока в цепи / называется реактивной мощностью:
В рассмотренной цепи активная мощность равна нулю, так
как энергия в ней не расходуется, сдвиг по фазе между током /
и напряжением U равен 90° и cos ср равен нулю
Р =/(7 cos р — 0;
Теперь рассмотрим цепь с реальной катушкой, которую мож-
но представить как цепь с последовательно включенными индук-
тивностью L и активным сопротивлением R (рис. 1.21).
Если в такой цепи протекает переменный синусоидальный ток,
то напряжение на индуктивности, как было установлено выше,
опережает ток на 90°, а напряжение на активном сопротивлении
совпадает с ним по фазе (рис. 1.21).
Так как напряжения UL, UR ио фазе не совпадают, то напря-
жение, приложенное ко всей цепи, равно геометрической сумме их.
Сложив векторы UL и UR, находим величину вектора U, который
сдвинут по фазе относительно вектора тока / на угол <р<90°,
опережая его.
• Таким образом, в цепи переменного тока с последовательно со-
единенным активным сопротивлением и катушкой индуктивности
ток отстает по фазе от напряжения.
39
Построив векторную диаграмму, рассмотрим треугольник со
сторонами Ur, Ul и U. Этот треугольник называется треугольни-
ком напряжений. Так как треугольник прямоугольный, то
u=Vu* + u2L.
Из треугольника напряжений можно получить подобный ему
треугольник сопротивлений со сторонами R, xL и z. Из этого тре-
угольника полное сопротивление цепи равно
Так как сдвиг по фазе между током и напряжением меньше
90°, то энергия в такой цепи расходуется лишь па активном сопро-
тивлении R.
Величина активной мощности при этом равна
Р — 1U cos?,
где / — величина тока в цепи;
U — напряжение источника тока;
cos 9 — коэффициент мощности.
Величину cos<p можно определить из треугольника сопротивле-
ний:
cos ? — —.
г
Умножив стороны треугольника напряжений Ur, Ul и U на:
величину тока в целй I, получим треугольник мощностей со сто-
ронами Р, Рт и Pi, где Р —активная, Рг — реактивная, Pi — полная
мощности.
В рассматриваемой цепи мгновенная мощность изменяется по
несинусоидальному закону (рис. 1.21). Одна часть энергии,/
поступающей от источника тока в цепь, расходуется на активном;
сопро!ивлении, а другая — сосредоточивается в катушке индук-
тивности.
Цепь переменного тока с емкостью \
Если к источнику переменного тока подключить конденсатор,
то в цепи появится ток. При этом по проводам будет течь ток про-:
водимости, а в диэлектрике конденсатора — ток смещения.
Способность конденсатора пропускать переменный ток объяс-
няется тем, что под действием переменного синусоидального на*;
пряжения конденсатор периодически заряжается и разряжается,
вследствие чего происходит перемещение электрических зарядов
в проводниках, соединяющих конденсатор с источником тока. Со-
отношение фаз тока и напряжения представлено на рис. 1.22. Из.
графика видно, что в цепи с емкостью ток опережает по фазе на<
пряжение на 90°.
40
Действующее значение тока в цепи с емкостью равно
/ = <oCU.
Переписав это выражение в виде
Рнс. 1.22. Переменный ток в цепи с емкостью
и обозначив
получим
Это есть выражение закона Ома для цепи переменного тока
с емкостью.
т> 1
Величина xc=~^q называется емкостным сопротивлением.
Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте тока
в цепи и емкости конденсатора; хс является величиной, которая
характеризует проявление реакции конденсатора по отношению к
источнику тока, измеряется в омах.
Мгновенная мощность в цепи с емкостью изменяется сдвойкой
частотой по синусоидальному закону (рис. 1.22). Рассматривая
график мгновенной мощности, видим, что энергия в цепи с емко-
стью не расходуется, и средняя мощность равна нулю.
Произведение HJ—Pr — реактивная мощность в вольт-амперах.
Цепь с последовательно соединенными
активным сопротивлением и емкостью (рис. 1.23)
Если в такой цепи протекает переменный синусоидальный ток
i = /т sin ш/,
то напряжение на активном сопротивлении совпадает с током по
фазе:

41
а напряжение па емкости отстает по фазе от тока на 90’:
ис = Uc,„ sin (<».' — 90°).
Действующие значения напряжения на активном сопротивле-
нии н емкости будут соответственно равны:
UR=fR: Uc = /*e.
Так как напряжения Un и Uc по фазе не совпадают, то напря-
жение, приложенное ко всей цепи, будет равно геометрической
сумме этих напряжений. Чтобы найти геометрическую сумму, по-
Рис. !.23. Переменный ток в цени с последовательными актив-
ным н емкостным сопротивлениями
»
строим векторную диаграмму и сложим векторы Un и Uc- Полу-
ченный вектор напряжения U отстает по фазе от тока на угол
<р<90°, что записывается гак:
и — U„, sin (w/ — <р).
Величину напряжения U можно найти, решая треугольник на-
пряжений со сторонами UH, Uc и (R
U = И'Щ Т U*..
Деля напряжения Un- Uc и U на величину тока в цепи /, по-
лучим сопротивления /?, Хс п г.
Теперь из треугольника сопротивлений со сторонами R, хс и г
находим
Z = )//?2 + х2'.
Величина тока в цепи с активным и емкостным сопротивле-
ниями прямо пропорциональна напряжению, приложенному ко
всей цепи, и обратно пропорциональна полному сопротивлению
цепи:
Это есть закон Ома для цепи с активным сопротивлением й
емкостью.
42
В рассматриваемой цепи мгновенная мощность изменяется по
несинусоидальному закону (рис. 1.23). Как и в цепи с активным
и индуктивным сопротивлениями, одна часть энергии, поступа-
ющей от источника тока, расходуется на активном сопротивлении,
а другая сосредоточивается в емкости.
Умножив напряжения Ur, Uc и U на величину тока в цепи I,
получим соответственно активную Р, реактивную Рт и полную. Pi
мощность:
Р = URP, Pr = UCI; Pt = UI.
Теперь можно построить так же, как в для цепи с R и L, тре-
угольник мощностей, решая который находим
Pr = Pi cos ?; Pr = Pj sin
R . xc
cos z — —; sin v = .
z z
Если известны I, U и cos?, то активную мощность находят по
известной уже формуле
Р — /U cos «.
Цепь переменного тока с последовательно
включенными актив н ы м, индуктивным
и емкостным сопротивлениями
В рассматриваемой цепи (рис. 1.24) величина тока в любой ее
точке одинакова. Напряжения па активном, индуктивном и емко-
стном сопротивлениях равны
Ur = IR\ Ub = IxL\ Uc = Ixc.
Рис. 1.24. Переменный ток в цепи с последовательными активным,
индуктивным и емкостным сопротивлениями
Допустим, ток в цепи изменяется по закону z = /msin <о/.
Напряжение па активном сопротивлении совпадает по фазе с
током, напряжение на индуктивности опережает ток на 90°, а на-
пряжение на емкости отстает от тока на 90°.
43
Сложив векторы UR, Ub и Uc, найдем общее напряжение, ве-
лимнна которого равна
или U^iy^+(xL-xcy.
Теперь можно записать выражение закона Ома для всей цепи5
/ =_______U ^и_
/Л’ + (хд-хс)2 « ’
Полное сопротивление цепи определяется из треугольника со-
противлений со сторонами /?, xL—хс из:
з = И/?2 + (х4 — хс I2.
Напряжение, приложенное ко всей цепи, может или опережать,
или отставать, или совпадать с током по фазе. Это зависит от со-
отношения между сопротивлениями R, хь и хс.
Если хь>хс, то напряжение опережает ток на угол <р<90° и
характер сопротивления цепи активно-индуктивный.
Если xL<xc, то напряжение отстает от тока на угол <р<90° и
характер сопротивления цепи активно-емкостный.
Если хь=хс, то напряжение и ток совпадают по фазе и цепь
будет иметь чисто активный характер сопротивления. Этот случай
называется резонансом напряжений.
Таким образом, чтобы получить в цепи резонанс напряжений,
необходимо добиться равенства реактивных сопротивлений хь и
хс.
Получить равенство хь—хс можно путем изменения индуктив-
ности катушки, емкости конденсатора или частоты питающего
тока.
При резонансе напряжений полное сопротивление цепи равно
ее активному сопротивлению и имеет минимальную величину. По-
этому ток в цепи будет максимальный:
з = Г/?2+(xL-zc)2;
так как xt=xc,
Напряжения на индуктивности и емкости при резонансе будут
равны Ub—Uc, так как х,_—хс, UL = IxL, Uc — ixc.
Эти напряжения во много раз могут быть больше напряжения
источника тока благодаря тому, что ток в цепи имеет максималь-
ную величину. Напряжение же на активном сопротивлении равно
напряжению источника тока Un — U.
Во всех случаях cos<? определяется величиной отношения R/z.
При резонансе cosf=l, поэтому вся энергия расходуется в цепи.
44
Цепь переменного тока с параллельно
включенными активным, индуктивным
и емкостным сопротивлениями
Если цепь состоит из двух параллельных ветвей, одна из кото
рых имеет последовательно включенные индуктивность L и актив-
ное сопротивление Ri, а вторая — емкость С и активное сопротив-
ление /?2 (рис. 1.25), и к ним приложено переменное напряжение
Рис. 1.25. Схема параллельного включения индуктивно-
сти и емкости и векторная диаграмма
sin а»/, действующее значение которого U, то будут про-
текать токи:
в ветви с индуктивностью
Г, = Sin (<О( — ft); /. =
а в ветви с емкостью'
sin Л = у^=,
К /<2 + хс
Эти токи по фазе не совпадают. Ток 1\ отстает от напряжения
на угол <рь ток it опережает напряжение па угол «рг-
Чтобы найти вектор тока / в неразветвленной части цепи, не-
обходимо построить векторную диаграмму и слржить векторы- Л
и /2 (рис. 1.25). Величину тока I можно найти, решая треугольник
со сторонами /1( /2 и I.
Если же имеется несколько параллельных ветвей, то нахожде-
ние величины тока / значительно усложняется. Поэтому токи па-
раллельных ветвей раскладывают на активные и реактивные со-
ставляющие. Активные составляющие должны совпадать по фазе
с напряжением, приложенным к цепи, а реактивные составляю-
щие должны быть сдвинуты относительно активных составляю-
щих на угол ±90°.
Активная составляющая /а> тока /1 равна
4, = Л cos ft.
45
реактивная составляющая IL тока /, равна
/== /| sjn .
Активная составляющая тока /а равна
/а ==/гСО8«г,
реактивная составляющая тока /2 равна
== /•> sin ^2*
Сложив раздельно активные и реактивные составляющие, по-
лучим активную составляющую тока /, равную /й 4 / , и реак-
тивную составляющую тока I, равную Ic—II.
Величина тока в общей цепи (из треугольника токов)
'=И'..,+ +(4-4/.
Полное сопротивление цепи
Сдвиг по фазе между током и напряжением находим из соот-
ношения
Это дает возможность определить мощность, расходуемую в
цепи:
P — IU cos (f.
’ Характер сопротивления такой цепи определяется большей
реактивной составляющей тока.
При Il>Ic характер сопротивления цепи активно-индуктивный.
При h.<Jc характер сопротивления цепи активно-емкостный.
При Il=Ic характер сопротивления пери активный.
Случай, когда Il=Ic, называется резонансом токов.
Если активное сопротивление индуктивной ветви очень мало
по сравнению с индуктивным сопротивлением, а активное сопро-
тивление емкостной ветви равно нулю, то при резонансе токов со-
противление параллельной цепи может быть очень большим. Это
сопротивление называется резонансным сопротивлением, и оно
определяется из формулы
Так как при резонансе сопротивление контура имеет чисто ак-
тивный характер, то вся энергия расходуется на активном сопро-
тивлении.
Явления резонанса напряжения и резонанса токов широко ис-
пользуются в различных радиотехнических устройствах.
46
1.5.5. Понятие о трехфазном токе и получение его
Трехфазной системой называется совокупность трех однофаз-
ных цепей, в которых действуют три ЭДС одинаковой частоты,
сдвинутые по фазе одна относительно другой на 120°. Такая си-
стема получила наиболее широкое распространение, ибо она по-
R
Рис. 1.26. Схема генератора н развернутая диаграмма трехфазного
тока
зволяет при передаче одной и той же мощности получить эконо-
мию металла в проводах, уменьшить потери энергии и создать
простые и удобные в эксплуатации трехфазные двигатели пере-
менного тока.
На рис. 1.26 показана система, состоящая из трех отдельных
генераторов, и упрощенная схема генератора трехфазного тока.
Трехфазный генератор имеет три обмотки, в которых индуктиру-
ются три ЭДС, сдвинутые по фазе на 120°. Каждая обмотка назы-
вается фазой, а напряжение на фазе — фазным напряжением. На-
грузка подключается к обмоткам генератора линейными прово-
дами и нулевым проводом, который в некоторых случаях может
отсутствовать.
Напряжение между линейными проводами называется линей-
ным напряжением. Ток в фазе генератора или нагрузке назы-
вается фазным током, а ток в линейном проводе — линейным
током.
Обмотки генератора и нагрузка могут включаться «звездой»
или «треугольником». На рис. 1.27 показано соединение «звездой».
47
При соединении «звездой» начала или концы обмоток генератора
соединяют в одну точку. К оставшимся концам обмоток Подклю-
чают линейные провода, а к общей точке — нулевой провод. Если
нагрузка равномерная, то нулевой провод не нужен, ибо он обес-
печивает независимость работы фаз при неравномерной нагрузке,
когда по нему текут уравнительные токи.
1О=ТД-НВ+1С
Генератор
л ха—.
Па
УА8
«С
Линейный
провой
Нулевой,
UAC npoeod Z
, Приемник
А
„ .. „ с 1с ч в
провод ~
Линейный провод
1 ивс
1в
Рис. 1.27. Соединение обмоток генератора к потребителей в
«звезду»
Линейное напряжение при соединении в «звезду» вКЗ раз
больше фазного, а линейные и фазные токи одинаковы:
Рис. 1.28. Соединение обмоток генератора и потребителей
в «треугольник»
Чтобы соединить обмотки генератора в «треугольник», необ-
ходимо конец первой соединить с началом второй. Конец второй —-
с началом третьей и конец третьей — с началом первой. Линей-
ные провода подключают к точкам соединения фаз. Соединение
в «треугольник» показано на рис. 1.28.
При соединении в «треугольник» линейные и фазпые напряже-
ния равны, а линейный ток в И 3 раз больше фазного:
Мощность трехфазной системы складывается из мощностей
каждой фазы. Чтобы найти общую мощность, надо по формуле
P = I$U$ cos «определить мощность в каждой фазе и все три мощ-
ности сложить. Так поступают при любых нагрузках.
Если нагрузка равномерная, т. е. если сопротивление и харак-
тер нагрузки всех трех фаз одинаковы, общая мощность может
быть определена по формуле
Р=ИЗ/Л(/ЛСО8?,
где ия — линейное напряжение;
/л — линейный ток;
cos 9 — коэффициент мощности.
1.5.6. Вращающееся магнитное поле и его получение
Вращающееся магнитное поле широко применяется в асин-
хронных двигателях. Чтобы получить вращающееся магнитное
поле, необходимо три обмотки. сдвинутые по окружности на 120°,
Рис. 1.29. Получение вращающегося магнитного поляг
а — развернутая диаграмма трехфазного тока; б — направле-
ние магнитного потока в момент в ~ направление маг*
нитного потока в момент «>/—30**; г — направление магнит-
ного потока в момент
питать трехфазным током. Комбинация трех таких обмоток с
проходящим по ним током образует одну пару магнитных полюсов
(N-S).
На рис. 1.29 показан принцип получения вращающегося маг-
нитного поля. На рисунке начала обмоток обозначены буквами А,
В, С, а концы — X, У, Z. За положительное направление тока при-
нимаем направление от начала к концу обмотки.
49
В нулевой момент времени ток первой фазы равен нулю, ток
во второй фазе отрицательный, а в третьей фазе — положитель-
ный. Результирующий магнитный поток для этого момента по-
казан на рнс. 1.29,6.
Точно таким же образом определяется положение результиру-
ющего магнитного потока для остальных рассматриваемых мо-
ментов.
Сравнивая положение магнитного потока в различные момен-
ты времени, видим, что магнитный поток вращается и за один пе-
риод изменения тока делает один оборот. Если результирующее
магнитное поле имеет две пары полюсов, то частота вращения
магнитного потока уменьшится в два раза.
Таким образом, частота вращения магнитного потока прямо
пропорциональна частоте питающего тока и обратно пропорцио-
нальна числу пар полюсов:
где [—частота тока;
р — число пар полюсов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как можно получить синусоидальную ЭДС?
2. Что такое параметры переменного тока? Дать определе-
ние их.
3. Что называется действующим значением переменного тока?
4. Каковы фазовые соотношения в цепях: с R; с R и L; с R и
С; с R, L и С?
5. Как складываются переменные напряжения и токи?
6. Каково выражение закона Ома для цепи переменного тока?
7. Что такое линейные и фазные токи и напряжения и каковы
соотношения между ними?
1.6. ТРАНСФОРМАТОРЫ
Трансформатором называется устройство, предназначенное для
преобразования напряжения переменного тока одной величины в
напряжение переменного тока другой величины.
Простейший трансформатор изображен на рис. 1.30, а и со-
стоит из замкнутого сердечника, набранного.из отдельных, изоли-
рованных друг от друга листов трансформаторной стали. На сер-
дечнике размещаются обмотки. Обмотка, которая подключается
к источнику переменного тока, называется первичной. Обмотки, к
которым присоединяют потребителей, называются вторичными.
Переменный ток, протекая по первичной обмотке, создает в
сердечнике магнитный поток Ф. Магнитный поток пронизывает
все обмотки одновременно и в каждой из них индуктирует пере-
50
менную ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков в
обмотке. Чем больше витков в обмотке, тем больше ЭДС:
£1 wt
где Е[ — ЭДС первичной обмотки (ЭДС самоиндукции);
Е2 — ЭДС вторичной обмотки (ЭДС взаимоиндукции); •
wi и w2 — число витков в первичной и вторичной обмотках.
Рис. t.30. Принципиальная схема трансформатора (б) н автотрансформатора (в)
Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток, можно
считать, что при отключенной нагрузке (холостом ходе) индукти-
руемые ЭДС в обмотках равны напряжениям, действующим на
первичной и вторичной обмотках:
Ei = Ui, Е2 = U>, тогда = ~~,
где U\ и U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках.
Следовательно, напряжение на вторичной обмотке тем больше,
чем больше она имеет число витков.
Отношение напряжения на зажимах первичной обмотки к на-
пряжению на вторичной обмотке называется коэффициентом
трансформации К:
rs___Ul__
Л ~ U2 ~ w2 *
Трансформатор называется ропижающим, если напряжение на
вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной обмот-
ке (К>1).
Трансформатор называется повышающим, если, напряжение на
вторичной обмотке больше, чем напряжение на первичной обмотке
(К<1).
При подключении потребителя по вторичной обмотке потечет
ток I2, который создает магнитный поток, направленный навстречу
51
магнитному потоку первичной обмотки. Поток первичной обмот-
ки уменьшается, это вызывает уменьшение в ней ЭДС самоиндук-
ции Е\, в результате чего в первичной обмотке увеличивается ток
Ц. Увеличение тока Ц происходит до тех пор, пока магнитный по-
ток первичной обмотки трансформатора не станет прежним.
Таким образом, с увеличением тока вторичной обмотки растет
ток первичной обмотки, а при уменьшении тока во вторичной об-
мотку ток первичной обмотки уменьшается.
Если не учитывать потери в обмотках трансформатора, то мож-
но считать мощности первичной и вторичной обмоток одинако-
выми:
U A- им,
следовательно,
ut ~7, •
Это означает, что в повышающем трансформаторе увеличение
напряжения во вторичной обмотке происходит за счет уменьше-
ния тока в ней, а в понижающем трансформаторе уменьшение на-
пряжения происходит за счет увеличения тока вторичной обмотки.
Коэффициент полезного действия трансформатора велик и ле-
жит в пределах 80—99%.
Иногда вместо трансформаторов применяются автотрансфор-
маторы. Автотрансформатором называется такой трансформатор,
у которого источник переменного тока и потребитель подключа-
ются к разным точкам одной обмотки (рис. 1.30,я). Работает
автотрансформатор так же, как и обычный трансформатор.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объяснить принцип работы трансформатора.
2. Как устроен трансформатор?
3. Что называется коэффициентом трансформации?
4. Почему при увеличении нагрузки увеличивается ток пер-
вичной обмотки?
1.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
1.7.1. Асинхронный двигатель
Асинхронным двигателем называется машина, преобразующая
электрическую энергию переменного тока в механическую, у ко-
торой скорость вращения ротора зависит от нагрузки. Асинхрон-
ные двигатели бывают трехфазные, двухфазные и однофазные.
Конструкция трехфазных асинхронных двигателей, разработан-
ная русским инженером Доливо-Добровольским М. О., в 1896 г.,
с небольшими усовершенствованиями сохранилась до настоящего
времени.
52
Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: ста-
тора и ротора. Статор является неподвижной частью двигателя
(рис. 1.31, а). С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда
укладываются фазные обмотки.
Рнс. 1.31. Устройство асинхронного двигателя:
а — статор; б — короткозамкнутая обмотха ротора (беличья
клетка); я - ротор в собранном виде
У трсхфа'зного асинхронного двигателя три обмотки. Они вы-
полнены одинаково и размещаются под углом 120°. По обмоткам
01-
Рис. 1.32. Асинхронный двигатель с фазным ротором:
а — общий вид двигателя: б — ротор двигателя с контактными кольцами
протекает трехфазный ток, который создаст магнитное поле, вра-
щающееся с частотой
р
где п— число оборотов, об/мин;
ft— частота переменного тока, Гц;
р — число пар полюсов.
Ротор — вращающаяся часть двигателя. Он может быть корот-
козамкнутым и фазным. В двигателях с короткозамкнутым рото-
ром обмотка выполнена в виде медных или литых алюминиевых
стержней, замкнутых по торцам между собой (рис. 1.31,б,в).
53
В двигателях с фазным ротором последний имеет фазные об-
мотки (рис. 1.32,а, б). Они выполняются по типу" обмоток ста-
тора и имеют такое же число фаз. Обмотки соединяются «звез-
дой», т. е. концы их соединены в одну точку, -а начала подсоеди-
няются к медным кольцам, закрепленным на валу. У таких двига-
телей есть приспособление, дающее возможность либо включать
роторную обмотку последовательно с реостатом во время пуска,
либо замыкать се накоротко во время работы.
Для уменьшения потерь на вихревые токи статоры и роторы
асинхронных двигателей набираются из отдельных изолирован-
ных друг от друга листов электротехнической стали толщи-
ной 0,5 мм.
Если подключить статорные обмотки двигателя к сети трех-
фазного переменного тока, то внутри статора возникает вращаю-
щееся магнитное поле. Это поле пересекает одновременно обмотки
статора и ротора. В статорных обмотках индуктируются противо-
электродвижущие силы, определяющие величину токов обмоток.
В роторных обмотках индуктируются ЭДС, под действием ко-
торых в обмотках протекают токи. Токи обмоток ротора, взаимо-
действуя с вращающимся магнитным полем статора, создают вра-
щающий момент, в результате которого ротор начинает вра-
щаться в сторону вращения поля статора.
Если предположить, что ротор вращается с такой же скоро-
стью, с какой вращается магнитное поле, то токи в обмотках ро-
тора исчезнут. Исчезновение токов приведет к тому, что ротор на-
чнет вращаться медленнее, чем поле статора. При этом поле ста-
тора начнет пересекать обмотки ротора- и па него вновь будет воз-
действовать вращающий момент.
Следовательно, ротор ‘при своем вращении всегда должен
иметь частоту вращения меньшую, чем частота вращения поля
статора. Отсюда двигатель получил название асинхронного (неод-
новременного). Разница между частотой вращения поля статора
п и частотой вращения ротора п.\ характеризуется величиной S,
называемой скольжением:
п
Для асинхронного двигателя скольжение изменяется от еди-
ницы до величины, близкой к нулю.
Во время пуска двигателя, когда ротор еще неподвижен
(скольжение S=l), частота пересечения обмоток ротора враща-
ющимся магнитным полем наибольшая. В обмотках ротора индук-
тируются наибольшие ЭДС, которые вызывают большой ток. Токи
обмоток ротора создают свое вращающееся магнитное поле, на-
правленное навстречу вращающемуся магнитному Колю статора,
и уменьшают его. В результате уменьшается противоэлектродви-
жущая сила, токи в обмотках статора растут. Пусковой ток пре-
вышает номинальный в 4—7 раз.
54
Для уменьшения пускового тока обмотки статора на время
пуска соединяют «звездой». Как только ротор двигателя разовьет
номинальную скорость и ток статорных обмоток станет номиналь-
ным, обмотки статора переключают со «звезды» на «треугольник».
Частота вращения ротора двигателя с фазным ротором регули-
руется реостатом, включенным в обмотки ротора. Изменяя сопро-
тивление реостата, изменяется ток в роторе, при этом изменяется
поле ротора, соответственно изменяется сила взаимодействия
полей ротора и статора. Таким образом,, изменяется величина
скольжения.
Частота вращения ротора двигателей с короткозамкнутым ро-
тором регулируется либо переключением числа нар полюсов, либо
изменением подводимого напряжения.
В радиолокационных станциях трехфазные асинхронные дви-
гатели применяются для вращения антенн, вентиляторов, мотор-
ных реле времени и т. д.
Широко применяются в следящих системах РЛС двухфазные
асинхронные двигатели. Они отличаются от трехфазных тем, что
на статоре имеются две обмотки, сдвинутые в пространстве на
угол 90°. По каждой из этих обмоток протекает однофазный ток
со сдвигом по фазе, равным 90°. Такая система сдвига токов в
пространстве и по фазе создает вращающееся магнитное поле.
Ротор двухфазных двигателей короткозамкнутый.
1.7.2. Синхронный генератор трехфазного переменного тока
Синхронным генераторой называется машина, преобразующая
механическую энергию первичного двигателя в электрическую
энергию трехфазного переменного тока, частота которого нахо-
Рис. 1.33. Устройство синхронного генератора:
а — общий вид генератора с возбудителем: б — внешний вид статора генератора:
в — внешний вид ротора
дится в прямой зависимости от скорости вращения ротора. В ос-
нове работы синхронных генераторов лежит явление электромаг-
нитной индукции.
Генератор состоит из двух основных частей: ротора и статора
(рис. 1.33). Ротор — вращающаяся часть генератора (рис.-1.33,в).
На роторе мощных генераторов размещаются обмотки возбужде-
ния, создающие постоянное магнитное поде. Эти обмотки назы-
ваются индукторными. Индуктор питается от постороннего источ-
ника постоянного тока (возбудителя). Для создания электриче-
ской цепи между индуктором и возбудителем используются сколь-
зящие контакты (неподвижные щетки и кольца).
Статор — неподвижная часть генератора (рис. 1.33,6). На
статоре располагаются обмотки, в которых индуктируется пере-
менная ЭДС. Эти обмотки называются якорными. К ним подклю-
чается потребитель.
В генераторах небольшой мощности якорная обмотка разме-
щается на роторе, а индуктор — на неподвижной части — статоре.
Рассмотрим принцип работы синхронного генератора.
В режиме холостого хода поле индуктора, пересекая витки
якорных обмоток статора, индуктирует в них ЭДС. С подключе-
нием нагрузки в обмотках появляется трехфазный ток. Протекая
по обмоткам, ток создает вращающееся магнитное поле статора.
Частота вращения этого поля и частота вращения магнитного по-
тока ротора совпадают (вращаются синхронно).
Магнитный поток якоря воздействует на поток индуктора, из-
меняя его. Это воздействие называется реакцией якоря и зависит
от характера нагрузки. Если нагрузка носит индуктивный или ак-
тивный характер, то напряжение на зажимах генератора умень-
шается за счет размагничивающего действия реакции якоря. При
емкостном характере нагрузки магнитное поле якоря оказывает
намагничивающее действие на индуктор. ЭДС генератора не-
сколько увеличивается.
Таким образом, характер нагрузки влияет на изменения на-
пряжения генератора, которые могут достигать 10—30%. Для под-
держания напряжения постоянным необходимо изменять ток воз-
буждения. Это достигается применением схем автоматического
регулирования.
Возбудитель выполняется в виде генератора постоянного тока
с параллельным возбуждением, якорь которого располагается на
валу синхронного генератора.
В маломощных синхронных генераторах часто используется ре-
жим самовозбуждения. В этом случае обмотки возбуждения пи-
таются постоянным током, полученным путем выпрямления трех-
фазного переменного тока синхронного генератора.
. Коэффициент полезного действия (КПД) синхронных генера-
торов высок и лежит в пределах 80—99%. Широко применяются
для питания РЛС агрегаты типа АЛД и др., в состав которых
входят синхронные генераторы.
1.7.3. Генератор постоянного тока
Генератором постоянного тока называется электрическая ма-
шина, преобразующая механическую энергию первичного двига-
теля в электрическую энергию постоянного тока. Принцип дей-
56
ствия генератора основан па использовании явления электромаг-
нитной индукции.
Генератор состоит из двух основных частей: якоря и электро-
магнитов— индуктора (рис. 1.34). Якорь представляет собой вра-
щающуюся часть генератора. Он состоит из сердечника, обмотки
и коллектора 2. Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму
Рис. 1.34. Основные детали генератора постоянного тока:
1 — станина: 2 — коллектор; J — якорь; 4 — траверса с щеткодержатс»
- лямн; 5 — задняя крышка: б — сердечник обмотки возбуждения; 7 — об-
мотка возбуждения; 8 — передняя крышка
и набирается из листов электротехнической стали толщиной
0,5 мм. В пазы сердечника укладывается обмотка, выполненная
из медной изолированной проволоки. На валу якоря укрепляется
коллектор. Коллектор с щетками служит для выпрямления пере-
менного тока в постоянный и представляет собой цилиндр, со-
стоящий из ряда клиновидных медных пластин, изолированных
друг от друга. К каждой пластине коллектора припаивается вывод
якорной обмотки.
Электрические магниты (индуктор) состоят из обмоток воз-
буждения и стальных полюсных сердечников, выполненных из на-
бора листовой стали. Сердечники прикрепляются к станине. Ста-
нина / изготовляется из стали или чугуна и является основой кре-
пления узлов и деталей генератора.
Щеточный механизм состоит из траверсы 4 щеткодержателей
и щеток, служащих для отвода ЭДС генератора во внешнюю цепь.
Рассмотрим принцип действия генератора.
Якорь с кольцевой обмоткой помещен в магнитное поле элек-
тромагнитных полюсов.
На рис. 1.35 обмотка изображена в виде восьми витков. При
вращении якоря в витках обмоток будет индуктироваться ЭДС, на-
правление которой можно определить по правилу правой руки.
В проводниках 1, 2, 3, 8 ЭДС направлена от нас, а в проводниках
4, 5, 6, 7 ЭДС направлена к нам. (В проводниках, расположен-
ных на внутренней поверхности, ЭДС не индуктируется, так как
ноле внутри цилиндра равно пулю).
Таким образом, в электрическом отношении обмотка состоит
из двух параллельных участков, в пределах которых ЭДС всех
витков действуют последовательно в одном направлении. По отно-
шению друг к другу ЭДС обоих участков равны, и направлены
57
встречно, поэтому ток й обмотках не течет. Чтобы от такой обмот-
ки поручить постоянный ток, нужно ее соединить с помощью щеток и
коллектора с нагрузкой. Щетки располагают так, чтобы разность
потенциалов между ними была наибольшей. Этого можно достиг-
нуть, если щетки установить па геометрической нейтрали (линия
п—п), проходящей между полюсами. Каждый виток обмотки со-
Рис. 1.35. Генератор с кольцевой обмоткой якоря:
а — схсмз генератора; 6 — эквивалентная схема обмотки якоря
еднняется с одной из пластин коллектора. В каждом отдельном
витке обмотки при ее вращении индуктируется ЭДС:
е = 5Zi»sina,
где В — магнитная индукция полюсов, В-сек/м2;
/ — активная длина витка, ,м; -
v — линейная скорость проводника, м/с;
а — угол между направлением вектора магнитной индукции
и направлением скорости движения проводника.
Эта ЭДС является переменной для отдельного витка. Части
обмотки, составляющие верхнюю и нижнюю параллельные ветви,
всегда находятся в поле только какой-нибудь одной полярности.
Например, верхняя ветвь находится в поле северной полярности,
а нижняя — только в поле южной полярности. Следовательно, по
отношению к правой щетке ЭДС, создаваемые обеими параллель-
ными ветвями обмотки, имеют одно и то же направление, соот-
ветственно чему правая щетка остается положительной, а левая —
отрицательной. При большом числе витков пульсации ЭДС ста-
новятся практически незаметными.
Машина с кольцевой обмоткой якоря имеет существенный не-
достаток, который выражается в том, что в витке, расположенном
на внутренней поверхности якоря, ЭДС не индуктируется. Для
устранения этого обмотку укладывают так, чтобы обе части ее
68
витков являлись активными. Если одна часть витков находится
под северным полюсом, то вторая часть — под южным полюсом.
Величина электродвижущей силы, индуктируемой генератором,
определяется по формуле
Е — СпФ,
где С — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции ге-
нератора;
п — число оборотов якоря, об/мин;
Ф— магнитный ноток одного основного полюса, Вб.
Из формулы видно, что при постоянной частоте вращения яко-
ря ЭДС зависит от величины магнитного потока возбуждения. По
способу возбуждения генераторы делятся на две группы: генера-
торы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбужде-
нием.
Генератором с независимым возбуждением называется такой
генератор, у которого обмотки возбуждения питаются от посторон-
него источника постоянного тока (рис. 1.36, а).
Генератором с самовозбуждением называется такой генератор,
у которого обмотки возбуждения питаются током своего якоря.
Принцип самовозбуждения заключается в следующем. Если при
отсутствии тока возбуждения начать вращение якоря, то за счет
остаточного магнитного поля полюсов в якоре будет возникать
ЭДС. Сначала ЭДС мала и посылает к полюсам слабый ток. Маг-
нитное поле полюсов увеличивается. При этом ЭДС в обмотках
якоря возрастает, увеличивая ток возбуждения до определенной
величины.
В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения
генераторы делятся на три типа: с параллельным возбуждением
(шунтовые), с последовательным возбуждением (сериесные), со
смешанным возбуждением (компаунд).
Генератором с параллельным возбуждением называется такой
генератор, у которого обмотка возбуждения включена параллель-
но обмотке якоря (рис. 1.36,6). Применяются генераторы с парал-
лельным возбуждением в зарядных станциях, для питания радио-
станций связи и в качестве возбудителя генераторов переменного
тока. *
- Генератором е последовательным возбуждением называется та-
кой генератор, у которого обмотка возбуждения включена после-
довательно с обмоткой якоря (рис. 1.36,в). В радиолокационных
станциях генераторы подобного типа не применяются.
Генератором со смешанным возбуждением называется
такой генератор, у которого наряду с параллельной обмоткой воз-
буждения имеется обмотка последовательного возбуждения
(рис. 1.36,а). Генератор со смешанным возбуждением применяется
в зарядных станциях и для освещения.
59
Ге
I | Зажимы
L/ якоря
8ЙЯ
Нагрузка
2
Регулир,
реостат
Ш1
гв
Ш2
Rolli । Зажимы
U оомотки
о-—'возбуждения
Щиток генератора
об
т
Cl
Ж
С2
Ш1
Регулировочный
реостат
и । Зажимы
и «параллель*
о—jhou обмбтки
щиток генератора
Нагрузка
Зажимы после^ова'
9КППЯ Ии^ЛСиОоЛ
5 к ‘I |^^ельной
1\
Рис. 1.36. Принципиальные схемы генераторов постоянного тока:
а — генератор с независимым йозбуждемнем: б — генератор с параллельным возбуждением)
в. генератор с последовательным возбуждением; г -> генератор со смешанным возбуж-
дением
60
1.7.4. Электрические двигатели постоянного тока
Электрические машины, служащие для преобразования элек-
трической энергии постоянного тока в механическую энергию вра-
щательного 'движения, называются электродвигателями постоян-
ного тока.
Первый электродвигатель постоянного тока был изобретен в
1834 г. русским академиком Б. С. Якоби.
Работа электрического двигателя постоянного тока основана
на выталкивании проводника с током из магнитного поля. По сво-
ему устройству двигатель постоянного тока ничем не отличается
от генера тора постоянного тока. Он имеет все те же элементы кон-
струкции, что и генератор.
Коллектор в двигателе служит для изменения направления
тока в витках обмотки якоря и обеспечения тем самым непрерыв-
ного вращения якоря. Благодаря коллектору ток в проводниках
обмотки якоря, находящихся под северным полюсом, всегда имеет
одно направление, а в проводниках, находящихся под южным по-
люсом,— противоположное. Этим обеспечивается вращение якоря
в определенную сторону.
Произведение общей силы, действующей на обмотку якоря при
работе двигателя, на радиус якоря называется вращающим мо-
ментом двигателя. Вращающий момент двигателя постоянного
тока AfBP тем больше,-чем больший ток /„ протекает по обмотке
якоря и чем больший магнитный поток Фя создается током обмот-
ки возбуждения, находящейся иа полюсах:
Мир = я7„Ф.
Для изменения направления вращения якоря двигателя надо
изменить направление сил, действующих на проводники обмотки
якоря. Это достигается изменением направления тока в обмотке
якоря или направления магнитного потока Ф (т. е. направления
тока в обмотке возбуждения). При одновременном изменении на-
правления тока и в якоре и в обмотке возбуждения якорь будет
вращаться в прежнюю сторону. Следовательно, невозможно, ’ по-
меняв полярность подключения к сети, изменить направление вра-
щения двигателя, у которого обмотки якоря и возбуждения соеди-
нены внутри его корпуса и выведены на две клеммы.
Так как при вращении якоря двигателя его обмотки пересе-
кает магнитное поле полюсов, то в ней наводится электродвижу-
щая сила. Эта ЭДС направлена навстречу току в проводниках
обмотки и называется противоэлектродвижущей силой. Следова-
тельно, величина тока, протекающего по обмотке якоря, будет за-
висеть не только от величины приложенного к нёй напряжения и
сопротивления /?я, но и от величины наводимой в этой обмотке
противо-ЭДС:
г _
я “ /?Я •
61
Чем больше частота вращения якоря двигателя, тем больше
противо-ЭДС и тем меньше ток, потребляемый обмоткой
якоря.
При пуске двигателя его якорь неподвижен и противоэлектро-
движущая сила равна нулю. В якоре протекает самый большой
но величине ток, который в десять и более раз превышает нор-
а 6 в
Рис. 1.37. Схемы электрических двигателей постоян-
ного тока:
а — двигатель с параллельным возбуждением; 6 — двига-
тель с последовательным возбуждением; в — двигатель со
смешанным возбуждением
мальный рабочий ток двигателя. Поэтому для уменьшения тока,
потребляемого двигателем, на время пуска последовательно с об*
моткой якоря включается сопротивление пускового реостата /?п
(рис. 1.37).
Частоту вращения двигателей постоянного тока можно регу-
лировать одним из следующих способов:
а) изменением напряжения сети;
б) изменением падения напряжения в цепи обмотки якоря ре-
остатом, включаемым последовательно с обмоткой якоря;
в) изменением магнитного потока полюсов реостатом Rp,
включаемым последовательно с обмоткой возбуждения.
Наибольшее применение нашел третий способ, позволяющий
экономично в широких пределах изменять частоту вращения дви-
гателя. Возможность плавного, удобного и экономичного регули-
рования частоты вращения является важным преимуществом дви-
гателей постоянного тока перед двигателями переменного тока.
В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения
двигателя с обмоткой якоря различают три типа двигателей по-
стоянного тока: двигатели с параллельным возбуждением, двига-
тели с последовательным возбуждением и двигатели со смешан-
ным возбуждением.
62
Обмотка возбуждения двигателя с параллельным возбужде-
нием (рис. 1.37, а) подсоединяется параллельно к обмотке якоря.
Поскольку обмотка возбуждения подключена к зажимам сети,
то независимо от тока в обмотке якоря по обмотке возбуждения
протекает постоянный по величине ток, создавая почти постоян-
ный магнитный поток. Поэтому частота вращения двигателя мало
зависит от изменений нагрузки на валу, что является большим
его достоинством. Двигатели постоянного тока с параллельным
возбуждением применяются в тех случаях, где требуется в широ-
ких пределах регулировать частоту вращения, а также там, где
необходимо, чтобы при всех изменениях^ нагрузки частота враще-
ния механизма оставалась практически постоянной.
В двигателе с последовательным возбуждением обмотка воз-
буждения соединена с обмоткой якоря последовательно
(рис. 1.37,6). Так как в таком двигателе и по обмотке якоря, и по
обмотке возбуждения протекает один и тот же ток, то его магнит-
ный поток изменяется почти пропорционально току в обмотке
якоря.
В момент пуска двигателя по обмотке якоря протекает самый
большой по величине ток. Этот ток создаетzb двигателе наиболь-
ший магнитный поток, и пусковой момент двигателя в десятки
раз превосходит нормальный рабочий вращающий момент. Боль-
шой пусковой момент является основным достоинством двигателя
с последовательным возбуждением. Он позволяет использовать
такие двигатели в тех случаях, когда необходимо брать с места
большую нагрузку, например в качестве стартеров двигателей
станций электропитания РЛС.
Недостатком двигателя с последовательным возбуждением яв-
ляется то, что его частота вращения очень сильно зависит от на-
грузки. При холостом ходе двигателя он потребляет наименьший
ток, создавая очень малый магнитный поток полюсов. При этом
за счет резкого уменьшения противоэлектродвижущей силы про-
исходит скачкообразное увеличение гока в якоре, вращающего
момента, а значит, и частоты вращения. Частота вращения может
настолько возрасти, что станет опасной для механической проч-
ности двигателя (двигатель может пойти «вразнос»). Поэтому
двигатели с последовательным возбуждением устанавливаются на
таких объектах, где исключена возможность их работы вхолостую.
В двигателе со смешанным возбуждением (рис. 1.37, в) одна
обмотка возбуждения подключается к обмотке якоря параллель-
но, а другая — последовательно. Обмотки включены так, что их
магнитные потоки складываются, причем одна обмотка является
основной и создает около 75% общего магнитного потока, а дру-
гая — вспомогательной. Если основной обмоткой является парал-
лельная, то двигатель по своим свойствам приближается к дви-
гателю с параллельным возбуждением, но за счет небольшой по-
следовательной обмотки имеет больший пусковой вращающий мо-
мент.
63
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как устроен двигатель с короткозамкнутым ротором?
2. Объяснить принцип работы асинхронного двигателя с коро-
ткозамкнутым ротором.
3. Как устроен синхронный генератор трехфазного перемен-
ного тока?
4. Объяснить принцип работы генератора постоянного тока.
5. Каким образом можно изменить направление вращения
якоря электродвигателя постоянного тока? К>к можно изменять
частоту вращения?
6. В каких случаях на практике применяются электродвига-
тели с параллельным и последовательным возбуждением?
1.8. ВЫПРЯМЛЕНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
1.8.1. Основные схемы выпрямления
Для преобразования переменного тока в постоянный использу-
ются выпрямительные устройства, основным элементом которых
являются вентили. Вентилем называется прибор, пропускающий
ток в одном направлении. На схемах острие стрелки показывает
направление тока. По принципу действия вентили делятся па твер-
дые (полупроводниковые), электронные (вакуумные) и ионные
(газонаполненные).
Схема однополупериодного выпрямителя однофазного пере-
менного тока изображена на рис. 1.38, а. Она состоит из трансфор-
матора, вентиля и сопротивления нагрузки. Во время положитель-
ных полупериодов напряжения на трансформаторе (плюс сверху,
минус снизу) вентиль открыт. Через вентиль, а следовательно,
через сопротивление нагрузки течет ток. При отрицательных по-
лунериодах (плюс снизу, минус сверху) вентиль закрыт и через
сопротивление нагрузки ток не проходит. Нижняя часть сину-
соиды переменного тока как бы срезается выпрямителем, через
нагрузку протекает пульсирующий ток с перерывом в отрицатель-
ные полупериоды.
Для сглаживания пульсаций используются фильтры. Простей-
шим фильтром является конденсатор большой емкости. Он под-
ключается параллельно нагрузке. При протекании тока через вен-
тиль конденсатор заряжается. На его обкладках накапливаются
электрические заряды. В паузах, когда вентиль закрыт, конденса-
тор разряжается, поддерживая ток через нагрузку. Для лучшего
сглаживания используются более сложные схемы фильтров, со-
стоящие из дросселей и конденсаторов.
Па рис. 1,38,6 представлена схема двухполупериодного вы-
прямителя. Она состоит из трансформатора со средней точкой,
двух вентилей и нагрузки. При положительных полупернодах на-
пряжения U2 вентиль Bi открыт. Через нагрузку протекает ток /
64
Вентиля В| (направление тока показано сплошной стрелкой). Вен-
тиль В2 закрыт. При отрицательных по.чупериодах напряжения U2
вентиль В] закрыт, а вентиль В2 открыт. Через нагрузку протекает
ток / вентиля В2 (направление тока показано пунктирной стрел-
Рис. 1.38. Основные схемы выпрямления однофазного
тока:
а — схема однололупериодного выпрямителя; б - схема двух-
полупериодного выпрямителя; в — мостовая схема; г — гра»
фикн напряжения
кой). Таким образом, каждый полупериод через нагрузку проте-
кает пульсирующий ток одного направления. Достоинством схе-
мы является то, что через сопротивление нагрузки течет ток в оба
полупериода (рис. 1.38,г).
На рис. 1.38, в изображена мостовая схема, состоящая из транс-
форматора, четырех вентилей, соединенных мостом, и нагрузки.
При положительных полупериодах вентили Bi и В2 открыты. По
ним и через нагрузку протекает ток (направление показано сплош-
ной стрелкой). Во время действия отрицательных полупериодов
открыты вентили fi3 и (направление тока показывают пунктир-
ные стрелки). Через нагрузку протекает ток того же направления,
что и в первом случае. Таким образом, через нагрузку протекает
ток каждый полупериод. Это аналогично предыдущей схеме. Од-
нако преимущество этой схемы заключается в том, что вторичная
обмотка трансформатора имеет число витков в два раза меньше,
чем у трансформатора предыдущей схемы.
3—330 65
Широкое распространение в радиолокационной технике полу-
чила мостовая схема выпрямления трехфазного тока (схема Ла-
рионова, рис. 1.39). Схема состоит из шести вентилей и сопротив-
ления нагрузки /?н. Одновременно работают два вентиля, а осталь-
Рис. 1.39. Мостовая схема вы-
прямления трехфазного тока:
а — схема Ларионова; б — графи-
ки к схеме
ныс закрыты.
Например, начиная с момента вре-
мени /; до момента 1з напряжение в
фазе А наибольшее и положительное.
Причем от 1} до /2 в фазе В наиболь-
шее отрицательное напряжение. Раз-
ность потенциалов между фазами А
и В наибольшая. Следовательно, за
этот промежуток времени (от /; до 12)
" открыты первый и второй вентили, а
с момента /2 до /3 работают первый и
четвертый вентили, так как напряже-
ние в фазе С наибольшее отрицатель-
ное н разность потенциалов между
фазами А и С наибольшая.
Достоинством схемы является то,
что пульсации выпрямленного тока
малы. Это позволяет использовать схе-
му без сложных фильтров.
J.8.2. Стабилизация напряжения
в электрических цепях
Для устойчивой работы отдельных
. блоков и узлов РЛС и АСУ требуются
высокостабильные напряжения. Это
можно' обеспечите применением раз-
личного рода стабилизаторов напря-
жения. Принцип работы их сводится
к автоматическому изменению сопро-
тивления, включенного последова-
тельно с нагрузкой.
Стабилизация напряжения может осуществляться как по по-
стоянному току, так и по переменному.
Стабилизация по постоянному току
Для стабилизации по постоянному току используются элек-
тронные и ионные приборы. Простейший стабилизатор выполнен
на стабилитроне с регулировочным сопротивлением R& (рис. 1.40).
Стабилитрон представляет собой двухэлектродный ионный
прибор с холодным катодом, наполненный инертным газом (аргон,
неон или смесь газов). При подключении стабилитрона к источни-
ку постоянного тока в нем начинается ионизация. При изменении
66
тока в стабилизаторе в некотором пределе напряжение практи-
чески остается постоянным (изменяется на 1—3 В).
Работа схемы сводится к следующему. При увеличении.напря-
жения Uttli интенсивность ионизации газа в стабилитроне растет.
Ток его увеличивается. С ростом тока стабилитрона увеличивается
падение напряжения на регулировочном сопротивлении /?е, напря-
жение на нагрузке не изме-
няется. При уменьшении
Ubx интенсивность иониза-
ции газа в стабилитроне
уменьшается. Уменьшается
ток /ст. Уменьшается паде-
ние напряжения на регули-
ровочном сопротивлении Rs.
Напряжение на нагрузке
остается неизменным.
При изменении напряже-
ния на входе схемы стаби-
лизации на ±10% па пряже-
Рис. 1.40. Схема стабилизации напряжения
на стабилитроне
ние на нагрузке остается
почти постоянным (изменяется на ±0,1%). В зависимости от
типа стабилитронов стабилизированное напряжение можно полу-
чать равным 75 В, 105 В, 150 В.
Значительно лучшим качеством стабилизации обладают элек-
тронные стабилизаторы напряжения (рис. 1.41).
Схема состоит из следующих элементов: Л1 — регулирующая
лампа, Л2 — управляющая лампа, ЛЗ —стабилитрон, создающий
эталонное напряжение; сопротивления R2— делитель напря-
жения; сопротивление /?4— анодное сопротивление управляю-
щей лампы.
При подключении напряжения к входу стабилизатора по
лампам Л1 и Л2 начинает протекать ток. Стабилитрон зажига-
ется, и па нем устанавливается эталонное напряжение. В проме-
жуток сетка — катод лампы Л2 подается напряжение UC2, равное
разности напряжения эталонного и напряжения, определяемого
движком делителя (/2вых. Ток, протекающий по лампе Л2, создает
на сопротивлении /?4 падение напряжения, которое действует в
промежутке сетка — катод регулирующей лампы Л1.
Предположим, что напряжение возросло. При этом увели-
чивается напряжение на делителе /?ь R2, соответственно увели-
чивается потенциал сетки лампы Л2, ток лампы возрастает. С рос-
том тока лампы Л2 увеличивается падение напряжения на сопро-
тивлении /?4. Потенциал сетки лампы Л1 уменьшается, сопротив-
ление ее возрастает. При этом увеличивается падение напряжения
ий1, а напряжение (7ВЫХ остается почти неизменным.
Если напряжение UBX уменьшается, то уменьшается падение
напряжения 1)»\ на регулирующей лампе, а напряжение на на-
грузке остается неизменным.
67
Электронные стабилизаторы позволяют получать очень высо-
кое качество стабилизации. Они практически безынерционны и
поэтому могут сглаживать пульсации стабилизируемого напряже-
Рис. 1.41. Принципиальная схема электронного
стабилизатора напряжения:
а — на лампах; б — на транзисторах
ния. Для ускорения процесса реагирования схемы иногда ставят
конденсатор С1.
В последние гоДы широко применяются стабилизаторы напря-'
жения на транзисторах (рис. 1.41,6). Их работа аналогична ста-
билизатору на лампах.
с Стабилизация по переменному току
Стабилизация по переменному току обычно осуществляется
феррорезонансными стабилизаторами. В основу работы ферроре-
зонансных стабилизаторов положены явления резонанса напряже-
63
НИЙ или токов. Лучшие результаты дают стабилизаторы с резо-
нансом токов.
На рис. 1.42 изображена схема»стабилизатора с резонансом
тока. Стабилизатор состоит из насыщенного дросселя 1 (нелиней-
ный элемент) и ненасыщенного дросселя 2 (линейный элемент),
имеющего две обмотки.
В области насыщения
сердечника дросселя ве-
личина его индуктивно-
сти зависит от тока. При-
чем с увеличением тока,
протекающего через дрос-
сель, индуктивность
уменьшается. С уменьше-
нием индуктивности со-
противление насыщенного
дросселя уменьшается, а
напряжение на нем почти
не изменяется. Если уве-
Рис. 1.42. Схема феррорезонавсвоГо стабили-
затора напряжения:
/ — насыщенный дроссель: 2 — ненасыщенный дрос-
сель
личить амплитуд)' намаг-
ничивающего тока на
100%, то амплитуда на-
пряжения возрастет не
более чем на 7—10%.
Обмотка насыщенного дросселя с помощью емкости С настра-
ивается на частоту, близкую к частоте напряжения сети. Настрой-
ка осуществляется таким образом, что при увеличении питающего
напряжения частота свободных колебаний резонансной цепи уда-
ляется от частоты сети, так как уменьшается индуктивность, а при
понижении напряжения резонансная частота приближается к час-
тоте сети (индуктивность обмотки насыщенного дросселя растет).
С приближением частоты цепи к резонансу токов сопротивление
контура резко возрастает.
Предположим, что напряжение Uy на входе стабилизатора
возросло. Сопротивление контура уменьшилось из-за ухода резо-
нансной частоты. Ток /(, протекающий через ненасыщенный дрос-
сель 2 (левая обмотка), возрос, и напряжение на нем увеличилось.
Напряжение на нагрузке почти не изменилось.
При уменьшении напряжения на входе стабилизатора резонан-
сная частота колебательного контура подходит ближе к частоте
сети. Сопротивление контура растет. Ток, протекающий через
дроссель 2, уменьшается, напряжение на нём также уменьшается,
а напряжение на нагрузке остается почти неизменным.
Для лучшей стабилизации па. ненасыщенном дросселе имеется
еще одна обмотка (правая), в которой индуктируется напряже-
ние U2, направленное навстречу напряжению^. действующему
на контуре. Небольшие изменения напряжения на контуре можно
полностью скомпенсировать правильным подбором числа витков
69
правой обмотки ненасыщенного дросселя. Коэффициент полезного
действия.стабилизатора 70—80%.
Стабилизаторы позволяют получать выходное напряжение с
точностью 0,5—1%. Серьезными недостатками стабилизатора яв-
ляется их зависимость от частоты сети входного напряжения, ис-
кажение формы стабилизированного напряжения, а также малый
cos <р.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объяснить принцип работы электронного стабилизатора.
2. В чем состоит принцип работы феррорезонансного стабили-
затора?
3. Как работает схема однополупериодиого выпрямителя?
4. Как работает мостовая схема трехфазиого тока (схема Ла-
рионова)?
1.9. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Основными химическими источниками электрической энергии
являются гальванические элементы и аккумуляторы. Между
этими двумя видами химических источников энергии имеется два
принципиальных различия.
Первое различие заключается в том, что гальванические эле-
менты обладают запасом химической энергии, заключенной в ма-
териалах, из которых они изготовлены, и поэтому после изготов-
ления они могут быть непосредственно использованы как источ-
ники электрического тока. Вследствие этого гальванические эле-
менты называются первичными химическими источниками элек-
троэнергии.
В аккумуляторах же химическая энергия создается во время
их заряда, а электрическая энергия выделяется ирн вторичном
процессе, т. е. при их разряде: Поэтому аккумуляторы называются
вторичными химическими источниками электроэнергии.
Второе различие заключается в том, что аккумуляторы явля-
ются приборами многократного действия, тогда как гальваниче-
ские элементы являются источниками электрической энергии од-
нократного действия. После разряда они становятся негодными
для дальнейшего использования. В зависимости от рода электро-
лита аккумуляторы делятся на кислотные и щелочные.
1.9.1. Гальванические элементы
Гальваническими элементами называют источники электриче-
ской энергий, в которых энергия получается за счет химических
реакций, происходящих внутри элемента.
Наибольшее распространение получили угольио-цннковые эле-
менты. Их часто называют элементами марганцевой системы
(рис. 1.43). Отрицательным электродом угольно-цинкового эле-
70
мента является цинковый стакан, а положительным — угольный
стержень. Положительный электрод окружен деполяризатором
(агломератом) из смеси перекиси марганца МпО2 и графита’ С.
Электролитом служит водный
раствор нашатыря NH4CI. При
работе элемента электролит рас-
падается на положительный
NHJ и отрицательный С1~ ионы.
Атомы цинка теряют два элек-
трона, превращаются в положи-
тельные ионы и переходят в элек-
тролит.
Положительные ионы Zn++
соединяются с отрицательными
ионами С1~, образуя нейтраль-
ную молекулу:
Zn++ 4- 2С1- = Zn Cl2.
При этом на цинковом электро-
де создается избыток электронов
и он заряжается отрицательно.
Газоотводная
. трубка
Смолка
Картонная
шайба
Цинковая
коробка
Паста
Деполяризатор
Угольный
электрод
Картонный
футляр
Изоляция
. между углем
и цинковой
коробкой
Положительные ноны NHJ
выделяются на угольном элек-
Рис. 1.43. Устройство гальванического
элемента марганцевой системы
троде и нейтрализуются за счет присоединения электронов, по-
ступивших по внешней цепи от цинкового электрода:
2NH^ -Ь 2 электрона = 2NI!,.
Группа NH4 распадается на аммиак и водород:
2NH4 ==2NH8 4-2Н.
Аммиак, вступая в соединение с водой, образует нашатырный
спирт:
2NI l34-2H2O==2NH, (ОН).
Выделяющийся водород в виде пузырьков покрывает поверх-
ность угольного стержня, препятствуя подходу к электроду новых
ионов. Это явление называется поляризацией элемента. Если не
принять никаких мер, элемент прекратит свою работу. Деполяри-
затор и является тем веществом, которое вступает в реакцию с
водородом, предупреждая его выделение на электроде:
2Н 4- МпО2== Н2О + МпО.
ЭДС одного угольно-цинкового элемента 1,5 В. Внутреннее
сопротивление 0,1—0,5 Ом. Емкость элемента различна и зависит
от его размеров и режима работы. Емкость элемента Q — количе-
ство электричества, которое можно получить от элемента, изме-
ряется в ампер-часах.
71
Для получения величины напряжения или тока большего, чем
у одного элемента, их соединяют в батареи. Соединение может
быть последовательным, параллельным, смешанным.
в
Рис. 1.44. Соединение элементов в батарею:
а— последовательное; б — параллельное; в — смешанное
При последовательном соединении (рис. 1.44, а) положитель-
ный полюс первого элемента соединяется с отрицательным полю-
сом второго, положительный полюс второго — с отрицательным
полюсом третьего и т. д. При этом ЭДС батареи равна сумме ЭДС
отдельных элементов, внутреннее сопротивление батареи равно
сумме внутренних сопротивлений элементов, емкость батареи ос-
тается равной емкости отдельного элемента.
При параллельном соединении положительные полюсы отдель-
ных элементов соединяются в одну точку, отрицательные — в дру-
гую (рис. 1.44,6). При этом ЭДС батареи остается равной ЭДС.
одного элемента, внутреннее сопротивление уменьшается во
столько раз, сколько включено элементов, емкость батареи равня-
ется сумме емкостей всех элементов, общий ток батареи равен
сумме токов отдельных элементов.
72
Смешанное соединение является сочетанием последователь-
ного и параллельного соединений (рис. 1.44, в).
Для питания анодных цепей некоторых радиоприемников, вы-
носных гетеродинов и радиостанций применяются сухие анодные
батареи. Они представляют собой несколько десятков последова-
тельно соединенных сухих элементов. Для их изготовления при-
меняют стаканчиковые или галетные элементы.
Маркировка гальванических элементов и
батарей. Батареи для питания радиоприемников обознача-
ются: 54АС-МГЦ-5-П, 70-АМГЦ-5, 1,28-11ВМЦ-525-П,
65-АНМЦ-1.3-П.
Цифры в начале обозначения — номинальное напряжение,
буквы: А—анодная, С — сеточная, Н — накальная, Г — галетная,
П — указывает, что выводы выполнены в виде панели. Число в
конце и перед буквой П — номинальная емкость в ампер-часах.
Буквы МЦ—марганцсво-цинковая, ВМЦ — воздушно-марган-
цево-цинковая система.
Гальванические элементы для аппаратуры связи обозначаются:
145Л (2С-Л-9), 145У (1.6-ПМЦ-У-8), 165Л (ЗС-Л-ЗО), 165У (ЗС-У-ЗО).
Элементы с индексом У более морозостойки и влагостойки.
В скобках указаны старые обозначения.
1.9.2. Кислотные аккумуляторы
.Аккумулятором называется прибор, накапливающий (аккуму-
лирующий) электрическую энергию. Цикл работы аккумулятора
состоит из двух процессов — заряда и .разряда. Оба процесса про-
исходят за счет химических реакций в аккумуляторе. При заряде
он накапливает электрическую энергию, во время разряда от-
дает ее.
Кислотный аккумулятор (рис. 1.45) состоит из стеклянного,
эбонитового или пластмассового сосуда, комплекта положитель-
ных и отрицательных пластин (электродов) и электролита. Плас-
тины представляют собой свинцовые решетки, ячейки которых за-
полнены активной массой. Поэтому кислотные аккумуляторы
иногда называют свинцовыми.
Активной массой положительных пластин заряженного акку-
мулятора является перекись свинца РЬОг, а отрицательных — губ-
чатый свинец РЬ. Активная масса положительных и отрицатель-
ных пластин при разряде в результате химического взаимодей-
ствия с электролитом превращается в PbSO<.
В кислотных аккумуляторах в отличие от щелочных отрица-
тельных пластин всегда на одну больше, чем положительных.
Одноименные пластины соединяются в блоки-баретки. Разно-
именные пластины отделены одна от другой деревянными или эбо-
нитовыми сепараторами. Ребристая поверхность сепараторов
всегда обращена в сторону положительных пластин. Блоки плас-
тин вместе с сепараторами помещаются в сосуд, на дне которого
73
имеются призмы. Они предохраняют пластины от короткого за-
мыкания при выпадении активной массы на дно сосуда.
Для получения большего напряжения аккумуляторы соединя-
ются в батареи. Соединение электродов отдельных аккумуляторов
производится последовательно межэлементными соединениями.
За.мим
„ Пробка
Зажим
Збомитовый
бак
Серна#
кислота
деревянная
прокладка
ка
1 Рис. 1.45. Устройство кислотного аккумулятора
Электролитом кислотных аккумуляторов является водный рас-
твор серной кислоты H2SO4. Плотность электролита в разряжен-
ном аккумуляторе 1,18—1,21 (22—25° по Боме), а в заряженном
1,21—1,24 (25—28°). Плотность электролита берется в зависи-
мости от окружающей температуры. При низких температурах она
выше, а при высоких — ниже. Уровень электролита в аккумуля-
торе должен быть выше пластин на 10—15 мм. "
Необходимо всегда помнить, что при приготовлении электро-
лита надо наливать серную кислоту в воду, а не наоборот (во из-
бежание ожогов в результате разбрызгивания электролита).
ЭДС аккумулятора зависит от плотности электролита. Уста-
новлено, что Е—d+0,84, где d — плотность электролита. Рабочее
напряжение аккумулятора 2—2,1 В. Разряд его допускается до
1,8 В.
1.9.3. Щелочные аккумуляторы
Щелочной аккумулятор (рис. 1.46) состоит из железного ни-
келированного сосуда прямоугольной формы, в который залива-
ется электролит и помещаются электроды. Зимой электролитом
является раствор едкого кали, а летом — едкого натра. Примени-
74
ется и раствор едкого кали с добавлением едкого лития. Электро-
дами аккумулятора является набор пластин 1, 2, собранных из
отдельных пакетов —ламелей.
Рис. 1.46. Устройство щелочного аккумулятора:
/ — погтож и тельные пластины; 2 — отрицательные пластины
В пакеты положительного электрода заключена активная мас-
са из гидрата закиси никеля Ni(OH)2.c примесью мелкого гра-
фита. Активной массой отрицательных пластин является гидрат
закиси кадмия С<1(ОН)2 с примесью гидрата закиси железа.
При заряде аккумулятора состав активных масс меняется.
Гидрат закиси никеля положительных пластин переходит в гидра!
окиси никеля Ni(OH)3, а активная масса отрицательных пластин
восстанавливается в смесь кадмия и железа (С<1 й Fe). В про-
цессе разряда активные массы пластин переходят в прежнее со-
стояние.
Пластины соединяются в блоки мостами, к которым привари-
ваются выводные болты. Положительных пластин, между кото-
рыми помещаются отрицательные, всегда на одну больше. Отри-
цательные и положительные пластины тщательно изолированы
друг от друга эбонитовыми палочками. Положительные пластины
имеют электрический контакт с корпусом и крышкой аккумуля-
тора, в то время как отрицательные изолированы от них.
Электролит заливают через отверстие в крышке. Пробка, за-
крывающая отверстие в крышке, имеет отверстие для выхода га-
зов. При различных температурах состав электролита и. его плот-
ность меняют. Летом плотность должна быть 1,17—1,19, а зимой
1,21 — 1,28.
75
Плотность электролита измеряется ареометром. Он представ-
ляет собой стеклянную трубочку с баллоном на конце. В баллон
укладывается несколько дробинок свинца. На трубочке нанесены
деления в единицах плотности или градусах Боме. Глубина по-
гружения ареометра характеризует плотность электролита. Чем
меньше плотность, тем на большую глубину погружается арео-
метр. При большей плотности погружение ареометра меньше.
Для приготовления электролита необходимо иметь дистилли-
рованную (в крайнем случае дождевую или снеговую) воду,
твердую (кристаллическую) щелочь, железный, чугунный, стек-
лянный, эмалированный или керамический сосуд.
В подготовленный сосуд наливают нужное количество дистил-
лированной воды. Затем железными щипцами достают кристаллы
щелочи (едкое кали или едкий натр) и взвешивают их. Кристаллы
щелочи небольшими порциями опускают в сосуд с дистиллиро-
ванной водой, при этом выделяется большое количество тепла. По
мере остывания электролита в сосуд добавляют новые порции
щелочи. Когда температура электролита будет не выше 25°С, его
доводят до требуемой плотности. Плотность контролируют по
ареометру. Добавление щелочи повышает плотность, а добавле-
ние воды уменьшает ее. .
Во избежание разбрызгивания и даже взрыва электролита,
что может привести к несчастному случаю, надо лить электролит
в воду, а нс наоборот; при попадании электролита на кожу смы-
вать его борной кислотой или водой. Уровень электролита в акку-
муляторе должен быть на 8—12 мм выше уровня пластин. На по-
верхность электролита после наполнения им банки добавляется
5—6 капель вазелинового масла.
Рабочее напряжение щелочного аккумулятора 1,25 В. Разряд
допускается до напряжения 1 В. Отдача по количеству электри-
чества 70—75% • 1Оо). Внутреннее сопротивление (око-
ло 0,03 Ом) к концу разряда увеличивается примерно в два
раза. Емкость зависит от типа аккумулятора и изменяется в пре-
делах 2,25—100 А-ч. Для увеличения напряжения отдельные ак-
кумуляторы последовательно соединяют в батареи.
Заряд аккумулятора производится от источника постоянного
тока. Различают нормальный, ускоренный и усиленный заряды.
Заряд в течение 6 ч током, равный 1/4 емкости, называется нор-
мальным. Ускоренный заряд производится в течение 4 ч: из них
2,5 ч — током, в два раза больше нормального (1/2 емкости), и
1,5 ч — нормальным током (1/4 емкости).
Через каждые 12—15 циклов работы аккумулятору сообща-
ется усиленный заряд в течение 12 ч: первые 6 ч — нормальным
зарядным током, а последующие 6 ч — током, равным половине
нормального. Первые два заряда нового аккумулятора произво-
дятся также усиленным зарядом.
Нормальным током при разряде аккумулятора является ток,
76
равный 1/8 емкости. При этом аккумулятор разряжается в тече-
ние 8 ч. Но допускаются и ускоренные разряды (большим током
за более короткое время).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое химический источник тока?
2. Как устроен гальванический элемент?
3. Чему равна общая ЭДС при последовательном и параллель-
ном соединениях источников тока?
4. Что такое аккумулятор?
5. Каковы особенности щелочных и кислотных аккумуляторов?
1.10. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ
1.10.1. Реле
Реле — это прибор, служащий для дистанционного включения,
выключения или переключения электрических цепей. Реле явля-
ются одними из самых распространенных элементов автоматики
и применяются для различных целей. Они, например, использу-
ются для управления работой электрических двигателей, автома-
тической защиты от коротких замыканий и перегрузок, в схемах
автоматического контроля и сигнализации и т. п.
Любое реле состоит из трех основных частей: воспринимаю-
щего органа, реагирующего на определенное внешнее воздействие
(величину тока, температуру, свет), исполнительного устройства,
обычно представляющего собой контактную систему и служащего
для переключения в управляемой электрической цепи, и промежу-
точной части, осуществляющей связь между первыми двумя час-
тями.
Электромагнитные реле постоянного тока
Наибольшее применение в схемах автоматики РЛС нашли
электрические реле. Из них самыми распространенными явля-
ются электромагнитные реле.
Воспринимающей частью электромагнитного реле (рис. 1.47)
является электромагнит. Он состоит из обмотки 4, включаемой в
управляющую цель, сердечника / электромагнита и ярма 2 элек-
тромагнита. Сердечник и ярмо выполняются из магнитомягкого
материала, обладающего малыми значениями остаточного магне-
тизма и коэрцитивной силы. Промежуточной частью реле явля-
ется якорь 3. Он представляет собой пластину из того же мате-
риала, что и сердечник реле, поворачивающуюся вокруг оси.
Контактная система 6 состоит из подвижных и неподвижных кон-
тактов. Для возврата якоря реле и его контактов в исходное со-
стояние и создания усилия, противодействующего усилию электро-
магнита, служит возвратная пружина 5.
77
Для того чтобы после выключения реле его якорь не «залипал*
к сердечнику (удерживаемый полем остаточного магнетизма), в
якоре имеется штифт отлипания из немагнитного материала вы-
сотой 0,05—0,5 мм. Штифт не допускает плотного соприкоснове-
ния якоря и сердечника.
/ /
1 4
Рис. 1.47. Устройство электромагнитного
реле постоянного тока:
/ — сердечник; 7 — ярмо: 3 — якорь; 4 — обмогка
электромагнита; 5 — пружина; б — контакты:
7 — штифт отлипания
Работа электромагнитного реле основана на притяжении
стального якоря к сердечнику электромагнита. При протекании
тока по обмотке электромагнита нм создается магнитное поле.
Якорь намагничивается, и на него начинает действовать сила,
стремящаяся притянуть якорь к сердечнику.
Как только при определенной величине тока в обмотке элек-
тромагнита электромагнитная сила окажется больше силы проти-
водействующей пружины, якорь притянется. Это вызовет замыка-
ние или размыкание контактов. При отключении обмотки реле от
источника якорь и контакты под действием пружины возвраща-
ются в исходное состояние. Срабатывание такого реле происхо-
дит при любом направлении тока в обмотке электромагнита. По-
этому оно называется нейтральным.
Поляризованное реле
Поляризованное реле —это такое реле, срабатывание кото-
рого зависит от направления тока в обмотке электромагнита. Ус-
тройство поляризованного реле (рис. 1.48) отличается от ней-
трального только тем, что в состав его магнитопровода / входит
постоянный магнит 4.
Постоянный магнит создает в реле магнитный поток Фо, раз-
ветвляющийся в магнитопроводе на две равные части Ф| и Фа.
Обмотки реле создают магнитный поток Фэ, который замыкается
в магпитопроводс не разветвляясь.
78
При отсутствии тока в обмотках 2, 3 реле потоки Ф1 и ф2 по
обе стороны якоря равны по величине и имеют противоположные
направления. При этом якорь удерживается пружинами, напри-
мер, в нейтральном положении. При
подключении к обмотке реле напря-
жения указанной на рисунке полярно-
сти в .магнитопроводе создается маг-
нитный поток Фа. Этот магнитный по-
ток в правой части воздушного зазора
между якорем и сердечником склады-
вается с магнитным потоком Фь а в
левой части направлен навстречу маг-
нитному потоку Ф2 и вычитается из
него. В результате этого сила притя-
жения якоря правой частью магнито--
провода будет больше, чем левой.
Якорь . притянется вправо, замыкая
контакт Ki. При изменении направле-
ния тока в обмотке реле якорь притя-
нется влево, замыкая контакт Кг-
Благодаря наличию постоянного
магнита поляризованное реле обладает
более высокой чувствительностью,
т. е. срабатывает при меньшей мощности подводимого к обмотке
к2
*1=1°
Фо
S
N-
2
Рис.
1.48. Поляризованное
реле:
/ — магнитопровпд: 2. .? — обмотки
реле; 4 — постоянный магнит; 5 ~
якорь; 6 — пружины
сигнала, чем нейтральное реле.
5
1
1
Электромагнитные реле переменного тока
Работа реле переменного тока принципиально не отличается
от работы реле постоянного тока, так как при протекании тока по
обмотке реле независимо от его направления создается усилие,
которое стремится притянуть якорь к сердечнику. Однако кон-
струкция реле переменного тока отличается от реле постоянного
тока.
По обмотке реле протекает переменный ток. В те моменты
времени, когда ток оказывается равным нулю, сила притяжения
электромагнита тоже равна пулю. При этом под действием пру-
жины якорь может отойти от сердечника электромагнита. При по-
следующем возрастании величины тока и силы электромагнита
якорь реле снова притянется и т. д., в результате чего якорь реле
будет вибрировать, за-мыкая и размыкая контакты. Вибрация кон-
тактов реле вызывает шум и ускоряет их износ.
Это явление устраняется применением разветвленных полюсов.
При этом магнитопровод реле имеет на конце щель, делящую его
на две равные части. На одну из этих частей надевается медное
кольцо, представляющее собой короткозамкнутый виток
(рис. 1.49,а). В результате этого магнитный поток электромагнита
реле Ф?, на крице магнптопровода разветвляется на две части.
79
Одна часть общего потока Фр2=Фр/2 проходит через половину
магнитопровода, не имеющую витка, другая часть общего потока
Фр1— через половину магнитопровода, на которую надет коротко-
замкнутый виток.
Магнитный поток ФР|, пронизывая виток, индуктирует в нем
ЭДС Е2 (рис. 1.49,6). За счет ЭДС Е2 в витке протекает ток /2.
Виток для переменного тока обладает активно-индуктивным со-
Рис. 1.49. Реле переменного тока с разветвлен-
ным полюсом:
« — устройство реле: / — магнитонровод. 2 — якорь; .У—
обмотка электромагнита; 4 — пружина: 5 — контакты;
6 — короткозамкнутый виток; б — векторная диаграмма
магнитных погоков реле
противлением. Поэтому ток /2 отстает по фазе от ЭДС Е2 на угол,
меньший 90°. Ток /2 создает вокруг витка магнитный поток Фк,
совпадающий по фазе с током. В левой части магнитопровъда
магнитный поток ФК1 складывается с магнитным потоком Фр1, а в
правой части магнитный поток Фк2 направлен навстречу Фр2 и вы-
читается из него.
Следовательно, из магнитопровода реле в якорь входят два
магнитных потока; слева — Ф1 = ФР| + ФК| и справа Ф2=ФР2—Фк?.
Эти потоки сдвинуты между собой по фазе на угод, примерно
равный 60°. Каждый из них создает свою силу притяжения. Так
как в тот момент, когда один из потоков Ф| или Ф2 становится
равным нулю, а другой имеет определенное значение, то пет таких
моментов времени, когда общий магнитный поток реле и сила
притяжения.равны нулю. Вибрация якоря отсутствует.
Для уменьшения потерь на перемагничивание и вихревые токи
магнитопровод и якорь реле переменного тока в отличие от реле
постоянного тока набираются из изолированных друг от друга
листов электротехнической стали.
Для дистанционного включения и выключения мощных трех-
фазных электрических цепей; а также для защиты этих цепей от
коротких замыканий и перегрузок применяются контакторы-авто-
маты типа АД (переменного тока) и АДД (постоянного тока).
Контактор-автомат представляет собой мощное электромаг-
нитное реле постоянного или переменного тока. Он имеет три
пары силовых контактов, рассчитанных на токи до 200 А, и нс-
50
сколько слаботочных для замыкания различных цепей управления
и сигнализации. Для защиты силовой цепи от перегрузок в кон-
такторе-автомате последовательно в цепь главных контактов
включены биметаллические пластины, а от коротких замыканий —
специальные катушки максимальной защиты. И та и другая за-
щита при своем срабатывании через специальные рычаги размы-
кает силовые контакты, хотя якорь контактора остается притяну-
тым к сердечнику.
Для гашения электрической дуги, возникающей при размыка-
нии контактов контактора, используются так называемое перека-
тывание контактов, магнитное дутье и искрогасительные камеры.
Сущность перекатывания контактов состоит в следующем.
Благодаря разведенным концам контактов и движению под-
вижного контакта по неподвижному при их размыкании дуга вы-
талкивается к наружным концам контактов и, удлиняясь, разры-
вается. Движению дуги к концам контактов способствует то, что
она, представляя собой поток ионов, оказывается в магнитном
поле обмотки максимальной защиты. Магнитное поле создает вы-
талкивающую силу, направленную к концам контактов.
Контакты находятся в искрогасительных камерах, которые об-
легчают гашение дуги, дробя се на части внутренними перего-
родками.
Тепловые реле
Тепловыми реле называют такие реле, которые срабатывают
при нагревании до определенной температуры. Работа тепловых
реле основана на линейном расширении тел при нагревании. Чув-
ствительным элементом таких реле
является биметаллическая пластина
с контактом на конце. Она состоит из
двух спаянных или склепанных меж-
ду собой пластин из металлов (спла-
вов) с различными температурными
коэффициентами линейного расши-
рения.
При нагревании биметаллической
пластины, один конец которой закреп-
лен, она будет прогибаться в сторону
металла с меньшим коэффициентом
расширения. Это приводит к замыка-
нию контакта, находящегося на конце
Металлическая пластина
с большим коэффициентом
, расширения
металлическая пластина
е меньшим коэффициентом
расширения
Рис. 1.50. Тепловое реле с по-
догревателем
биметаллической пластины.
с контактом, который неподвижно закреплен на основании
реле (рис. 1.50). В тепловых реле нагрев биметаллической
пластины производится либо током, протекающим непосредственно
через нее как проводник, либо специальным подогревателем
(спиралью).
В РЛС применяются тепловые реле времени и тепловые реле
защиты. Первые должны срабатывать по истечении определенного
промежутка времени с начала нагревания биметаллической плас-
тины, вторые—по достижении током, протекающим по пластине,
определенной величины.
Моторное реле времени
Моторное реле времени служит для включения в определенной
последовательности и со строго определенными выдержками вре-
мени различных цепей РЛС и АСУ.
Рис. 1.51. Могорное реле времени:
/ — двигатель; 2 — редуктор; 3 — муфта: 4 — кулачковый вал; 5 —
электромагнит; 6 — кулачки; 7 — контакты;'# — пружина
Реле, принципиальная схема которого изображена на рис. 1.51,
состоит из двигателя / с редуктором 2, приводящего во враще-
ние кулачковый вал 4, на котором размещены фигурные кулачки 6.
Выходной вал двигателя соединяется с кулачковым валом муф-
той 3 сцепления с помощью электромагнита 5. Возвращение ку-
лачкового вала в исходное положение при выключении реле про-
изводится возвратной пружиной 8.
При включении реле к сети одновременно подключаются дви-
гатель и электромагнит. Двигатель вращается и через муфту по-
ворачивает кулачковый вал. Кулачки вала в определенной после-
довательности и через определенные интервалы времени замы-
кают контакты 7. Последним кулачком размыкается контакт, кото-
рый отключает двигатель от сети. Двигатель останавливается.
Муфта не дает возможности валу вернуться в исходное состояние.
При включении реле снимается напряжение с обмотки электро-
магнита. Муфта расцепляется. Под действием пружины кулачко-
вый вал и контактная система приходят в исходное состояние,
§2
1.10.2. Синхронные передачи. Сельсины
Электрическими синхронными передачами называются систе-
мы, служащие для одинакового углового перемещения двух или
нескольких механически не связанных между собой валов.
Любая синхронная передача состоит из датчика, приемника,
линии связи ЛС и источника питания. Обычно датчик и приемник
синхронной передачи одинаковы.
Наибольшее распространение в РЛС и АСУ нашли синхрон-
ные передачи на сельсинах. Они используются, папример, для пе-
редачи углд поворота антенны на азимутальный прибор, для кон-
троля положения отклоняющих катушек индикаторов кругового
обзора в соответствии с антенной, в системах автоматической пе-
рестройки РЛС с одной частоты на другую и для других целей.
Контактный сельсин
Сельсин (рис. 1.52) представляет собой маломощную индук-
ционную электрическую машину переменного тока. Он состоит из
двух основных частей: статора и
вид пакета, набранного из ли-
стов электротехнической стали
(рис. 1.52,я). В его пазы уло-
жена трехфазпая обмотка. Ротор
представляет собой двухполюс-
ный электромагнит. Он также на-
бирается из листов электротехни-
ческой стали. На сердечник ро-
гора наматывается обмотка, кон-
цы которой выведены к двум изо-
лированным друг от друга коль-
цам, размещенным на валу.
К кольцам прижимаются щетки,
обычно имеющие вид пружинных
пластин. Контактная поверхность
щеток посеребрена. Концы об-
мотки статора и щетки подсоеди-
нены к пяти клеммам на панели,
имеющим соответственно обоз-
ротора. Статор сельсина имеет
Рис. 1.52. Контактные сельсины:
а — с распределенной трехфязной обмот-
кой к а статоре ; 6 — с однофазной статор-
ной обмоткой: 1 — статор; 2 — ротор; 3 —
однофазная обмотка: 4 — трехфазная об-
начення Сь С2? Сз и Рь Рг- M0TK:i
В другой конструкции сельси-
нов (рис. 1.52,6) в статоре на двух явно выраженных полюсах
заложена однофазная обмотка в виде двух катушек, а в пазы ци-
линдрического сердечника ротора — трехфазная обмотка, соеди-
ненная «звездой». На валу ротора сельсина имеются три кольца.
Клеммы на панели в этом случае имеют обозначения Ci, С2 и рь р2,
Рз. Питание к обмоткам роторов сельсинов подводится с помощью
скользящего контакта щетки и кольца. Поэтому такие сельсины
называют контактными.
83
Переменный ток, протекая по однофазной обмотке сельсина,
создает переменное магнитное поле. Это поле пересекает трех-
фазную обмотку и наводит в ее фазах переменные ЭДС. Ампли-
туда каждой из этих ЭДС различна. Она зависит от того, как рас-
положена фаза трехфазной обмотки относительно однофазной об-
мотки. Переменная ЭДС наибольшей амплитуды наводится в той
Рис. 1.53. Схема индикаторной синхронной передачи на сель-
синах
из фаз трехфазной обмотки, ось катушки которой совпадает с
электрической осью однофазной обмотки. В других обмотках, не-
параллельных однофазной, наводятся меньшие ЭДС. При пер-
пендикулярном расположении обмоток наводимая ЭДС равна
пулю.
Для передачи на расстояние показаний измерительных прибо-
ров применяется так называемая индикаторная синхронная пере-
дача. В РЛС такая передача применяется, например, для кон-
троля за положением антенны. Передача состоит из двух одина-
ковых . сельсинов: датчика, связанного через редуктор с осью, и
приемника, на оси которого расположена стрелка прибора инди-
катора азимута. Обмотки сельсинов соединены между собой, как
это показано на рис. 1.53.
Если роторы обоих сельсинов занимают одинаковые положе-
ния относительно статорных обмоток, то в соответственных фазах
датчика и приемника будут наводиться одинаковые по амплитуде,
но встречные друг к другу ЭДС. Ток в цепи статорных обмоток
протекать не будет.
При повороте ротора сельсина-датчика на некоторый угол 0 в
соответственных фазах трехфазных обмоток индуктируются не-
одинаковые по амплитуде ЭДС. Так как цепи трехфазных обмоток
замкнуты, то появившиеся разности потенциалов между соответ-
ственными фазами датчика и приемника создают в цепи обмоток
уравнительные токи. Эти токи, протекая по трехфазным об.мот-
84
кам, взаимодействуют с магнитными потоками обмоток возбуж-
дения.
В результате такого взаимодействия на роторы сельсинов дей-
ствует вращающие моменты, стремящиеся повернуть их и устра-
нить возникшее рассогласование. Так как токи в соответственных
фазах сельсина-датчика и сельсипа-приемника имеют противопо-
ложные направления, то роторы будут стремиться поворачи-
ваться навстречу друг другу, пока рассогласование нс станет рав-
ным нулю. Положение ротора сельсипа-датчнка зафиксировано
вращающим его механизмом. Поэтому поворачиваться может
только ротор сельсина-приемника. Он будет поворачиваться до
тех пор, пока не займет такое же положение, что и ротор сель-
сина-датчика, т. е. на угол 0.
Недостатком контактного сельсина является налично сколь-
зящего контакта между щетками и кольцами. Трение в этом кон-
такте понижает точность передачи угла от датчика к приемнику.
Загрязнение и окисление контактных колец, а также подгорание
щеток и колец из-за искрения ухудшают работу передачи. Кон-
тактные сельсины требуют постоянного ухода в процессе эксплуа-
тации.
л
Бесконтактный сельсин
Бесконтактный сельсин — это такой сельсин, который не имеет
иа роторе вращающейся обмотки и контактных колец (рнс. 1.54).
Статор бесконтактного сельсина представляет собой пакет, на-
бранный из листов электротехнической стали. В пазы пакета уло-
жена трехфазная обмотка, соединенная «звездой». Однофазная
обмотка возбуждения находится не на роторе, а размещена на
торцовых крышках статора и состоит из двух тороидальных кату-
шек. Эти катушки соединены между собой последовательно. Ро-
тор бесконтактного сельсина представляет собой два Г-образных
железных лецсстка, закрепленных на двух полуосях. Лепестки
разделены между собой немагнитным материалом (алюминиевой
втулкой или прокладкой) (рис. 1.54,а). Благодаря лепесткам маг-
нитный поток обмотки возбуждения меняет свое направление на
90° и, выйдя из катушек обмотки возбуждения, попадает по лепе-
сткам в статорное кольцо.
В результате этого переменный магнитный поток возбуждения,
входя в статор с одного из лепестков ротора и выходя в диа-
метрально противоположном месте иа другой лепесток, будет сов-
падать по направлению с линией лепестков (рис. 1.54, а).
При повороте вала сельсина (и лепестков) на некоторый угол
на такой же угол поворачивается и магнитное поле возбуждения.
Следовательно, работа индикаторной синхронной передачи на
бесконтактных сельсинах ничем не отличается от работы рассмот-
ренной выше передачи на контактных сельсинах.
Недостатком бесконтактных сельсинов по сравнению с кон-
тактными является-малый по величине поток однофазных обмо-
85
ток. Поэтому такие сельсины способны развивать па валу мень-
ший момент, чем контактные.
В качестве датчиков в синхронных передачах применяются
бесконтактные сельсины БД-404А, БД-501 Л, а в качестве прием-
ников— БС-404А и БС-501А. Сельсин-приемник отличается от
сельсина-датчика тем, что для уменьшения колебаний на конец
его вала надет массивный маховик-демпфер.
Рис. 1.54. Устройство бесконтактного сельсина:
а — упрощенная схема магнитной цепи: б — устройство сельсина:
Рз и Рг — Г-образные пластины: / — корпус: 2 —катушка обмотки
возбуждения: 3 — трехфазнагя обмотка: -/—полуось: .5 — диамагнит-
ная прокладка
Часто бывает необходимо управлять положением ротора сель-
сина-приемника от двух датчиков. Для этой цели применяются
сельсины специальной конструкции, называемые дифференциаль-
ными сельсинами.
Дифференциальный сельсин представляет собой контактный
сельсин, у которого и на статоре, и на роторе расположены трех-
фазные обмотки, соединенные «звездой». Трехфазпая обмотка ро-
тора дифференциального сельсина соединяется с трехфазной об-
моткой сельсина-датчика, а трехфазная статорная обмотка — с
трехфазной обмоткой сельсина-приемника.
1.10.3. Понятие о следящих системах
Сельсин-приемник индикаторной синхронной передачи создает
на своем валу очень небольшое усилие. Это усилие может повора-
чивать лишь стрелку прибора. Если для вращения какого-либо
механизма требуется затрачивать большую мощность, то приме-
няется силовая синхронная передача, обычно называемая следя-
щей системой. /
Следящие системы применяются в РДС для вращения при-
емно-передающих кабин, установки антенны запросчика на за-
данный азимут, вращения отклоняющих катушек индикаторов
кругового обзора и др.
В состав следящей системы, структурная схема которой изо-
бражена па рис. 1.55, входят следующие основные части: сельсин-
датчик, сельсин-приемник, усилитель мощности и исполнительный
86
двигатель. Сельсин-приемник работает в трансформаторном ре-
жиме. Его ротор жестко связан с валом рабочего механизма. Од-
нофазная обмотка сельсина-приемника играет роль вторичной об-
мотки трансформатора. Индуктированная в ней ЭДС поступает
на вход усилителя мощности. Усилитель мощности служит для
усиления этого слабого сигнала до величины, достаточной для ра-
боты исполнительного двигателя.
'Сельсины
Рис. 1.55. Структурная схема следящей системы
Следящая система работает следующим образом. Если роторы
сельсина-датчика и сельсина-приемника расположены взаимно
перпендикулярно (схема показана на рис. 1.55), то ЭДС в ротор-
ной обмотке сельсина-приемника не наводится. Это объясняется
тем, что магнитное поле, созданное токами в статорной обмотке
сельсина-приемника, перпендикулярно к обмотке ротора. Так как
на вход усилителя сигнал по поступает, то двигатель не вра-
щается.
При повороте ротора сельсина-датчика на некоторый угол па
такой же угол повернется и магнитный поток статорной обмотки
сельсина-приемника. Этот магнитный поток будет пересекать ро-
торную обмотку, наводя в ней переменную ЭДС. Амплитуда ЭДС
тем больше, чем больше, угол поворота ротора сельсина-датчика.
Наибольшей величины ЭДС достигает при повороте ротора сель-
сииа-датчпка на угол 90°. При этом магнитный поток статора на-
правлен вдоль обмотки ротора.
ЭДС, наводимая в обмотке ротора сельсина-приемника, пода-
ется на вход усилителя мощности, усиливается им и приводит во
вращение исполнительный двигатель. Двигатель через редуктор
поворачивает вал рабочего механизма и одновременно ротор сель-
сина-приемника. Он вращается до ‘тех пор, пока ротор сельсина-
приемника не будет поставлен перпендикулярно к ротору сель-
сииа-датчика. При этом сигнал на входе усилителя станет равен
нулю и двигатель остановится. Рабочий механизм окажется по-
вернут на такой же угол, что и ротор сельсина-датчика.
Я
Если ротор сельсина-датчика непрерывно вращать в опреде-
ленном направлении с постоянной скоростью, то двигатель с такой
же скоростью и в ту же сторону будет поворачивать вал рабочего
механизма. При этом ось механизма в своем вращении будет не-
сколько отставать от осп ротора датчика. За счет разного углового
положения этих осей на вход усилителя будет все время пода-
ваться определенной амплитуды напряжение. Это напряжение не-
обходимо для работы двигателя с требуемой частотой вращения.
Разница в угловых положениях осей составляет ошибку системы.
Чем меньше ошибка, тем точнее ось рабочего механизма «следит»
за изменением положения оси ротора сельсина-датчика.
1.10.4. Усилители автоматических устройств
В следящих системах могут применяться электронные, электро-
машинные или магнитные усилители мощности. Схема и работа
электронного усилителя будет изложена в следующем разделе
(см. 2.4).
Э л с к т р о м a in инны й у с и л и т е л ь
Электромашинный усилитель (ЭМУ) применяется для управ-
ления электрическими двигателями постоянного тока большой
мощности (до десятков и сотен киловатт). Простейшим электро-
машинныЯ усилителем является генератор постоянного тока с по-
сторонним возбуждением. Входом усилителя является обмотка-
возбуждения, а выходом — обмотка якоря;
Сущность усиления мощности таким усилителем состоит в том,
что при всяком изменении величины и направления тока в цепи
возбуждения будет происходить такое же ио характеру изменение
тока в цепи якоря (перезагрузку). При этом выделяемая на на-
грузке мощность в 25—100 раз больше той мощности, которая за-
трачивается на управление в цепи возбуждения. Усиление сигнала
по мощности происходит за счет механической энергии, сообща-
емой двигателем, приводящим во вращение якорь генератора.
В РЛС применяются электромашинные усилители различных
типов, например ЭМУ-1,2А, ЭМУ-1,2П, ЭМУ-50 и др. Маломощные
ЭМУ выпускаются в одном корпусе с приводным двигателем.
ЭМУ большой мощности приводятся во вращение отдельным дви-
гателем.
Электромашинный усилитель представляет собой двухполюс-
ный генератор постоянного тока с посторонним возбуждением
(рис. 1.56). Он имеет значительно вытянутые по сравнению с обыч-
ным генератором полюсные наконечники. К коллектору ЭМУ при-
жимаются две пары щеток, из которых одна пара расположена
на геометрической нейтрали и замкнута накоротко (щетки АА-).
а другая расположена на оси полюсов (щетки ВВ'). К щеткам
ВВ' подключается нагрузка /?«.
&

Рис. 1.56. Электромашшшый усилитель:
а — устройство статора; 6 — схема ЭМУ
ДО, включаемая последовательно в
Статор ЭМУ представляет собой пакет, набранный из листов
электротехнической стали. В пазах статора уложены две одинако-
вые управляющие обмотки УО{ и УО2, компенсационная КО и до-
полнительная ДО обмотки (рис. 1.56,а).
Две одинаковые управ-
ляющие обмотки служат
для создания в ЭМУ управ-
ляющего магнитного пото-
ка Ф]. Этот магнитный по-
ток представляет собой раз-
ность магнитных потоков,
создаваемых обмотками, так
как токи в них протекают
в противоположных направ-
лениях. Величина и направ-
ление магнитного потока Ф1
определяются соотношением
токов в управляющих об-
мотках. При раве.нстве то-
ков в обмотках магнитный
поток Ф| отсутствует.
Дополнительная обмотка
цепь нагрузки ЭМУ, служит для уменьшения искрения щеток,
а компенсационная — для компенсации потока реакции якоря. Не-
которые ЭМУ снабжаются размагничивающей обмоткой РО, ко-
торая служит для размагничивания полюсов при отсутствии сиг-
нала на входе усилителя. Эта обмотка включается в сеть перемен-
ного тока.
Принцип работы усилителя состоит в следующем. Магнитный
поток Ф|, пересекая вращающуюся обмотку якоря, индуктирует
в ней ЭДС £i. Как и в обычном генераторе, ЭДС £\ снимается со
щеток АА'. Так как щетки АА' закорочены, то в цепи обмотки
якоря протекает наибольший по величине ток короткого замыкания.
Этот ток создаст свой магнитный поток Фа, направленный перпен-
дикулярно к магнитному потоку Ф1 и значительно больше его по
величине.
При вращении якоря в магнитном поле Фа в его обмотке на-
водится ЭДС Е2. ЭДС Ег больше по величине, чем ЭДС Е\, так
как она создается более сильным магнитным полем. Она снима-
ется с щеток ВВ'. За счет ЭДС Et через нагрузку протекает ток /2.
На нагрузке выделяется мощность в тысячи и даже десятки тысяч
раз большая, чем мощность, затрачиваемая в цепи управления.
При всяком' изменении величины и направления тока /1 про-
исходит такое же по характеру изменение тока /2 в нагрузке.
Магнитный усилитель
Магнитный усилитель — это электромагнитное устройство, ко-
торое статически (без движущихся частей) усиливает электриче-
ские сигналы по мощности или напряжению. Магнитные усили-
89
Win в настоящее время нашли очень широкое применение в раз-
личных системах автоматики РЛС. Они имеют большой срок
службы, надежны и обладают высокой чувствительностью.
Принцип работы магнитного усилителя основан на изменении
индуктивного сопротивления катушки с ферромагнитным сердеч-
ником при подмагничивании этого сердечника постоянным током.
Рис. 1.57. Простейший магнитный усилн-
телы
а — принцияналъная схема; б, в — кривые на-
магничивания: сердечника из электротехнической
стали (б), сердечника из пермаллоя (в)
Простейший магнитный
усилитель (рис. 1.57) пред-
ставляет . собой замкнутый
ферромагнитный сердечник,
на который намотаны две
обмотки.- Одна из обмоток
включается в цепь перемен-
ного тока последовательно
с нагрузкой Rtl и называется
нагрузочной (w^). Другая
обмотка подключается к
источнику постоянного тока
и называется управляю-
щей (аУу).
По закону Ома для цепи
нагрузки
величина тока в ней обратно пропорциональна сопротивлению.
Основную часть сопротивления цепи нагрузки составляет индук-
тивное сопротивление нагрузочной обмотки усилителя. Индуктив-
ное сопротивление этой обмотки для переменного тока тем боль-
ше, чем больше ее индуктивность (xt=<oL). Индуктивность же об-
мотки с ферромагнитным сердечником прямо пророрциональна его
магнитной проницаемости.
Следовательно, если каким.-либо образом изменять магнитную
проницаемость сердечника, то это приведет к изменению индуктив-
ного сопротивления нагрузочной обмотки и тока в цепи нагрузки.
Как видно из графика рис. 1.57,6, с увеличением тока /у в уп-
равляющей обмотке, намагничивающей сердечник, магнитная про-
ницаемость сердечника р сначала резко возрастает, а затем умень-
шается. Обычно сердечники магнитных усилителей выполняются
из пермаллоя — сплава, у которого насыщение наступает при ни-
чтожно малых значениЯхХ напряженности магнитного поля.
В результате увеличение тока /у в управляющей обмотке при-
водит только к. уменьшению магнитной проницаемости
(рис. 1.57,в). С увеличением тока в управляющей обмотке сер-
дечник усилителя намагничивается. Его магнитная проницаемость
уменьшается. Это приводит к уменьшению индуктивности и индук-
тивного сопротивления нагрузочной обмотки. Ток через нагрузку
увеличивается,
.00
Для того чтобы намагнитить сердечник до насыщения с по-
мощью катушки, имеющей достаточно большое количество витков,
надо пропустить по ней ток всего несколько миллиампер. Harpy-,
зочная же обмотка может быть включена в цепь переменного
тока большой мощности. Мощность, затрачиваемая на управление,
гораздо меньше мощности, выде-
ляющейся на нагрузке. Поэтому
данное устройство является уси-
лителем мощности.
Существенным недостатком
рассмотренного усилителя яв-
ляется то, что переменный маг-
нитный поток нагрузочной обмот-
ки наводит в управляющей об-
мотке переменную ЭДС. Для
устранения этого недостатка
усилитель выполняется на
трехстержневом сердечнике
(рис. 1.58). На среднем стержне
такого сердечника размещается
управляющая обмотка, а иа
крайних — две равные половины
нагрузочной обмотки. Нагрузоч-
ные обмотки включаются так,
Рис. 1.58. Схема магнитного усили-
теля на трехстержневом сердечнике
чтобы их магнитные потоки проходили через средний стержень
в противофазе и взаимно компенсировались. Вследствие этого
результирующий переменный магнитный поток в среднем стержне
равен нулю.
Если необходимо, чтобы при отсутствии тока в управляющей
-обмотке ток в нагрузке был равен нулю и с изменением полярно-
сти сигнала менялась фаза тока в нагрузке На 180°, применяются
дифференциальные магнитные усилители.
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель (рис. 1.59) состоит, из двух уси-
лителей на трехстержневых сердечниках. На среднем стержне
каждого из усилителей помимо управляющей обмотки имеется до-
полнительная обмотка смещения и>см. По ней протекает постоян-
ный ток от постороннего стабилизированного источника смещения.
Дополнительные обмотки создают одинаковое первоначальное
намагничивание сердечников обоих усилителей при /у=0. При
этом токи нагрузочных обмоток обоих усилителей Ц и 1г будут
одинаковы. Так как они протекают через нагрузку Za в противо-
положных направлениях, то результирующий ток равен нулю.
При подаче сигнала на вход усилителя по управляющим об-
моткам потечет ток /у. Он создает в сердечниках одинаковые маг-
нитные потоки Фу. Управляющие обмотки усилителей намотаны
так, чтобы в одном из сердечников магнитный поток Фу совпадал
91
по направлению с магнитным потоком Фсм, а в другом —был про-
тивоположного с ним направления.
На рис. 1.59 при заданной полярности Uy в усилителе 2 по-
токи совпадают, а в усилителе Л—направлены навстречу друг
другу. В результате магнитная проницаемость сердечника усили-
Рис. 1.59. Дифференциальный магнитный
усилитель:
/ — первый усилитель: 2 — второй усилитель
теля 2 уменьшается, а
усилителя / увеличивает-
ся. Это приведет к увели-
чению тока нагрузки вто-
рого усилителя /2 и умень-
шению первого /|. Через
нагрузку потечет ток,
равный разности:
При изменении поляр-
ности входного сигнала
по управляющим обмот-
кам потечет ток противо-
положного направления.
Сердечник второго усили-
теля будет намагничен
слабее, чем сердечник
первого. Ток /2 станет
меньше, чем ток Фаза
тока в нагрузке изме-
нится на 180°. (При ука-
занной на рисунке поляр-
ности напряжения на вторичной обмотке трансформатора через
нагрузку потечет ток противоположного направления.)
В качестве нагрузки дифференциального усилителя обычно ис-
пользуется одна из обмоток двухфазного двигателя. При этом из-
менение полярности сигнала на входе усилителя изменяет направ-
ление вращения двигателя. Частота вращения двигателя будет
тем больше, чем больший ток /у протекает по управляющим об-
моткам усилителя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как устроено и работает реле постоянного тока?
2. Как устроено и работает поляризованное реле?
3. Как устроено и работает реле переменного тока?
4. Для чего служат синхронные передачи?
5. Как устроен и работает бесконтактный сельсин?
6. Как работает следящая система?
7. Рассказать об устройстве и работе электромашинного уси-
лителя.
8. Каким образом происходит усиление сигнала по мощности
в магнитном усилителе?
92
J.II. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Электроизмерительными приборами называются приборы, слу-
жащие для измерения какой-либо электрической величины. Они
классифицируются по следующим основным признакам.
По роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, ом-
метры, ваттметры и комбинированные.
По роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока и
комбинированные.
По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнит-
ные, электродинамические, индукционные, термоэлектрические,
тепловые, электронные, электростатические и др.
По погрешностям измерения — на восемь классов: 0,05; 0,1;
0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
1.11.1. Принцип действия электроизмерительных приборов
Приборы магнитоэлектрической системы
Принцип действия приборов этой системы основан на взаимо-
действии магнитного поля постоянного магнита с током, проходя-
щим по обмотке подвижной катушки (рис. 1.60,а).
Прибор состоит из постоянного магнита с полюсными наконеч-
никами N, S; сердечника / из мягкого железа, создающего ради-
альное магнитное поле в воздушном зазоре; подвижной ка-
тушки 2, намотанной тонким изолированным проводом на легкую
алюминиевую рамку. Рамка размещается на двух полуосях. На
одной полуоси укреплена стрелка 3, которая свободно переме-
щается над шкалой 4 с равномерными делениями.
Угол поворота подвижной рамки а и связанной с ней стрелки
прямо пропорционален величине тока в катушке рамки:
где So—постоянная прибора;
/ — ток;
В— магнитная индукция;
N — число витков;
S — площадь рамки;
D— величина, характеризующая упругие свойства пружины,
создающей противодействующий момент.
Изменение направления тока в рамке вызывает изменение на-
правления поворота рамки, поэтому на клеммах прибора имеются
обозначения « + » и «—», указывающие на его правильное под-
ключение.
93
Приборы электромагнитной системы
Принцип действия приборов основан на явлении втягивания
стального сердечника в катушку с током (рис. 1.60,6).
6
Рис. 1.60. Типы электроизмерительных приборов:
« — магнитоэлектрические: / — сердечник; 2 — подвижная катушка; 3 — стрелка;
4 — шкала; 6 — электромагнитные: / — неподвижная катушка; 2 — сердечник; 3 —>
стрелка; 4 — воздушный успокоитель; в — электродинамические:. / — неподвижная
катушка; 2—подвижная катушка; 3 — стрелка; 4 — ось подвижной рамки; 5 — пру-
жина; г — термоэлектрические; д — тепловые
Прибор состоит из плоской неподвижной катушки 1 с обмот-
кой, стального сердечника 2, эксцентрично укрепленного на оси,
стрелки 3, спиральной пружины для создания противодействую-
щего момента и воздушного успокоителя 4.
Электромагнитные приборы применяются для измерения тока
и напряжения. Их шкала неравномерная, квадратичная. Угол по-
ворота стрелки а пропорционален квадрату протекающего по ка-
тушке тока:
а = ki2,
где k — постоянная прибора.
94
При изменении направления тока меняется как направление
магнитного поля, так и полярность намагничивающегося сердеч-
ника. Поэтому электромагнитные приборы могут измерять и по-
стоянный и переменный ток.
Приборы электродинамической системы
Принцип действия приборов основан на взаимодействии кату-
шек, по которым протекает измеряемый ток (рпс. 1.60,в).
Прибор состоит из неподвижной катушки 1 и подвижной ка-'
тушки 2, укрепленной на оси 4 внутри неподвижной. На оси ук-
реплена стрелка 3. Противодействующий момент создается пру-
жинами 5.
Угол поворота стрелки а является функцией произведения то-
ков в катушках:
4)-
В зависимости от способа включения катушек электродинами-
ческих приборов они могут быть использованы для измерения
тока, напряжения и мощности.
Приборы термоэлектрической системы
Принцип действия этих приборов основан на использовании
термо-ЭДС, возникающей на концах термопары при нагревании
места спая измеряемым током 1Х (рис. 1.60,г).
Прибор представляет собой сочетание измерительного меха-
низма магнитоэлектрической системы с термопреобразователем.
Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термо-
пар. Шкала измерительной части прибора градуируется на изме-
ряемый ток, протекающий через термопреобразователь.
Величина термотока пропорциональна термо-ЭДС, которая
пропорциональна квадрату измеряемого тока:
« = /</*.
Эти приборы находят широкое применение для измерения то-
ка в диапазоне радиочастот.
Тепловые приборы
Схема теплового прибора представлена на рис. 1.60, д.' Его
действие основано на удлинении проводника вследствие нагрева-
ния его. Основной частью прибора является тонкая нить из спе-
циального сплава, натянутая между зажимами Л и Б. К ним под-
ключаются концы проводов цепи, в которой измеряется ток или
напряжение. Один конец второй нити ВГ закреплен в точке В, а
второй —в неподвижной точке Г.'Ко второй нити в точке Д при-
95
крейлена третья шелковая нить, которая охватывает ролик, сидя-
щий па оси стрелки прибора. Вся система нитей поддерживается
в натянутом состоянии плоской пружиной ЕЖ.
Если по нити АБ пропустить ток, то длина ее от нагревания
увеличивается, конец пружины ЕЖ отходит влево, поворачивая
стрелку вправо на деление, соответствующее величине измеряемого
тока.
Прибор может измерять и постоянный и переменный ток, так
как тепловые действия их одинаковы.
1.11.2. Основные электроизмерительные приборы
Амперметр
Измерение величины тока в электрических цепях производится
амперметрами, миллиамперметрами и микроамперметрами.
Прибор для измерения тока включается в цепь всегда последо-
вательно с потребителем (рис. 1.61, а), т. е. нагрузкой /?„.
Чтобы включение амперметра не влияло на величину тока, по-
ступающего к потребителю, сопротивление прибора должно
быть, как минимум, на порядок меньше по сравнению с сопротив-
лением внешней цепи. «
Расширение пределов измерения амперметра достигается под-
ключением параллельно его обмотке постоянного сопротивления,
называемого шунтом (рис. 1.61,6).
Сопротивление шунта рассчитывается по формуле
где п — коэффициент шунтирования;
/ — общий ток в цепи; 1п — ток, протекающий через прибор.
Таким образом, для расширения предела измерения тока дан-
ным прибором в п раз необходим шунт с сопротивлением, в
(п—1) раз меньшим внутреннего сопротивления прибора /?».
Многопредельные приборы (с различными пределами из-
мерения тока) имеют несколько шунтов,' вмонтированных в сам
прибор.
Вольтметр
Измерение напряжения производится вольтметрами И. (мил-
ливольтметрами mV, киловольтметрами kV) разных систем. При-
бор для измерения напряжения подключается всегда параллельно
нагрузке Rn (рис. 1.61,в). Чтобы не вносить искажения в резуль-
таты измерений, сопротивление вольтметров должно быть воз-
можно большим.
96
Расширение пределов измерения вольтметров достигается под-
ключением последовательно с его обмоткой добавочного сопро-
тивления (рис. 1.61,г). Величину /?д определяют по формуле
Рис. 1.61. Схемы включения основных электроиз-
мерительных приборов:
а, б — амперметра; в, г — вольтметра; д — омметра;
е — лицевая сторона вольтметра электромагнитной
системы
где /?в — сопротивление обмотки вольтметра;
п — коэффициент добавочного сопротивления, т. е. число,
показывающее, во сколько раз с помощью добавочного
сопротивления увеличивается предел измерения.
Таким образом, для расширения пределов измерения напряже-
ния в п раз необходимо добавочное сопротивление в (п—1) раз
больше сопротивления прибора /?в- Если, например, хотим увели-
чить предел измерения вольтметра в 10 раз, то /?д должно быть
в 9 раз больше /?в.
Омметр
Этот прибор служит для измерения сопротивления. Индика-
тором омметра обычно является прибор магнитоэлектрической
системы (гальванометр). Схема включения омметра представлена
4—330 97
На рис, 1.61, д. Отклонение стрелки гальванометра Г, определяется
уравнением
„__Vi_________SqU
“ ~ г + Яо + ’
где U — напряжение источника;
г — сопротивление гальванометра;
Ro— известное сопротивление;
Rx — измеряемое сопротивление при .постоянных So, Ro, г и U-
Отклонение а однозначно определяется величиной Rx, что по-
зволяет проградуировать шкалу измерителя непосредственно в
омах. Омметры, как правило, многопредельные. Питание их чаще
всего от сухих элементов, вмонтированных в корпус прибора. Ус-
тановка пуля отсчета производится при замкнутом ключе К или
замкнутых наконечниках Л и Б.
Универсальные (комбинированные) приборы
Эти приборы широко применяются в ремонтной практике ра-
диоэлектронной аппаратуры,, так как позволяют одним прибором
измерять силу тока, напряжение, сопротивление, а в некоторых
случаях емкость и другие физические величины. Как правило, это
многопредельные приборы. Переход с одной шкалы на другую
осуществляется переключателем. В большинстве универсальных
приборов предусмотрено измерение и на постоянном и на перемен-
ном токе.
Комбинированный прибор Ц4313
Прибор состоит из индикатора (микроамперметра) и схемы,
позволяющей использовать этот 'микроамперметр для измерения
постоянных и переменных токов, напряжений, сопротивлений по-
стоянному току, емкости и относительности уровня переменного
напряжения.
Устройство передней панели представлено на рис. 1.62.
Индикатор имеет четыре шкалы 1:
шкала переменных напряжений и токов (верхняя);
шкала постоянных напряжений и токов (вторая сверху);
шкала сопротивлений (третья сверху);
шкала децибел (иижняя).
Кроме индикатора на передней панели размещены: клавишный
переключатель рода работы 2, переключатель пределов измере-
ния 3, ручка «Уст. О» для установки нуля омметра, корректор 4,
общий зажим «>К», который используется при всех измерениях,
зажим «I/», «/», «—гх», указывающий на род измеряемой вели-
чины.
На задней панели прибора указаны основные правила работы
с прибором. ’ ...
98
Для получения правильных результатов и для предупреждения
возможных повреждений прибора необходимо придерживаться
следующих общих правил:
Рис. 1.62. Универсальный измерительный прибор Ц4313:
/ — шкала: 2 — переключатель рода работы: 3 — переключатель
пределов пзмерейля; 4 — корректор
стрелку прибора с помощью корректора установить на началь-
ные отметки шкал;
включать прибор в измерительную схему в соответствии с мар-
кировкой у зажимов в гнезд;
4* 99
НЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЬ ПОД ТОКОМ переключатель пределов
измерений, так как это может привести к повреждению прибора.
а) Измерение тока и напряжения:
переключатель рода работы установить в положение «—» при
измерении постоянных напряжений и токов или в положение «~»
при измерении переменных напряжений и токов (нажать кла-
вишу);
переключатель пределов измерения установить в положение,
соответствующее ориентировочному значению измеряемых тока
пли напряжения;
включить прибор в исследуемую цепь зажимами «^» и «(/»,
«/», «—гл»;
произвести отсчет измеряемой величины по шкале с обозначе-
нием «—» при измерении постоянных токов и напряжений или по
шкале с обозначенном «~» при измерении переменных токов и
напряжений.
б) Измерение сопротивлений:
установить переключатель рода работы в положение «гх»;
замкнуть соединительные провода накоротко и вращением руч-
ки «Уст. О» установить стрелку на пулевую отметку шкалы «й»,
«кй». Если это не удается, следует сменить батарею сухих эле-
ментов;
разомкнуть соединительные провода и присоединить к ним из-
меряемое сопротивление;
произвести отсчет по шкале «Й», «кй».
Примечание. Измерения на пределе «5 МОм» возможны
только при наличии дополнительной (наружной) батареи напря-
жением 34—43 В.
в) Определение цены делений приборов при измерении токов
и напряжений.
Для правильного отсчета измеряемой величины по шкале из-
мерительного прибора необходимо предварительно определить це-
ну делений шкалы на соответствующем пределе измерений, для
чего предел измерения, соответствующий положению переключа-
теля пределов измерения, разделить на число делений шкалы.
Для получения отсчета необходимо полученную цену деления ум-
ножить на число делений, соответствующее показанию стрелки
индикатора. Например, при измерении напряжения прибором Ц4313
исходя из ориентировочного значения измеряемого напряжения
выбран предел измерения «15V» (т. е. переключатель пределов
измерения установлен в положение «15V»); при подключении при-
бора к исследуемой цепи стрелка остановилась на 20-м делении
шкалы. Тогда неизвестное значение напряжения определяется
следующим образом:
U% == (Цена деления) X 20 дел. = X 20 дел. = 10 В,
си дел»
где 30 —полное число делений шкалы.
100
Кроме прибора Ц4313 могут применяться приборы Ц4312,
Ц4315, Ц4325 и др. Незначительные отличия в работе с ними
даны в инструкциях к каждому прибору.
1.11.3. Выбор электроизмерительного прибора для измерений
Электроизмерительные приборы весьма разнообразны, поэтому
выбор прибора для конкретного измерения имеет важное значение,
так как от прибора зависит результат измерения, а установка его
в цепи, не соответствующей параметрам прибора, может привести
к порче прибора.
Перед началом измерений необходимо уяснить себе некото-
рые сведения об объекте измерения, а именно: род измеряемой
величины (ток, напряжение, сопротивление и др.); род измеряе-
мого тока (постоянный, переменный, однофазный, трехфазный);
ориентировочно пределы измерения и др.
Затем в зависимости от характеристики объекта измерения
выбрать соответствующий измерительный прибор, пользуясь ус-
ловными обозначениями, имеющимися на лицевой стороне при-
бора. Обычно на его шкале (рис. 1.61, е и 1.62) условными знаками
(табл. 2—6) указываются: название прибора (A, mA, pA, V), ука-
зывающее на единицы измеряемой величины; класс точности при-
бора, например 1,0; род тока и число фаз (постоянный, переменный,
однофазный ~), системы прибора (магнитоэлектрическая и др.);
рабочее положение прибора (вертикальное ±, горизонтальное —-);
испытательное напряжение изоляции прибора по отношению к кор-
пусу (^2,5 kV); товарный знак завода-изготовителя, заводской
шифр прибора; номер стандарта, в соответствии с требованиями
которого выпущен прибор.
При выборе электроизмерительного прибора необходимо вы-
полнять следующие требования.
1. Пределы измерения- должны охватывать возможные значе-
ния измеряемых величин.
Во избежание порчи многопредельных приборов их сначала
следует включать на наибольший предел. В процессе измерений
для увеличения точности перейти на тот диапазон, верхний пре-
дел которого ближе всего к значению измеряемой величины, но
больше ее. Необходимо помнить, что при измерениях на различ-
ных пределах цена деления будет различной.
2. Класс точности прибора должен удовлетворять требуемой
точности измерений. Класс точности указывается на шкале при-
бора цифрой (обведенной окружностью). Принадлежность при-
бора к данному классу характеризуется наибольшим допустимым
значением приведенной погрешности 5, которая определяется по
формуле
2 = -^--100%,
101
где В —приведенная погрешность, выраженная в %'j
ДЛ— максимальная абсолютная погрешность;
Лт — верхнее значение показаний" прибора.
Таблица 2
Род измеряемой прибором величины Название прибора Условное обозначение
Ток Амперметр А
Напряжение Электрическая Вольтметр V
мощность Ваттметр W
Частота Электрическое частотомер HZ
сопротивление индуктивность Емкость Омметр Генриметр- фарадомвтр я
Сдвиг (раз фазометр
Таблица 3
Система прибора Условный злак
Магнитоэлектрическая 0
Электромагнитная *
Электродинамическая ф
Тепловая у
Таблица 4
Род измеряемого тока Условный знак
Постоянный ток —
Переменный ток
Постоянный и пе- ременный ток
Трехфазный ток
Таблиц а.5
положение прибора и измерении УслсМ знак
Вертикальное 1
Горизонтальное 1 1
Под узлом 60°
Таблица 6
.прочие обозначения условный знак
Указание класса точности. омом&ор
Изоляция прибора испытана на2000£ 5^?
Год выпуска . Заводской помер 21207
Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной
погрешности к предельному значению измеряемом величины (к
наибольшему ее значению, которое можно измерить по шкале при-
бора).
102
Пример. Милливольтметром на 200 мВ измерено напряже-
ние 50 мВ. Класс точности прибора 8=1,0. Найти возможную по-
грешность измерения.
Максимальная абсолютная погрешность согласно классу точ-
ности равна
ДА = ЪАт = 0,01 - 200 =» 2 мВ.
Возможная относительная погрешность измерения в данном
примере:
-^-=А.юо%=4%.
3. Чувствительность прибора должна удовлетворять требуе-
мой точности прибора.
Чувствительностью S электроизмерительного прибора называ-
ется отношение линейного или углового перемещения указателя а
к измеряемой величине х, вызывающей это перемещение:
т. е. чувствительность численно равна линейному или угловому
перемещению указателя я, соответствующему единице измеряемой
величины х.
Величина, обратная чувствительности прибора 1/S=e, назы-
вается ценой деления или постоянной прибора. Цена деления
представляет собой измеряемую величину, вызывающую откло-
нение указателя на одно деление. Цена деления зависит от верх-
него предела измерения прибора и от числа делений шкалы.
Например, прибор, рассчитанный на измерение постоянного
напряжения до 200 мВ при шкале в 100 делений, имеет цену де-
ления
6 = 155 = 2 мВ/Дел-
4. Прибор должен соответствовать той частоте, при которой
происходит измерение физической величины.
5. Входное сопротивление и входная емкость прибора должны
быть такими, чтобы не вносить искажений в результат измерений.
6. Каждое измерение необходимо выполнять с наиболее дости-
жимой для данного прибора точностью, правильно подбирая пре-
делы измерения многопредельных приборов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
r 1. Устройство и принцип действия приборов магнитоэлектри-
ческой системы.
2. Устройство и принцип действия приборов электромагнитной
системы.
103
3. Устройство и принцип действия приборов электродииамиче*
ской системы.
4. Устройство и принцип действия тепловых приборов.
5. Как включаются в электрическую цепь амперметры и вольт*
метры?
6. Что можно измерять комбинированным прибором Ц4313?
7. Какие условные обозначения имеют шкалы электроизмери-
тельных приборов.?
ГЛАВА 2
РАДИОТЕХНИКА
2.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ
КОНТУР
Радиотехника — это отрасль науки, занимающаяся изучением
и практическим лрцрепением электромагнитных колебаний. Ра-
дио, телевидение, радиолокация являются отраслями радиотех-
ники и базируются на се законах.
Наша страна — родина радио. Приоритет в изобретении радио
принадлежит выдающемуся русском)' ученому Александру Степа-
новичу Попову. Он первый построил приемник электромагнитных
волн и 7 мая 1895 г. продемонстрировал его работу на заседании
Русского физико-химического общества в Петербурге. День 7 мая
назван Днем радио и ежегодно отмечается в нашей стране.
После победы Великой Октябрьской социалистической рево-
люции в нашей стране начался подлинный расцвет радиотехники.
Уже в 1918 г. 21 июня был опубликован подписанный В. И. Ле-
ниным декрет «О централизации радиотехнического дела Совет-
ской Республики». По указанию В. Й. Ленина была создана Ни-
жегородская радиолаборатория во главе с талантливыми инже-
нерами В. М. Лещинским и М. А. Бонч-Бруевичем. Эта лаборато-
рия послужила началом и сыграла огромную роль в развитии оте-
чественной радиотехники.
В развитие отечественной радиотехники большой вклад внесли
такие выдающиеся советские ученые, как М. А. Бонч-Бруевич,
М. В. Шулейкин, Л. И. Мандельштамм, Н. Д. Папалекси,
В. П. Вологдин, Б. А. Введенский, А. И. Берг, В. И. Снфоров,
А. Л. Минц и многие другие.
Принципы, методы и технические средства радиотехники про-
никли во многие отрасли науки и техники, превратив радиотех-
нику в более широкую область человеческой деятельности — ра-
диоэлектронику.
Благодаря неустанным заботам Коммунистической партии в
развитии радиоэлектроники радиопромышленность СССР стала
крупной отраслью промышленности. СССР занимает первое мес-
то в мире по мощности радиовещательных станций.
105
2.1.1. Свободные колебания в контуре
Колебательным контуром называется электрическая цепь, со-
стоящая из Последовательно соединённых между собой катушки
индуктивности L и конденсатора С (рис. 2.1,а).
Рис. 2.1. Колебательный контур?
а •ь- схема контура; б, в — объяснение физических, процессов, проис»
ходящих в контуре v
В состав реального колебательного контура всегда входит
активное сопротивление R в виде сопротивления провода ка-
тушки, соединительных проводов и потерь в конденсаторе. По-
этому величины индуктивности катушки L, емкости конденса-
тора С и активного сопротивления R называются параметрами
колебательного контура. Они полностью характеризуют колеба-
тельный процесс в контуре, который широко используется в ра-
диотехнических устройствах. Колебательным называется всякий
периодически повторяющийся с течением времени процесс.
Физические процессы, происходящие в контуре, рассмот-
рим на примере схемы рис. 2.1,6, для простоты предполагая, что
активное сопротивление R в контуре отсутствует.
Если зарядить конденсатор С от источника постоянного тока
до напряжения Um, -поставив для этого переключатель в положе-
ние 1, то конденсатор получит запас потенциальной энергии.
I
Эта энергия будет сосредоточена в электрическом поле между
обкладками конденсатора.
Белу в какой-то момент поставить переключатель в поло-
жение 2, то образуется колебательный контур, в котором конден-
сатор С получит возможность разряжаться через катушку индук-
тивности L. В колебательном контуре появится нарастающий
с течением времени ток / (рис. 2.1,в). Напряжение на конденса-
торе начинает падать от максимального значения Um до нуля,
а ток через катушку L увеличивается от нуля др максимального
значения.
1Q§
Мгновенно напряжение до нуля упасть не может, так как на-
растающий ток, проходящий через катушку L, будет создавать
вокруг нее магнитное поле, которое, пересекая силовыми лини-
ями катушку L, образует в ней ЭДС самоиндукции, препятствую-
щую мгновенному разряду конденсатора.
Через некоторое время в момент конденсатор полностью
разрядится, ток в катушке достигнет максимального значения.
Это значит, что вся энергия электрического поля превратилась
в энергию магнитного поля: 4 —
причем в контуре без потерь Wc — Wl.
С момента i\ максимальный ток, ничем более не поддержива-
емый, начинает постепенно уменьшаться до нуля, сохраняя преж-
нее направление. Мгновенному уменьшению тока до нуля проти-
водействует образующаяся при этом ЭДС самоиндукции, имею-
щая обратное направление по отношению к первоначальному.
При этом конденсатор .С начинает перезаряжаться, и в момент
времени t2 напряжение на конденсаторе достигнет максимального
значения. Ток за это время упадет от максимального значения
до нуля. Энергия магнитного поля катушки перешла в электри-
ческую.
Затем конденсатор С начинает опять разряжаться, и в момент
времени /3 напряжение на его обкладках достигает нулевого зна-
чения, а ток за это время изменится от нуля до максимума, но
будет иметь противоположное направление. Начиная с момента
времени /3 ничем не поддерживаемый ток убывает, сохраняя свое
направление, и в момент времени Ц достигает пулевого значения.
Напряжение на конденсаторе за этот промежуток времени рас-
тет от нуля до максимального значения, в результате чего кон-
денсатор снова перезаряжается.
На этом заканчивается один цикл работы колебательного кон-
тура, затем процесс повторяется и при весьма малых потерях в
контуре может продолжаться длительное время.
Такой периодически повторяющийся обмен энергией между
катушкой индуктивности и конденсатором в колебательном кон-
туре, не поддерживаемый посторонним источником энергии, носит
название свободных колебаний. Колебательный процесс в кон-
туре характеризуется вполне определенными парамет-
рами.
Максимальное значение Um и 1т, которого достигает напря-
жение или ток при своем изменении, называется амплитудой ко»
лебания. Причем в контуре без потерь амплитуды остаются не
изменными. Такие колебания, амплитуда которых с течением вре-
мени не изменяется, называются незатухающими (рис. 2.2,в).
Время Т, в течение которого напряжение или ток совершает,
один полный цикл своих изменений, называется периодом коле-
баний.
107
Число колебаний в 1 с называют частотой колебаний. Бук-
вой F обозначают низкие частоты до 20—30 кГц. Буквой f обо-
значают высокие и сверхвысокие частоты (свыше 20—30 кГц).
К сверхвысоким частотам относятся частоты от десятков мегагерц
и более. Период и частота — величины, обратные друг другу:
Vi Of V
а. бе
Рис. 2.2. Виды колебаний в контуре:
а — незатухающие колебания; 6 — затухающие колебания в
контуре с малыми потерями; в — то же. в контуре с больши-
ми потерями
Частота свободных колебаний в контуре называется собствен-
ной частотой контура и обозначается /о-
Зависимость периода Т и частоты собственных колебаний /о
от параметров контура L и С определяется формулами:
r = 2zy7C;
f _ 1
где Т — период, с;
L — индуктивность, Гн;
С — емкость, Ф;
/о—частота, Гц.
Из формул можно сделать выводы:
а) чем больше емкость и индуктивность контура, тем больше
период и меньше частота собственных колебаний контура;
б) при увеличении емкости или индуктивности, например, в
четыре раза период увеличивается, а частота .уменьшается толь-
ко в два раза.
2.1.2. Вынужденные колебания в контуре
Колебательного контура без потерь построить нельзя. В ре-
альном контуре на преодоление активного сопротивления будет
затрачиваться какая-то часть энергии. Поэтому при каждом пе-
108
резаряде конденсатор будет Получать все меньше и меньше энер-
гии и амплитуда свободных колебаний будет уменьшаться.
Такие колебания, амплитуда которых с течением вре-
мени уменьшается, называются затухающими -колебаниями
(рис. 2.2,6). Чем больше активное сопротивление катушки ин-
дуктивности и потери энергии в конденсаторе, тем быстрее зату-
хают колебания (рис. 2.2,в). Продолжительность колебаний в
контуре, определяется его добротностью.
Добротностью (или качеством) контура Q называется отно-
шение реактивного (индуктивного xL или емкостного Хс) сопро-
тивления контура на частоте собственных колебаний /о к актив-
ному сопротивлению R на той же частоте:
4 R R •
Величина, обратная добротности, называется затуханием кон-
тура:
В контуре с высокой добротностью амплитуда колебаний убы-
вает очень медленно. Современные колебательные контуры хоро-
шего качества в диапазоне высоких частот имеют добротность
Q=100-r-200, а в диапазоне сверхвысоких частот — до многих
тысяч.
В одиночном контуре даже с очень высокой добротностью ко-
лебания затухают. Однако в ряде случаев требуется, чтобы коле-
бания были незатухающими. Для этого от постороннего источ-
ника необходимо периодически добавлять энергию в контур, ком-
пенсируя имеющиеся в нем потери.
Колебания, возникающие в контуре под непрерывным воздей-
ствием внешнего источника, называется вынужденными колеба-
ниями. Для получения вынужденных колебаний источник пере-
менной ЭДС может подключаться к элементам контура последо-
вательно пли параллельно (рис. 2.4). При этом частота вынуж-
денных
ника и
колебаний определяется частотой постороннего источ-
может отличаться от собственной частоты контура.
2.1.3. Резонанс в колебательном контуре
совпадении частот вынужденных колебаний с собствен-
При
пой частотой контура наступает явление резонанса. При резо-
нансе ток в контуре достигает наибольшей величины. Частота ко-
лебаний ЭДС внешнего источника, при котором наступает явле-
ние резонанса, называется резонансной частотой и обозначается
fpes.
Явление резонанса можно получить изменением частоты ЭДС
внешнего источника при неизменной частоте собственных колеба-
ний контура или настройкой контура, т. е. изменением частоты
109
собственных колебаний контура при неизменной частоте внешнего
источника. В последнем случае для получения резонанса изме-
няют либо индуктивность, либо емкость контура, или то и другое
вместе до совпадения собственной частоты контура с частотой
внешнего источника.
Рис. 2.3. Формы резонансной кривой при различ-
ной добротности контура:
I — в контуре с низкой добротностью; 2 — в контуре о
высокой добротностью
На рис. 2.3 показано, как изменяется величина тока / в кон-
туре с изменением его частоты. По мере приближения к резонансу
ток в контуре увеличивается. В момент резонанса он достигает
наибольшего значения, по мере удаления от резонанса — умень-
шается. »
Графическая зависимость тока в контуре от частоты вблизи
резонанса называется резонансной кривой. Из рис. 2.3, на кото-
ром изображены резонансные кривые двух контуров различной
добротности, можно сделать заключение о том, что чем больше
добротность контура, тем более острый вид имеет его 'резонанс-
ная кривая, тем больше разница между амплитудой тока резо-
нансной частоты и другими частотами, воздействующими на ко-
лебательный контур.
Способность контура выделять из всех подводимых колебаний
только те колебания, частота которых близка к резонансной, на-
зывается избирательностью контура. Полоса частот, в пределах
которой величина тока в контуре составляет не менее 0,707 от
тока при резонансе, называется полосой пропускания контура и
обозначается 2F. Собственная частота контура /о, полоса про-
пускания 2F и добротность контура Q связаны соотношением
0 = А
Ч 2F •
110
Чем выше добротность контура, тех! меньше его полоса про-
пускания: Q2>Qi; 2F2<2F].
В зависимости от способа подключения источника внешней
ЭДС в контуре различают два вида резонанса: резонанс напря-
жений и резонанс тока.
Резонанс напряжений
Резонанс напряжений возникает при последовательном соеди-
нении источника внешней ЭДС с индуктивностью и емкостью кон-
тура (рис. 2.4,а), когда частота источника равна частоте собст-
Рис. 2.4. Последовательное (а) п параллельное (б) со-
единения элементов контура с внешним источником
Л
венных колебаний контура /Нст=/о. В этом случае реактивные со-
противления катушки индуктивности и емкости равны по величи-
не XL — Xc.
Входное (общее) сопротивление контура мало и равно его
активному сопротивлению грез-/?, так как противоположные по
знаку сопротивления а'дД! хс компенсируют друг друга; сопротив-
ление контура имеет активный характер:
*реэ — + (XL — Хс)2; £рез — /?•
Величина тока при резонансе вследствие малого» сопротивле-
ния контура достигает максимального значения!
г — Е _ Е
<*’ “ грез “ R '
Этот ток, протекая по последовательно соединенным элемен-
там контура, создает на катушке индуктивности и конденсаторе
равные по величине падения напряжения Ul—Uc.. Напряжения
и L'c могут значительно превышать ЭДС источника.
Ш
Это значит, что при резонансе напряжений можно получить
выигрыш в напряжении, который определяется качеством кон-
тура Q:
Е fpt3R R ч’
Чем выше качество контура Q, тем больше напряжение на эле-
ментах контура будет превышать ЭДС источника тока.
Резонанс токов
Резонанс токов возникает при параллельном соединении ис-
точника внешней ЭДС с индуктивностью и емкостью контура
(рис. 2.4,6), когда частота источника равна частоте собственных
колебаний контура:
Уист ~ /о-
В этом случае реактивные сопротивления катушки индуктивно-
сти н емкости контура также равны: xL=xc.
Ток в отдельных ветвях контура (в. противоположных по
знаку сопротивлениях)* имеет противоположные направления,
образуя единый круговой (контурный) ток. Поскольку реактив-
ные сопротивления компенсируют друг друга, то контурный ток
/к достигает большой величины.
Этот контурный ток, протекая по катушке индуктивности L и
емкости С, создает на них значительные падения напряжения, ко-
торые как бы уравновешивают ЭДС источника: E=Ul=Uc-
Поэтому ток в общей ветви при резонансе токов мал, /общ мало.
Малая величина тока-в общей ветви (до разветвления) свиде-
тельствует о том, что резонансное сопротивление параллельного
контура, т. е. его входное сопротивление, велико:
«реэ •
Сопротивление контура имеет активный характер и зависит от
качества контура Q. Чем выше качество контура, тем больше
его резонансное сопротивление.
.Отношение величины контурного тока /к к току в общей вет-
ви /общ равно качеству контура: „
.. /д _ /с
/обш /обт 4>бш
Таким образом, при резонансе токов создается выигрыш в
токе, который определяется качеством контура Q. Чем выше ка-
чество контура, тем больше выигрыш в токе.
112
2.1.4. Связанные цепи
В-радиотехнических устройствах возникает необходимость пере-
давать электрическую энергию из одной цепи в другую. Эту за-
дачу выполняют связанные цепи. Два или несколько контуров
называют связанными, если ток. проходящий в одном из них,
вызывает ЭДС в других контурах (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Виды связи колебательных контуров:
а — индуктивная; б — автотрансформаторная; в — емкостная внутренняя; г — cmkocW
мая внешняя: д — гальваническая; е — векторная диаграмма для контуров с индук-
тивной связью
Контур, получающий энергию от источника, называют первич-
ным, а контур, получающий энергию от первичного контура, на-
зывают вторичным. Различают следующие виды связи: индуктив-
ная, или трансформаторная (рис. 2.5,о), автотрансформаторная
(рис. 2.5,6), внутриемкостная (рис. 2.5,в), внешнеемкостная
(рис. 2.5, г) и гальваническая (рис. 2.5,6).
Физические процессы, происходящие в связанных цепях, рас-
смотрим па примере наиболее распространенной связи — индук-
тивной.
Под влиянием источника ЭДС в первичной цепи протекает
переменный ток /ь который вокруг катушки Lt создает перемен-
ный магнитный поток Фь Этот поток индуктирует в катушке £2
ЭДС взаимоиндукции £2. отстающую по фазе от вызвавшего ее
тока /| на 90° (рис. 2.5, е). ЭДС взаимоиндукции является источ-
113
ником тока /г вторичного контура. Таким образом, энергия из
первичного контура передается зо вторичный.
. В свою. очередь вторичный контур воздействует на первич-
ный, так как ток Z2, протекая по катушке индуктивности L2, со-
здает свой магнитный поток Ф2, который индуктирует в катушке
L\ ЭДС взаимоиндукции Е\. Эта ЭДС отстает по фазе от вызвав-
шего ее тока /2 на 90°.
Из векторной диаграммы видно, что ЭДС Е\ имеет противо-
положное направление ЭДС источника Е, но меньше се по вели-
чине. В результате действия ЭДС Е\ ток в первичном контуре
уменьшается. Это эквивалентно включению в первичный контур
дополнительного сопротивления, которое называют вносимым со-
противлением (А/-)).
Величина связи контуров регулируется сближением пли
удалением катушек друг от друга, а также зависит от их взаим-
ного расположения. Для оценки наводимой ЭДС во втором ‘Кон-
туре служит коэффициент связи.
Коэффициентом связи К называется число, показывающее,
какую часть составляет ЭДС, наводимая во вторичном контуре
£2, от максимально возможной £2Макс> которую мог бы создать
в нем первичный контур:
К=£2/£2мам.
Для индуктивной связи
где М — коэффициент взаимоиндукции, зависящий от числа вит-
ков обеих катушек, расстояния между ними и их взаим-
ного расположения;
Li u L}—индуктивности первого и второго контуров.
Связь между контурами бывает слабая, критическая и силь-
ная. При слабой связи величина вносимого в первый контур со-
противления Ап меньше активного сопротивления самого кон-
тура.
Критическая связь характеризуется равенством этих сопротив-
лений ДГ1=7?| и максимальным количеством энергии, передава-
емой из первого контура во второй.
Если вносимое сопротивление больше внутреннего сопротивле-
ния контура, то связь называется сильной.
При наличии двух связанных контуров наибольшими ток и
мощность во втором контуре будут тогда, когда оба контура на-
строены в резонанс с источником колебаний и величина связи
между ними равна критической.
На рис. 2.6 приведены резонансные кривые двух связанных
контуров при различной степени связи между ними.
При слабой связи (КсКкр) резонансная кривая связанных
контуров такая же, как и одиночного контура. Доведение связи
114
до критической не вызывает изменения формы резонансной кри-
вой, ио ток при резонансе достигает максимально возможного
значения.
Дальнейшее усиление связи (/ОЛкр) приводит к изменению
формы резонансной кривой — она становится «двугорбой». Ток
достигает наибольшего значения дважды — на частотах f' и
Рис. 2.8. Форма резонансных кривых двух свя-
занных контуров при различной связи между
ними
называемых резонансными частотами связи. На этих частотах
вносимое в первый контур сопротивление -Vj становится равным
внутреннему сопротивлению контура /?».
Системы из нескольких контуров с сильной связью позволяют
получить широкую полосу пропускания 2F и находят большое
применение в радиоприемных устройствах. Такие системы часто
называют полосовыми фильтрами. Связь устанавливается такой,
чтобы ток между двумя максимумами уменьшался не более чем
до 0,707 от максимального значения. Диалогично работают и дру-
гие виды связи.
Помимо полезной связи между контурами существуют неже-
лательные связи — паразитные. Устранение их, достигается экра-
нированием контуров и рациональным размещением деталей.
2.1.5. Колебательные системы сверхвысоких частот
Частота электромагнитных колебаний зависит от величины
емкости и индуктивности колебательного контура. Для получения
колебаний на сверхвысоких частотах необходимо, чтобы емкость
и индуктивность контура были небольшими.
Для возбуждения колебаний на частотах порядка нескольких
сотен и тысяч мегагерц контуры с сосредоточенными параметра-
ми (LC) не могут быть выполнены, так как величины емкости и
индуктивности контура, необходимые для этого, становятся нич-
тожно. малыми. Добротность таких контуров на этих частотах
очень низкая.
115
Это приводит к необходимости применять в метровом, деци-
метровом и сантиметровом диапазонах волн колебательные кон-
туры с распределенными параметрами. Такие контуры в метро-
вом диапазоне волн представляют собой отрезки линий длиной
в одну или несколько четвертей длины волны (рис. 2.7,а). До-
бротность контуров на .таких длинных линиях доходит до не-
скольких тысяч.
Рис. 2.7. Колебательные системы на СВЧ:
а — четвертьволновый короткозамкнутый отрезок; б — коаксиальная линия; в —
объемный резонатор; г — образование объемного резонатора
Помимо отрезков двухпроводных воздушных линий в качестве
колебательных контуров в метровом и дециметровом диапазонах
волн используются коаксиальные линии (рис. 2.7,6). Такие ко-
лебательные системы широко применяются в устройствах с ме-
таллокерамическими, генераторными и усилительными триодами.
Вусантиметровом диапазоне волн применяются колебательные
системы в виде объемных резонаторов. Резонатор можно пред-
ставить как бесконечно большое число параллельно соединенных
четвертьволновых отрезков двухпроводных линий, замкнутых
на конце (2.7,в).
Если к отрезку линии длиной Х/4 параллельно подключить
другой такой же отрезок, потом третий и т. д. (2.7,г), то емкость
системы увеличится, а индуктивность уменьшится. Возрастание
емкости при параллельном подключении очередного отрезка будет
компенсироваться уменьшением индуктивности. Поэтому резо-
нансная частота объемного резонатора остается почти такой же,
как у четвертьволнового отрезка линии.
В отличие от воздушных длинных линий в объемных резона-
торах отсутствуют потери энергии на излучение, а потери на на-
гревание из-за большой поверхности резонатора незначительны.
Поэтому добротность объемных резонаторов большая и может
достигать 50 000—60 000.
Возбуждение колебаний в замкнутых резонаторах произво-
дится с помощью петли связи, зонда (штыря) или щели. Пролет-
ные резонаторы возбуждаются электронами при пролете их меж-
ду сетками резонатора. Отвод высокочастотной энергии из объ-
емных резонаторов производится с помощью таких же устройств,
как и возбуждение их.
116
Объемные резонаторы могут Иметь несколько резонансных
частот. Настройка на заданную частоту осуществляется измене-
нием объема резонатора с помощью закорачивающего поршня,
изменением емкости или индуктивности с помощью винтов (плун-
жеров) или изменением связи с другим резонатором.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие колебания называются свободными и как зависят
период и частота их от параметров контура?
2. Какие колебания называются вынужденными?
3. Как определяется добротность (качество) контура?
4. Что называется полосой пропускания контура?
5. Какие физические процессы происходят при резонансе на-
пряжений и резонансе тока?
6. Какие цепи называются связанными? Виды связи.
7. Объяснить физическую сущность вносимого сопротивления.
2.2. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
Электровакуумными приборами называются такие устройства,
действие которых основано на использовании электрических яв-
лений в вакуумной части этих устройств.
Электровакуумные приборы делятся на две основные группы:
а) электронные лампы, действие которых основано па исполь-
зовании только электронного потока, движущегося в простран-,
стве высокого вакуума;
б) газоразрядные приборы, у которых в переносе электриче-
ских зарядов участвуют как электроны, так и ионы, получающи-
еся вследствие ионизации газа, заполняющего прибор.
В радиотехнике и электронике электронные лампы применя-
ются для усиления, генерирования и преобразования электриче-
ских колебаний. Принцип действия электронной лампы основан
на использовании термоэлектронной эмиссии.
2.2.1. Термоэлектронная эмиссия
Если подключить проводник к источнику электрической энер-
гии-батарее накала БН (рис. 2.8), то по проводнику будет про-
текать электрический ток, нагревающий проводник. При нагре-
вании проводника скорость электронов будет увеличиваться. При
высокой температуре скорость возрастает настолько, что некото-
рые электроны, преодолевая отталкивающее действие ранее вы-
летевших электронов и притяжение положительных ионов в ме-
талле (атомов, потерявших электроны), будут вылетать за пре-
делы проводника, образуя вокруг последнего электронное об-
лачко отрицательного заряда.
117

°° о0^,о°о0»0о^о0‘’0°
БН
Рис. 2.8. Явление термоэлектрон-
ной
эмиссии
Явление выделения нагретым проводником свободных элек-
тронов называется термоэлектронной эмиссией (вылетом элек-
тронов за счет теплоты). Работа, совершаемая электроном при
отделении от проводника, называется работой выхода.
Термоэлектронная эмиссия не
является единственным видом
электронной эмиссии. Существу-
ют и другие виды эмиссий, на-
пример фотоэлектронная эмиссия,
которая происходит тогда, когда
на поверхность определенных ме-
таллов падает пучок света, вы-
рывающий из нее электроны; вто-
ричная электронная эмиссия, ко-
торая состоит в том, что поток
первичных электронов или попов,
падая на поверхность проводни-
ка, выбивает из нее вторичные электроны; автоэлектронная эмис-
сия, которая заключается в вырывании электронов из поверх-
ности металла сильным внешним электрическим полем.
2.2.2. Устройство электронной лампы
Основными частями электронной лампы являются электроды
(катод, анод и сетки), баллон и цоколь.
Общий вид и устройство электронной лампы представлены на
рис. 2.9.
Катод. Катодом называется металлический электрод, из
которого вырываются электроны. Он является одним из основных
электродов лампы.
По своему устройству катоды бывают из чистого металла и
активированные. По способу нагрева катоды подразделяют на
катоды прямого накала и подогревные (косвенного накала).
Основным материалом катодов из чистого металла является
вольфрам, обладающий высокой температурой плавления. Досто-
инством вольфрамового катода является постоянство эмиссии в
течение длительного времени. Но эти катоды неэкономичны. Так,
для получения необходимой эмиссии его приходится разогревать
до высокой температуры, затрачивая большую энергию. Поэтому
чисто вольфрамовые катоды применяются только в мощных ге-
нераторных лампах. Болес экономичны активированные катоды.
Активированные катоды изготовляются из вольфрама или дру-
гого металла, но на поверхность его наносят тончайший слой ак-
тивных металлов, обладающих способностью хорошо испускать
электроны при невысоких температурах. Наиболее распростра-
ненными активированными катодами .являются карбидированный
и оксидный.
Карбидированный катод представляет собой вольфрамовую
проволоку с примесями тория и углерода. Применяются они в
118
генераторных лампах средней мощности и могут работать при
анодных напряжениях не свыше 1500 В. Недостатками этих ка-
тодов являютс.я хрупкость нити н малый срок службы.
Рис. 2.9. Устройства электронной лампы:
а —лампа прямою нахала со стеклянным баллоном; б — лампа кос-
венного накала с металлическим баллоном: в — пальчиковая лампа:
е — ох/альный (восьм «штырьковый) цоколь: д — цоколь пальчиковой
лампы
Оксидные катоды изготовляются из никелевой проволоки или
ленты, поверхность которой покрывается оксидным слоем (смесь
углекислых солей щелочноземельных металлов: бария, строн-
ция, кальция). Эмиссия оксидного катода значительно больше,
чем у карбидированного, но он не может длительное время рабо-
тать при высоких анодных напряжениях и боится недокала. При-
меняются оксидные катоды в лампах небольшой и средней мощ-
ности, а также в мощных электронных приборах, работающих в
импульсном режиме.
Катоды прямого накала—это такие катоды, которые нагре-
ваются за счет тока, проходящего по самому катоду. Формы ка-
тодов бывают различные, некоторые из них показаны на
рис. 2.10, а, б, в. Чем больше активная поверхность, тем больше
эмиссия катода.
Катоды прямого накала сравнительно . экономичны и почти
не обладают тепловой инерцией, но в большинстве случаев их
нельзя питать переменным током, так как эмиссия, а значит, и
ток будут пульсировать с удвоенной частотой переменного тока.
Этот недостаток устраняется в подогревных катодах.
Ц9
Катоды косвенного накала (подогревные)—это такие катоды,
у которых эмиссирующая (испускающая электроны) поверхность
нагревается за счет специальной нити накала, по которой прохо-
дит ток (рис. 2.10,г).
Подогревный катод состоит из никелевой трубочки 2 с оксид-
ным слоем /. Внутри трубочки помещается нить накала 3, покры-
тая слоем теплостойкой изоляции 4 алунда' (окиси алюминия).
Рис. 2.10. Устройство катодов:
а, б, в — прямого накала: г — косвенного накала: 1 — никелевая труб-
ка: 2 —оксидный слой; 3 — нить накала; 4 — теплостойкая изоляция
Подогревный катод может иметь большую активную поверх-
ность, что дает возможность получить большую эмиссию. Но в
результате длительной эксплуатации или перенакала катода ак-
тивный слой часто испаряется и происходит потеря эмиссии,
лампа требует замены.
Анод. Анод служит для того, чтобы притягивать к себе элек-
троны, выделяемые катодом, и таким образом создавать внутри
лампы поток свободных электронов.
Изготовляется анод из тугоплавких металлов. Форма анода
бывает различная: цилиндрическая, плоская, коробчатая, полу-
круглая, и согласуется с формой катода так, чтобы поток элек-
тронов с катода на анод по возможности был во все стороны оди-
наковым. Для лучшей теплоотдачи большинство анодов делаются
ребристыми и чернятся.
Баллон. Баллон представляет собой стеклянную или метал-
лическую колбу, внутри которой в высоким вакууме смонтиро-
ваны электроды лампы. Последние монтируются на специальной
стеклянной ножке, которая после монтажа электродов сверя-
ется с баллоном. Вакуум в лампе при ее производстве создается
откачкой специальными насосами.
Металлические баллоны по сравнению со стеклянными имеют
большую прочность и создают лучшую экранировку электродов
от влияния внешних электрических и магнитных полей, но имеют
худшую теплоотдачу (сильно разогреваются) и хуже сохраняют
вакуум. Поэтому в настоящее время большинство баллонов де-
лают стеклянными.
Цоколь. Цоколь служит для включения лампы в схему с
помощью имеющихся на нем контактных штырьков. Цоколи бы-
вают четырех- пяти- и восьмиштырьковые.
Значительная часть современных стеклянных умилительных
ламп и все металлические имеют восьмиштырьковый цоколь. Кон-
12Q
тактные штырьки располагаются на цоколе по окружности
(рис. 2.9,г).
Для правильного включения лампы в схему в центральной
части цоколя имеется «ключ» в виде цилиндрической ножки с про-
дольным выступом. В ламповой панельке делается соответству-
ющее круглое отверстие с прямоугольным вырезом.
Штырьки на цоколе нумеруются, начиная слева (первый) от
выступа на ключе по направлению вращения часовой стрелки,
если смотреть на цоколь.
Некоторые лампы наверху баллона имеют колпачок, на кото-
рый у усилительных ламп выводится управляющая сетка, а у ге-
нераторных ламп н высоковольтных кенотронов — анод.
У ламп, работающих в диапазоне УКВ, цоколь отсутствует, а
контактные штырьки выводятся непосредственно через дно сте-
клянного баллона.
Маркировка радиоламп
В целях сокращенного наименования все электронные лампы
имеют соответствующую маркировку, например 6П1П, 6Н8С,
2Ж27С и т. д.
В соответствии с государственным общесоюзным стандартом
маркировка приемно-усилительных ламп составляется следующим
образом:
первая цифра означает напряжение накала в вольтах (приб-
лиженно); например, цифра 6 указывает, что напряжение накала
6,3 В, цифра 2—2 Вит. д.; для генераторных ламп первым эле-
ментом в обозначении является буква Г;
буква, стоящая па втором месте, указывает тип лампы: X —
двойной диод детекторный, Ц — двойной диод выпрямительный
(кенотрон), С — триод, Н —двойной триод, П — лучевой тетрод
или низкочастотный пентод и т. д.;
цифра, стоящая на третьем месте, обозначает номер заводской
разработки;
буква, стоящая на четвертом месте, указывает на конструк-
цию лампы (баллона): С — стеклянный баллон, • П— пальчико-
вой серии, Ж — желудевой конструкции, отсутствие буквы — ме-
таллический баллон.
Так, маркировка 6П1П означает: 6 — напряжение накала лам-
пы 6,3 В, П — лучевой тетрод, 1 — номер заводской разработки,
П —баллон пальчиковый.
2.2.3. Двухэлектродная лампа — диод
Диодом называется электронная лампа, у которой имеются
два электрода: катод и анод (рис. 2.11).
Чтобы через диод проходил ток, к нему необходимо подклю-
чить источники питания. У диода имеются две цепи питания:
цепь накала и цепь анода. Источник напряжения накала Бп и
12?
нить накала (катод) образуют цепь накала. Источник анодного
напряжения (постоянного тока) Ба, анод, междуэлектродное про-
странство лампы и катод составляют анодную цепь.
Работает диод так. Если нагреть катод, пропуская ток от ба-
тареи накала, то вокруг катода образуется электронное облачко
(пространственный заряд). При включении источника анодного
Рис. 2.11. Двухэлектродная лампа:
а —схема включения диода; б —схема для снятия анодной характеристики;
в — анодная характеристика диода
напряжения положительным потенциалом к аноду лампы, а от*
рицательным к ее катоду электроны будут притягиваться к аноду.
В анодной цепи лампы образуется анодный ток. Направление
тока внутри лампы условно принимается от анода к катоду (про-
тивоположно движению электрона).
Если увеличить напряжение на аноде, то анодный ток за счет
рассасывания электронного облачка будет до известного предела
увеличиваться. Максимальный анодный ток, при котором все
электроны, вылетающце с катода, попадают на анод, называется
током насыщения Is-
Кривая, показывающая зависимость анодного тока от измене-
ния напряжения на аноде при постоянном напряжении накала,
называется анодной характеристикой (рис. 2.11,в).
Если изменить полярность напряжения на аноде, т. е. к аноду
подключить отрицательный потенциал, а к катоду — положитель-
ный, то электроны к аноду притягиваться не будут. Анодный ток
в лампе прекратится (на графике левее точки 0). Следовательно,
диод обладает односторонней проводимостью.
В радиотехнике применяются различные диоды. Отличаются
они друг от друга параметрами — постоянными величинами, ха-
рактеризующими электрические свойства, присущие данному
типу лампы.
Из анодной характеристики диода можно определить два ос-
новных его параметра: крутизну характеристики S и внутреннее
сопротивление /?<.
122
Крутизной характеристики называется величина, показываю-
щая, на сколько миллиампер изменится анодный ток, если анод-
ное напряжение изменить на один вольт (при неизменном напря-
жении накала).
Математически крутизна характеристики S (мА/B) опреде-
ляется как отношение прироста анодного тока Л/а к вызвавшему
его приросту анодного напряжения At/a:
е___
У диодов различных типов крутизна характеристики колеб-
лется в пределах 0,25—7,0 мА/В.
Внутреннее сопротивление переменному току /?<(Ом) пред-
ставляет собой отношение приращения анодного напряжения
Д(/а и вызванного им приращения анодного тока Д/а;
р __^4 . р ____
Внутреннее сопротивление диода является величиной, обрат-
ной крутизне характеристики.
Чтобы получить Ri в омах, необходимо приращение анод-
ного тока Д/Л брать в амперах.
Чем меньше внутреннее сопротивление, тем лучше диод рабо-
тает в качестве выпрямителя.
Двухэлектродные лампы в радиолокационных станциях и ап-
паратуре АСУ применяются в схемах выпрямителей переменного
тока (5ЦЗС, 5Ц4С)’.
Кроме крутизны характеристики и внутреннего сопротивления
диоды, применяемые в выпрямителях, 'характеризуются еще сле-
дующими параметрами: максимальным обратным напряжением,
а также, как и всякая другая лампа, мощностью, рассеиваемой
анодом.
Максимальное обратное напряжение С/Обр — это такое наи*
большее отрицательное относительно анода и положительное от-
носительно катода напряжение, которое диод выдерживает без
пробоя.
Мощность, рассеиваемая анодом;
выделяется вследствие бомбардировки анода электронами. При
выделении мощности, превышающей допустимую, анод нагрева-
ется докрасна и может расплавиться. Сильный разогрев анода
сопровождается выделением из него газа, который в результате
столкновения его нейтральных молекул с электронами ионизи-
руется, и внутренний объем.лампы начинает светиться. Положи-
тельные ионы бомбардируют катод, вызывая его перегрев, а
иногда и механическое разрушение. Срок службы лампы резко
сокращается.
123
2.2.4. Трехэлектродная лампа — триод
Триодом называется электронная лампа с тремя электродами:
анодом, катодом и управляющей сеткой. Схема включения и ус-
ловное обозначение триода представлены на рис. 2.12. Кроме
Рис. 2.12. Трехэлектродная лампа:
а — устройство триода и его схематическое изображение; 6 — условное обоз-
начение; в — цени триода
анодной и накальной цепей трехэлектродная лампа имеет еще
сеточную цепь, которую характеризуют напряжение на сетке Uc,
сеточный ток /с и напряжение смещения Ес.
Управляющая сетка делается в виде цилиндрической или
плоской (прямоугольной) спирали из тугоплавкой проволоки,
которая своими неплотно намотанными витками окружает катод.
Сетка имеет один вывод из лампы (рис. 2.12, о) и располагается
ближе к катоду. Через промежутки между витками сетки элек-
троны могут свободно пролетать с катода на анод, но количество
электронов, достигающее анода, и их скорость будут зависеть
от величины и знака напряжения на сетке относительно катода.
Если на сетку подать положительный потенциал относитель-
но катода, то в лампе на электроны будут действовать два элек-
трических поля — поле анода и поле сетки. В результате их сов-
местного действия анодный ток увеличится.
Если на сетку подать отрицательный потенциал, то поле сет-
ки будет отталкивать часть электронов обратно к катоду и анод-
ный ток уменьшится. Можно подать такой отрицательный потен-
циал, что сетка оттолкнет все электроны и ни один из них не по-
падет на анод, в этом случае говорят, что лампа «заперта».
Если на сетку подать переменное напряжение (небольшой ве-
личины), то анодный ток будет изменяться: то увеличиваться, то
уменьшаться, в результате в анодной цепи лампы появится пуль-
сирующий ток.
124
Таким образом, управляющая сетка предназначена для
управления потоком электронов внутри лампы, т. е. для управле-
ния анодным током.
Для определения основных параметров триода строят его се-
точные и анодные характеристики.
Сеточной характеристикой триода называется график, показы-
вающий зависимость анодного тока /а от изменения напряжения
на сетке (7С при постоянном анодном напряжении (рис. 2.13, с).
-Uc +Uc
6
ТаЛ U'a>Ua.>Ua.
Рис. 2.13. Характеристики триода:
а — характеристики анодного и сеточного тока: б — семейство сеточных характери-
стик: в — семейство анодных характеристик
При большом отрицательном напряжении на сетке (больше
Uco) анодный ток в лампе отсутствует, так как сетка возвращает
все электроны обратно к катоду. По мере уменьшения отрица-
тельного напряжения на сетке часть электронов под действием
положительного напряжения на аноде преодолевает тормозящее
поле сетки и попадает на анод. Анодный ток начинает увеличи-
ваться (участок a—б).
При подаче положительного напряжения на сетку электроны
притягиваются к аноду под действием двух положительных на-
пряжений (анода и сетки). Анодный ток продолжает увеличи-
ваться. ио пропорциональность' его роста почти не изменяется,
так как положительно заряженная сетка перехватывает часть
электронов на себя, появляется сеточный ток /с, а характери-
стика сохраняет свой прямолинейный участок (до точки в).
Дальнейшее увеличение напряжения на сетке приводит к
тому, что электронное облачко около катода 'полностью рассасы-
вается и все электроны, вылетевшие с катода, попадают на анод
и частично на управляющую сетку. Ток в лампе достигает насы-
щения (участок в—г).
Если увеличивать напряжение на сетке еще больше, то нач-
нется перераспределение тока между сеткой и анодом. Сеточный
ток начинает резко увеличиваться, а анодный —уменьшаться.
Кривую абвг часто называют анодно-сеточной характеристикой,
а кривую б'в'г' -- сеточно-сеточной характеристикой.
Две пли несколько сеточных характеристик, снятых при раз-
125
личных анодных напряжениях, называются семейством сеточных
характеристик (рис. 2.13,6).
Анодной характеристикой триода называется график, показы-
вающий зависимость анодного тока от изменения анодного на-
пряжения при постоянном напряжении на сетке. Несколько анод-
ных характеристик, снятых при различных напряжениях на сетке,
называется семейством анодных характеристик (рис. 2.13,в).
Основными параметрами, характеризующими триод, являются
крутизна (анодно-сеточной) характеристики, коэффициент усиле-
ния и внутреннее сопротивление.
Крутизна характеристики S показывает, па сколько милли-
ампер изменится анодный ток при изменении напряжения на
сетке на 1 В. если анодное напряжение постоянно:
е__ М а
г>—дус •
Крутизна характеристики в существующих триодах изменя-
ется в пределах 1—10 мЛ/В.
Коэффициент усиления триода р показывает, во сколько раз
изменение сеточного напряжения воздействует на анодный ток
сильнее, чём такое же изменение анодного напряжения. Коэффи-
циент усиления триода вычисляется по формуле
Д0’а
У современных триодов он колеблется в пределах от 2 до 100
и более. Величина, обратная коэффициенту усиления, называется
проницаемостью лампы D:
D——.
Внутреннее сопротивление триода Ri— это отношение изме-
нения анодного напряжения к вызванному им изменению анод-
ного тока при постоянном напряжении на сетке:
п _д<4
Внутреннее сопротивление усилительных триодов в зависи-
мости от конструкции меняется от 100 до 70 000 Ом.
. Основные параметры триода связаны соотношением
Пользуясь этими формулами, по любым двум известным па-
раметрам можно определить третий.
Электроды лампы можно рассматривать как обкладки кон-
денсаторов, разделённые диэлектриком, т. е. между электродами
триода существуют емкости. Величины (междуэлектродных емко-
стей зависят от конструкции триода и составляют 5—10 пФ.
Емкость между сеткой и катодом Сс.к называется входной, между
126
анодом п катодом Са.к — выходной, а между анолом и сеткой
Са.с — ПРОХОДНОЙ.
Через проходную емкость в усилительном триоде часть коле-
бательной энергии из анодной цепи может попадать в сеточную,
вызывая паразитную обратную связь между этими цепями, в ре-
зультате чего усилитель превращается в генератор, его нормаль-
ная работа нарушается. Чем выше частота, на которой использу-
ется триод, тем больше вероятность самовозбуждения усилителя.
Наличие большой емкости анод — сетка Са.с и сравнительно
низкий коэффициент усиления являются недостатками триода.
2.2.5. Четырехэлектродная лампа — тетрод. Лучевой тетрод-
Тетродом называется электронная лампа с четырьмя элек-
тродами: анодом, катодом и двумя сетками — управляющей и эк-
ранирующей. Экранирующая сетка С'а размещается в лампе ме-
Рис. 2.14. Четырехэлектродная лампа:
а — схема включения тетрода; б — питание экранирующей сетки с помощью дели-
теля напряжения
жду управляющей сеткой и анодом. Обычно она делается гуще,
чем управляющая сетка. Основное назначение экранирующей
сетки — уменьшить проходную емкость Са.с в лампе и увеличить
ее коэффициент усиления.
Чтобы экранирующая сетка действительно устраняла пара-
зитную емкость Са.с, ее всегда соединяют с катодом через кон-
денсатор достаточно большой емкости Ссг- В этом случае все из-
менения электрического состояния анодной цепи будут создавать
такие же изменения в цепи экранирующей сетки, предохраняя
тем самым управляющую сетку от нежелательного воздействия.
Емкость между анодом и управляющей сеткой у тетрода по срав-
нению с триодом уменьшается примерно в 100 раз.
Чтобы экранирующая сетка не ослабляла воздействия анода
на электронный поток и тем самым не уменьшала анодный ток
лампы, на нее подается напряжение С/с2 несколько’меньше анод-
ного или равное ему. Напряжение на экранирующую сетку по-
дается от источника анодного напряжения через гасительное со-
противление Rc2 (рис. 2.14, а) или посредством делителя напряже-
127
ння (рис. 2.14,6). Второй способ хотя и менее экономичен, но обе-
спечивает лучшую стабильность напряжения U^.
Благодаря наличию второй сетки недостатки, характерные
для триода, устраняются, но появляется новый недостаток — так
называемый динатронный эффект. Положительное напряжение на
экранирующей сетке при определенных условиях «перехваты-
Рис. 2.15. Устройство лучевого тетрода:
/ — защитные пластины; 2 — катод; 3 — управляющая сетка; 4 — экранирующая
сетка; S — анод
«ает» часть электронов и уменьшает анодный ток. Устраняется
динатронный эффект в тетродах специальной конструкции — лу-
чевых тетродах и пятиэлектродных лампах (пентодах).
В лучевом тетроде экранирующая сетка удалена от анода
на значительное расстояние (рис. 2.15),. Управляющая 3 и экра-
нирующая 4 сетки имеют одинаковое количество витков, распола-
гающихся строго друг против друга. Благодаря этому электроны
летят от катода 2 к аноду 5 лучами, плотность электрического за-
ряда которых настолько велика, что в пространстве между экран-
ной сеткой и анодом образуется поверхность, имеющая потенциал
ниже анодного. Эта воображаемая поверхность эквивалентна по
действию третьей сетке пентода и исключает динатронный
эффект.
Чтобы электроны не летели в направлении прутков, крепящих
витки сеток, устанавливают защитные пластины 1 или экраны Э,
не пропускающие на этом участке электроны к аноду.
2;2.6. Пятиэлектродная лампа — пентод
Пентодом называется электронная лампа с пятью электрода-
ми: анодом, катодом и тремя сетками — управляющей, экрани-
рующей и защитной или антидинатронной (рис. 2.16). Защитная
сетка введена для устранения динатронного эффекта в лампе.
Она находится между анодом и экранирующей сеткой, и соединя-
ется с катодом, поэтому относительно анода имеет отрицательный
потенциал. Вследствие этого первичные электроны несколько за-
медляют свою скорость около анода, а вторичные электроны, вы-
128
битые с анода, отталкиваются защитной сеткой и возвращаются
обратно на анод.
Наличие густой экранирующей, а также защитной сетки в
пентодах позволяет уменьшить вредную емкость между анодом
и управляющей сеткой до тысячных долей пикофарады. Внутрен-
нее сопротивление пентода большое — порядка миллиона ом, а
коэффициент усиления доходит до 1000—3000.
Рис. 2.16. Пятиэлектродная лампа:
й — рясшгюи- ?пие электродов: б — условное обозначение; в — схема включения
пентода
Помимо обычных пентодов существуют пентоды с переменной
крутизной характеристики. Управляющая сетка такой лампы де-
лается на одном участке густой, на другом — редкой.
Лампы с переменной крутизной характеристики применя-
ются в схемах автоматической регулировки усиления сигналов.
Кроме перечисленных типов ламп в технике применяются ком-
бинированные лампы — это лампы, у которых ц одном баллоне
смонтированы две лампы и более. По своей работе комбиниро-
ванные лампы не отличаются от обычных.
2.2.7. Триоды ультракоротких волн
Поверхности электродов ламп вместе с междуэлектродными
пространствами представляют собой емкости. Вводы к электро-
дам ламп для токов ультравысокой частоты представляют собой
значительные индуктивные сопротивления. Следовательно, ме-
ждуэлектродные емкости и индуктивности вводов самого триода
Образуют собственную колебательную систему лампы с вполне
определенной частотой. Генерировать колебания более высокой
частоты, чем частота этой-колебательной систем ь^ лампа не может.
Таким образом, межэлектродцые емкости и индуктивности вводов
обычных триодов ограничивают верхний предел генерируемых
частот.
При использовании электронных ламп в работе на высоких
(но не сверхвысоких) частотах мы считали, что время пролета
электронов от катода до анода очень мало. При работе на сверх-
высоких частотах время пролета электронов становится соизме-
5—330 129
римЫм с периодом колебаний, подводимых к сетке. Причем боль-
шая часть времени затрачивается на преодоление участка ка-
тод— управляющая сетка, так как на этом участке электроны на-
чинают свое движение.
Рис. 2.17. Триоды УКВ:
а — металлокерамические: б — маячковый; в — бесцокольные лампы
Это обстоятельство приводит к тому, что те группы электро-
нов, которые должны попасть в тормозящее поле управляющей
сетки, в действительности попадают в ее ускоряющее поле, и на-
оборот, в результате уменьшается входное сопротивление и уве-
личиваются потери в цепи сетки.
Если время пролета электронов от катода к аноду достигнет
четверти периода генерируемых колебаний, то колебательная
мощность на выходе лампы будет равна нулю.
При работе ламп в качестве усилителей на сверхвысоких час-
тотах реактивные сопротивления междуэлектродпых емкостей
уменьшаются, а сопротивления индуктивностей вводов (важно
катодного ввода) увеличиваются. Это приводит к образованию
паразитных обратных связей и к самовозбуждению усилителей.
Кроме того, необходимо учитывать, что с увеличением • рабочей
частоты растут потери в диэлектрике, баллоне и цоколе лампы.
Все это уменьшает колебательную мощность на выходе лампы.
Чтобы использовать триоды для работы в диапазоне сверх-
высоких частот, изменяют их конструкцию. Так, для уменьшения
потерь в лампе- стеклянные баллоны заменяют устройствами из
высокочастотной керамики (рис. 2.17,а). Для уменьшения индук-
тивностей вводов применяют бесцокольные лампы —вводы впаи-
вают в стекло баллона в виде колец и дисков или делают два —
130
четыре параллельных ввода к одному и тому же электроду (па-
раллельное соединение индуктивностей) (рис. 2.17,6, в).
Для уменьшения междуэлектродных емкостей уменьшают по-
верхности электродов (рис. 2.17,6) и применяют рациональное
размещение вводов <электродов. Для сокращения времени про-
лета электронов уменьшают расстояние между электродами, осо-
бенно у ламп, работающих при малых анодных напряжениях, где
междуэлектродный пробой не опасен (рис. 2.17,6, я), а у генера-
торных ламп увеличивают анодное напряжение для увеличения
скорости электронов.
В результате перечисленных конструктивных нзмененйй ме-
таллокерамические триоды (ГИ-6Б, ГИ-12Б и др.) и маячковые
триоды (6С5Д, 6С9Д и др.) могут генерировать колебания в де-
циметровом диапазоне и более длинней части сантиметрового
диапазона волн.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Рассказать, как работает диод.
2. Назначение управляющей сетки триода.
3. Что называется анодной и сеточной характеристиками ди-
ода и триода?
4. Дать определение основных параметров триода.
5. Назначение экранирующей сетки тетрода.
6. Что такое динатронный эффект и как он устраняется?
7. Каковы особенности устройства ламп, работающих в диа-
пазоне УКВ?
2.2.8. Газоразрядные (ионные) приборы
Газоразрядными, или ионными, приборами называются элек-
тровакуумные приборы, наполненные газом, в которых прохожде-
ние тока вызвано не только электронами, но и заряженными час-
тицами газа — ионами. <
В разреженном газе, наполняющем баллон, всегда имеется не-
которое количество свободных электронов и положительных
ионов. При подключении прибора к источнику напряжения элек-
троны будут двигаться к аноду, а положительные ионы — к ка-
тоду. Сталкиваясь с нейтральными молекулами и атомами газа,
они вызывают его ионизацию — выбивание электронов из струк-
туры атома или молекулы.
В зависимости от величины проходящего через прибор тока
различают тихий, тлеющий и дуговой разряды. Ионные приборы
работают при тлеющем и дуговом разрядах. При дуговом раз-
ряде токи достигают сотен ампер и наблюдается яркое свечение
газа.
Этот вид разряда происходит в приборах, называемых газо-
тронами, .тиратронами, разрядниками. Характерной особенностью
131
всех газоразрядных приборов является небольшое внутреннее
сопротивление (единицы и десятки ом).
Стабилитроны и неоновые лампы работают при тлеющем раз-
ряде. Такой разряд характеризуется прохождением через лампу
тока силой в несколько миллиампер и свечением газа.
Рис. 2.18. Внешний вид и условные обозна-
чения на схемах ионных приборов:
а — стабилитрон; б—неоновая лампа; в —газотрон;
г — тиратрон; д — газовый разрядник
Стабилитрон (рис. 2.18,
а) представляет собой
двухэлектродную лампу,
баллон которой наполнен
газом — неоном или ар-
гоном. Катод стабили-
трона имеет форму пусто-
телого цилиндра. По оси
цилиндра расположен
металлический , шты-
рек— анод. Концы анода
закрепляются в слюдя-
ных дисках. К катоду при-
варивается металличе-
ский стержень, облегчаю-
щий зажигание стабили-
трона.
Если к электродам
стабилитрона подклю-
чить источник напряже-
ния, то при определенной
его величине вследствие
ионизации газа через стабилитрон будет проходить ток. Особенно-
стью стабилитрона является то, что изменение проходящего через
него тока в больших пределах не приводит к существенному из-
менению падения напряжения на нем. Это свойство используется
для стабилизации напряжения.
Неоновая лампа (рис. 2.18,6) представляет собой стеклянный
баллон с двумя железными электродами, покрытыми барием.
Форма баллонов и электродов различна. Внутри баллона нахо-
дится газ — неон. Неоновые лампы могут работать как от посто-
янного, так и от переменного тока. Напряжение зажигания со-
ставляет 30—160 В. Применяются неоновые лампы в качестве ин-
дикаторов, коммутирующих приборов, для определения наличия
электромагнитного поля по их свечению и для других целей.
Газотрон — это двухэлектродная газоразрядная лампа
(рис. 2.18,в).
Работает газотрон так. Электроны, излученные катодом, дви-
гаются к. аноду, вызывая ионизацию паров ртути. Ионизация на-
ступает при напряжении на аноде газотрона 10—12 В, называ-
емом напряжением зажигания. При этом значение тока, прохо-
дящего через прибор, резко возрастает. После зажигания газо-
трона величина тока практически не зависит от анодного напря-
жения и равна току эмиссии.
132
Газотроны применяются для выпрямления переменного напря-
жения в постоянное. По сравнению с кенотронами они имеют
более высокий КПД и позволяют получить выпрямленный ток,
измеряемый единицами ампер. Помимо ртутных бывают и газо-
наполненные газотроны. В отлично от ртутного баллон такого
газотрона наполняется аргоном, а катод делается из торирован-
ного молибдена.
Тиратрон представляет собой газонаполненный триод
(рис. 2.18,г). Баллон тиратрона может быть наполнен инертным
газом, парами ртути или водородом. В зависимости от наполне-
ния тиратроны делятся на газонаполненные, ртутные и водород-
ные.
Сетка в тиратроне предназначена для управления его зажига-
нием. При большом отрицательном напряжении на сетке тира-
трон загЛрт. С уменьшением его до напряжения зажигания в ти-
ратроне происходит дуговой разряд. При этом дальнейшее изме-
нение напряжения на сетке не влияет на величину анодного тока.
Управляющее действие сетки нейтрализуется окружающими ее
положительными ионами.
Для прекращения дугового разряда надо уменьшить напряже-
ние на аноде тиратрона. Напряжение зажигания тиратрона за-
висит от отрицательного напряжения на сетке. Чем больше отри-
цательное напряжение па сетке, тем больше напряжение зажига-
ния.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие приборы называются газоразрядными?
2. Какие физические процессы происходят в газоразрядных
приборах при прохождении тока?
3. Перечислить газоразрядные приборы.
4. Как устроена неоновая лампа и стабилитрон?
5. Как устроен и работает газотрон?
6. Как устроен и работает тиратрон?
2.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Полупроводниковыми называются такие электронные при-
боры, действие которых основано на физических явлениях, свя-
занных с протеканием электрического тока в кристаллических
полупроводниках.
Характерной особенностью полупроводниковых веществ яв-
ляется то, что их электрическая проводимость а меньше,
чем у металлов, и больше, чем у диэлектриков; как правило, она
обусловлена переносом электронов и возрастает при повышении
температуры Т (рис. 2.19).
На базе полупроводников изготовляются полупроводниковые
диоды, триоды (транзисторы), тетроды и др. В радиоэлектронике
133
наиболее широко применяются полупроводниковые диоды и тран-
зисторы; С их помощью производится преобразование электри-
ческой энергии одного вида в другой: выпрямление переменного
Рис. 2.19. Температур-
ная зависимость удель-
ной электрической про-
водимости полупровод-
ников н металлов
тока, генерирование и усиление электри-
ческих сигналов, преобразование частот и
т. п.
Выпускаемые нашей промышленностью
полупроводниковые приборы делят по сле-
дующим признакам: по полупроводнико-
вому материалу — германиевые, кремние-
вые, арсенидгалиевые и др.: по типу
р—п-контакта — точечные и плоскостные;
по мощности — малой, средней и большой
мощности; по частотным признакам — низ-
кочастотные, высокочастотные, сйерхвысо-
кочастотные; по назначению — выпрями-
тельные, усилительные, импульсные, уни-
версальные, переключающие, стабилитроны
и др. -
2.3.1. Некоторые сведения об энергетической структуре вещества
Из теории строения вещества известно, что атом состоит из
положительно заряженного ядра и движущихся относительно ядра
электронов, имеющих отрицательный заряд (рис. 1.1).
Каждый электрон обладает определенной кинетической энер-
гией и испытывает действие кулоновской силы притяжения со
стороны ядра. Следовательно, кроме пространственной схемы
устройства атома его условно можно представить в виде энерге-
тической диаграммы (рис. 2.20,а). В этом случае электроны в
зависимости от их энергии располагаются на различных дискрет-
ных энергетических уровнях.
Казалось бы, что все электроны' под действием силы притяже-
ния ядра должны находиться па ближайшем к ядру уровне. Од-
нако в природе существует так называемый принцип запрета, ко-
торый говорит о том, что на одном энергетическом уровне не
может быть больше двух электронов, да и то имеющих противо-
положные спины (±S).
Таким образом, число энергетических уровней в одиночном
(изолированном) атоме будет зависеть от числа электронов в
атоме, т. е. от его строения. Характерно, что эдектроны в изоли-
рованном атоме имеют по любые, энергий, а лишь строго опреде-
ленные дискретные уровни 1Tb №2, U7n. Следовательно, между
энергетическими уровнями в атоме данного вещества имеются
промежутки, в пределах которых энергия для его электронов
«запрещена».
При образовании кристалла твердого, тела .отдельные атомы
134
сближаются друг с другом на малые расстояния. При этом меж-
ду атомами возникают hqbuc силы. Это силы взаимодействия ме-
жду ядрами атомов, между электронами, принадлежащими раз-
ным атомам, и между всеми ядрами и всеми электронами..
Рис. 2.20. Энергетические диаграммы:
о — одиночного атома; б — расщепление энергетических уровней «а
зоны при образовании кристалла
Под влиянием этих дополнительных сил энергетические уров-
ни в кристаллах изменяются. Одни уровни несколько повыша-
ются, другие — понижаются. Таким образом в кристаллах энер-
гетические уровни расщепляются, образуя энергетические зоны
разрешенных энергий с энергетической шириной порядка несколь-
ких электрон-вольт (рис. 2.20,6).
1 электрон-вольт (эВ) — это такая энергия, которую приобре-
тает 1 электрон при действии на него разности потенциалов
1 вольт.
Зоны разрешенных энергий полупроводников отделяются друг
от друга зонами запрещенных энергий шириной также порядка
нескольких электрон-вольт.
Не все зоны имеют одинаковую ширину. Чем ближе электрон-
ная оболочка к ядру, тем сильнее ядро удерживает электрон на
своем уровне, тем уже зоны разрешенных энергий. С увеличением
энергии IF ширина разрешенных зон увеличивается, а запрещен-
ных — уменьшается.
Разрешенные энергетические зоны могут быть полностью за-
полнены электронами, частично заполнены или совершенно сво-
бодными. Это зависит от числа электронов в атоме данного ве-
щества.
Если электрон под влиянием тепловой энергии или сильного
электрического поля будет переброшен, например, в свободную
зону или на свободные уровни не полностью заполненной зоны,
то такой возбужденный электрон уже не будет принадлежать ка-
кому-то одному определенному атому. Он как бы обобществля-
135
Рис. 2.21, Упрощенная энергетиче-
ская диаграмма
ется (коллективизируется)- и становится свободным электроном
(не связанным с атомом). В этом случае под влиянием приложен-
ного электрического поля электрон буДст перемещаться, созда-
вая ток проводимости.
Такая верхняя в энергетической схеме зона называется зоной
проводимости, а разрешенная зона, расположенная ниже сс,
где электроны связаны со своими атомами, называется валентной
зоной.
Так как ближние к ядру зоны
мало влияют на свойства кри-
сталлов, то обычно пользуются
упрощенной энергетической схе-
мой, па которой изображают
только три зоны: валентную, про-
водимости и между ними — за-
прещенную зону (рис. 2.21).
Рассмотренная нами зонная
теория сравнительно легко объ-
ясняет многие вопросы при изу-
чении полупроводников. Она по-
казывает, чем отличаются полу-
проводники от диэлектриков и
металлов, а также определяет
физические процессы в собствен-
ных и примесных полупроводниках; объясняет зависимость со-
противления полупроводников от температуры, изменение элект-
ропроводимости у различных, металлов.
2.3.2. Диэлектрики, полупроводники, проводники
Электроны в кристалле могут совершать внутризонные пере-
ходы с одного энергетического уровня на другой и междузон-
ныс — нз одной зоны в другую. В первом случае для перехода им
необходимо сообщить энергию порядка 10-22 эВ, во втором слу-
чае — преодолеть запрещенную зону, т. е. сообщить электрону
энергию порядка единиц эВ.
Установлено, что электрическое поле может сообщить энергию
порядка 10-1—10-8 эВ. Этой энергии достаточно только для вну-
тризрнного перехода электронов. Нагреванием кристалла, повы-
шением его температуры можно сообщить электрону энергию, до-
статочную для перевода его в соседнюю зону.
Вещества с полностью заполненной валентной оболочкой (при
Т=0), у которых зона проводимости отделена от валентной доста-
точно широкой запрещенной зоной (tF3=5-5-10 эВ), называются
диэлектриками (рис. 2.22,а). У этих веществ электроны не могут
совершить ни внутризонного, ни междузопного перехода.
Вещества с совершенно свободной зоной проводимости, у ко-
торых запрещенная зона сравнительно невелика ($3=1-*-3 эВ),
называются полупроводниками (рис. 2.22,6). У этих веществ при
136
температуре выше нуля возможно тепловое возбуждение элек-
тронов и перевод их в зону проводимости. Чем выше темпера-
тура, тем больше возбужденных электронов, тем больше электро-
проводность.
Вещества, у которых в валентной зоне имеется достаточное
количество незаполненных уровней или валентная зона перекры-
вается или соприкасается с зоной проводимости (рис. 2.22,в, г),
Рис. 2.22. Энергетические диаграммы различных веществ:
а — диэлектрика, б — полупроводника; о. г — проводника
называются проводниками. Если поместить такой кристалл
в электрическое поле, то электроны, находящиеся у верхнего края
валентной зоны, будут ускоряться электрическим полем и пере-
ходить на более высокие энергетические уровни, создавая элек-
трический ток.
2.3.3. Собственные и примесные полупроводники
Если электрону в полупроводниковом кристалле путем повы-
шения температуры, освещением, радиоактивным облучением или
сильным электрическим полем сообщить достаточное количество
энергии, превышающее энергию запрещенной зоны Н^3) то такой
электрон из валентной зоны окажется переброшенным . в зону
проводимости и будет свободным носителем заряда, т. с. элек-
троном электропроводности. При этом кристалл приобретает
свойство проводимости. С повышением температуры количество
электронов, преодолевающих запрещенную зону, увеличивается.
Проводимость полупроводника также увеличивается.
Проводимость химически чистых полупроводников называется
собственной проводимостью, а сами полупроводники — собствен-
ными полупроводниками. Проводимость полупроводников при-
нято объяснять не только переходом электронов. При переходе
электронов из валентной зоны в зону проводимости в валентной
зоне останутся нескомпенсированные положительные заряды ато-
мов. Эти положительные заряды называют дырками. Образовав-
шиеся дырки, могут быть заняты электронами соседних уровней
1?7
данной валентной зоны. В свою очередь образовавшиеся новые
дырки занимаются другими электронами, и процесс перехода бу-
дет продолжаться. Дырка как бы перемещается из связи в связь,
вместе с ней перемещается положительный заряд. Создается ды-
рочный ток.
Зона, проводимости Зона, проводимости
Донорные уровни
Рис. 2.23. Энергетические диаграммы полупро*
водников:
а — примесного донорного; б — примесного акцепторного
• цепторные
уровни
О о ООО
6
Если поместить полупроводник в электрическое поле, то элек-
троны будут перемещаться против направления поля, создавая
электронную проводимость а,„ а дырки — по направлению поля,
создавая дырочную проводимость ар. В соответствии с наличием,
двоякого рода носителей тока в полупроводнике различают элек-
тронную /п и дырочную jP составляющие тока. Общий ток в полу-
проводнике является суммой этих токов /=/«+/₽.
Проводимость полупроводника существенно зависит не только
от температуры, но и от различного рода примесей. В отличие
от металлов примеси в полупроводниках увеличивают электро-
проводность. Так, например, 0,001% примеси бора может увели-
чить проводимость кремния в 1000 .раз.
Проводимость полупроводника,’ обусловленная примесями, на-
зывается примесной проводимостью, а сами полупроводники —
примесными.
Введение примесей в кристалл приводит к возникновению в за-
прещенной зоне дополнительных энергетических уровней, увели-
чивающих электропроводность полупроводника.
При введении, например, в германий или кремний незначитель-
ной доли, мышьяка дополнительный уровень будет располагаться
в непосредственной близости от дна зоны проводимости
(рис. 2.23,а).
Энергия возбуждения электронов, находящихся на примесных
уровнях (ДМд), почти на два порядка меньше энергии возбужде-
138
ния собственных электронов кристалла (AlV'c). поэтому при на-
гревании полупроводника в первую очередь возбуждаются элек-
троны примесных атомов.
При сообщении электронам энергии больше, чем Д1^д, по-
следние с примесн'ого уровня будут переходить в зону проводи-
мости. Концентрация примесных электронов во много раз превы-
сит концентрацию собственных. В этом случае говорят, что полу-
проводник обладает примесной электронной проводимостью или
проводимостью «-типа.
Примеси, являющиеся источниками электронов проводимости,
называются донорными, а энергетические уровни этих, при-
месей — донорными уровнями.
Если в кристалл германия или кремния ввести в качестве при-
меси индий, то дополнительные (локальные) энергетические уро-
вни образуются вблизи потолка валентной зоны (рис. 2.23,6).
При возбуждении электроны могут покинуть валентную зону и
захватиться атомами индия (осуществить недостающую связь),
и в валентной зоне германия образуются дырки.
Примеси, способные принимать иа свои уровни валентные эле-
ктроны, называются акцепторными (захватывающими) или при-
месями p-типа, а энергетические уровни — акцепторными уров-
нями.
Таким образом, изменяя природу примесей и их концентра-
цию, можно в широких пределах изменять электрические свой-
ства полупроводников. Применяя различного рода примеси, мо-
жно в одном и том же кристалле создать области с различными
типами проводимости.
2.3.4. Электронно-дырочный переход
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов
основан на использовании явлений, происходящих в контакте
двух пли нескольких полупроводников с различными типами
электропроводности.
Область полупроводника, в которой происходит смена прово-
димости с электронной на дырочную (или наоборот), называется
электронно-дырочным или р— «-переходом. Система из двух на-
ходящихся в контакте полупроводников должна представлять
собой единый кристалл (монокристалл), в одной части которого
при выращивании кристалла создан электронный тип проводимо-
сти, а в другой — дырочный. Путем механического соединения
двух полупроводников р — «-переход не создается из-за возник-
новения окнелов в контакте и нарушения периодичности кристал-
лической решетки.
Если напряжение внешнего источника к монокристаллу не по-
дано, то на границе полупроводников с различными типами про-
водимости образуется двойной контактный слой (рис. 2.24).
Электроны из «-области будут диффундировать (переходить) в
p-область. В результате в «-области вблизи границы создается
139
слой, обедненный электронами н имеющий избыточный положи-
тельный заряд.
Дырки, в свою очередь, будут диффундировать из р-области
полупроводника в противоположном направлении. В результате
вблизи границы p-области усиливается отрицательный заряд, а в
«-области — положительный.
Таким образом, создается двойной элект-
рический слой толщиной I, который пре-
пятствует дальнейшему переходу электро-
нов и дырок через границу раздела двух
полупроводников. Для носителей тока он
является потенциальным барьером, ко-
торый электроны и дырки могут преодо-
леть лишь при очень высокой темпера-
туре (порядка тысяч градусов). Такой кон-
тактный слой, имеющий повышенное со-
р Гп 71
•®®® п' ооо
®®® 4i®®0
©®® z: ::'®О0
Рис. 2.24. Образование
р-л-персхода
противление для носителей тока, называется запирающим
слоем.
2.3.5. Полупроводниковые диоды
Полупроводник с одним р — «-переходом называется полупро-
водниковым диодом.
Если к полупроводнику с р -«-переходом подключить внеш-
ний источник напряжения, то сопротивление запирающего слоя
будет существенно изменяться.
При подключении отрицательного полюса источника к «-полу-
проводнику, а положительного к р-полупроводнику (рис. 2.25, а)
электроны в «-полупроводнике будут перемещаться к границе
раздела, а дырки в р-области— им навстречу, также к границе
раздела. В результате толщина запирающего слоя / будет непре-
рывно уменьшаться, так как в пограничном слое будет происхо-
дить рекомбинация (нейтрализация) электронов с дырками
(рис. 2.25,б).
Граница р— «-перехода не будет представлять сопротивления
для тока, вызываемого внешним напряжением, которое в этом
случае поддерживает встречное движение электронов и дырок.
Такое подключение внешнего источника, когда его положи-
тельный полюс подключается к р-полупроводнику, а отрицатель-
ный— к «-полупроводнику, в результате чего сопротивление за-
пирающего слоя уменьшается, называется прямым подключением,
а ток через полупроводник — прямым током.
Если изменить полярность приложенного напряжения
(рис. 2.25,в), то электроны в «-полупроводнике, а дырки в р-об-
ласти будут перемещаться от границы раздела в противополож-
ные стороны, обедняя подвижными зарядами запирающий слой и
увеличивая его толщину /, в котором будут сосредоточены непо-
движные заряды. Таким образом, подключение источника при-
водит к смещению границы запирающего слоя.
140
Чем больше приложенное запирающее напряжение, тем толще
двойной слой, обедненный подвижными носителями тока, и боль-
ше его запирающее сопротивление. Такое подключение внешнего
Рис. 2.25. Изменение ширины запирающего
слоя при изменении полярности напря-
жения:
а. б — при согласованном направлении источника
и потенциального барьера; в — при обратном
подключении
источника, когда его положительный полюс подключается к
«-полупроводнику, а отрицательный — к р-полупроводнику, в ре-
зультате чего сопротивление запирающего слоя значительно увели-
чивается, называется обратным подключением, а ток через полу-
проводник — обратным током.
Таким образом, р — «-переход в диоде обладает односторон-
ней проводимостью, и если приложить к нему переменное напря-
жение, то он будет работать как выпрямитель переменного тока.
Зависимость тока I от приложенного к диоду напряжения и пред-
ставлена вольт-амперной характеристикой (рис. 2.26).
Название «выпрямительные» присвоено только диодам, пред-
назначенным для выпрямления переменного тока низкой частоты.
Диоды, предназначенные для выпрямления токов высокой частоты,
обычно называют детекторами.
Конструкция и основные элементы выпрямительного диода по-
казаны на рис. 2.27.
Выпрямительные диоды, как правило, делаются плоскостными
для уменьшения плотности тока через р — «-переход. Там, где
141
необходимо уменьшить паразитную емкость
детекторы точечной конструкции.
перехода, применяют
Рис. 2.27. Устройство по-
лупроводникового диода:
/ — германий; 2 — индий;
3 — вывод; 4 — корпус; 5 —
изолятор; б — выводы
2.3.6. Полупроводниковые триоды (транзисторы)
Полупроводниковым триодом (транзистором) называется при-,
бор с одним или несколькими переходами, пригодный для усиле-
Рис. 2.28. Транзисторы с двумя переходами:
а —с р — п — р-переходом; б — с л — р — л-переходом
распространение получили транзисторы с двумя р — я-перехо-
дами. Чередование областей разнотипной проводимости монокрис-
талла полупроводника может быть как р — п — р, так и
п — р — п (рис. 2.28).
В настоящее время практическое применение в большинстве
случаев находят плоскостные транзисторы. Они обладают луч-
шими параметрами и большой стабильностью в работе. Устрой-
ство одного из типов плоскостного германиевого триода показа-
но на рис. 2.29, а.
142
5 4 2
3 1
6
а
В монокристалл германия типа п (/) с двух сторон вплавлен
мидии (2). Атомы индия, диффундируя в германий, создают в нем
области с проводимостью типа р
(3, 4). Левая- область, имеющая
меньшие размеры, называется эмит-
тером (5), правая — коллектором (4).
Область кристалла, находящаяся
между эмиттером и коллектором с
проводимостью типа п, называется
базой (5). Весь монокристалл поме-
шается в герметический металличе-
ский- корпус (6), через который про-
ходят выводы 7 от всех трех обла-
стей кристалла. Расположение выво-
дов показано па рис. 2.29, б, в.
Эмиттер (Э) транзистора подобен
катоду вакуумного триода, база (Б)
подобна сетке, а коллектор (К) —ано-

ду. Условные обозначения транзисто-
ров показаны на рис. 2.29, а. На-
правление стрелки на эмиттерпом вы-
воде соответствует прямому направ-
лению тока в цепи эмиттера. Принято
электронно-дырочный переход эмит-
тер— база называть эмиттериым пе-
реходом, а переход база — коллек-
тор — коллекторным.
Физические процессы, происходя-
щие при работе транзистора типа р —
Рис. 2.29. Устройство транзи-
стора:
а — устройство плоскостного тран-
зистора: б, в — расположение вы-
водов: г — условное обозначение
Рис. 2.30. Пояснение усилительных
свойств транзистора
п — р, можно объясннть^следующим образом. Крайние его части
обладают дырочной проводимостью, а средняя— электронной
(рис. 2.30).
143
Триод представляет собой как бы два последовательно сое-
диненных электронно-дырочных перехода. К левому переходу
подключен положительный полюс источника небольшого постоян-
ного напряжения Ея. К правому переходу подводится отрицатель-
ное напряжение от второго источника постоянного напряжения
Ек. Величина напряжения второго источника в несколько раз пре-
вышает напряжение первого источника.
Вследствие того что полярность левого источника согласована
с проводимостью перехода, через левый переход р — п будет про-
ходить большой ток. Через правый переход ввиду рассогласован-
ности полярности источника и перехода ток будет ничтожно ма-
лым, несмотря на большее напряжение источника.
При отключенном источнике коллектора и включенном источ-
нике эмиттера дырки в левой части полупроводника будут дви-
гаться от эмиттера через левый переход и базу к минусу источ-
ника. Эмиттер играет роль катода, излучающего электрические
заряды в среднюю зону полупроводника.
Если подключить источник коллектора, то между базой и кол-
лектором возникает сильное электрическое поле. Силовые линии
поля направлены от базы к коллектору (от + к — источника).
Вместе с тем от эмиттера в область базы непрерывно посту-
пают положительные заряды. Попадая под действие электриче-
ского поля коллектора; эти заряды из средней зоны вместо того,
чтобы попасть на базу, перемешаются к коллектору, в цепи ко-
торого устанавливается электрический ток. Почти все заряды,
поступающие от эмиттера в среднюю зону, перехватываются
полем коллектора. Поэтому ток коллектора практически равен
току эмиттера.
2.3.7. Схемы включения транзисторов
При включении транзистора в схему для работы, так же как
и в ламповых схемах, один из электродов заземляется, потенциал
его принимается равным нулю, а напряжения на двух других
электродах отсчитываются от заземленного. Такой заземленный
электрод считается общим.
В зависимости от того, какой из трех электродов является
общим, различают три схемы включения транзистора (рис. 2.31).
Схема с общей базой (ОБ) аналогична ламповой схеме с за-
земленной сеткой триода (рис. 2.31,а).
Схема с общим эмиттером (ОЭ) представлена на рис. 2.31,6.
Она аналогична ламповой схеме с заземленным катодом.
Схема с общим коллектором (ОК) изображена на рис. 2.31, в.
Схему ОК по аналогии с катодным повторителем называют эмит-
терным повторителем.
Каждая из этих схем имеет входную часть, куда подается сиг-
нал для преобразования, и выходную часть, откуда снимается пре-
образованный сигнал.
Ж
Принцип действия транзистора не зависит от схемы включе-
ния. Но каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.
Схема с ОБ имеет малое входное и большое выходное сопро-
тивление, коэффициент усиления по току а~ 0,98. Эта схема обла-
CL
Рис. 2.31. Схемы включения транзисторов:
в —с общей базой (ОБ); б —с общим эмиттером (ОЭ);
в — с общим коллектором (ОК)
дает наилучшими частотными свойствами и хорошей линейно-
стью выходных вольт-амперных характеристик.
Исходя из этого схема, например, с ОБ применяется в схемах
Генераторов и усилителен высокой и промежуточной частот, т. е.
в тех случаях, когда необходимы высокая стабильность, хорошие
частотные свойства и можно пренебречь малым входным сопро-
тивлением и низким коэффициентом усиления по току.
Схема с ОЭ имеет входное сопротивление примерно на поря-
док больше, чем схема с общей базой, достаточно большее вы-
ходное сопротивление и коэффициент усиления по току р«49.
6
Рис. 2.32. Схемы подачи смешения на транзистор:
а — от одного источника питания*, б — от двух источни*
ков питания
Поэтому схема с ОЭ применяется, когда необходимо получить на-
ибольшее усилешге по мощности. Она используется в усилителях
промежуточной и низкой частоты, в видеоусилителях и других по-
добных схемах.
Схема с ОК имеет большое входное и малое выходное сопро-
тивление. Предельное напряжение на коллекторе такое же, как
и в схеме с ОЭ. Схема с ОК используется в качестве согласующего
каскада для получения большего входного сопротивления и для
согласования оконечного каскада с низкоомной нагрузкой.
Смещение транзисторного каскада по постоянному току мо-
жет быть осуществлено от одного или от двух источников питания
(рис. 2.32).
Схема с одним источником питания (рис. 2.32, а) допускает
введение различного рода отрицательных обратных связей по по-
стоянному току. Для увеличения стабильности этой схемы в цепь
эмиттера включается резистор /?э, а в цепи базы используется
низкоомный делитель /?ь /?2.
Схема включения с двумя источниками питания (рис. 2.32,6)
обеспечивает получение более стабильного режима работы тран-
зистора в широком диапазоне температур, по наличие двух ис-
точников усложняет схему.
Применение разделительных и шунтирующих емкостей позво-
ляет осуществить при любой схеме включения по постоянному
току любую схему по переменному току. На рис. 2.33 приведена
схема с одним источником питания, включенная по постоянному
току в схеме с ОЭ, а по переменному току в схеме с ОБ.
146
Рис. 2.33. Включение транзи-
стора ио постоянному току в
схеме ОЭ, а по переменному
току в схеме ОБ
В тех случаях, когда напряжение источника питания превы-
шает предельное для транзистора значение напряжения, приме-
няют последовательное включение транзисторов (рис. 2.34,а).
Резисторы Rm, включенные параллельно транзисторам, служат
для обеспечения равного распределе-
ния обратного напряжения между три-
одами, что исключает возможность
пробоя всех триодов при пробое од-
ного из них.
В тех случаях, когда необходимо
получить в нагрузке больший ток,
чем допускают наиболее мощные
транзисторы, применяют параллельное
включение их (рис. 2.34,6).
Система обозначений полупровод-
никовых приборов по мере их совер-
шенствования изменялась несколько
раз.
У приборов, разработанных до
1964 г. и выпускаемых сейчас, условные обозначения состоят
из двух или трех элементов.
Первый элемент обозначения — буква: Д— для диодов, Т —
для плоскостных транзисторов.
Рис. 2.34. Схемы соединения транзисторов:
а — последовательное; 6 — параллельное
Второй элемент обозначения — число (номер), указывающее
на область применения. Например, диоды точечные германиевые
от 1 до 100, точечные кремниевые от 101 до 200 и т. д.
Третий элемент — буква, указывающая разновидность при-
бора.
Начиная с 1964 г. была утверждена новая система обозначе-
ний диодов и транзисторов. Всем вновь разработанным приборам
присваивались обозначения из четырех элементов. По этой си-
стеме, например, обозначение ГТ108А расшифровывается: гер-
маниевый (Г) маломощный низкочастотный (108) транзистор
147
(Т), разновидность типа А. Обозначение КД 503В — кремниевый
импульсный диод, разновидность типа Б.
Начиная с 1973 г. вновь разрабатываемым приборам присваи-
ваются обозначения в соответствии с ГОСТ 10862—72, которые
состоят из четырех элементов.
Первый элемент — буква или цифра обозначает материал:
Г или 1 — германий или его соединения; К или 2 — кремний или
его соединения; А или 3 — соединения галлия.
Второй элемент — буква, указывающая класс прибора: Т—'
транзисторы биполярные; П — транзисторы полевые; Д — диоды;
Ц—выпрямительные столбы и блоки; А —диоды СВЧ; В —ва-
рикапы; П—диоды туннельные; Н — тиристоры диодные; С —
стабилитроны и т. д.
Третий элемент —число, указывающее назначение и качест-
венные свойства приборов, а также порядковый номер разра-
ботки.
Четвертый элемент — буква, указывающая разновидность ти-
па из данной группы приборов (деление на параметрические
группы).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие приборы называются полупроводниковыми и по ка-
ким признакам они делятся?
2. Чем отличаются диэлектрики, полупроводники и провод-
ники с точки зрения зонной теории?
3. Чем отличаются собственные полупроводники от при-
месных?
4. Как устроен и работает полупроводниковый диод?
5. Как устроен и работает полупроводниковый триод (тран-
зистор)?
6. Какие схемы включения транзисторов вы знаете и каковы
их особенности?
7. Как обозначаются полупроводниковые приборы?
2.4. УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ
Как электронные лампы — триоды, тетроды и пентоды, так
и транзисторы имеют свойство при небольших изменениях напря-
жения на входе создавать значительное изменение напряжения
на выходе, т. е. усиливать электрические колебания.
Устройства, обладающие такими свойствами, называются уси-
лителями. Усилитель преобразует энергию своего источника по-
стоянного тока в энергию электрических колебаний, форма и час-
тота, которых соответствуют усиливаемым колебаниям.
Лампа или транзистор, все детали, относящиеся к ним, необ-
ходимые для усиления, а также источник питания образуют уси-
лительный каскад.
148
2.4.1. Ламповые Усилители на сопротивлении
На рис. 2.35, а приведена схема реостатного усилителя на
триоде. Нагрузкой, включаемой в анодную цепь лампы, в рео-
статном усилителе- является активное сопротивление /?а. Усили-
Рис. 2.35. Схемы усилителей, характеристики и временные диаграммы
токов и напряжений:
а — лампового: б — транзисторного
ваемое напряжение подводится к зажимам управляющая сетка —
катод, называемым входом каскада усилителя, а усиленное на-
пряжение снимается с анодной нагрузки /?а.
При отсутствии переменного напряжения на сетке в анодной
цепи протекает постоянный анодный ток /ао — ток покоя. Поло-
149
жнтсльпая полуволна входного напряжения вызывает увеличе-
ние (в фазе с ней) анодного тока, отрицательная полуволна —
уменьшение анодного тока.
' С ростом анодного тока увеличивается падение напряжения
на нагрузке, а анодное напряжение 1/а уменьшается:
, — Еа U Rv
При уменьшении напряжения на сетке уменьшаются анодный
ток и падение напряжения на нагрузке, возрастает напряжение
на аноде. Таким образом, переменное напряжение на аноде на-
ходится в противофазе (сдвиг на 180°) с напряжением на сетке.
Если сопротивление Ra достаточно велико, то снимаемое с
него выходное напряжение (Л1ЫХ (рис. 2.35, а) будет значительно
больше переменного напряжения G'BX, т. е. получится усиление,
характеризуемое коэффициентом усиления каскада.
Коэффициент усиления каскада К —число, показывающее, во
сколько раз каскад усиливает переменное напряжение:
г/-_
A tj .
VBX
При наличии сопротивления в анодной цепи зависимость
анодного тока от напряжения на сетке не может быть представ-
лена статическими аподно-сеточными характеристиками, ибо
анодное напряжение непостоянно н изменяется с изменением
анодного тока. В этом случае работа лампы характеризуется не
статической, а динамической характеристикой, представляющей
зависимость анодного тока от напряжения на сетке при постоян-
ном напряжении источника питания Еа (а не анодного напряже-
ния Uа, как в статических характеристиках). Крутизна динами-
ческой характеристики меньше, чем статической (см. рис. 2.35,а,
график 4).
Коэффициент усиления реостатного каскада меньше коэффи-
циента усиления лампы р. Для триода его можно 'вычислить по
формуле
к=—
Чем больше величина анодной нагрузки /?а, тем больше ко-
эффициент усиления каскада на данной лампе.
Практически брать Ra более 4Rt невыгодно, так как дальней-
шее увеличение Ra вызывает незначительное увеличение коэффи-
циента усиления каскада и в то же время приводит к значитель-
ному падению напряжения на нем от постоянной составляющей
анодного тока и поэтому требует повышенного напряжения источ-
ника.
На рис. 2.35, а на графике 2 приведены динамическая характе-
ристика триода (в дальнейшем будем называть ее просто харак-
теристикой), переменное напряжение на сетке, изменение анод-
150
ного тока i'a, вызванное этим напряжением, напряжение на аноде
лампы U3 и выходное- напряжение Точка А на характери-
стике при токе покоя называется начальной рабочей точкой.
Для усиления входного сигнала без искажений необходимо
начальную рабочую точку выбирать на прямолинейном участке
характеристики так, чтобы изменения переменного напряжения
Разряд
в
Рис. 2.36. Схемы подачи смешения на сетки ламп:
а — за счет источника смещения; б — катодное смещение; в — сеточное
смещение
на сетке не выводили рабочую точку за пределы прямолинейного
участка. В случае если рабочая точка выходит за пределы этого
участка, возникают искажения, называемые нелинейными.
В большинстве ламп для установки начальной рабочей точки
на сетку подается постоянное отрицательное напряжение. Это
напряжение называется напряжением смешения, так как оно сме-
щает на характеристике рабочую точку влево. Подача отрица-
тельного смещения на сетку может выполняться одним из трех
способов., показанных на рис. 2.36.
Источником напряжения смещения при первом способе явля-
ется стабилизированный выпрямитель, сухая батарея или акку-
мулятор, подключенные отрицательным полюсом к сетке, а поло-
жительным к катоду.
Во втором способе смещение создается за счет падения на-
пряжений на катодном сопротивлении. /?к при прохождении по
нему анодного тока.
В третьем способе смещение на сетке образуется за счет паде-
ния напряжения на сеточном сопротивлении от постоянной со-
ставляющей сеточного тока. Это можно объяснить следующим
образом.
При положительной полуволне входного напряжения конден-
сатор Сс (рис. 2.36, в) заряжается через сопротивление участка
сетка — катод лампы, которое в этом случае мало. При отрица-
тельной полуволне входного напряжения конденсатор Сс разря-
жается через большое сопротивление и создает на нем напря-
жение, которое «минусом» приложено к сетке, т. е. создает на-
пряжение смещения на сетке. Время разряда конденсатора та-
кое, что конденсатор не успевает полностью разрядиться к следу-
ющей положительной полуволне. В результате этого при каждой
161
положительной полуволне конденсатор дозаряжастся до ее ам-
плитудного значения.
Электроны, накопившиеся на пластинах конденсатора при его
заряде, постепенно стекают через сопротивление сетки Ёс, по-
этому его называют сопротивлением утечки.
Рис. 2.37. Амплитудно-частотная характеристика рео-
статного усилителя на триоде
Коэффициент усиления реостатного усилителя непостоянен.
Он зависит от частоты усиливаемых колебаний. Кривая, показы-
вающая зависимость коэффициента усиления от изменения час-
тоты колебаний на входе усилителя, называется амплитудно-
частотной характеристикой усилителя (рис. 2.37).
Полоса частот, в пределах которой коэффициент усиления
усилителя уменьшается до 0,707 от максимальной величины ко-
эффициента усиления на средних частотах Комакс. называется
полосой пропускания или частотным диапазоном усилителя.
Полоса пропускания усилителей низкой частоты, применяе-
мых в радиовещании для художественных передач, имеет значе-
ние обычно в пределах от 50 до 10000 Гц.
В радиоэлектронной аппаратуре применяются усилители с по-
лосой пропускания до нескольких сотен килогерц и единиц мега-
герц. Такие усилители называются видеоусилителями.
Для усиления напряжения колебаний низкой частоты помимо
реостатных усилителей применяются дроссельные и трансформа-
торные усилители. Это такие усилители, у которых в качестве
анодной нагрузки используется соответственно дрЪссель или
трансформатор. Физические процессы, происходящие в этих уси-
лителях, аналогичны рассмотренным в реостатных усилителях.
2.4.2. Транзисторный усилитель на сопротивлении
Рассмотрим усилитель, собранный по схеме ОБ (рис. 2.35,6).
Он состоит из транзистора Т, источника коллекторного питания
Ек, смещающего коллекторный переход в обратном направлении,
153
источника эмнттерного питания £э, смещающего эмиттерный пе-
реход в прямом направлении, нагрузочного сопротивления Ru,
включенного последовательно с транзистором и источником £«.
Во входящую цепь включен источник переменного напряже-
ния, внутреннее сопротивление которого Rr.
Допустим, что ЭДС генератора <?г=0 н его сопротивление так-
же равно нулю (Rr—0). При этом через эмиттерный переход,
смещенный напряжением Е3 в прямом направлении, протекает
ток эмиттера /» (рис. 2.35,6), вызывающий постоянный ток в
цепи коллектора /крт (рт —рабочая точка).
Напряжение на коллекторе (7Кб будет меньше напряжения ис-
точника Ек на величину падения напряжения на сопротивле-
нии RK.
Если ЭДС е,- меняется по синусоидальному закону, то при
положительном полупериоде эмиттерный переход еще больше
сместится в прямом направлении и ток /э возрастет, что вызовет
рост тока /к, напряжение UK6 при этом уменьшается. При отрица-
тельном полупериоде токи /а и /к уменьшаются, а напряжение
UK6 растет. При работе на линейных участках транзистора сиг-
нал на выходе не искажается и при соответствующем выборе ве-
личины /Крт переменное напряжение на выходе С/вых может быть
больше входного (/вх, т. е. происходит усиление сигнала по на-
пряжению.
2.4.3. Усилители мощности на триодах
Всякий усилитель увеличивает мощность подводимых к нему
колебаний. Однако несмотря па это, в зависимости от выполня-
емых задач различают усилители напряжения и усилители мощ-
ности. Параметры схемы усилителя напряжения выбираются из
условия получения максимального коэффициента усиления по
напряжению, а усилители мощности — из условия максимального
усиления сигнала по мощности (тока и напряжения). Усилители
мощности применяются в качестве выходного каскада многокас-
кадной усилительной схемы, оконечного каскада в радиовеща-
тельном приемнике, в радиотехнической аппаратуре — для уп-
равления работой двигателей, реле, следящих систем и т. д.
Из электроники известно, что генератор в нагрузку отдает
максимальную мощность, .если внутреннее сопротивление генера-
тора равно сопротивлению нагрузки. Это справедливо и для
лампового усилителя. Однако для ламповых усилителей мощ-
ности установлено, что максимальная неискаженная мощность
получается в том случае, если сопротивление нагрузки в два раза
превышает внутреннее сопротивление лампы (R&=2Ri).
По внешней схеме усилитель мощности не отличается от уси-
лителя напряжения. Разница между ними состоит в том, что в
усилителе напряжения для получения максимального усиления
анодная нагрузка берется во много раз больше внутреннего со-
153
противления лампы, а в усилителе мощности она только в два
раза больше внутреннего сопротивления лампы.
Существуют три основных класса усиления: Л, В и С.
1д,|
Рис. 2.38. Двухтактный усилитель:
« — схема: б — графики токов и напряжений
В усилителе класса А лампа работает в пределах прямоли-
нейного участка характеристики без сеточных токов. Этот режим
обеспечивает наименьшие нелинейные искажения и применяется
в усилителях высокого качества с небольшой мощностью, в том
числе и в оконечных каскадах радиоприемников.
Режим В характеризуется тем, что рабочая точка выбирается
в начале характеристики (рис. 2.38, б).. Благодаря этому ток по-
коя близок к нулю. При наличии сигнала ток в анодной цепи
будет протекать в течение положительного полупериода напря-
жения на сетке. Это приводит к большим нелинейным искажениям.
Поэтому режим класса В применяется в основном в двухтактных
схемах (рис. 2.38,а).
В двухтактной схеме входное переменное напряжение на сетках
ламп действует в противофазе. Если на сетку первой лампы по-
дается положительная полуволна, то на сетку второй лампы —
отрицательная, и наоборот. Вследствие этого анодный ток вна-
154
чале проходит через одну лампу, а потом — через другую. Так как
токи через половины первичной обмотки выходного трансформа-
тора протекают в противоположных направлениях, то переменный
магнитный поток его сердечника, пропорциональный разности
токов iai — га2, имеет форму, близкую к входной синусоидаль-
ной. В результате этого напряжение на нагрузке меняется также
по синусоидальному закону.
Режим класса В позволяет по сравнению с классом Л по-
лучить большую полезную мощность при сравнительно высоком
КПД, ио по сравнению с классом А он имеет большие нелинейные
искажения и создает неравномерную (ударную) нагрузку для
источника питания. .
Режим класса С характеризуется еще большим отрицатель-
ным Смещением на сетках ламп, чем режим класса В. Когда спгт
нала нет, лампа заперта, Анодный ток появляется только при
части положительного полупериода входного сигнала.
Для усиления колебаний высокой частоты применяется уси-
литель высокой частоты. Он является резонансным усилителем,
поскольку нагрузкой его является колебательный контур. По-
мимо усиления сигналов высокой частоты он улучшает избиратель-
ность приемника, увеличивает отношение сигиал/шум и ослабляет
помехи.
2.4.4. Обратная связь в усилителях
Обратной связью называется связь выходной цепи усилителя
с его входом. Напряжение, снимаемое с выхода усилителя и пода-
ваемое на его вход, называется напряжением обратной связи.
Если напряжение обратной связи совпадает по фазе с подводимым
на вход усилителя напряжением, то обратная связь называется
положительной.
ПрЪ положительной обратной связи общее напряжение на
входе усилителя возрастает, что приводит к ухудшению свойств
усилителя и даже к самовозбуждению, т. с. превращению в гене-
ратор незатухающих колебаний. Положительную обратную связь
в усилителях стремятся" уменьшить экранированием деталей и
устройством развязывающих фильтров.
При отрицательной обратной связи результирующее напря-
жение на входе усилителя уменьшается, уменьшая коэффициент
усиления. Искажения сигнала при этом уменьшаются, а весь
усилитель работает более устойчиво.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется усилителем электрических колебаний п ка-
кие источники питания необходимы для его работы?
2. Какие физические процессы происходят при работе усили-
теля па сопротивлении?
3. Какие имеются способы подачи отрицательного смещения
на управляющую сетку? ч
155
4. Как устроен транзисторный усилитель на сопротивлении
и как он работает?
5. Чем отличается усилитель мощности от усилителя напря-
жения?
6. Какое значение имеют обратные связи в усилителях?
2.5. МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
2.5.1. Общие сведения
Сложность электронных устройств за последнее время растет
все больше и больше. Это неизбежно приводит к увеличению их
габаритов, веса и потребляемой мощности. С ростом числа эле-
ментов в аппаратуре уменьшается ее надежность и растет стои-
мость. Подсчитано, например, что если бортовое оборудование
современного бомбардировщика, имеющего’около 150000 элемен-
тов, изготовить обычным (навесным) монтажом из деталей об-
разца 1942 г., то оно проработало бы до первого отказа всего
22 минуты. Изготовление более сложных автоматизированных
систем управления в этом случае. вообще потеряло бы всякий
смысл. Уменьшить стоимость такой аппаратуры и повысить ее на-
дежность можно только путем автоматизации процессов ее изго-
товления и применения малоразмерных высоконадежных эле-
ментов.
Для автоматизации процессов сборки аппаратуры потребова-
лась не только стандартизация отдельных элементов, сборочных
плат, крепежных и вспомогательных деталей, но и изготовление
стандартных функциональных узлов, предназначенных для генери-
рования или преобразования сигналов в виде конструктивно закон-
ченных изделий — модулей. Широкий ассортимент таких узлов и
стандартизация их внешнего оформления обеспечивают автомати-
зацию процесса сборки целых устройств или блоков.
Для повышения надежности и уменьшения габаритов этих
модулей были найдены новые высококачественные материалы,
созданы высоконадежные детали, разработаны методы уплотнения
их монтажа. Таким образом, отдельные модули преобразовались
в микромодули.
Одновременно с этим проводились интенсивные поиски прин-
ципиально новых путей построения узлов аппаратуры, в частно-
сти, на базе полупроводниковых материалов и тонких пленок раз-
личных материалов. В результате этих работ произошли измене-
ния не только в конструктивном оформлении, но и в самой
физической структуре узлов и элементов аппаратуры. От моду-
лей и микромодулей был осуществлен переход к полупроводни-
ковым и пленочным интегральным схемам. Отдельные элементы
в них и междуэлементные соединения создаются в едином техно-
логическом процессе как на поверхности, так и в объеме полу-
проводникового кристалла или в виде тонких пленок на поверх-
ности диэлектрика. Меры, предпринятые к повышению надежности
15Q
функциональных узлов и плотности заполнения их объема, привели
к возрастанию того и другого па несколько порядков.
Появление интегральных схем привело к возникновению нового
направления электроники — микроэлектроники.
Микроэлектроникой принято называть современное научно-тех-
ническое направление электроники, решающее проблему проектиро-
вания, конструирования и массового автоматизированного про-
изводства высоконадежных и экономичных микроминиатюрных
электронных устройств. .
Разработка и применение интегральных схем в настоящее
время разрешили задачу микроминиатюризации сложных элект-
ронных устройств и систем и удовлетворяют требованиям боль-
шинства сфер их применения. Поэтому теперь па очереди повы-
шение надежности элементов, устройств, систем и удешевление их
производства. В этих целях разрабатываются интегральные схемы,
объединяющие несколько функциональных узлов и даже устройств
в единой монолитной конструкции. Это так называемые большие
интегральные схемы (БИС). Кроме того, параллельно идет раз-
работка так называемых функциональных приборов, которые в
будущем могут заменять некоторые интегральные схемы.
2.5.2. Микромодули
Микромодулем называется функциональный узел электронной
аппаратуры, выполненный из микроминиатюрных дискретных эле-
ментов, укрепленных на отдельных микроплатах, которые объ-
единены в общую конструкцию, обеспечивающую герметизацию и
защиту от механических воздействий.
В настоящее время известны три конструкции микромодулей:
плоская, таблеточная и этажерочная.
В плоской конструкции элементы крепятся на одной или двух
сторонах печатной платы и соединяются с печатным монтажом
пайкой.
В таблеточной конструкции детали крепятся -в отверстиях
платы, которые вырезаны по форме деталей. Эта конструкция
более компактна и прочнее первой.
На рис. .2.39 представлен модуль наиболее распространенной
этажерочкой конструкции. В этом случае основные элементы
монтируются на стандартных керамических платах (рис. 2.39,а).
На краях этих плат имеются металлизированные облуженные
полукруглые выемки.
Выводы деталей, смонтированных на плате, присоединяются к
этим металлизированным выемкам, которые образуют контакт с
соответствующими металлическими стержнями для включения с
их помощью в схему.
Несколько плат собираются в своеобразную «этажерку»
(рис. 2.39,6), создавая функциональный узел, выполняющий опре-1
деленную задачу.
157
Смонтированный таким образом модуль помещается в корпус
и заливается компаундом для повышения климатической устой-
чивости и механической прочности (рис. 2.39,в).
Обычно на каждой плате размещается несколько бескорпусных
транзисторов, диодов, индуктивностей, резисторов в виде тонких
пленок с высоким удельным сопротивлением, а также кондеи-
Рис. 2.39. Мнкромодульный элемент:
а, <5 — устройство отажеркк»: в — внешний вид
саторов, представляющих собой чередующиеся проводящие и ди-
электрические пленки. Все это дает выигрыш в объеме аппара-
туры по сравнению с обычным транзисторным монтажом' в
100—120 раз. Благодаря применению высокочастотных материа-
лов герметизации и автоматизации сборки надежность микромо-
дулей значительно возросла. Они могут безотказно работать до
десяти миллионов часов.
2.5.3. Интегральные схемы
Применяются пленочные, гибридные и полупроводниковые ин-
тегральные схемы.
Пленочными называют такие интегральные микросхемы,
элементы которых выполнены в виде пленок, нанесенных на по-
верхность диэлектрического материала.
Образцы пленочных резисторов и конденсаторов в увеличенном
масштабе представлены па рис. 2.40.
Диэлектрическая цдастина, на которую наносятся пленки, на-
зывается подложкой (основой). Обычно это пластина керамики,
стекла или слюды. Толщина пленок достигает от 0,01 до 0,000 001 мм.
Наносятся они методом вакуумного напыления через так назы-
ваемые теневые маски или защитные покрытия.
Резисторы (рис. 2.40, а) изготовляют путем нанесения пленок
с высоким удельным сопротивлением (нихрома или теллура), а
158
соединительные проводники—осажденном пленок проводящих
материалов (медь, серебро и др.) в нужных местах.
Конденсаторы (рис. 2.40,6) изготовляют путем двустороннего
покрытия диэлектрической подложки проводящими пленками.
Металлическая
пленка.
и; *“,я’Л
г\ Алюминии ... и
Нихром

О, 6
Рис, 2.40. Пленочные интегральные элементы:
а — резистор; б — конденсатор
Индуктивности малых величин получают путем нанесения пло-
ских спиралей из проводящих или магнитных пленок, диоды и
транзисторы — путем последовательного нанесения пленок полу-
проводниковых материалов типа р и п.
"Кремний,
n -типа.
р- типа. контакты
SiOZ
Резистивныи.
слой
CL
Рис. 2.41. Полупроводниковые интегральные
схемы:
а — резистора; 6 — конденсатора ,

Все пленочные схемы для повышения климатической стойко-
сти и механической прочности заливают компаундами н помещают
в защитные герметизированные корруса.
Гибридными называют микросхемы, часть элементов которых,
имеет самостоятельное конструктивное оформление. Это обычно
трансформаторы, индуктивности, емкости больших номиналов,
транзисторы, диоды и др.
Полупроводниковыми называют такие интегральные микро-
схемы, элементы которых выполнены в объеме или на поверхно-
сти полупроводниковых материалов.
На рис. 2.41 представлены схемы устройства резистора и кон-
денсатора с использованием полупроводниковых материалов.
159
Обычно активные и пассивные элементы изолируются от подложки
р—«-переходами, смещенными В' обратных направлениях, или
слоями диэлектрика.
В качестве резисторов, например, могут применяться р—п-пе-
реходы, смещенные в обратном направлении, в качестве конден-
саторов— барьерные емкости р-—«-переходов. Чтобы получить
определенную конфигурацию областей с различными типами про*
водимостей, используют защитные маски, а нанесение на поверх-
ность кристалла производят фотолитографическим способом.
Следует отметить, что полупроводниковые интегральные схемы
лмеют большой разброс параметров пассивных элементов по срав-
нению с тонкопленочными и другие недостатки. Поэтому наиболь-
шее применение сейчас находят гибридные полупроводниковые
интегральные микросхемы, элементы которых выполнены мето-
дами полупроводниковой и пленочной технологии.
2.5.4. Функциональные приборы
Функциональными называют приборы, в которых используются
различные физические эффекты и свойства вещества (электриче-
ские, механические, магнитные, тепловые, оптические и др.); они
способны выполнять функции электронных устройств и представ-
ляют собой единое конструктивное целое.
Такими функциональными приборами являются кристалл
кварца, выпрямитель переменного тока с использованием эффекта
Зеебека, а также приборы, использующие эффект Холла, эффект
Ганна и др.
Так, например, кристалл кварца широко применяется как
контур LC очень высокой добротности для стабилизации частоты
колебаний переменного напряжения, но элементов L и С в нем
нет, а при его работе используется присущий кварцу пьезоэлектри-
ческий эффект. В таких функциональных приборах даже по срав-
нению с интегральными схемами уменьшается число компонентов,
а надежность их велика.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие причины вызвали возникновение микроэлектроники?
2. Что такое микромодули и как они устроены?
3. Как устроены интегральные схемы?
4. Какие приборы называют функциональными и на чем ос-
нован принцип их действия?
2.6. РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
2.6.1. Общие сведения
Радиопередающее устройство (РПУ) предназначено для созда*
ния высокочастотных колебаний и управления ими по заданному
закону. Оно является составной частью многих радиотехнических
160
систем, используемых для радиосвязи, радиолокации, радионави-
гации, телевидения, радиотелеуправлеиия и др.
Основными элементами радиопередающего устройства явля-
ются генератор высокой частоты, модулятор, источник питания
(рис. 2.42).
а
6
Рис, 2.42. Структурные схемы радиопередающего устройствам
а — одиокаскадного’ РПУ; б — многокаскадного РПУ
Генератор высокой частоты преобразует энергию источника
питания в энергию колебаний высокой частоты, которые с по-
мощью антенны излучаются в пространство в виде электромагнит-
ных волн.
Модулятор управляет по заданному закону колебаниями, вы-
работанными генератором. Источник питания обеспечивает гене-
ратор и модулятор питающими напряжениями.
Современные радиолокационные передатчики по схеме построе-
ния делятся на две группы: РПУ с одним автогенератором
(однокаскадные) и РПУ с многокаскадной высокочастотной
частью (многокаскадные).
Однокаскадное радиопередающее устройство импульсной РЛС
(рис. 2.42, а) обычно используется лишь для формирования зон-
дирующих сигналов простейшей формы (напримсф, последова-
б—330 161
тельности импульсов одной частоты). Применение новых методов
радиолокации, например доплеровского метода сжатия, и много-
частотного метода потребовало изменения принципов построения
радиопередающих устройств.
Поскольку в таких РЛС в ряде случаев используются зонди-
рующие сигналы сложно', структуры и большой мощности, то
радиопередающие устройства строятся с многокаскадной высоко-
частотной частью, состоящей из возбудителя и каскадов усиле-
ния (рис. 2.42,6).
К основным техническим характеристикам радиопередающего
устройства относятся рабочий диапазон частот, выходная мощ-
ность, коэффициент полезного действия (КПД), стабильность
частоты, скорость перестройки частоты.
Технические характеристики радиопередающего устройства в
значительной степени определяют технические характеристики
всей радиотехнической системы.
Например, большая мощность генераторов и усилителей обес-
печивает большую дальность в связи, радиолокации, радионави-
гации и др.
Стабильность частоты передатчика определяет надежность ра-
диосвязи и обнаружения цели радиолокатором, а также электро-
магнитную совместимость радиотехнических систем.
Повышение скорости перестройки несущей частоты необходимо,
например, для защиты от активных помех.
Совершенство автоматизации и контроля работы радиопере-
дающих устройств определяет эксплуатационную надежность и
готовность их к работе.
Возрастание требований к техническим характеристикам
обусловлено как усложнением радиопередающих устройств, так
и необходимостью работы в различных внешних условиях (усло-
виях влажного, сухого или холодного климата, в космосе, в усло-
виях сильных механических вибраций, больших ускорений и т. п.).
2.6.2. Усилители мощности высокой частоты
Усилитель высокой частоты часто называют генератором с
внешним (посторонним) возбуждением. Он широко применяется
в радиолокации, радиосвязи и в ряде других областей техники
для преобразования энергии источников постоянного напряжения
в энергию высокочастотных колебаний. По своей схеме он на-
поминает усилитель низкой частоты с тем лишь .отличием, что в
качестве.нагрузки включается колебательный контур (рис.2.43,а).
В радиопередающем устройстве усилитель мощности высо-
кой частоты работает в режиме с отсечкой анодного тока, обес-
печивающем больший КПД. Отсечка анодного тока характери-
зуется углом отсечки 0. Углом отсечки называется половина
фазового угла, соответствующего времени прохождения анодного
тока. Например, если через лампу проходит анодный ток в
течение одного полупериода (180°), то угол отсечки равен 90°,
162
При работе с отсечкой ток в анодной цепи генератора имеет
вид отдельных импульсов, повторяющихся с частотой напряжения
на управляющей сетке лампы (рис. 2.43,в). Такую периодиче-
Рис. 2.43. Ламповый усилитель мощности высокой частоты»
а — схема: б — д — диаграммы напряжений и токов на электродах лампы
скую последовательность импульсов тока можно представить как
сумму постоянного тока 1м и большого числа переменных токов
(гармоник) с различными амплитудами и с кратными частотами
(рис. 2.43, г).
6*
163
Частота первой гармоники iai равна частоте повторения им-
пульсов тока, т. е. частоте напряжения возбуждения. Чем больше
помер гармоники, тем выше ее частота и меньше амплитуда.
Для получения максимальной амплитуды той или иной гар-
моники на ее частоту настраивается анодный контур и выбирается
наивыгоднейший угол отсечки. Если контур настроен на частоту
Рис. 2.44. Транзисторный усилитель мощности вы-
сокой частоты
первой гармоники (ai (возбуждающего напряжения ме), то его
сопротивление при резонансе на этой частоте будет наибольшим,
а следовательно, будет наибольшим и снимаемое с контура на-
пряжение ик (рис. 2.43,с)). Для других гармоник этот ’ контур
представляет небольшое сопротивление, поэтому величина напря-
жения, создаваемая ими на контуре, также небольшая.
Наличие множества гармоник тока с различными частотами
позволяет осуществить умножение частоты колебаний, созда-
ваемых в передатчике. Так, например, при работе в режиме
удвоения частоты колебательный контур настраивается в ре-
зонанс на частоту второй гармоники, напряжение которой и сни-
мается с контура. Умножение частоты повышает устойчивость
частоты многокаскадного передатчика, снижает склонность к са-
мовозбуждению генераторов с внешним возбуждением.
На рис. 2.44 приведена схема генератора с внешним возбуж-
дением на транзисторе с общим эмиттером, которая является ана-
логом ламповой схемы с общим катодом.
Характерным является то, что изменение температуры изме-
няет стабильность генератора. Изменение температурного режима
схемы приводит к изменению напряжения отсечки, вследствие
чего изменяется угол отсечки тока коллектора, генерируемая мощ-
ность и КПД генератора.
Для стабилизации температурного режима в схему вводят
дополнительные элементы. В схеме, изображенной на рис. 2.44,
таким элементом является резистор зашуитированпын по пе-
ременному току конденсатором Сь При повышении температуры
164
увеличивается ток коллектора. Это приводит к увеличению па-
дения напряжения на резисторе Отрицательное смещение на
базе по отношению к эмиттеру при этом уменьшается, в резуль-
тате ток коллектора возвращается к первоначальному значению
и режим генератора восстанавливается.
Иногда для обеспечения температурной стабильности генера-
тора используют терморезисторы или полупроводниковые диоды.
2.6.3. Принцип работы лампового генератора с самовозбуждением
(автогенератора)
Под автогенератором понимается первичный источник элект-
рических колебаний высокой частоты.
В автогенераторе периодические колебания создаются без по-
дачи извне возбуждающего напряжения. Частота и амплитуда
генерируемых колебаний опреде-
ляются его собственными пара-
метрами.
В ламповом автогенераторе
(рис. 2.45) возбуждение и под-
держание колебаний происходят
за счет подачи па сетку лампы
небольшой энергии колебаний из
анодного контура самого гене-
ратора. Передача энергии из
анодного контура в цепь сетки
происходит за счет положитель-
ной обратной связи. Обратная
связь может быть индуктивной,
автотрансформаторной, емкост-
ной и электронной.
Возникновение колебаний в
автогенераторе происходит сле-
Рис. 2.45. Схема автогенератора с
индуктивной обратной связью
дующим образом. При включении - анодного питания через кои-
тур потечет ток, заряжающий емкость Ск. В момент.включения
источника сопротивление индуктивности велико. После заряда
конденсатор ' Ск начнет разряжаться па катушку индуктивно-
сти Li(. В контуре возникнут колебания, которые будут затухать
из-за наличия активных потерь. Чтобы колебания ие затухали,
в такт им вводится дополнительная энергия за счет источника
анодного питания. Это достигается следующим образом.
Под влиянием магнитного поля, созданного колебаниями тока
в анодном контуре, в катушке обратной связи Lg наводится
напряжение, называемое напряжением обратной связи. Напря-
жение обратной связи Ug, поданное иа сетку лампы, управляет
анодным током так, что переменная составляющая создает на
контуре падение напряжения в фазе с первоначальными коле-
баниями, т. е. восполняет потери и поддерживает колебания в
контуре незатухающими.
165
Чтобы произошло самовозбуждение генератора, необходимо
выполнить два условия самовозбуждения: условие баланса фаз
и условие баланса амплитуд.
Условие баланса фаз сводится к тому, что напряжение обрат-
ной связи, подаваемое за счет обратной связи из анодного кон-
тура на управляющую сетку, должно быть в противофазе с
напряжением на аноде. При этом переменная составляющая
анодного тока будет доставлять энергию в контур. При индук-
тивной обратной связи (рис. 2.45) это достигается правильным
включением катушки обратной связи Lg.
Условие баланса амплитуд определяет количественную сто-
рону пополнения,энергии в контур. Оно сводится к тому, что ве-
личина напряжения обратной связи должна быть такой, чтобы
вызванная ею переменная составляющая анодного тока пол-
ностью восполняла потери в контуре. Условие баланса амплитуд
выполняется подбором величины обратной связи анодного кон-
тура с цепью сетки.
Частота колебаний рассмотренного автогенератора практиче-
ски определяется параметрами колебательной системы:
2^УЦск '
Резистор Rg и конденсатор Cg образуют цепочку автоматиче-
ского отрицательного смещения за счет постоянной составляющей
сеточного тока. Конденсатор Со — блокировочный, шунтирует по
переменной составляющей источник анодного питания Еа, умень-
шая ее потери.
2.6.4. Схемы автогенераторов
Различие схем автогенераторов определяется видом обратной
связи. На рис. 2.46, а изображена принципиальная схема гене-
ратора с автотрансформаторной связью.
Лампа к контуру подключается в трех точках (а, к, g), по-
этому такая схема включения называется трехточечной. Напря-
жение обратной связи к участку сетка — катод лампы снимается
с части контурной катушки (участок к — g). Чтобы выполнить
условие баланса фаз, вывод катода подключен к точке контура,
лежащей между точками подключения к контуру анода и сетки
лампы. Это обеспечивает сдвиг фаз между напряжением анода и
сетки на 180°.
Условие баланса амплитуд выполняется подбором величины
связи, т. е. местом подключения катодного провода к- контурной
катушке.
Настройка генератора па требуемую частоту производится
конденсатором переменной емкости Ск.
Отрицательное напряжение смещения на сетку лампы подается
с резистора Rg за счет протекания постоянной составляющей се-
точного тока.
166
Па рис. 2.46,6 приведена схема автогенератора с емкостной
обратной связью (емкостная трехточка). В этой схеме напряжение
обратной связи снимается с конденсатора С^. Условие баланса
фаз, как и в индуктивной трехточке, достигается подключением
анода и сетки лампы к противоположным концам колебательного
б
Рис. 2.46. Ламповые автогенераторы по схеме индук-
тивной (а) н емкостной (б) трехтонки
контура, а катода — к точке, находящейся между точками под-
ключений анода и сетки (между С> и Сг). Условие баланса ампли-
туд достигается подбором степени обратной связи, которая за-,
висит от соотношения емкостен и С|.
Генераторы могут быть собраны по схеме последовательного
или параллельного анодного питания. Если три основных элемента
генератора — источник анодного питания, контур и лампа —
включены последовательно, то схема называется последователь-
ной (рис. 2.45).
Если указанные элементы генератора включены параллельно,
то схема анодного питания называется параллельной (рис. 2.46).
В этом случае в схему генератора необходимо включить разде-
лительный конденсатор Ср и дроссель Lp. Разделительный кон-
денсатор Ср предотвращает короткое замыкание источника пи-
тания Е& через контурную катушку L. Дроссель Lp исключает
ответвление токов высокой частоты через источник анодного пи-
тания.
167
Принцип построения схем транзисторных автогенераторов та-
кой же, как и ламповых (рис. 2.47).
Отличительной особенностью транзисторной схемы автогене-
ратора от ламповой является применение комбинированного
способа подачи смещения на базу транзистора. Начальное не-
Рис. 2.47. Автогенераторы на транзисторах по схеме индуктивной (а) н
емкостной (б) трехточки
большое отрицательное смещение на базу подается с /?| делителя
(рис. 2.47,а). Автоматическое смещение положительной
полярности за счет постоянной составляющей тока базы сни-
мается с /?б.
2.6.5. Стабилизация частоты радиопередающих устройств
К современным радиопередатчикам предъявляются жесткие
требования в отношении стабильности частоты. В передатчиках
РЛС уменьшение нестабильности частоты способствует повыше-
нию помехозащищенности и устойчивости работы радиолинии,
улучшает работу аппаратуры селекции движущихся целей (СДЦ).
К нарушению стабильности частоты могут привести любые
причины, изменяющие хотя бы один из параметров, контура или
режим работы генератора, так как они изменяют собственную
частоту контура fo н, следовательно, частоту генерируемых коле-
баний.
Нестабильность частоты будет тем меньше, чем выше по-
стоянство параметров (эталонность) и добротность контура.
К основным факторам, нарушающим стабильность частоты, сле-
дует отнести изменения температуры, влажности, давления, на-
пряжений источников питания, механические деформации элемен-
тов колебательной системы, воздействие на генератор со стороны
168
нагрузки. Для уменьшения влияния этих факторов применяют
ряд мер.
Особенно эффективным методом является кварцевая стабили-
зация частоты. Применение кварца для стабилизации частоты
колебаний генераторов основано на использовании пьезоэффекта.
Для включения в схему пластина кварца помещается в специаль-
ный держатель.
Кварцевая пластина представляет собой колебательный кон-
тур, собственная частота которого'определяется геометрическими
размерами и характером среза пластины. Добротность этого
эквивалентного колебательного контура большая (десятки тысяч).
Высокая добротность вместе с исключительно высокой эталон-
ностью и обеспечивают стабилизирующее действие кварцевой
пластины на частоту колебаний автогенератора.
Кварцевые генераторы широко применяются не только в за-
дающих генераторах радиопередатчиков, но и в качестве гетеро-
динов в приемниках РЛС, в измерительной аппаратуре, в схемах
формирования электрических отметок дальности и др.
2.6.6. Триодный генератор СВЧ
Передатчики радиолокационных станций обычно работают в
диапазоне метровых и сантиметровых воли. Получить колебания
даже в метровом диапазоне волн с помощью обычны'х колеба-
Рис. 2.48. Триодный автогенератор СВЧ
тельных систем с сосредоточенными параметрами невозможно,
так как величины индуктивностей и емкостей должны быть очень
малыми. Поэтому колебательные системы на СВЧ образуют от-
резками короткозамкнутых длинных линий и некоторой емкостью
(метровые, дециметровые волны) или же объемными резонато-
рами (сантиметровые волны). Используются лампы с дисковыми
выводами (металлокерамические или металлостеклянные).
Схема автогенератора на металлокерамическом триоде при-
ведена на рис. 2.48.
Отрезки линий образованы тремя концентрически расположен-
ными цилиндрами разного диаметра. Анодно-сеточный контур
169
f
образуется из внутренней поверхности анодной и внешней поверх-
ности сеточной трубы в сочетании с мсждуэлектродной емкостью
анод — сетка лампы. Внутренняя поверхность сеточной и внешняя
поверхность катодной труб в сочетании с емкостью сетка — катод
лампы образуют сеточно-катодный контур.
Связь между контурами осуществляется через емкость анод —
катод лампы. Для увеличения емкости обратной связи к анодной
трубе прикрепляется штырь, проходящий через сеточную трубу
в сеточно-катодный контур.
Иногда для осуществления автоматической подстройки частоты
в анодно-сеточный контур вводят дополнительную индуктив-
ность— пластинку АПЧ.
Условие баланса фаз в генераторе выполняется настройкой
контура так, чтобы на генерируемой частоте анодно-сеточный кон-
тур был эквивалентен индуктивности, а сеточно-катодный кон-
тур—емкости.
Настройка контуров производится с помощью закорачиваю-
щих поршней путем изменения длины коаксиальной линии. Отвод
колебательной мощности из анодно-сеточного контура в антенну
производится петлей связи.
2.6.7. Отражательный клистрон
• Отражательный клистрон является маломощным автогенерато-
ром сантиметровых волн. Упрощенная схема отражательного
клистрона приведена на рис. 2.49. В его конструкцию входят ка-
тод 2 с подогревателем /, объемный* резонатор 3 обычно торои-
дальной формы с сетками 6 в центральной части для пропускания
электронного потока, отражатель 4 и устройство вывода энер-
гии 5.
К сеткам резонатора относительно катода прикладывается
положительное напряжение Uo, а на отражатель —отрицательное
напряжение t/отр. Электроны, вылетающие с катода, под дей-
ствием положительного напряжения Uo ускоряются к резонатору
и пронизывают его. сетки.
В пространстве между сетками электронный поток управляется
(модулируется) по скорости переменным электрическим полем
резонатора. Это поле возбуждается в резонаторе хаотическим
движением электронов в самом резонаторе и в электронном по-
токе, пронизывающем резонатор.
Таким образом, электроны, прошедшие сетки резонатора, по-
падают в постоянное тормрзящее поле отражателя с различными
скоростями. Электроны с большей скоростью подходят ближе к
отражателю и затем возвращаются к резонатору. Электроны с
меньшей скоростью пролетают меныпее расстояние.
Траектории электронов, испытавших различное воздействие со
стороны поля резонатора, показаны пунктиром на рис. 2.49, а.
В процессе этого движения электроны группируются в сгустки,
которые вновь пролетают сетки резонатора. При соответствующем
170
выборе Напряжений Uo и (Л>тр Сгустки электронов попадают в
тормозящее поле между сетками резонатора, отдают ему энергию,
поддерживая возникшие в резонаторе колебания.
При изменении напряжения на отражателе в небольших пре-
делах сгустки возвращающихся электронов по-прежнему проходят
сетки резонатора в тормозящем поле, но мощность колебаний
Рис. 2.49. Отражательный клистрон:
а — упрощенная схема отражательного клистрона; б — зоны генерации и кривые
электронной настройки частоты отражательного клистрона
клистрона будет уменьшаться. При дальнейшем изменении напря-
жения (7отр мощность колебаний падает до нуля, т. е. колебания
прекращаются.
Таким образом, существует диапазон возможных изменений
напряжения на отражателе, в котором имеет место генерация.
Отражательный клистрон имеет при разных значениях Uoxp не-
сколько областей генерации, называемых зонами генерации
(рис. 2.49,6).
Возможны два способа настройки частоты отражательного
клистрона: механический и электронный.
Механическая настройка частоты отражательного клистрона
достигается механической перестройкой объемного резонатора с
помощью винта настройки или изменением расстояния между
сетками резонатора.
Электронная настройка частоты отражательного клистрона
осуществляется изменением напряжения на отражателе
(рис. 2.49,6). Зависимость частоты клистрона от напряжения на
отражателе используется для автоматической подстройки частоты
приемников РЛС. КПД отражательных клистронов мал (1—2%),
поэтому они используются для генерирования колебаний малых
171
мощностей (как гетеродины приемников, в радноизмерительпой
аппаратуре и др.).
В настоящее время кроме отражательных клистронов, содер-
жащих один резонатор, применяются клистроны с двумя, тремя
и ббльшим числом резонаторов. Клистронные генераторы такого
типа называются пролетными. Пролетные клистроны нашли при-
менение в основном как мощные усилители колебаний СВЧ.
2.6.8. Магнетронные генераторы
Многорезонаторный магнетрон является широко распростра-
ненным генератором колебаний' в сантиметровом диапазоне волн
как в радиолокации, так и в других областях техники. В настоя-
Рис. 2.50. Многорезонагорный магнетрон:
а — устройство магнетрона; б. в, г — формы резонаторов
блока магнетрона (цилнндрическн-щелевыс, щелевые,
лопаточные)
шее времй мощность импульсных магпетропов достигает не-
скольких десятков мегаватт при достаточно высоком КПД
(50—60%) • Устройство мпогорезопаторного магнетрона упрощенно
изображено на рис. 2.50, а.
В. центре магнетрона расположен массивный катод /, который
окружен цилиндрическим анодным блоком 2 с отверстиями —
объемными резонаторами 3. Число резонаторов всегда четное, а
форма их может быть различной (рис. 2.50, б, в, г).
Высокочастотная энергия выводится из магнетрона с помощью
петли связи 4, помещаемой в одном из резонаторов, или щели,
переходящей в волноводный выход. Выводы от нити накала 5
и петли связи 4 проходят через стеклянные перегородки, обеспе-
чивающие сохранение вакуума внутри магнетрона. Магнетрон
помещается между полюсами постоянного магнита или электро-
172
магнита. Силовые линии магнитного поля проходят параллельно
оси катода. ’
Для лучшего охлаждения наружная поверхность анодного
блока делается ребристой. Анод магнетрона заземляется, а к ка-
трду подводится большое отрицательное напряжение.
Рис.' 2.51. Физические процессы в магнетроне:
а — зависимость траектории движения электронов в магнетроне от напри*
женности магнитного поля; б — вращающийся спицеобраэный электронный
лоток в магнетроне; в — фокусирующее действие радиальной составляющей
переменного поля
Работа многорезонаторного магнетрона основана на взаимо-
действии вращающегося электронного потока с переменным
электрическим полем резонаторов, в результате которого элект-
ронный поток тормозится и отдает энергию резонаторам, поддер-
живая в них незатухающие колебания.
Электроны, вылетевшие из катода, под воздействием магнит-
ного поля постоянного магнита образуют вращающийся электрон-
ный поток (рис. 2.51,а). Под влиянием постоянного электриче-
ского поля, обусловленного напряжением источника анодного пи-
тания, электроны движутся в сторону анода по прямой /. Магнит-
ное поле искривляет траекторию их движения (кривая 2).
Искривление траектории электронов тем больше, чем больше
напряженность магнитного’ поля.
При напряженности магнитного поля больше критического
значения электроны, не достигая анода, возвращаются на катод
(кривая 4). Затем электрон снова уходит от катода, описывая
все новые и новые петли своей траектории. При непрерывном
эмиттированин электронов всей поверхностью катода образуется
173
поток электронов, вращающихся вокруг катода со скоростью, за-
висящей от напряженности электрического и магнитного полей.
После включения питания магнетрона в его объемных резо-
наторах возникают колебания, частота которых определяется
емкостью и индуктивностью резонаторов.
Чтобы колебания не затухали, необходимо в такт этим коле-
баниям пополнять энергию в резонаторе, расходуемую в виде
активных потерь. Для пояснения этого процесса рассмотрим ре-
жим работы магнетрона, при котором колебания в соседних резо-
наторах находятся в противофазе (рис. 2.51,6).
Переменное электрическое поле, возникшее при включении
питания щелей резонаторов, будет увеличивать пли уменьшать
скорость электронов, двигающихся вокруг катода. Напряженность
переменного электрического поля у щелей резонатора в любое
мгновение можно представить как сумму составляющих: радиаль-
ной Ер и тангенциальной- Ет. Радиальная составляющая электри-
ческого поля направлена по радиусу от анода к катоду, а тан-
генциальная составляющая перпендикулярна к ней. За счет вза-
имодействия электронов с тангенциальной составляющей электри-
ческого поля происходит пополнение энергии высокочастотных
колебаний в резонаторах, а за счет взаимодействия с радиальной
составляющей происходит фазовая фокусировка, т. е. группирова-
ние их по плотности в виде сгустков.
На рис. 2.51,в приведено электрическое поле в трех соседних
резонаторах в тот момент, когда оно максимально. Направление
перемещения электронов мимо щелей резонаторов показано
стрелкой. Фокусирующее действие . радиальной составляющей
поля Ер рассмотрим на примере трех электронов, находящихся
в тормозящем поле резонатора (рис. 2.51,в).
Переносная скорость электрона 2, находящегося в максимуме
тормозящего поля, определяется напряженностью постоянного
электрического поля анода Е (посредине щели Ер=0). У элект-
рона / переносная скорость будет больше, чем у электрона 2,
так как к' напряженности постоянного электрического поля Е,
действующего на этот электрон, добавляется радиальная состав-
ляющая высокочастотного поля Ер. В результате электрон 1
будет приближаться к электрону 2.
Скорость электрода 3 уменьшается, поскольку действующая
на него радиальная составляющая электрического поля Ер на-
правлена навстречу постоянному полю анода магнетрона Е.
В результате этого электрон 3 будет также приближаться к
электрону 2. Таким образом, благодаря действию радиальной со-
ставляющей тормозящего высокочастотного поля резонаторов
электроны группируются в плотные сгустки в виде «спиц>
(рис. 2.51,6).
Число электронных сгустков равно половине числа резонато-
ров. Электронные сгустки, эффективно взаимодействующие с тан-
генциальной составляющей высокочастотного поля резонаторов,
поддерживают в резонаторах колебания. Чтобы сгустки электро-
174
нов при подходе к следующему» резонатору также отдавали энер-
гию, поле его должно оказаться тормозящим. Для этого сгустки
электронов проходят расстояние от одного резонатора до другого
за половину периода высокочастотных колебаний.
Пройдя несколько щелей и отдав энергию резонаторам,
электроны теряют скорость и попадают на анод. Электроны 4, 5,
вылетающие с катода и попадающие в ускоряющее поле резона-
тора, увеличивают свою скорость за счет энергии поля и попадают
вновь на катод, вызывая его дополнительный нагрев. Чтобы
ослабить разогрев катода при бомбардировке его такими электро-
нами, напряжение накала магнетрона уменьшают, а иногда и
вовсе отключают после вхождения магнетрона в нормальный ре-
жим работы.
2.6.9. Амплитрон
Амплитрон является перспективным электронным прибором
СВЧ, который в, настоящее время широко Используется в пере-
дающих устройствах РЛС и других радиотехнических системах.
Колебательная система амплитрона подобна колебательной сис-
теме магнетрона лопаточного типа с сильной связью между от-
дельными резонаторами. Но в отличие от магнетрона число ре-
зонаторов нечетное, а колебательная система разомкнутая, согла-
сованная со стороны входа и выхода.
Амплитрон характеризуется высоким КПД (60—70%), боль-
шими уровнями выходной мощности (единицы мегаватт в им-
пульсном режиме на сантиметровых волнах) и широкополос-
ностыо.
Полоса пропускания составляет 10% от средней частоты без ка-
кой-либо перестройки. Амплитрон обладает направленными свой-
ствами. В направлении от входа к выходу он усиливает сигнал,
а в другом направлении (от выхода ко входу) —пет ни усиления,
ни ослабления высокочастотного колебания. Направленные свой-
ства амплитрона позволяют значительно облегчить условия работы
антенного переключателя в импульсных РЛС, использующих
одну антенну для передачи и приема сигналов.
При использовании амплитрона антенный переключатель
можно включить не в тракт значительной мощности, а в сравни-
тельно маломощный тракт.
Амплитрон обеспечивает высокую стабильность фазы усили-
ваемых колебаний. Благодаря этому амплитрон целесообразно
использовать в когерентно-импульсных РЛС, в передатчиках ши-
рокополосных сигналов, где требуется высокая стабильность час-
тоты и фазы колебаний.
Амплитрон весьма удобен для наращивания мощности коле-
баний СВЧ. Для этого несколько амплитронов включается
последовательно или параллельно. При параллельном включении
амплитроны работают от одного возбудителя.
Обеспечив передачу части энергии с выхода на вход с помощью
дополнительных внешних элементов, при определенных условиях
МОЖНО обеспечить самовозбуждение.
175
Амплитрон, используемый в качестве автогенератора, назы-
вается стабилитроном. Стабилитроны могут применяться в каче-
стве мощных высокостабильных возбудителей дециметрового
и сантиметрового диапазонов.
♦
2.6.10. Управление колебаниями высокой частоты
Для передачи информации с помощью высокочастотных коле-
баний необходимо изменять в соответствии с полезным сообщением
один или несколько параметров этих колебаний. Процесс измене-
ния (управления) параметров высокочастотных колебаний назы-
вается модуляцией.
Высокочастотное колебание, несущее полезную информацию,
характеризуется амплитудой, частотой и начальной фазой. В за-
висимости от того, какой из указанных выше параметров изме-
няется, различают амплитудную, частотную и фазовую моду-
д Я1ИЮ.
В настоящее время в большинстве РЛС используется импульс-
ный режим. Радиопередающие устройства этих РЛС формируют
кратковременные импульсы высокочастотных колебаний, разде-
ленные между собой сравнительно длинными паузами. В этом
случае модуляция называется импульсной. В импульсном модуля-
торе энергия первичного источника сравнительно небольшой мощ-
ности в течение длительного времени накапливается в накопителе,
а затем под воздействием импульса синхронизатора она в корот-
кое время отдается в виде импульса большой мощности. На
рис. 2.52 приведена схема импульсного модулятора с накопителем
энергии в виде искусственной линии.
При включении источника постоянного напряжения Ея проис-
ходит заряд искусственной линии по цепи: плюс источника, за-
рядный дроссель Др, диод Л1, конденсаторы искусственной ли-
нии, первичная обмотка импульсного трансформатора ИТ, минус
источника (корпус).
В процессе медленного заряда конденсаторов искусственной
линии ее индуктивностью можно пренебречь. Благодаря заряд-
ному дросселю конденсаторы липни заряжаются почти до удвоен-
ного напряжения источника Ел (рис. 2.52,6). Это объясняется
тем, что когда конденсаторы искусственной линии зарядятся до
напряжения источника, то зарядный ток должен исчезнуть. Однако
уменьшение тока вызовет в зарядном дросселе ЭДС самоиндукции,
стремящуюся поддержать уменьшающийся ток. Благодаря этому
ЭДС самоиндукции и источника складываются и конденсаторы
линии продолжают заряжаться почти до двойного напряжения
источника.
Когда напряжение на линии достигает максимального значе-
ния, на сетку тиратрона подается положительный импульс Ua
от синхронизатора. Тиратрон зажигается, и искусственная линия
разряжается через тиратрон 'и первичную обмотку импульсного
трансформатора.
176
Сопротивление генератора, пересчитанное в первичную обмотку
импульсного трансформатора, равно волновому сопротивлению
искусственной линии. Поэтому амплитуда импульса напряжения
Рис. 2.52. Импульсный модулятор с накопителем в виде искусст-
венной линии:
а — принципиальная схема: б — графики, поясняющие принцип действия
на первичной обмотке трансформатора равна половине напряже-
ния, до которого зарядилась линия. Длительность же импульса
определяется временем разряда искусственной линии.
Со вторичной обмотки импульсного трансформатора напряже-
ние подается на генератор СВЧ. После разряда искусственной
линии напряжение на аноде тиратрона становится равным нулю и
177
тиратрон гаснет. Далее описанный процесс периодически повто-
ряется.
В РЛС иногда возникает необходимость изменения частоты
повторения зондирующих сигналов (например, для борьбы с так
называемыми «слепыми» скоростями целей). При этом если не
принять специальных мер, то в модуляторе амплитуда модули-
рующих (выходных) импульсов будет изменяться. Для устранения
этого недостатка в цепь заряда последовательно с зарядным дрос-
селем включается диод Л1. В этом случае после достижения на-
пряжением на линии максимального значения диод предотвращает
дальнейший обмен энергией между линией и источником питания.
Поэтому благодаря диоду Л1 напряжение на линии имеет
максимальное значение до прихода импульса запуска Un.
Рассмотренная схема позволяет получить большую амплитуду
модулируемого импульса и высокий КПД.
2.7. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
2.7.1. Бегущие и стоячие волны
Линии передачи электромагнитной энергии от передатчика к
антенне и от антенны к приемнику называются фидерами. Если
геометрическая длина линии больше рабочей длины волны или
соизмерима с ней, то такие линии называются длинными
линиями. Отношение геометрической длины липин к длине
волны принято называть электрической длиной ли-
нии. Говорят: электрическая длина липни X, 2Х, X/2, Х/4 и т. д.
Простейшей линией является двухпроводная. Если на входе
двухпроводной линии бесконечной длины включить генератор пе-
ременной ЭДС, то по ней будет распространяться бегущая волна.
Скорость распространения волны зависит от среды, окружаю-
щей линию, и определяется выражением
Г
где с=3-10® м/с — скорость света;
s и р —диэлектрическая и магнитная проницаемость
\ среды (для воздуха' 6=1 и р.= 1, поэтому
у = с).
У бесконечно длинной линии волна никогда не достигает
конца, и энергия источника полностью поглощается линией. Сле-
довательно, бесконечно длинная линия представляет для генера-
тора рктивную нагрузку. При такой нагрузке напряжение и ток
в линии совпадают по фазе. Режим работы линии, при котором
вся энергия, источника расходуется в нагрузке, называется ре-
жимом бегущей волны или просто бегущей волной,
176
Отношение амплитуды или действующего значения напряже*
ния бегущей волны к амплитуде или действующему значению
тока называется волновым сопротивлением:
Волновое сопротивление
можно определить и дру-
гим способом, зная погон
ную емкость и индуктив-
ность линии:
Погонная емкость С\ или
индуктивность L| — это со-
ответственно емкость или
индуктивность отрезка ли-
нии длин’ой 1 м.
На рис. 2.53 показано
распространение бегущей
волны в одном- проводе. В
др'угом проводе происходит
аналогичный процесс, но в
противоположной фазе.
Предположим, что в момент
подключения генератора к
линии напряжение на его
зажимах равнялось ампли-
тудному значению, но вол-
на еще не успела распро-
Рис. 2.53. Распространение бегущей волны
в длинной линии:
а — генератор подключен к линии, но волна еще
не успела распространиться вдоль линии; б —- Че-
рез четверть периода волна прошла расстояние,
равное четверти длины волны; в —через полос-
стравиться вдоль линии
(рис. 2.53, а). Через чет-
верть периода напряжение,
равное амплитудному, рас-
риода волна проходит расстояние, равное поло-
вине длины волны; г — через три четверти перио-
да волна проходит расстояние, равное трем чет-
вертям длины волны; д — через период волна
проходит расстояние, равное длине волн; с —ли-
нейная диаграмма тока и напряжения на входе
линии '
пространится в линии на
расстояние, равное четверти волны. Напряжение же генератора
в это время окажется равным нулю (рис. 2.53,6). Через полпе-
риода максимум напряжения переместится иа полволны, а на-
пряжение генератора изменится на обратное и станет максималь-
ным (рис. 2.53,в). С течением времени фропт волны будет'рас-
пространяться по линии все дальше и дальше.
Если на конце отрезка линии независимо от его длины вклю-
чить активное сопротивление (рис. 2,54,а), равное волновому, то
в такой линии по сравнению с бесконечно длинной линией в про-
цессе распространения энергии никаких изменений не произой-
дет— в ней установится режим бегущей волны.
В длинной линии, замкнутой па конце, под действием источ-
ника переменной ЭДС, распространяются две бегущие волны:
179
падающая — от генератора к концу липни и отраженная — от
конца линии к генератору. В результате сложения падающей и
отраженной волн образуется стоячая волна (рис. 2.54,6).
Характерным для стоячей
волны является наличие узлов и
пучностей напряжения. Узлами
называются точки, в которых на-
пряжение равно нулю (У'ь У2).
а пучностями — те точки, где оно
имеет наибольшее значение (/7t,
П2). Узлы и пучности не меняют
своего положения, они как бы
стоят на месте, поэтому суммар-
ная волна и уолучила название
стоячей.
Помимо стоячей волны напря-
жения в линии образуется стоя-
чая волна тока как сумма па-
дающей и отраженной волн тока.-
Приведенные на рис. 2.54
стоячие волны напряжения и
тока в замкнутой и разомкнутой
на конце линиях показывают,
что в обоих случаях сдвиг фаз
между током и напряжением со-
ставляет 90°, поэтому в линии
нет активных потерь мощности:
P=£//cos90°=0.
Отсутствие потерь говорит
о наличии колебательных процес-
сов в линии, аналогичных процес-
сам, происходящим в колебатель-
ном контуре. Если на конце ли-
нии включить емкость или индук-
тивность, в линии также будут
устанавливаться стоячие волны.
Если нагрузкой линии яв-
ляется активное сопротивле-
ние, не равное волновому
(рис. 2.54, в, д), то в линии устанавливается режим стоячих и бе-
гущих волн. Распределение напряжения и тока вдоль линии, на-
груженной на сопротивление меньше волнового, аналогично рас-
пределению их в линии, замкнутой на конце. Разница состоит
в том, что в узлах напряжение и ток не уменьшаются до нуля,
а в пучностях величина йх меньше удвоенной амплитуды падаю-
щей волны. Изменение напряжения и тока в линии при нагрузке ее
на сопротивление больше волнового напоминает распределение ее
в линии,разомкнутой па конце.
Для характеристики режима в линии введен коэффициент бе-
180 '
Рис. 2.54. Распределение напряже-
ния и тока вдоль длинном линии при
различном нагрузке на ее конце:
а — при нагрузке, равной волновому соп-
ротивлению, в линии устанавливается ре-
жим бегущей волны (КБВ-1); б —в ко-
роткозамкнутой на конце линии устанав-
ливается режим стоячей волны (КБВ-О);
в — при нагрузке линии на сопротивление
меньше волнового в линии устанавливает-
ся режим бегущей и стоячей волны
(КБВ<1); г —в разомкнутой на конце
линии устанавливается режим стоячей
волны; д — при нагрузке линии на сопро-
тивление больше волнового в линии уста-
навливается режим стоячих и бегущих
волн
гущей волны КБВ, который показывает, какую долю мощности
падающей волны поглощает нагрузка. Коэффициент бегущей
волны — это отношение минимального напряжения (тока) в ли-
нии к максимальному напряжению (току):
квв » ' („р„ р < /?„).
^мзкс ‘макс ‘'н
Для режима бегущей волны в линии КБВ=1. Для режима
только стоячей волны он равен нулю. Чем ближе КБВ к единице,
тем меньше стоячая волна, тем лучше режим в линии при работе
ее в качестве фидера, тем меньше потери в линии, тем большую
мощность отдает генератор через линию в нагрузку. А это будет
тогда, когда сопротивление нагрузки линии близко к волновому.
В фидерах радиолокационных станций величина КБВ изменяется
в пределах 0,6—0,95.
Величина, обратная КБВ, называется коэффициентом стоячей
волны КСВ:
КСВ = ^макс Лике /?и
Уыпи Ашн Р
2.7.2. Входное сопротивление линии
>
Отношение напряжения к току на входе длинной линии на-
зывается входным сопротивлением линии:
На рис. 2.55 приведены графики изменения входного сопро-
тивления в зависимости от длины линии.
Из рис. 2.55, а видно, что разомкнутая на конце линия длиной
меньше Х/4 обладает емкостным сопротивлением, а больше Х/4 —
индуктивным. При длине линии, равной Х/4, ее входное сопротив-
ление равно нулю, а при длине Х/2 — бесконечности.
Четвертьволновый отрезок линии, разомкнутой на конце, эк-
вивалентен последовательному резонансному контуру, так как
сопротивление такого контура также равно нулю.
Полуволновый отрезок линии, разомкнутой иа конце, эквива-
лентен параллельному резонансному контуру, поскольку его со-
противление, так же как и входное сопротивление линии, равно
бесконечности.
Линия длиной ЗХ/4, 5Х/4, разомкнутая на конце, ведет себя
так же, как четвертьволновая линия.
Отрезки линии длиной X, ЗХ/2, 2Х и т. д. аналогичны полувол-
новому отрезку.
Замкнутая на конце линия (рис. 2.55,6) длиной меньше Х/4
обладает индуктивным сопротивлением, а больше Х/4 — емкост-
ным.
181
Отрезки линии, замкнутой на конце, длиной 1/4, 31/4, 51/4
и т. д. имеют бесконечно большое входное сопротивление и экви-
валенты параллельному резонансному контуру.
Рис. 2.55. Изменение величины и характера входного сопротивления
линии в зависимости от ее длины:
Л — для отрезка липни, разомкнутого на конце; б — для отрезка липин, за-
мкнутого на конце
Замкнутые на конце линии длиной Х/2, X, ЗХ/2 и т. д. обладают
нулевым входным сопротивлением и эквивалентны последова-
тельному резонансному контуру.
2.7.3. Типы фидерных линий и их применение
В радиолокационных станциях для передачи высокочастотной
энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемнику в
качестве фидеров используются: двухпроводные открытые и эк-
ранированные линии, коаксиальные (концентрические) линии и
радиоволноводы (рис. 2.56). Наибольшее применение имеют ко-
аксиальные фидеры и радиоволноводы.
Коаксиальная (концентрическая) линия (рис. 2.56, в, г) имеет
внутренний провод и окружающий его металлический цилиндр
или сетку, выполняющие одновременно роль второго провода и
экрана. Пространство между ними заполнено диэлектриком
с малыми потерями (полистирол, полиэтилен, высокочастотная
резина).
Коаксиальная линия может быть жесткая и гибкая. Внешний
провод, в жестких линиях представляет собой металлический ци-
линдр, а в гибких — медную сетку.
Для уменьшения потерь в диэлектрике в некоторых коакси-
альных линиях для изоляции внутреннего провода экрана (вто-
182
рого провода) применяются шайбовые изоляторы. Экран (об-
ратный провод) сверху покрывается защитной оболочкой из ре-
зины. или полихлорвинилового пластика. Оболочка предохраняет
Рис. 2.56. Фидерные линии для пере-
дачи энергии высокочастотных коле-
баний:
а — двухпроводная открытая линия; б —
двухпроводная экранированная линия; в —
гибкая коаксиальная (концентрическая) ли-
ния с изолирующими бусинками; г — коакси*
альная линия со сплошной изоляцией;
д — радиоволновод
колебательных контуров, «метал-
линию от механических по-
вреждений и влаги. ।
Промышленностью выпу-
скаются коаксиальные фидеры
с волновым сопротивлением
50—160 Ом.
Электромагнитное поле ко-,
аксиальной линии сосредото-
чено между центральным про-
водом и экраном,поэтому в ней
отсутствуют потери на излуче-
ние. Однако с увеличением ча-
стоты колебаний, передавае-
мых по линии, возрастают по-
тери в диэлектрике и потерн^
на нагревание проводов.
Передача больших мощно-
стей по липни во избежание
пробоя требует увеличения
толщины диэлектрика, что
приводит к значительному
возрастанию диаметра -внеш-
него провода (экрана). Это
ограничивает применение ко-
аксиальных линий областью
метровых и дециметровых волн
(до 10 см).
В радиолокационных стан-
циях коаксиальные линии при-
меняются в качестве фидеров,
лических» изоляторов, для согласования различных элементов ан-
теннофидерного тракта и т. д.
Передача электромагнитной энергии от передатчика к антен-
не и от антенны к приемнику в сантиметровом, а иногда и деци-
метровом диапазоне волн осуществляется по полым металличе-
ским трубам, называемым радиоволноводами или волноводами.
Волноводы бывают круглого или прямоугольного сечения
(рис. 2.56, д). Электромагнитная энергия распространяется внутри
волновода. Вследствие большой поверхности волновода актив-
ные потери энергии в нем незначительны; потери на излучение
в диэлектрике отсутствуют, так как экраном является сам волновод,
а диэлектриком — воздух.
Волновод можно рассматривать как двухпроводную ’линию с
подключенным к ней бесконечно большим числом четвертьволно-
вых замкнутых на конце отрезков, непосредственно соприкаса-
ющихся друг с другом.
183
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие линии называются длинными и для чего они приме-
няются?
2. Что называется бегущей волной и как в линии образуются
стоячие волны?
3. Дать определение коэффициента бегущей волны.
4. Какие фидерные линии применяются в радиолокационной
технике?
2.8. АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ
2. 8.1. Общие сведения
, Антенной называется устройство, предназначенное для излу-
чения или приема электромагнитных волн. Первую задачу ре-
шают передающие, вторую — приемные антенны. Благодаря при-
менимости к антеннам принципа взаимности любая антенна мо-
жет работать как в режиме излучения, так и в режиме приема.
Это свойство часто используется на практике (например, в радио-
локации, в радиорелейных линиях связи), где на передачу и прием
используется одна и та же антенна.
К основным радиотехническим характеристикам антенны от-
носятся диаграмма направленности (ДН), коэффициент направ-
ленного действия (КНД), коэффициент усиления, коэффициент
полезного действия (КПД), уровень боковых лепестков ДН и др.
Направленные свойства антенн определяются их диаграммой
направленности. Диаграммой направленности называется зави-
симость напряженности поля или мощности излучения, создавае-
мой антенной в различных направлениях на одинаковом расстоя-
нии от нее. ДН представляет собой пространственную фигуру,
однако на-практике суждение о диаграмме обычно ведется по се
разрезу в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Графиче-
ски ДН изображается либо в полярной, либо в прямоугольной
системе координат.
Сравнение диаграмм разных антенн производится по ширине
главного лепестка, измеренной в градусах на уровне половинной
мощности 0,5 Рмакс, (что соответствует по напряженности поля
0,/07 /Гмакс).
ДН антённ обычно имеют главный лепесток, в пределах кото-
рого концентрируется основная часть излучаемой энергии, и боко-
вые лепестки, в направлении которых бесполезно излучается
часть энергии. Боковые лепестки могут привести к неоднознач-
ности измерения угловых координат в радиолокации и к приему
помеховых сигналов с побочных направлений. Поэтому уменьше-
ние уровня боковых лепестков является важной задачей.
Направленные свойства антенн характеризуются также
КНД, обозначаемым буквой D. КНД называется число, показы-
вающее, во сколько раз надо увеличить мощность в ненаправлен-
ной антенне по сравнению с мощностью в направленной антенне,
18.4
чтобы в точке пространства, расположенной на направлении мак*
симального излучения, получить одинаковую напряженность
поля. КНД ненаправленного излучателя равен единицу. Для
остронаправленных антенн D составляет сотни — тысячи.
КПД антенны т)а показывает, какая часть подведенной к ан-
тенне мощности излучается в пространство. Обычно КПД антенн
близок к единице. Коэффициент усиления антенны G учитывает
направленные свойства антенны и потери в ней и определяется
выражением ‘
G=t\3D.
Приемные антенны характеризуются эффективной площадью,
т. е. эквивалентной поверхностью, которая, будучи расположена
перпендикулярно к направлению волны, поглощает столько же
энергии, сколько реальная антенна. Эффективная площадь ан-
тенны пропорциональна геометрической площади и составляет
30—70% ее значения для различных антенн.
2. 8.2. Вибраторные антенны
Полуволновый вибратор является простейшей антенной. Диа-
грамма направленности полуволнового вибратора в плоскости
вибратора имеет вид восьмерки. В перпендикулярной плоскости
Рис. 2.57. Полуволновый вибратор»
а — симметричный полуволновый вибратор; б — петлевой вибратор; в —
ДН в плоскости вибратора; г — ДН в перпендикулярной плоскости
вибратор направленностью не обладает, поэтому диаграмма на-
правленности имеет вид окружности (рис. 2.57). Сопротивление
излучения полуволнового вибратора равно 73,1 Ом.
185
На практике полуволновые вибраторы используются как ела*
бонаправленные антенны в диапазонах коротких, метровых и де*
циметровых волн, а также как составные элементы более слож*
ных вибраторных и синфазных антенн.
Рис. 2.58. Многовибраторные антенны:
я — директория» антенна; б—ДН директорией антенны; а — многовибраторная
синфазная антенна
Широкое применение на практике находит разновидность по-
луволнового вибратора, называемого петлевым (рис. 2.57,6).
Петлевой вибратор обладает 'широкой полосой пропускания, и
его сопротивление излучения в четыре раза больше, чем у обыч-
ного.
Полуволновый и петлевой вибраторы являются симметрич-
ными системами, т. е. такими, у которых потенциал обоих прово-
дов относительно земли одинаков. Еслп питание подводится ко-
аксиальным фидером, являющимся несимметричной системой, то
необходимо включать симметрирующее устройство. В качестве
симметрирующих устройств используются симметрирующий ста-
кан, L'-колено и др.
Для получения большей направленности антенны (более уз-
кой ДН) используют многовибраторные антенны. Разновидностью
многовибраторной антенны является директорная антенна
(рис. 2.58).
Директорная антенна состоит из одного активного вибратора
А, получающего питание от генератора колебаний высокой час-
тоты, и нескольких пассивных вибраторов — рефлектора Р и
директоров Д. В качестве активного вибратора обычно исполь-
зуется петлевой вибратор. Все вибраторы крепятся непосредствен-
на
ио к металлической стреле в точке, где находится узел напря-
жения.
Рефлектор устанавливается сзади активного вибратора. Его
длина несколько больше 1/2.
Директоры имеют длину несколько меньше 1/2 и крепятся
впереди активного вибратора.
Максимум излучения директорией антенны направлен вдоль
стрелы в сторону директоров (рис. 2.58,6).
Коэффициент усиления директорией антенны приближенно
оценивается формулой G«5(n’+1), где п — число директоров.
Для получения высокой направленности излучения в диапа-
зонах коротких и ультракоротких волн также применяются мно-
говибраторные синфазные антенны, представляющие собой плос-
кую решетку вибраторов, питаемых в фазе.
Длина вибраторов, а также расстояние между центрами плеч
вибраторов как по горизонтали, так и по вертикали равно 1/2
(рис. 2.58,в). Для получения одностороннего излучения иа уда-
лении 1/4 от антенны размещают рефлектор в виде плоского
сплошного или сетчатого экрана.
Ширина ДН антенны в горизонтальной плоскости определя-
ется числом вибраторов в одном ряду (этаже), а в вертикальной
плоскости — числом этажей и высотой подъема антенны над
землей.
2. 8.3. Рупорные и параболические антенны
Рупорная антенна (рис. 2.59,fl) представляет собой расширен-
ный в виде раструба конец волновода. Она имеет сравнительно
острую направленность и подбором размера рупора позволяет до-
вольно точно согласовать волновое сопротивление волновода с
волновым сопротивлением окружающего пространства. В РЛС
рупорная антенна часто используется в качестве облучателя па-
раболического отражателя.
В РЛС широкое распространение получили антенны с парабо-
лическим отражателем.
Параболическая антенна состоит из двух частей (рис. 2.59,6):
облучателей в виде рупоров нли полуволновых вибраторов (или
их сочетания) и металлического отражателя различной формы
(усеченного параболоида, параболоида вращения, параболи-
ческого цилиндра). Отражатель делают из сетки или перфориро-
ванных листов для уменьшения веса и ветровых нагрузок.
С помощью таких антенн формируются узкие ДН. Узкая ДН,
широкая полоса пропускания, высокий КПД, простота получения
заданного отношения ширины ДН в вертикальной и горизонталь-
ной плоскостях определяют их практическое применение в широ-
ком диапазоне волн — от оптического до коротковолнового.
Для обзора воздушного пространства наиболее пригодна ДН
вида «косеканс-квадрат» (рис. 2.59, в). Она обеспечивает одина-
ковую мощность сигнала на входе приемника от целей, находя-
187
щихся на различных дальностях и на одной высоте. Для форми-
рования такой ДН в вертикальной плоскости используется не-
сколько облучателей в фокальной плоскости (плоскости, прохо-
Рис. 2.59. Рупорная и параболическая антенна:
а — рупорная антенна; б — принцип действия параболической
антенны: / — параболоид; 2 — облучатель; 3 — ДН параболиче-
ской антенны; 4 — радиально-расходящнеся лучи; 5 —парал-
лельные лучи; в — принцип формирования косекянсной ДН;
/ — параболоид; 2 — система облучателей; 3 — косекансная ДН
дящей через фокус, перпендикулярно к оптической оси парабо-
лоида) с неравномерным распределением мощностей в облуча-
телях (рис. 2.59, в).
Кроме основной антенны РЛС может иметь следующие вспо-
могательные антенны: опознавания СВОИХ самолетов, активного
ответа для увеличения дальности действия по своим самолетам,
188
подавления приема по боковым лепесткам, имитаторов для на-
стройки различных систем РЛС. Все эти антенны по конструк-
ции могут быть директорными, рупорными, щелевыми и т. д.
В большинстве РЛС обзор пространства производится меха-
ническим вращением и качанием антенны. Рост скорости средств
воздушно-космического нападения требует увеличения угловых
скоростей обзора пространства и быстрого изменения направле-
ния вращения. Механические системы вращения не позволяют ре-
шить эту задачу-вследствие больших размеров и инерционности
антенн. В настоящее время эта задача решается применением ан-
тенных решеток с электрическим сканированием (управлением)
луча. Электрическое управление ДН антенной решетки основано
на том, что направление излучения в пространство определяется
амплитудным и фазовым распределением токов в элементах (из-
лучателях) решетки. Антенные решетки такого типа называются
фазированными антенными решетками (ФАР).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется антенным устройством?
2. Основные характеристики антенны.
3. Рассказать об устройстве, работе и диаграмме направлен-
ности директорией антенны.
4. Назвать антенны, работающие в диапазоне УКВ, и расска-
зать об устройстве антенны с параболическим отражателем.
2.9. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
2.9.1. Общие сведения
Радиоволны занимают наиболее длинноволновую часть спек-
тра электромагнитных колебаний (в пределах длин волн от 1 мм
до 100 км). Длина волны X (расстояние, на которое распростра-
нится электромагнитная волна за время одного периода) связана
с периодом колебаний Т следующим соотношением: Х = сТ, где
с—3 • 108м/с — скорость распространения электромагнитной энер-
гии в свободном пространстве.
Радиоволны, используемые в радиолокации, находятся в диа-
пазоне УКВ. Особенности распространения радиоволн в значи-
тельной степени зависят от длины волны. Поэтому, в свою оче-
редь, диапазон УКВ разбит на четыре поддиапазона:
метровые волны (Х= 10-И м);
дециметровые волны (X—1 м-т-Юсм);
сантиметровые волны (Х= 10-4-1 см);
миллиметровые волны (Х= 10-4-1 мм).
По характеру распространения радиоволлы делятся на по-
верхностные, распространяющиеся вблизи земли, и простран-
ственные, направление распространения которых идет вверх с
возможным последующим отражением от ионосферы и неодно-
родностей тропосферы. На распространение радиоволн оказы-
189
вают влияние земля, тропосфера и ионосфера. Земля поглощает
часть энергии поверхностной волны, а ее сложный рельеф рассеи-
вает их.
Состояние атмосферы и происходящие в ней процессы приво-
дят к искривлению траектории радиоволн (рефракции), рассеи-
ванию радиоволны неоднородностями и гидрометеорами (дождь,
туман, снег, град), поглощением части ее энергии в газах атмо-
сферы.
2.9.2. Особенности распространения ультракоротких волн (УКВ)
дифракции
ются. Вследствие
Рис. 2.60. Траектория распространения
УКВ с учетом рефракции:
а — при нормальной рефракции; б — при сверх-
рефракции
В обычных условиях волны УКВ диапазона, за исключением
небольшой длинноволновой его части, от ионосферы не отража-
с некоторым приближением
можно считать, что УКВ
распространяются вблизи
земной поверхности прямо-
линейно: Однако за счет
рефракции происходит ис-
кривление траектории вол-
ны (рнс. 2.60,а).
Максимальная дальность
прямой видимости /? макс
(км) с учетом нормальной
рефракции определяется по
формуле
+ ИВД.
где Лм — высота подъема
антенны РЛС, м;
Нм — высота полета це-
ли, м.
Искривление пути рас-
пространения радиоволн
при рефракции приводит к
тому, что радиолуч попадает
на цель, находящуюся не в направлении излучения. Ошибка в оп-
ределении угла места цели приводит к ошибке измерения высоты.
Поэтому радиолокационные высотомеры градуируют с учетом
рефракции.
Практика показывает, что степень искривления траектории
радиоволны может оказаться более сильной, чем при нормальной
атмосферной рефракции. Такой случай называется сверхрефрак-
цней.
Сверхрефракция наблюдается в тех случаях, когда с высотой
температура убывает значительно медленнее, а влажность значи-
тельно быстрее, чем при нормальной рефракции. В условиях
190
Сверкрефракции (рис. 2.60,6) распространение радиоволн про*
исходит вдоль земли, как между двумя проводящими сфериче-
скими плоскостями, т. е. как по волноводу. Поэтому область та-
кого распространения часто называют атмосферным волноводом.
Рис. 2.61. Влияние земной поверхности на формирова-
ние диаграммы направленности антенны:
а — пути радиоволн п точку приема: / — прямой луч; 2 — от*
раженный луч; б — диаграмма направленности в вертикальной
плоскости: / — ДН антенны в свободном пространстве; 2 —ДН
антенны при наличии Земли
Сверхрефракция является одной из причин дальнего и сверхдаль-
него распространения радиоволн за пределами горизонта.
В радиолокации сверхрефракция приводит к значительному
увеличению дальности обнаружения целей, находящихся в пре-
делах атмосферного волновода. Дальнее распространение УКВ,
обусловленное сверхрефракцией, являете^ нерегулярным. Более
регулярным явлением,' способствующим распространению УКВ
за пределами горизонта, оказалось рассеяние радиоволн на неод-
нородностях тропосферы.
Приведенные ранее диаграммы направленности антенн имеют
место только в свободном пространстве без учета земли. В дей-
191
ствительйости антенны располагаются сравнительно близко к
земле и поэтому часть энергии, излучаемой антенной, попадает
на земную поверхность. При этом энергия частично отражается,
а частично поглощается землей.
В результате в любую точку пространства приходят две
волны: прямая волна и отраженная от земли (вторичное излуче-
ние) (рис. 2.61). В тех точках пространства, в которые прямая и
отраженная волны приходят в фазе, происходит увеличение на-
пряженности поля, и наоборот, в тех точках, в которые волны
приходят в противофазе, происходит ослабление поля. Это при-
водит к тому, что ДН антенны в вертикальной плоскости приоб-
ретает многолепестковый характер (рис. 2.61). ’
В диапазоне сантиметровых волн земля практически не ока-
зывает влияния на формирование ДН РЛС.
За последние годы нашел применение новый вид связи на
метровых волнах, основанный па использовании дальнего ионо-
сферного распространения радиоволн. Осуществление дальних
связей при этом базируется на рассеянии радиоволн неоднород-
ностями ионосферы и метеорными следами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Деление радиоволн в зависимости от длины волны.
2. В чем состоит сущность явлений дифракции, рефракции
и интерференции?
3. Как влияет ионосфера на распространение радиоволн?
4. В чем выражается влияние Земли на распространение par
дноволн?
5. Каково значение в радиолокации явления вторичного из-
лучения?
2.10. РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
2.10.1. Общие сведения
Радиоприемным устройством называется комплекс аппара-
туры, предназначенный для улавливания и преобразования энер-
гии электромагнитных волн с целью извлечения переносимой ими
полезной информации.
Для выполнения указанных функций в состав радиоприем-
ного устройства входят приемная антенна, собственно радиопри-
емник и оконечное устройство.
Приемная антенна улавливает энергию электромагнитных
волн и преобразует ее в токи высокой частоты.
Радиоприемник из всей совокупности поступивших от антен-
ны электрических колебаний выделяет полезный сигнал, усили-
вает его и преобразует к виду, удобному для работы оконечного
устройства.
192
Оконечное устройство воспроизводит принятую информацию
либо вырабатывает управляющие сигналы для решающих
устройств и систем управления различного назначения. Оконеч-
ным устройством могут быть телефон, громкоговоритель, элек-
тронно-лучевая трубка и другие специальные устройства.
Рис. 2.62. Структурная схема импульсного супергетеродинного прпемннка
Радиоприемник должен обладать избирательностью, способ-
ностью усиливать и преобразовывать принятые сигналы. Избира-
тельность — это способность радиоприемника выделять нужный
сигнал из множества других, воздействующих на приемную ан-
тенну. Например, частотная избирательность реализуется в при-
емнике с помощью колебательных контуров, настраиваемых на
несущую частоту принимаемого сигнала.
Помимо частотной в приемных устройствах используется про-
странственная избирательность, избирательность по амплитуде,
времени приема и форме принимаемого сигнала и т. д.
Сигналы, поступающие на вход приемника, очень слабы. Для
приведения в действие оконечного устройства их надо усиливать.
Это делается в усилительных каскадах приемника.
Задачей преобразования сигналов является получение на вы-
ходе приемника такого сигнала, форма которого аналогична фор-
ме модулирующего напряжения в передатчике. Этот процесс на-
зывается детектированием и осуществляется в детекторе прием
ника. •
В некоторых приемниках до детектирования применяется пре-
образование частоты сигнала. При этом несущая частота приня-
того сигнала /с преобразуется в более низкую частоту /Пр (про-
межуточную) без изменения закона модуляции. Радиоприемники,
работающие на таком принципе, называются супергетеродин-
ными.
На рис. 2.62 приведена структурная схема супергетеродинного
приемника.
Входная цепь представляет собой колебательный контур, на-
строенный на частоту принимаемого сигнала. За счет резонанс-
7- ззо 193
НЫХ свойств он ослабляет мешающие сигналы, отличающиеся по
частоте от принимаемого сигнала.
Усилитель высокой частоты (УВЧ) усиливает полезный сиг-
нал и осуществляет дальнейшее ослабление помехи, после чего
полезный сигнал подастся на вход преобразователя частоты.
Преобразователь частоты состоит из смесителя и маломощ-
ного генератора незатухающих колебаний (гетеродина).
Частота колебаний гетеродина /г отличается от несущей ча-
стоты сигнала на величину промежуточной частоты /ирГ т. е.
/пр ~ fl fc ИЛИ /пр “Ус /г-
В супергетеродинном приемнике при настройке иа другую час-
тоту одновременно изменяется настройка входного контура, УВЧ
и гетеродина так, что промежуточная частота остается неизмен-
ной. Это позволяет иметь в приемнике многокаскадный усили-
тель промежуточной частоты (УПЧ) _с постоянной настройкой.
УПЧ обеспечивает основное усиление и избирательность при-
нимаемого сигнала и определяет полосу пропускания приемника.
Детектор преобразует модулированное высокочастотное ко-
лебание в напряжение, соответствующее модулирующему сиг-
налу передающего устройства. Например, при воздействии иа его
вход радиоимпульса на выходе детектора формируется видеоим-
пульс.
После детектора сигнал дополнительно усиливается видеоуси-
лителем до величины, необходимой для нормальной работы око-
нечного устройства.
Супергетеродинные приемники широко применяются в РЛС.
По сравнению с приемниками прямого усиления они имеют более
высокую чувствительность, лучшую избирательность и постоян-
ство усиления при перестройке приемника на другую частоту.
Чувствительность характеризует способность приемника вы-
полнять свои функции при слабых сигналах. Количественно чув-
ствительность оценивается минимальной ЭДС (или мощностью)
в антенне, при которой обеспечивается нормальный прием. Чем
меньше уровень сигнала на входе, тем выше чувствительность
приемника. .
Чувствительность приемника сверхвысоких частот ограничи-
вается собственными шумами приемника. Собственные шумы воз-
никают в антенне, в сопротивлениях, в электронных лампах и по-
лупроводниковых приборах.
Причинами шумов являются беспорядочное тепловое движе-
ние электронов в проводниках (conpofивлепиях), неравномер-
ность излучения электронов катодом, неравномерное их перерас-
пределение между электродами в электронных лампах и т. д.
С увеличением температуры проводников и сопротивлений уро-
вень внутренних шумов возрастает. Шумы, создаваемые лампа-
ми, возрастают с увеличением числа электродов. Так, шумы пен-
тода в 3—5 раз больше, чем триода.
Интенсивность шумов весьма мала. Однако, проходя через
194
приемник с большим усилением, они создают на выходе напряже-
ние, способное привести в действие оконечное устройство. На
экранах индикаторов с амплитудной отметкой они наблюдаются
в виде шумовой дорожки. В индикаторах с яркостной отметкой
они наблюдаются в виде светящихся пятен, равномерно располо-
женных на поверхности экрана.
Поскольку шумы антенны и первых каскадов приемника, про-
ходя через приемный тракт, получают наибольшее усиление по
сравнению с шумами последующих каскадов, то они являются
определяющими при опенке общего уровня внутреннего шума на
выходе приемника.
Количественная оценка шумов линейной части приемника осу-
ществляется параметром, получившим название «коэффициент
шума». Коэффициент шума приемника /<ш есть отношение мощ-
ности енгнал/шум на входе приемника к мощности сигнал/шум
на выходе его линейной части, т. е.
If _ Рс вх . вмх
р * р
1 Ш ВХ 1 U1 вых
Для идеального приемника, у которого внутренние шумы от-,
сутствуют, коэффициент шума равен единице. Реальные радиоло-
кационные приемники имеют коэффициент шума 2—10. Учиты-
вая, что реальные радиолокационные цели обладают малыми от-
ражающими поверхностями, весьма важным требованием к при-
емнику является обеспечение высокой чувствительности. Послед-
нее достигается применением малошумящих усилителей и все-
мерным снижением потерь сигнала в антенно-фидерных трактах.
Современные радиолокационные приемники обеспечивают
чувствительность 10~14—10~19 Вт.
Наряду с высокой чувствительностью от радиолокационного
приемника требуется большой динамический диапазон, что свя-
зано с наличием на его входе сильных помеховых сигналов с
большим разнообразием величин полезных сигналов.
Динамическим диапазоном приемника называется величина
наибольшего перепада входных сигналов, в пределах которого
приемник еще обеспечивает .нормальную работу, Динамический
диапазон радиолокационного приемника в ряде случаев должен
достигать 100—120 дБ.
Для обеспечения большого динамического диапазона в состав
приемника включают дополнительные устройства и применяют
специальные методы формирования амплитудных характеристик
(регулировки усиления, усилители с логарифмическими ампли-
тудными характеристиками и т. д.).
Избирательность и динамический диапазон в значительной
степени определяют помехозащищенность приемного устройства.
В связи с всевозрастающей насыщенностью радиотехнических
средств в войсках и народном хозяйстве все большее значение
приобретает влияние помех от других работающих радиоэлек-
тронных средств.
7» 195
Поэтому электромагнитная совместимость радиоэлектронных
средств в настоящее время стала одной из важнейших проблем.
Избирательность приемника является одним из главных факто-
ров повышения электромагнитной совместимости.
В последние годы в конструировании СВЧ узлов радиоприем-
ных устройств наметилось новое перспективное направление по
микроминиатюризации СВЧ схем. Микроминиатюризация СВЧ
схем способствует снижению их веса и габаритов, повышению на-
дежности и экономичности, отпадает необходимость в отборе и
настройке элементов.
В настоящее время приемные устройства составляют основу
и обязательную часть любой радиотехнической системы. Техни-
ческие параметры радиоприемников во многом определяют такти-
ко-технические характеристики РЛС: дальность действия, точ-
ность определения координат, разрешающую способность, по-
мехозащищенность и др. «
2.10.2. Усилитель высокой частоты
Усилитель высокой частоты (УВЧ) расположен на входе при-
емного устройства. Он является, как правило, резонансным уси-
лителем, поскольку нагрузкой его обычно является колебатель-
ный контур, настроенный в резонанс на частоту принимаемого
сигнала. Основным назначением УВЧ является обеспечение мини-
мального коэффициента шума приемного устройства. Для этого
УВЧ должен иметь малый коэффициент шума и достаточно боль-
шой коэффициент усиления мощности.
Второе назначение заключается в обеспечении предваритель-
ной избирательности. Принципиальная схема усилительного кас-
када с общим катодом вместе с входной цепью ЦС\ представ-
лена на рис. 2.63, а. Он широко применяется в качестве первого
каскада УВЧ приемных устройств метровых волн. Нагрузкой
усилителя является настроенный в резонанс контур L2C2. На-
пряжение смещения подбирается так, чтобы рабочая точка нс
выходила за пределы прямолинейного участка характеристики.
Применение триода в качестве лампы УВЧ способствует
уменьшению уровня шумов. Однако недостатком триодов явля-
ется сравнительно большая емкость анод — сетка Cag, снижаю-
щая устойчивость работы усилителя.
В целях повышения устойчивости работы каскада произво-
дится нейтрализация Cag путем включения между анодом и сет-
кой лампы индуктивности L3. Индуктивность L3 вместе с емкостью
Cag образует параллельный контур, настроенный в резонанс на
частоту принимаемого сигнала. Благодаря этому увеличивается
сопротивление между анодом и сеткой лампы, что приводит к
ослаблению обратной связи и обеспечению более стабильной ра-
боты каскада.
С3 — разделительный конденсатор, предотвращающий корот-
196
кое замыкание источника анодного питания Еа индуктивностями
£а и 1|. > »
Для ослабления нежелательной обратной связи через цепь
источника анодного питания Еа в анодную цепь лампы .усили-
теля включается развязывающий фильтр Т?3С5.
Рис. 2.63. Резонансный усилитель высокой частоты?
'а— на триоде с общим катодом: б —на транзисторе с общим эмиттером
В настоящее время ламповые усилители успешно заменяются
УВЧ на транзисторах (рис. 2.63,6). Нагрузкой каскада является
контур i-iCi, настроенный в резонанс на частоту принимаемого
сигнала. Для исключения сильного шунтирования контура срав-
нительно небольшими ‘выходными и входными сопротивлениями
транзистора применяется автотрансформаторная связь колеба-
тельного контура с коллектором транзистора данного каскада
и со входом следующего каскада. Иногда применяется трансфор.
маторная связь между каскадами.
Требуемое напряжение смещения на эмиттерпом переходе
обеспечивается делителем R\Ri.
Цепь является развязывающим фильтром.
С4 и С5 — разделительные конденсаторы.
Для температурной стабилизации режима в цепь эмиттера
включен резистор /?3, заблокированный по переменному току Сг.
В приемниках дециметрового диапазона применяются УВЧ
с общей сеткой (с общей базой). Такой каскад усиления характе-
ризуется малым входным сопротивлением, сравнительно неболь-
шим коэффициентом усиления мощности и несколько лучшей устой-
чивостью усиления. При этом используются лампы с дисковыми
выводами. Контуры выполняются на отрезках коаксиальных ли-
ний. Такие контуры обладают высокой добротностью из-за малых
потерь на излучение и удобно соединяются с дисковыми выво-
дами ламп.
197
Весьма распространены в настоящее время каскодные схемы
УВЧ. Каскодной схемой называют схему, содержащую два кас-
када, у которой выход первого и вход второго каскада соеди-
нены непосредственно (рис. 2.64). В ламповых усилителях чаще
всего встречается каскодное включение типа общий катод —
Рис. 2,64. Эквивалентные каскодные схемы УВЧз
а — схема с общим катодом — общей сеткой (ОК — ОС);
б — схема с общим эмиттером — общей базой (ОЭ — ОБ)
общая сетка (ОК — ОС), а в транзисторных усилителях — типа
общий эмиттер — общая база (ОЭ — ОБ). Каскодная схема имеет
параметры лучшие по сравнению с обычной схемой.
2.10.3. УВЧ на лампе с бегущей волной (ЛЕВ)
УВЧ на ЛБВ находит в настоящее время широкое примене-
ние, особенно в сантиметровом диапазоне в приемных устрой-
ствах радиолокационных сигналов. Это обусловлено его сравни-
тельно малым коэффициентом шума (Кш~2—4), большим коэф-
фициентом усиления по мощности (100—1000), широкой полосой
пропускания (сотни МГц), высокой электрической прочностью и
способностью ослаблять мощный зондирующий сигнал, прони-
кающий на вход ЛБВ, до величины, безопасной для полупровод-
никового преобразователя частоты, подключаемого к выходу
УВЧ.
Большой коэффициент усиления при небольших внутренних
шумах ЛБВ позволяет заметным образом снизить коэффициент
шума всего приемника.
На рис. 2.65 приведено устройство усилителя на ЛБВ. В его
состав входит лампа бегущей волны (ЛБВ), фокусирующая си*
стема (соленоид или постоянный магнит), устройство для согла-
сования (согласующие поршни). В свою очередь ЛБВ состоит
№
йз двух основных элементов: электронной пушки и замедляющей
системы.
Электронная пушка состоит из- подогревного катода К, управ-
ляющего электрода У, первого и второго анода А( и 'А2. Элек-
тронная пушка создает узкий пучок электронов, который далее
Рис. 2.65. Усилитель на лампе бегущей волны (ЛБВ)
проходит вдоль оси спирали С. При выходе из спирали электро-
ны улавливаются положительно заряженным электродом — кол-
лектором Кол.
Второй элемент ЛБВ — замедляющая система — представ-
ляет собой отрезок двухпроводной коаксиальной линии, внутрен-
ний провод которой свернут в спираль С, а внешний провод об-
разуется металлической трубой Тр, в которую вставляется горло-
вина ЛБВ.
Замедляющая система служит для уменьшения скорости рас-
пространения электромагнитной волны вдоль оси спирали. Ско-
рость распространения волны вдоль оси спирали будет меньше во
столько раз, во сколько расстояние между соседними витками
(шаг спирали) меньше длины одного витка.
Подбором напряжения на втором аноде и коллекторе добива-
ются такого положения, чтобы средняя скорость потока электро-
нов, попадающего в спираль, была несколько больше скорости
распространения волны усиливаемых колебаний вдоль оси этой
же спирали. В этом случае создаются благоприятные условия
для длительного взаимодействия усиливаемой волны с электрон-
ным пучком.
199
Фокусирующая система (соленоид Ф. К.) служит для фокуси-
ровки электронного пучка при движении электронов внутри спи-
рали. Для передачи высокочастотного сигнала из входного вол-
новода ЛБВ на вход замедляющей системы и усиленного сигна-
ла с выхода замедляющей системы в выходной волновод усили-
теля на ЛБВ с минимальными потерями служат элементы согла-
сования. В качестве таких элементов применяются отрезки вол-
новодов с закорачивающими поршнями ГЦ и П2.
Для предотвращения проникновения высокочастотных колеба-
ний в электронную пушку и коллектор на концах спирали приме-
няются специальные фильтры Ф. Они образуются четвертьволно-
выми медными цилиндрами и внутренней поверхностью метал-
лической трубы, в которую вставляется ЛБВ.
В ЛБВ не удается точно согласовать выходное сопротивление
лампы с нагрузкой. Несогласованность их при распространении
по спирали электромагнитной волны приводит к появлению от-
раженной волны от конца к началу спирали. Наличие отражен-
ной волны может привести к самовозбуждению усилителя на
ЛБВ. Для предотвращения самовозбуждения усилителя участок
спирали покрывается поглощающим веществом А (аквадагом).
Аквадаг практически полностью ослабляет отраженную волну.
Одновременно ослабляет и прямую волну, что уменьшает возмож-
ное усиление УВЧ па ЛБВ.
Принцип действия усилителя на ЛБВ заключается в том, что
при воздействии высокочастотных колебаний вдоль спирали на-
чинает распространяться замедленная электромагнитная волна.
Электронный поток, перемещаясь вдоль оси спирали, вступает во
взаимодействие с электрическим полем этой волны. За счет тор-
можения электронов в тормозящем электрическом поле волны
кинетическая энергия электронов начинает превращаться в элек-
тромагнитную энергию бегущей волны. По мере продвижения
волны и электронов вдоль спирали электроны отдают все боль-
шую и большую энергию, в результате чего энергия волны непре-
рывно увеличивается. Так как волна движется вдоль оси спирали
примерно с той же скоростью, что электронный поток, то она ус-
певает получить значительную энергию, т. е. Рвых^Рвх-
Коэффициент усиления ЛБВ существенно зависит от мощно-
сти входного высокочастотного сигнала Рвх. При слабых сигналах
коэффициент усиления большой.
При сильных сигналах коэффициент усиления уменьшается и
становится меньше единицы. Сильное увеличение мощности вход-
ного сигнала вызывает значительное увеличение напряженности
высокочастотного электрического поля внутри замедляющей си-
стемы (спирали). В результате сокращается участок замедляю-
щей системы, на котором имеет место передача энергии электро-
нами бегущей волне и усиление убывает. Благодаря этому свой-
ству усилитель на ЛБВ надежно защищает полупроводниковый
смеситель от воздействия мощных сигналов.
Недостатками УВЧ на ЛБВ являются сравнительно большие
200
масса и габариты, потребляемые мощности, особенно соленои-
дом. Поэтому в последнее время в качестве фокусирующей систе-
мы ЛБВ применяют вместо соленоида постоянные магниты раз-
личной конструкции. Удалось снизить уровень шумов созданием
ЛБВ с многоэлектродными электронными пушками. Кроме УВЧ
на ЛБВ в дециметровом и особенно сантиметровом диапазоне
волн могут быть применены усилители на туннельных диодах, ко-
торые, обладая практически такими же, как усилители на ЛБВ,
шумовыми качествами, имеют меныние массу и габариты, по-
требляют сравнительно малую энергию.
При необходимости достижения в приемнике весьма низкого
коэффициента шума в качестве УВЧ применяют параметрические
и квантовые усилители.
2.10.4. Преобразователи частоты
Характерным каскадом супергетеродинного приемника. яв-
ляется преобразователь частоты. Преобразователем частоты* на-
Рис. 2.66. Структурная схема преобразователя частоты
пряжение высокой (несущей) частоты преобразуется в напряже-
ние промежуточной частоты с сохранением закона модуляции.
Преобразование частоты связано с появлением гармонических
составляющих тока других частот. Поэтому преобразователь час-,
тоты должен включать нелинейный элемент. В зависимости от
диапазона преобразуемых частот схемное решение преобразова-
теля частоты может быть различным. Однако во всех случаях он
должен содержать (рис. 2.66) смеситель (нелинейный элемент),
источник вспомогательного напряжения (гетеродин) и фильтр
колебаний промежуточной частоты (нагрузка).
В качестве смесителей используются электронные лампы,
транзисторы, полупроводниковые или ламповые диоды.
Гетеродин представляет собой маломощный, высокостабиль-
ный генератор непрерывных колебаний. В диапазоне метровых и
201
дециметровых волн в качестве гетеродина используются автоге-
нераторы, собранные по схеме трсхточкн. В диапазоне сантимет-
ровых и миллиметровых волн для этих целей широко использу-
ются отражательные клистроны, лампы обратной волны, генера-
торы на туннельных и лавинопролетных диодах и др.
Рис. 2.67. Принципиальная сх$ма преобразователя частоты
Фильтр промежуточной частоты представляет собой резонан-
сный контур или систему из двух и более взаимосвязанных кон-
туров, настроенную на промежуточную частоту.
На рис. 2.67 представлена схема односеточного преобразова-
теля частоты, который широко применяется в диапазоне метровых
и дециметровых волн.
Смеситель собран на триоде Ль работает в нелинейном режи-
ме за счет включения в катод значительного сопротивления сме-
щения /?ь
Гетеродином является генератор, собранный на триоде Л2 по
схеме индуктивной трехточки. Фильтр промежуточной частоты,
включенный в анодную цепь смесителя, выполнен в виде одиноч-
ного резонансного контура £2С2.
Принимаемый сигнал с сигнального контура L\C\ (УВЧ) час-
тотой /с подается на управляющую сетку, а сигнал гетеродина с
контура L3C3 с частотой /г — в цепь катода Л1. смесителя. Подача
указанных напряжений на различные электроды Л1 способствует
уменьшению взаимного влияния сигнального и гетеродинного
контура при их перестройке. Принцип действия преобразователя
частоты в общих чертах сводится к следующему.
На смеситель одновременно воздействуют два напряжения:
напряжение преобразуемого сигнала «с на высокой несущей час-
тоте /с и гетеродинное напряжение иг, изменяющееся по гармони-
202
ческому закону с частотой fr. При действии этих напряжений на
входе смесителя образуется сложное результирующее колебание
(биения), амплитуда которого изменяется с разностной частотой,
равной промежуточной^
A fr~ /пр’
Поскольку смеситель работает в нелинейном режиме, то анод-
ный ток лампы Л1 будет импульсным. В составе импульсного
анодного тока будет множество гармонических составляющих, в
том числе гармоника разностной частоты /с—/г=/пр- Так как ко-
лебательный контур L2C2 настроен в резонанс на промежуточную
частоту, то на его зажимах выделяется напряжение промежуточ-
ной частоты, которое по форме’совпадает с напряжением сигнала.
Все остальные составляющие сложного колебания отфильтро-
вываются.
Если на вход смесителя поступит сигнал, отличающийся от
частоты принимаемого сигнала па 2/Пр, то он, взаимодействуя с
сигналом гетеродина, также преобразуется в сигнал промежуточ-
ной частоты. П£этому данный сигнал будет усиливаться УПЧ и
выделится на выходе приемника. Помеха указанной частоты на?
зывается зеркальной помехой, а дополнительный канал, по кото-
рому она принимается, называется зеркальным каналом. Сигнал,
идущий по зеркальному каналу, оказывает мешающее действие
и поэтому подавляется. Подавление зеркальной помехи проис-
ходит во входной цепи и в УВЧ, контуры которых настроены на
частоту принимаемого сигнала fc.
Транзисторные преобразователи частоты, подобно односеточ-
ным, применяются до дециметрового диапазона волн включи-
тельно. Они могут быть с отдельным гетеродином и совмещенным
гетеродином. Первая разновидность получила наибольшее распро-
странение. По способу включения транзистора различают смеси-
тели с общим эмиттером и общей базой. Первые позволяют по-
лучить больший коэффициент передачи напряжения. Для луч-
шей развязки сигнального и гетеродинного контуров напряжения
сигнала и гетеродина подают на различные электроды.
В транзисторных приемных устройствах шрадиолокационных
сигналов в качестве смесителей целесообразно*применять каскод-
ные схемы (рис. 2.68). На базу второго каскада подается.напряже-
ние гетеродина. Такой смеситель обеспечивает'Надежную развязку
сигнального и гетеродинного контуров. Кроме того, характери-
зуется сравнительно большим коэффициентом усиления и неболь-
шим коэффициентом шума.
В сантиметровом и миллиметровом диапазоне волн в качестве
смесителя преобразователя частоты используется полупроводни-
ковый диод, располагаемый в смесительной камере волноводного
или коаксиального типа.
На рис. 2.69 схематично показана одна из типовых конструк-
ций полупроводникового смесителя волноводного типа.
203
Между смесителем и УВЧ на ЛБВ располагается объемный
резонатор (преселектор), настроенный на частоту принимаемого
сигнала. Благодаря преселектору осуществляется подавление
Рис. 2.68. Каскодная схема смесителя на транзисторах
помех по дополнительным каналам приема., уменьшаются шумы,
поступающие па смеситель от ЛБВ.
Рис. 2.69. Конструкция полупроводникового смесителя волновод*
ного типа
Полупроводниковый диод располагается внутри смесительной
камеры параллельно электрическим линиям электромагнитного
поля. К смесительной камере подводятся колебания гетеродина
и преобразуемого сигнала. Нагрузкой смесительного диода на
промежуточной частоте является входная цепь УПЧ.
204
Значительную долю шумов на выходе смесителя составляют
шумы гетеродина. С целью их подавления применяют балансные
преобразователи частоты. В настоящее время в качестве баланс-
ных преобразователей частоты' сверхвысокой частоты широко
примеряются преобразователи частоты на щелевом мосте, на
микрополосковых линиях. Конструкция второго типа отличается
компактностью и хорошо сочетается с интегральными микро-
схемами.
2.10.5. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
УПЧ обеспечивает основное усиление, требуемую полосу про-
пускания и частотную избирательность супергетеродинного при-
емника.
Коэффициент усиления УПЧ достигает значения 104—106, что
возможно лишь при большом-числе каскадов, доходящем до
8—10. Промежуточная частота, как правило, постоянна, и УПЧ
не перестраивается, что позволяет использовать в них сложные
резонансные системы и получить резонансные характеристики,
близкие к прямоугольной. Последнее обеспечивает при заданной
полосе пропускания высокую избирательность.
В радиолокационных приемниках широко применяются сле-
дующие разновидности схем УПЧ:
1. Одноконтурные усилители с настроенными каскадами.
2. Одноконтурные усилители с парами взаимно расстроенных
каскадов. Этот усилитель содержит четное число каскадов, при-
чем нечетные каскады настраиваются на одну частоту:
/1 = /пр + V»
а четные — на другую частоту:
/2=/пр АЛ
В результате каждая соседняя пара каскадов оказывается вза-
имно расстроенной.
3. Одноконтурные усилители с тройками взаимно расстроен-
ных каскадов. Усилители такого типа состоят из нечетного числа
каскадов, кратного трем. В каждой тройке один из каскадов на-
страивается на среднюю частоту f2=fnih а два других — па ча-
стоты, расположенные симметрично относительно номинальной
промежуточной частоты:
/1 =/пР + V и /3=/пр - Д/.
4. Усилители с нагрузкой в виде связанных колебательных
контуров. Наиболее распространены УПЧ с двухконтурными ре-
зонансными фильтрами, настроенными на номинальную промежу-
точную частоту.
5. Усилители с фильтрами сосредоточенной селекции.
В качестве усилительного элемента может использоваться
электронная лампа или транзистор.
205
Одноконтурный усилитель с настроенными каскадами обладает
наилучшей стабильностью параметров, удобен в настройке и ре-
гулировке. Поэтому он широко применяется, когда заданная по-
лоса пропускания не превосходит 3 МГц, а коэффициент усиле-
ния — не более 105.
Сев Сев Сев
1 II II—I—
о Сф
-Ек
Рис. 2.70. Многозвенный фильтр сосредоточенной селекции
При более широкой полосе пропускания (3—10 МГц) приме-
няют одноконтурные УПЧ с взаимно расстроенными каскадами
или двухконтурные усилители, обеспечивающие одновременно
лучшую избирательность.
Для обеспечения узкой полосы пропускания и одновременно
высокой избирательности, что особенно актуально для современ-
ной радиолокации непрерывных сигналов, применяют УПЧ с
фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС).
ФСС представляет собой ряд параллельных контуров LC,
связанных между собой внешней емкостной или внешней индук-
тивной связью (рис. 2.70).
Для более эффективной передачи энергии полезного сигнала
на концах фильтра включают активные сопротивления R. Благо-
даря этому обеспечивают согласование выходного сопротивле-
ния усилительного элемента и входного сопротивления следую-
щего каскада с резонансным сопротивлением фильтра.
В тех случаях, когда обеспечить узкую полосу пропускания
(десятки — сотни герц) и высокую избирательность при по-
мощи ФСС с обычными колебательными контурами L, С не пред-
ставляется возможным из-за ограниченной добротности послед-
них (Qo не более 250), применяют усилители с пьезоэлектриче-
скими фильтрами.
Кроме перечисленных типов УПЧ в радиолокационных прием-
никах находят применение широкополосные бесконтурные изби-
рательные усилители, УПЧ с логарифмической амплитудной ха-
рактеристикой, обладающие большим динамическим диапазоном.
В резонансных усилителях могут возникать паразитные обрат-
ные связи. Эти обратные связи вызывают изменение технических
показателей усилителя и могут привести к самовозбуждению кас-
206
кадов. Поэтому необходимо для обеспечения стабильности ра-
боты усилителя ослаблять паразитные обратные связи.
На практике в многокаскадных усилителях для ослабления
паразитных обратных связей применяют рациональное располо-
жение каскадов (в линию) и монтажных проводов, экранируют
колебательные контуры, отдельные соединительные провода и
элементы усилителя, применяют развязывающие фильтры в це-
пях питания и регулирующих напряжений.
2.10.6. Детектирование
Детектирование представляет собой процесс выделения моду-
лирующего напряжения из модулированных колебаний высокой
(промежуточной) частоты. Устройство, предназначенное для де-
тектирования, называется детектором.
Детектирование — это процесс, обратный модуляции. В зави-
симости от вида модуляции сигнала различают амплитудные,
частотные и фазовые детекторы.
Амплитудный детектор предназначен для детектирования ам-
плитудно-модулнрованных или импульсно-модулнрованных коле-
баний. Детектирование осуществляется с помощью нелинейного
элемента. Роль нелинейного элемента выполняют электронные
лампы и полупроводниковые приборы. В качестве нагрузки ис-
пользуется линейная цепь, состоящая из /? и С.
По типу используемого нелинейного элемента различают ди-
одные и многоэлектродные амплитудные детекторы.
В многоэлектродных амплитудных детекторах в качестве не-
линейного элемента используется триод, пентод или транзистор.
Диодные детекторы в качестве нелинейного элемента используют
диод (ламповый или полупроводниковый). Они отличаются от
многоэлектродных детекторов простотой схемы и повышенным ли-
нейным участком вольтамперной характеристики, что обусловли-
вает их большой динамический диапазон. Это определило их пре-
имущественное применение в приемных устройствах радиолока-
ционных сигналов.
Рассмотрим физические процессы при детектировании радио-
импульсов на примере диодного детектора. Схема диодного де-
тектора с последовательно включенной нагрузкой показана на
рис. 2.71.
На вход детектора с контура последнего каскада УПЧ по-
дается радиоимпульс (рис. 2.71,6). При положительных полу-
волнах напряжения промежуточной частоты в цепи диода про-
текает ток, заряжающий емкость С, шунтирующую нагрузку де-
тектора R. Во время отрицательных полуволн напряжения ем-
кость С успевает несколько разрядиться через резистор R на-
грузки. С каждой положительной полуволной напряжение на
емкости нарастает и в конце концов установится на некотором
уровне. Когда входной импульсный сигнал заканчивается, ем-
кость С полностью разряжается через резистор R.
207
Форма видеоимпульса на нагрузке UR—UZ искажена
(рис. 2.71, в), фронты импульса растянуты, а на огибающей име-
ются пульсации в виде колебания промежуточной частоты.
в
Рис. 2.71. Диодное детектирование импульсных сигналов;
а—схема диодного детектора с последовательным включением нагрузки;
б —входной радиоимпульс; о — видеоимпульс на нагрузке детектора
Искажения видеоимпульса крайне нежелательны: растяжка пе-
реднего фронта импульса вносит ошибку в отсчет дальности до
цели; растяжка заднего фронта импульса приводит к ухудшению
разрешающей способности РЛС; флюктуации промежуточной
частоты на огибающей видеоимпульса могут привести к самовоз-
буждению видеоусилителя.
208
Из анализа процессов в детекторе следует, что длительность
переднего фронта определяется скоростью заряда емкости С
через внутреннее сопротивление диода Rig, а длительность зад-
него фронта — скоростью разряда емкости С через резистор R.
Отсюда стремление уменьшить Rig, С, R.
Чтобы уменьшить передачу, напряжения промежуточной часто-
ты на вход видеоусилителя, между нагрузкой детектора и видео-
усилителем включается дроссель фильтра £ф (рис. 2.71,а).
Индуктивность дросселя и его межвитковая -емкость образуют
контур, настроенный на частоту несколько ниже промежуточной.
Следовательно, для тока промежуточной частоты фильтр пред-
ставляет сопротивление емкостного характера (эквивалент неко-
торой малой емкости С).
Емкость С и емкость входа видеоусилителя Сех образуют де-
литель напряжения промежуточной частоты, в результате напря-
жение промежуточной частоты будет уменьшено.
Приведенная на рис. 2.71, а схема диодного детектора обеспе-
чивает получение на выходе видеоимпульсов положительной по-
лярности. Для получения видеоимпульсов отрицательной поляр-
ности необходимо осуществить обратное включение диода.
2.10.7. Видеоусилитель
В приемниках РЛС, работающих импульсным методом, на
выходе детектора создаются видеоимпульсы. Видеоусилитель
предназначен для усиления видеоимпульсов. Принцип действия
усилителя видеочастоты такой же, как и усилителя низкой час-
тоты на резисторах. Видеоусилитель приемника импульсной РЛС
содержит обычно один-два каскада усилителей напряжения и
эмиттерный повторитель (в ламповой схеме— катодный повто-
ритель) .
’ Расширение полосы пропускания в ламповых усилителях до-
стигается включением в схему элементов коррекции, а в транзис-
торных усилителях с общим эмиттером, — как правило, введе-
нием отрицательной обратной связи по току эмиттера.
На рис. 2.72 приведена типовая схема видеоусилителя на
транзисторах.
На транзисторе Т1 собран усилитель напряжения по схеме с
общим эмиттером. Сопротивление нагрузки R2 включено в цепь
коллектора. За счет резистора Rt осуществляется отрицательная
обратная связь по эмиттерпому току, чем обеспечивается требуе-
мое расширение полосы пропускания. На транзисторе Т2 собран
эмиттерный повторитель.
Эмиттерный повторитель — это схема с общим коллектором,
где нагрузка включена в цепь эмиттера (в катодном повторителе —
в цепь катода лампы). Эмиттерный повторитель и катодный повто-
ритель обладают подобными свойствами: коэффициент усиления
по напряжению у них меньше единицы, сигналы на выходе совпа-
дают по фазе с входными сигналами.
209
Входное сопротивление эмиттерного (катодного) повторителя
относительно высокое, а выходное — незначительное. Поэтому в
радиолокационных приемниках они служат переходным устрой-
ством для связи последнего каскада видеоусилителя, имеющего
Рис. 2.72. Схема видеоусилителя на транзисторах
относительно большое сопротивление нагрузки, с соединитель-
ным фидером, подключаемым между приемником и индикатором,
имеющим малое входное сопротивление.
2.10.8. Автоматическая подстройка частоты и регулировка
усиления в приемнике
Радиолокационные приемники импульсных сигналов выпол-
няют, как правило, по супергетеродинной схеме. Обобщенная
структурная схема супергетеродинного приемника импульсных
сигналов с однократным преобразованием частоты Изображена
на рис. 2.73.
Основными структурными элементами схемы являются вход-
ная цепь ВЦ, усилитель высокой частоты УВЧ, преобразователь
частоты, состоящий из смесителя См и гетеродина Г, усилитель
промежуточной частоты УПЧ, детектор Д, видеоусилитель ВУ.
Кроме основных элементов имеются вспомогательные эле-
менты, обеспечивающие защиту приемника от различных видов
помех и изменение (адаптацию) его параметров. Выясним назна-
чение вспомогательных элементов приемника.
Схема защиты приемника (СЗП) защищает приемник от воз-
действия мощного зондирующего импульса. Схема АПЧ предна-
значена сохранять промежуточную частоту постоянной, которая
в силу нестабильности частот передатчика и гетеродина прием-
ника может иметь значительные отклонения от номинального
значения.
210
Типовая схема АПЧ (рис. 2.73) обычно содержит смеситель,
иа который поступают сигналы передатчика, ослабленные атте-
нюатором Ат, и непрерывные колебания гетеродина. На выходе
смесителя АПЧ создаются колебания промежуточной частоты,
равные промежуточной частоте основного канала. Далее эти ко-
рме. 2.73. Обобщенная структурная схема супергетеродинного приемника
импульсных сигналов с однократным преобразованием частот,ы
лсбания усиливаются УПЧ АПЧ и подаются на частотный детек-
тор (дискриминатор), который при всяком отклонении промежу-
точной частоты от номинального значения- создает на своем вы-
ходе «напряжение ошибки» того или иного знака. Это напряже-
ние подается на управляющее устройство, которое изменяет час-
тоту гетеродина до тех пор, пока промежуточная частота не бу-
дет равна номинальной промежуточной’ частоте приемника.
В приемниках некоторых РЛС управляющее напряжение дей-
ствует не на гетеродин, а на генератор передатчика. Для уста-
новки требуемого коэффициента усиления приемника по уровню
собственных шумов на выходе приемника в двух-трех каскадах
УПЧ применяют ручную регулировку усиления (РРУ), которую
используют также для устранения перегрузки приемника при воз-
действии мощных сигналов и помех. Для исключения перегрузки
приемника при воздействии различных видов помех применяют
схемы автоматической регулировки усиления.
Для защиты от перегрузки длительными импульсными или не-
затухающими помехами в блоке УПЧ применяют быстродей-
ствующую автоматическую регулировку усиления (БАРУ), а в
блоке видеоусилителя — дифференцирующую цепь (ДЦ). Для
защиты от шумовой помехи и для поддержания постоянства уро-
вня шумов на выходе приемника применяют шумовую автомати-
ческую регулировку усиления (ШАРУ).
' 211
Для защиты приемника от перегрузки отражениями от мест-
ных предметов часто применяют схему временной автоматиче-
ской регулировки усиления (ВАРУ), которая запускается зонди.
рующйм импульсом. Схемы БАРУ, ШАРУ, ВАРУ регулируют
коэффициент усиления УПЧ.
Ограничитель Огр включают для устранения перегрузки ви-
деоусилителя и индикатора при воздействии мощных полезных
сигналов (обычно при отсутствии помех). Для устранения пере-
грузки видеоусилителя и индикатора при действии шумовой
помехи включают схему автоматической регулировки нуле-
вого уровня (АРНУр), представляющую собой пиковый де-
тектор.
Для выделения полезных сигналов, отраженных от движу-
щихся объектов, па фоне пассивных помех и отражений от мест-
ных предметов в приемный тракт включают аппаратуру селекции
движущихся целей (на рис. 2.73 не показана).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие функции выполняет радиоприемное устройство?
2. Основные элементы супергетеродинного приемника и их на-
значение.
3. Назвать основные показатели радиоприемного устройства
и дать им определение.
4. Назначение, устройство и работа усилителей высокой час-
тоты.
5. Назначение, устройство и работа преобразователя частоты.
6. Назначение, устройство и работа диодного детектора.
2.1i. ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНИКИ
2.11.1. Основные определения
Импульсная техника — это раздел радиотехники, изучающий
способы получения, преобразования, усиления, передачи и изме-
рения электрических импульсов. Это сравнительно новый раздел,
зародившийся в начале 30-х годов нашего века в связи с разви-
тием телевидения. С конца 30-х годов происходит бурное разви-
тие импульсной техники в связи с внедрением импульсных мето-
дов работы в радиолокацию, радиосвязь, радионавигацию, радио-
телеметрию, радиоизмерения и др.
Под электрическим импульсом (или кратко импульсом) по-
нимают напряжение или ток, действующие в течение короткого
времени и отличающиеся от нуля или другого ранее установив-
шегося значения.
Существуют два вида импульсов тока и напряжения: видео-
импульсы и радиоимпульсы (рис. 2.74).
212
Видеоимпульсы представлены на рис. 2.74,а. Они могут быть
как положительной, так и отрицательной полярности.
Радиоимпульсы представляют собой колебание высокой час-
тоты, огибающая которых изменяется по закону изменения видео-
импульсов (рис. 2.74,6).’
6
Рис. 2.74. Формы импульсов тока и напряжения:
а — видеоимпульсы; 6 — радиоимпульсы (прямоугольные, треугольные, тра*
пецеидальные,- колоколообразныс); в — последовательность прямоугольных
импульсов 4
Основными характеристиками импульсов являются форма, пе-
риод и частота повторения, длительность, фронт, амплитуда, по-
лярность, коэффициент заполнения.
Форма импульсов может быть самая разнообразная.' Наи-
большее применение имеют прямоугольные, треугольные, трапе-
цеидальные и колоколообр'азные (рис. 2.74).
Периодом повторения импульсов Т называется интервал вре-
мени от момента появления одного импульса до момента появле-
ния следующего импульса той же полярности.
Количество периодов в одну секунду есть частота повторе-
ния импульсов F, Она является величиной, обратной периоду}
г т .
Длительностью импульса ги называется интервал времени от
момента появления импульса до момента его исчезновения. Иног-
да уточняют, на каком уровне от максимального значения берут
' 21,8
этот интервал. Время между моментом окончания одного пмпуль-
са и появлением другого называется паузой тп.
Период повторения импульсов складывается из длительности
импульса и длительности паузы:
Г = ти + тп.
U
Рис. 2.75. Параметры импульса
Фронтом импульса называется- его, боковая сторона. Разли-
чают передний и задний фронты (рис. 2.75). Длительность перед-
него фронта /ф определяет время нарастания импульса. Длитель-
ность заданного фронта te определяет время его спада.
Одним из основных требований получения прямоугольных им-
пульсов является получение возможно более коротких фронтов
импульса. t
Амплитудой импульса (Um, 1т) называют величину односторон-
него импульса, измеренную от нуля до максимального значения.
Коэффициентом заполнения К называют отношение длитель-
ности импульса ти к периоду повторения Т;
Л-=^==тиГ.
2.11.2. Формирование импульсов
Получение импульсов различной формы и длительности осу-
ществляется с помощью схем формирования импульсов. В радио-
локационной технике и АСУ для этой цели применяются ампли-
тудные ограничители, дифференцирующие цепи, контуры удар-
ного возбуждения, линии задержки и др.
Наиболее простым и распространенным способом являются
два первых способа.
«14
Схема амплитудного ограничителя
Амплитудным ограничением называется срезание на опреде-
ленном уровне амплитуды подаваемого, например синусоидаль-
ного, напряжения. Для этой цели используются схемы диодного,
сеточного и анодного ограничения. В качестве примера рассмот-
рим схему диодного ограничителя (рис. 2.76). Его работа сво-
дится к следующему.
Рис. 2.76. Формирование импульсов схемой диодного ограничения
При подаче на вход ограничителя синусоидального напряже-
ния выходное напряжение ограничителя повторяет входное лишь
при действии положительной полуволны входного напряжения,
когда диод открывается и через нагрузку Rn течет ток. Во время
действия отрицательной полуволны напряжения диод закрыва-
ется, ток прекращается и напряжение на нагрузке равно нулю.
Затем процесс повторяется.
В результате с выхода ограничителя снимаются колоколо-
образные импульсы напряжения с частотой повторения, равной
периоду синусоидального напряжения. При противоположной по-
лярности включения диода полярность выходных импульсов из-
меняется на обратную.
Заряд и разряд емкости через
активное сопротивление
• Для формирования импульсов специальной формы, а также в
качестве элементов связи между каскадами в импульсной тех-
нике широко применяются цепи, состоящие из емкости и актив-
ного сопротивления. Прежде чем рассматривать работу этих це-
пей, рассмотрим физические процессы, происходящие при заряде
и разряде конденсатора через активное сопротивление.
На рис. 2.77 приведена схема заряда конденсатора С через
активное сопротивление R. До замыкания ключа К напряжение
на конденсаторе С и сопротивлении R равно нулю. В момент за-
мыкания ключа в положение 1 под действием ЭДС источника Е
215
в цепи потечет ток заряда конденсатора. В первое мгновение t\
этот ток максимален й равен
(рис. 2.77,6), так как сопротивление
равно нулю.
разряженного конденсатора
Рис. 2.77. Заряд и разряд емкости через активное сопротивление:
а — схема; б, в, г — графики тока и напряжения при заряде емкости; д, е, ж —»
графики тока и напряжения при разряде емкости; з — универсальный график за*
ря^а к разряда
По мерс заряда конденсатора напряжение на нем Uo
(рис. 2.77,г) увеличивается, а ток уменьшается по экспоненци-
альному закону (рис. 2.77,5). Падение напряжения на сопротив-
лении R будет пропорционально величине проходящего по нему
тока (рис. 2.77,в).
Таким образом, при заряде конденсатора через сопротивление
ток в цепи уменьшается от максимального значения до нуля, на-
пряжение на сопротивлении UK также уменьшается от максималь-
ного значения (£) до нуля, а напряжение на конденсаторе увели-
чивается по экспоненциальному закону от нуля до величины ЭДС
источника Е.
216
Теоретически напряжение на заряжаемом конденсаторе может
достигнуть ЭДС источника через промежуток времени, равный
бесконечности. Однако в практических расчетах принято считать
конденсатор зарядившимся, когда величина напряжения на нем
достигает 99% максимально возможного значения. Это происхо-
дит за время, примерно равное
5хзар = 5У?С.
Произведение сопротивления зарядной цепи R на емкость кон-
денсатора С называется постоянной времени заряда конденсатора:
Ъар = RC.
Постоянная времени показывает, за какое время спадающий
по экспоненте ток (напряжение) достигнет примерно 37% ис-
ходной величины. За время, равное постоянной времени, напря-
жение на конденсаторе, возрастая, достигнет 63% действующей
в цепи заряда ЭДС. Чем меньше постоянная времени, тем круче
экспонента, .тем быстрее происходит процесс заряда конденса-
тора.
Разряд конденсатора через сопротивление будет .происходить,
если ключ К перевести в правое положение. При этом напряже-
ние на конденсаторе будет уменьшаться по экспоненциальному
закону от Е до нуля (рис. 2.77, д), в цепи появится ток разряда,
изменяющийся от максимального значения до нуля, причем на-
правление его будет от положительной обкладки конденсатора
к отрицательной, т. е. обратное заряду конденсатора (рис. 2.77, е),
напряжение на сопротивлении UR будет соответствовать вели-
чине и направлению тока (рис. 2.77,ж).
Дифференцирующая цепь
Дифференцирующая (дробящая) цепь (рис. 2.78, а) —это
цепь, предназначенная для получения коротких импульсов из им-
пульсов большой длительности. Для этой цели используются
цепи, состоящие из емкости и активного сопротивления. В отли-
чие от переходной цепи дифференцирующая цепь имеет очень
малую постоянную времени. Обычно она в пять раз меньше дли-
тельности дифференцируемого импульса.
При подаче прямоугольного импульса (рис. 2.78,6) на вход
дифференцирующей цепи конденсатор начинает заряжаться.
Зарядный ток проходит через сопротивление R, на котором
выделяется продифференцированный положительный импульс на-
пряжения (рис. 2.78,г). Небольшая постоянная времени обеспе-
чивает быстрый заряд конденсатора до амплитудного значения
напряжения входного импульса Uc = Um (рис. 2.78,в). Поэтому
после заряда емкости ток в цели заряда прекратится и напряже-
ние на выходе цепи UR=Ua!M будет равно нулю, хотя действие
входного импульса еще не закончилось.
217
С окончанием входного импульса заряженный конденсатор
цепи разряжается через сопротивление /?, на котором образуется
отрицательный импульс напряжения, так как направление раз-
рядного тока противоположно току заряда конденсатора. По-
Рис. 2.78. Дифференцирующая цепь:
а —схема; б, в, г —графики напряжений и тока
скольку цепь заряда и разряда конденсатора одна и та же, ам-
плитуда и длительность положительного и отрицательного им-
пульсов одинаковы.
Таким образом, при воздействии на дифференцирующую цепь
положительных прямоугольных импульсов большой длительности
на выходе ее образуются два коротких остроконечных импульса:
положительной и отрицательной полярности.
Интегрирующая цепь
Кроме дробления импульсов в радиотехнических схемах часто
приходится решать обратную задачу.—превращать короткие им-
пульсы в длительные, а иногда и в постоянное напряжение. Эту
задачу выполняют интегрирующие цепи.
Интегрирующей цепью (рис. 2.79, а) называется цепь с боль-
шой постоянной времени, которая удлиняет выходные импульсы
218
в практически постоянное напряжение. При этом выходное на'-
пряжение снимается не с сопротивления, а с конденсатора. В ин-
тегрирующей цепи постоянная времени заряда должна быть боль-
ше периода повторения.
Рис. 2.79. Интегрирующая цепь:
а — схема; б, в — графики напряжений
2.11.3. Виды связи между каскадами
Напряжение от одного каскада к другому в импульсных схе-
мах передается, как правило, с помощью переходных цепей или
цепей связи.
Основная задача этих цепей заключается в том, чтобы осу-
ществить передачу импульсов без искажений или с минимально
возможными искажениями.
В зависимости от элемента связи различают непосредственную,
резистивную, емкостную, диодную и трансформаторную связь.
На рис. 2.80 показаны некоторые из этих видов связи.
При непосредственной связи (рис. 2.80,а) коллектор транзис-
тора Т1 соединяется непосредственно с базой транзистора Т2, т. е.
выходное напряжение одного каскада прямо подается на вход
другого.
При резистивной схеме между каскадами (рис. 2.80,6) на-
пряжение с выхода одного каскада подается на вход другого че-
рез делитель напряжения, образуемый двумя резисторами. По-
мимо резисторов цепь связи включает источник напряжения сме-
щения.
Схема диодной связи между двумя транзисторными каска-
дами представлена на рис. 2.80, в. В этом случае коллектор пре-
дыдущего транзистора соединен с базой последующего с помо-
219
щью кремниевого диода Д, который при включении схемы все
время открыт. ' •
При трансформаторной связц. передача импульсов с одного
каскада другому обеспечивается импульсным трансформатором
а
Рис. 2.80. Схемы связи .между каскадами:
а—непосредственная; б — резистивная; л — диодная; г — трансформаторная;
д — емкостная
(рис. 2.80,г). Применение трансформатора позволяет легко ре-
шить такие задачи, как изменение амплитуды и полярности им*
пульсов, согласование напряжений, токов импульсов, согласова-
ние напряжений, токов и сопротивлений, получение одновремен-
но нескольких импульсов с различными амплитудами и поляр-
220
костями, обеспечить развязку цепей по постоянному напряжению.
Недостатком трансформаторной связи является трудность их при-
менения в интегральных схемах.
Схема емкостной связи приведена на рис. 2.80, д. Здесь напря-
жение с выхода предыдущего каскада на вход последующего по-
дается через конденсатор С и резистор R.
2.11.4. Генераторы несинусоидальных напряжений
Мультивибраторы
Для получения напряжений прямоугольной формы, а также
деления частоты следования импульсов применяют мультивибра-
торы. Схемы мультивибраторов, применяемых в аппаратуре РЛС
Рнс. 2.81. Схема мультивибратора (а) и диаграммы напряжений и токов на
электродах (б)
и АСУ, различны. Среди них следует отметить симметричные и
несимметричные мультивибраторы, мультивибраторы, работающие
в автоколебательном режиме, и так называемые кнпп-реле —
мультивибраторы, работающие в ждущем режиме.
Наиболее типовым является симметричный мультивибратор,
а основным режимом его работы является автоколебательный ре-
жим.
На рис. 2.81, а представлена схема симметричного, мультиви-
братора, собранного на транзисторах типа р-п-р. Симметричным
он называется потому, что собран на одинаковых транзисторах Т1
и Т2, а величины резисторов и конденсаторов в соответствующих
цепях также одинаковы: Су — Сг, R!(y = RK2, Ry^Rt- Это является
причиной равенства напряжений в симметричных точках схемы.
22Г
Однако подобрать строго одинаковые параметры схемы невоз-
можно, и некоторая асимметрия все же имеет место.
Допустим, что мри включении схемы в момент /0 в силу асим-
метрии транзистор Т1 оказался открытым, через него протекает
ток коллектора iKi и напряжение на коллекторе близко к нулю
(7И1 = 0, а конденсатор Ci заряжен до Uci. Напряжение базы тран-
зистора Т2 при этом
иа=и€,-и„аи.,
положительно, и поэтому транзистор Т2 закрыт, его ток zK2 = 0.
Потенциал точки / при открытом транзисторе Т1 мал, и кон-
денсатор Ci начинает разряжаться (рис. 2.81,6 график 3) по
цепи:'+ Ct, резистор Ri и далее по параллельным цепям через ре-
зистор /?к1 и через источник £к, эмиттер — коллектор транзис-
тора Т1.
Сопротивление эмиттер — коллектор в этом случае мало, им
можно пренебречь, поэтому постоянная времени разряда конден-
сатора
Конденсатор С2 в это время заряжается по цепи: '+ЕК, эмит-
тер—база транзистора Т1, конденсатор резистор Як2, — Ек. По-
стоянная времени заряда конденсатора значительно меньше по-
стоянной времени разряда, так как RK2^Ri, a Ci = C2. Поэтому
С2 зарядится быстрее, чем разрядится С>. Но состояние мульти-
вибратора не изменится, так как через переход эмиттер — база
транзистора Т1 и резистор R2 протекает ток, соответствующий ре-
жиму насыщения.
К моменту времени ti положительный потенциал разряжаю-
щегося конденсатора Ci, а значит, и базы транзистора Т2, умень-
шаясь, достигнет потенциала точки / (t7ci=0) и транзистор Т2
откроется.
Через транзистор Т2 будет протекать коллекторный ток tK2.
что приведет к повышению положительного потенциала в точке 3,
а значит, и к разряду конденсатора С2 через резистор R2.
Ток разряда, проходя по R2, вызывает скачкообразное повы-
шение потенциала точки 2, а следовательно, и потенциала базы
транзистора Т1. При этом Т1 закроется и конденсатор С\ начнет
заряжаться, повышая напряжение на коллекторе транзистора Т1
по экспоненциальному закону, приближая его к напряжению ис-
точника Ек. Цепь заряда конденсатора Ci от '+Ек. эмиттер — база
транзистора Т2, конденсатор С\, резистор Лкь —Ек. Постоянная
времени заряда конденсатора Cj будет равна С1/?кь
Через некоторое время конденсатор Ci зарядится, но транзи-
стор Т2 будет открыт, так как имеется базовый ток, удержива-
ющий его в режиме насыщения.
В момент времени t2 напряжение на разряжающемся конден-
саторе С2 достигнет нуля Z7c2=0, транзистор Т1 откроется, а Т2
закроется. Мультивибратор возвращается в исходное состояние.
222
Таким образом, наличие положительных .обратных связей б
мультивибраторе обусловливает лавинообразный процесс, обе-
спечивая переход его из одного состояния в другое. Рассматри-
вая графики 1 и 6 (рис. 2.81,6), постоянные физические процес-
сы, происходящие в мультивибраторе, видим, что с коллекторов
транзисторов могут быть сняты импульсы напряжения и С/,<2
почти прямоугольной формы различной полярности. Амплитуда
этих импульсов зависит от величин RKi и /?К2 и, следовательно,
может быть изменена.
Триггеры
Триггерами называются заторможенные устройства, облада-
ющие двумя устойчивыми состояниями равновесия и способные
под воздействием внешнего сигнала скачком переходить из од-
ного состояния в другое. Процесс перехода из одного состояния
в другое называют опрокидыванием, срабатыванием или спуском.
Отличительной особенностью триггера является наличие рео-
статной связи между двумя каскадами (рис. 2.82, а).
Триггеры делятся на симметричные, у которых оба каскада
одинаковые, и несимметричные. Симметричные триггеры приме-
няют в качестве 'делителей частоты повторения импульсов, в ка-
честве счетных, запоминающих и переключающих ячеек ЭВМ и
т. д. Несимметричные триггеры применяются главным образом
для формирования прямоугольных напряжений из синусоидаль-
ного и как дискриминаторы по амплитуде.
Представленный на рис. 2.82, а симметричный триггер на
транзисторах работает следующим образом.
Схема имеет два устойчивых состояния равновесия: транзис-
тор Т1 открыт, Т2 закрыт или транзистор Т1 закрыт, Т2 открыт.
Допустим, что в начальный момент времени транзистор Т1
был открыт и находился в режиме насыщения, а Т2 — закрыт.
При этом напряжение на коллекторе Т1 равно нулю, а на его
базе (Ли — отрицательно, (рис. 2.82,6). Транзистор Т2 в это
время закрыт, напряжение на его коллекторе близко к напряже-
нию источника питания —Ек, а на базе Т2 снимаемое с делителя
Rm, Rj напряжение имеет положительную по отношению к эмит-
теру полярность.
Если на базу Т2 при этом подать положительный импульс, то
изменения состояния триггера не произойдет, так как транзи-
стор Т2 был закрыт.
Если же положительный импульс подать на базу Т1, то про-
изойдут процессы, обусловливающие переход триггера в другое
состояние равновесия.
С началом действия положительного импульса ток коллекто-
ра Т1 некоторое время остается неизменным, так как происходит
рассасывание избыточных носителей тока. После того как ток
коллектора начинает падать, на коллекторе Т1 увеличивается
отрицательное напряжение. Изменение этого напряжения через
223
to
to
Рис. 2.82. Схема триггера (а) я диаграммы напряжений и токов на электродах
транзисторов (б)
конденсатор Ct передается на базу Т2, и как только напряжение
U(>2 окажется равным пулю, транзистор Т2 открывается. При
этом появляется коллекторный ток iK2, а имеющиеся положитель-
ные обратные связи способствуют быстрому завершению про-
цесса перехода триггера в другое состояние равновесия.
В новом состоянии напряжение на коллекторе транзистора Т2,
а значит, и 1/Вых2 оказывается близким к нулю. Напряжение на
коллекторе Т1, а значит, и (/выи близко к напряжению источ-
ника — Ек.
В этом .состоянии схема триггера будет оставаться до поступ-
ления положительного импульса запуска на базу транзистора Т2.
Из временной диаграммы напряжений видно, что с выходов триг-
гера можно снять почти прямоугольные импульсы любой поляр-
ности,
Б л о к и н г-г с н с р а т о р ы
Для получения импульсов малой длительности, измеряемых
микросекундами при больших периодах повторения, достигающих
нескольких миллисекунд, применяются блокинг-гснераторЫ. Осо-
бенностью этих импульсов является большая крутизна нараста-
ния и спада их.
. Блокинг-геператоры могут работать в автоколебательном и
ждущем режимах. В автоколебательном режиме с выхода бло-
кинг-гснсратора снимаются импульсы, период, следования кото-
рых определяется параметрами схемы, а переход схемы из одного
состояния в другое происходит без внешнего воздействия.
При работе блокинг-генератора в ждущем режиме период сле-
дования выходных импульсов определяется периодом поступле-
ния запускающих импульсов. После срабатывания такая схема
приходит в исходное состояние и находится в нем до поступления
следующего импульса.
При работе блокинг-генератора в автоколебательном режиме
.может быть осуществлен режим деления частоты следования им-
пульсов, когда частота импульсов, вырабатываемых блокинг-ге-
нератором, в несколько раз меньше частоты повторения запуска-
ющих импульсов. Это бывает необходимо, например, при созда-
нии 10-км и 50-км масштабных отметок на экране ИКО.
На рис. 2.83, а представлена схема блокинг-генератора на
транзисторе р — п — р-типа.
В исходном состоянии транзистор закрыт положительным на-
пряжением на базе, создаваемым током разряда конденсатора С,
протекающим по резистору В момент to, когда напряжение
базы достигнет нулевого значения, транзистор открывается. .На-
растающий ток коллектора, протекающий по обмотке I трансфор-
матора, вызывает появление напряжения в обмотке II. Вторичная
обмотка создает положительную обратную связь. Она включена
так, что при нарастании тока коллектора /к потенциал точки 1
схемы ставится ниже потенциала точки 2. Поэтому с появлением
8-330 225
тока коллектора конденсатор начинает заряжаться по цепи: об-
мотка II, резистор /?б.
На резисторе R$ током заряда создается падение напряжения,
увеличивая отрицательное напряжение на базе и тем самым ток
коллектора. Таким образом, положительная обратная связь при-
а
Рнс. 2.83. Схема блокинг-генератора
токов
водит к развитию блокинг-процесса, формирующего передний
фронт импульса напряжения на коллекторе и нагрузке блокинг-
генератора (рис. 2.83,6 график 2).
Нарастание тока коллектора продолжается до перехода тран-
зистора в режим насыщения, при котором ток коллектора /к имеет
постоянную величину, а напряжение в обмотке II становится
равным пулю. Это ведет к разряду конденсатора С, но благодаря
наличию большой индуктивности обмотки II разряд в первый
момент времени идет медленно, кроме того, происходит рассасы-
вание накопленных на базе носителей. Поэтому некоторое время
ток коллектора имеет постоянную величину, формируя тем самым
плоскую вершину импульса (рис. 2.83, б график 2).
Рассасывание носителей на базе транзистора приводит к вы-
ходу последнего из режима насыщения, при этом ток коллектора
начинает падать, создавая начало формирования заднего фронта
импульса. Благодаря действию положительной обратной связи
это происходит быстро. В результате в схеме блокинг-генератора
создаются почти прямоугольные импульсы, длительность кото-
рых зависит от постоянной времени Rg и времени жизни носи-
телей в базе.
226
Изменением величин /?о и С можно изменять длительность
вырабатываемых блокинг-генератором импульсов. Выходные им-
пульсы требуемой полярности снимаются с выводов обмотки III
трансформатора.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислить основные характеристики импульсов и дать им
определения.
2’. Рассказать о сущности формирования импульсов с помо-
щью схем ограничения амплитуды.
3. Объяснить физические процессы, происходящие при заряде
и разряде емкости через сопротивление.
4. Что называется постоянной времени цепи?
5. Назначение и физические процессы, происходящие при ра-
боте дифференцирующей и интегрирующей цепей?
6. Какие виды связи применяются между каскадами?
7. Назначение, устройство и работа мультивибратора.
8. Назначение, устройство и работа триггера.
9. Назначение, устройство и работа блокинг-генератора.
2.12. ИНДИКАТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
2.12.1. Назначение и типы индикаторных устройств
Индикаторные устройства являются оконечными устройствами
радиолокационных станций (РЛС) и автоматизированных систем
управления (АСУ). Индикаторы дают возможность быстро воспро-
извести множество данных о радиолокационных целях в нагляд-
ной форме.
Выбор типа индикаторного устройства для РЛС и АСУ зави-
сит от их тактического назначения и технических требований.
Каждый ппдикатор, входящий в индикаторное устройство, отли-
чается от другого - характером определяемых координат, типом
развертки, видом отметки от радиолокационных целей. Если РЛС
предназначена для выдачи информации вокруг своей точки стоя-
ния, то они оборудуются индикатором кругового обзора (ИКО).
Такие же индикаторы устанавливаются и на АСУ.
Для уточнения характеристик целей, а также для улучшения
разрешающих способностей по координатам и различным харак-
теристикам используются секторные индикаторы. Если такой ин-
дикатор позволяет измерять координаты азимута р и дальности D,
то он называется индикатором азимут—дальность (ИАД), если
позволяет измерять дальность D и угол места е или дальность D
и высоту Н, то такой индикатор называют индикатором измерения
высоты (ИИВ).
Радиолокационные дальномеры в своем составе имеют ИКО
и ИАД, радиолокационные высотомеры — ИКО и ИИВ или ИАД
и ИИВ, а трехкоординатные радиолокационные комплексы вклю-
чают ИКО, ИАД и ИИВ.
8*
227
Рассмотренные типы индикаторов являются двухмерными, так
как они дают возможность определять одновременно две коорди-
наты цели. Существуют и одномерные индикаторы, которые ис-
пользуются как вспомогательные для' определения одной коорди-
наты цели, например дальности.
Отраженный сигнал от цели, поступающий на индикатор после
преобразования и усиления в приемном устройстве, представляет
собой кратковременный видеоимпульс. Координаты цели опреде?
ляются по положению отраженного от цели сигнала на линшГ раз-
вертки. Воздействие отраженного сигнала приводит либо к откло-
нению электронного луча от линии развертки, либо к изменению
интенсивности свечения соответствующего участка развертки.
В первом случае отметку от цели на экране индикатора называют
амплитудной, во втором — яркостной. В двухмерных индикаторах
применяют яркостную индикацию, а в одномерных — ампли-
тудную.
Сочетание различных типов индикаторов образует индикатор-
ное устройство РЛС и АСУ.
2.12.2. Принцип работы индикатора
Основным элементом индикатора является электронно-лучевая
трубка (ЭЛТ)'. Электронно-лучевая трубка — это такой электро-
вакуумный прибор, в котором электронный луч используется для
преобразования электрических сигналов в видеосигналы.
В ЭЛТ на стеклянное прозрачное дно колбы наносится слой
люминофора, который образует экран трубки. Люминофор — веще-
ство, обладающее способностью светиться под воздействием па-
дающих на него электронов. Электронно-лучевая трубка состоит
из следующих основных элементов (рис. 2.84):
1) электронной пушки или электронного прожектора, который
формирует тонкий электронный луч;
2) отклоняющей системы, с помощью которой осуществляется
перемещение электронного луча по экрану;
3) флюоресцирующего экрана для индикации положения элек-
тронного луча.
Существует два основных типа ЭЛТ, которые отличаются спо-
собами фокусировки и отклонения электронного луча:
а) трубки с электростатическим управлением, в них для этих
целей используется электрическое поле;
б) трубки с магнитным управлением, в них используется маг-
нитное поле.
На рис. 2.84, а изображена ЭЛТ с электростатическим управле-
нием. Электронная пушка се включает: катод, создающий поток
электронов; управляющий электрод, с помощью которого осуще-
ствляется регулировка яркости светящегося пятна на экране; пер-
вый и второй аноды, ускоряющие полет электронов в колбе и фо-
кусирующие их с помощью электрического поля, возникающего
между первым и вторым анодами.
Аквадаг выполняет роль электростатического экрана и предо-
228
храняет электронный поток трубки от воздействия внешних элект-
рических полей.
На рис. 2.84 аквадаг показан утолщенной линией.
Отклоняющие
няющие катушки
Рис. 2.84. Электронно-лучевые трубки:
а — с электростатическим управлением; б —с магнитным управлением
Чтобы перемещать светящееся пятно по экрану (создавать раз-
вертку), между вторым анодом и экраном расположена отклоняю-
щаяся система, состоящая из двух пар взаимно перпендикулярных
пластин.
Пластины XX горизонтально отклоняющие, так как между
ними создается горизонтальное электрическое поле. При подаче на
эти пластины напряжения луч будет отклоняться в горизонталь-
ной плоскости. Обычно на горизонтально отклоняющие пластины
подается периодически изменяющееся напряжение развертки.
Пластины УУ вертикально отклоняющие, так как между ними
создастся вертикальное электрическое поле. На них обычно по-
дастся напряжение сигнала (видеоимпульсы с выхода приемного
устройства).
На рис. 2.84,6 изображена ЭЛТ с магнитным управлением,
В такой трубке функции катода, управляющего электрода и эк-
229
рана те же, что и в трубках с электростатическим управлением.
Первый анод здесь не участвует в фокусировке луча, а исполь-
зуется для экранирования пространства между катодом и управ-
ляющим электродом от высоких ускоряющих потенциалов второго
анода, поэтому на управляющий электрод можно подавать относи-
тельно небольшое напряжение для управления яркостью свечения
пятна па экране.
Аквадаг выполняет роль ускоряющего электрода, па него по-
дается высоковольтное напряжение от специального источника.
Фокусировка в ЭЛТ с магнитным управлением осуществляется
магнитным полем, создаваемым специальной фокусирующей ка-
тушкой. Она питается постоянным током.
Отклоняющая система состоит из двух взаимно перпендикуляр-
ных пар катушек, расположенных снаружи трубки на ее горло-
вине. Отклонение электронного луча производится однородным
магнитным полем, которое создается током, протекающим по этим
катушкам.
В современных РЛС и АСУ широко применяются ЭЛТ с маг-
нитным и электростатическим управлением. Однако в двухмерных
индикаторах ИКО, ИАД, ИИВ используются только ЭЛТ с маг-
нитным управлением, так как в них можно получить большой мак-
симальный угол отклонения луча и нет влияния отклонения луча
н! его фокусировку. Кроме того, эти трубки имеют меньшие раз-
меры светящегося пятда на экране.
В одномерных индикаторах обычно используются ЭЛТ с элек-
тростатическим управлением, основным достоинством которых
являются малые габариты, нет затрат мощности на управленце
лучом и питающие напряжения относительно невелики.
В дальнейшем рассмотрение индикаторов будет вестись приме-
нительно к ЭЛТ с магнитным управлением.
Электронный луч ЭЛТ перемещается по экрану трубки и остав-
ляет за собой светящуюся линию, которая называется разверткой.
В зависимости от того, для измерения какой координаты исполь-
зуется движение луча, различают развертки дальности, азимута
и угла места (высоты).
Вид развертки определяется типом индикатора, применяемого
в РЛС или АСУ. В одномерных индикаторах применяется линей-
ная развертка, в двухмерных — радиально-круговая и прямоуголь-
ная растровая.
На рис. 2.85 показаны виды разверток индикаторов.
При линейной развертке луч перемещается только по прямой
линии от одного края экрана к другому. Начинается развертка все
время в одной и той же точке экрана.
Радиально-круговая развертка создается за счет одновремен-
ного перемещения луча от центра экрана к краю (по радиусу).
Это развертка дальности и поворота линии развертки относительно
заданного начального направления. Угол поворота соответствует
изменению угловой координаты (например, азимута £). Такая
развертка применяется в ИКО, так как линия развертки последо-
230
вательно обегает все точки поверхности экрана в пределах задан-
ного круга за один оборот.
Прямоугольная растровая развертка получается также за счет
одновременного перемещения луча в двух направлениях. Однако
развертка дальности создается за счет движения луча по. прямой
Местные
предметы
Цел»
Цель
Отметки
азимута 30'
РаЭиально-
круговая
развертка
м —
JSK 1PJ
Линейная
развертка ^]||1|1111;В11|11П|1ПТЩ
помехи
Дкм1
Прямоугольно-
растровая
развертка
59км1 Отметки
Юхм J
Отметки дистанции 10км
Местное
предметы
Изображение
на экране
индикатора
Помеха
Цель
Отметки
дистанции
Помеха
Отметки
азимута
Д|
в > ЯиЗ
Д__/развертки
Рис. 2.85. Виды разверток индикаторов
от одного края экрана к другому, как при линейной развертке.
При этом начало формирования линии развертки дальности непре-
рывно смещается к другому краю экрана. Таким образом, раз-
вертка дальности смещается параллельно самой себе в соответ-
ствии с изменением азимута или угла места. Площадь экрана, ко-
торую луч обегает последовательно строка за строкой, имеет пря-
моугольную форму. Этот вид развертки применяется в НАД и ИЙВ.
• 2.12.3. Типовой индикатор кругового обзора
При ведении боевой работы на РЛС и АСУ от операторов тре-
буется выдача самой полной информации о воздушной обстановке.
Радиолокационная информация должна постоянно обновляться,
при этом необходимо сохранять непрерывность наблюдения за
всеми целями, находящимися в воздухе. Эту задачу решает инди-
катор кругового обзора И КО.
Кроме того, с помощью И КО можно оценивать работоспособ-
ность различных систем РЛС и АСУ, выбирать их режимы работы,
а также производить метеорологическую разведку вокруг точки
стояния РЛС (только для РЛС сантиметрового диапазона).
231
Таким образом, индикатор кругового обзора предназначен для
визуальной индикации целей, измерения их дальности, азимута и
определения различных характеристик (скорости полета, принад-
лежности, характера маневра, количества, типа летательных ап-
паратов).
Рис. 2.8в. Схема типового индикатора кругового обзора
Схема типового индикатора кругового обзора представлена на
рис. 2.86. В состав ИКО входят электронно-лучевая трубка, откло-
няющая система, фокусирующая система, канал формирования
развертки дальности, канал усиления видеосигналов и система
электропитания.
Взаимодействие элементов ИКО происходит следующим обра-
зом. В момент излучения зондирующего импульса РЛС в про-
странство на канал формирования развертки дальности поступает
кратковременный запускающий импульс (переключатель «За-
держка» в положении «Выкл.»). Схема формирования развертки
дальности создает напряжение, под действием которого через от-
клоняющие катушки протекает ток. В катушках возникает магнит-
ное поле. Оно, взаимодействуя с электронным лучом трубки,
отклоняет его от центра экрана к краю, т. е. формируется линия
развертки дальности на экране индикатора.
232
Поворот развертки осуществляется с помощью того же маг-
нитного ноля. При этом магнитный поток поворачивается син-
хронно и сиифазно с вращением антенны. Вращение магнитного
потока может быть осуществлено либо вращением самих кату-
шек, либо электрическим путем (при неподвижных катушках).
На представленной схеме (рис. 2.86) вращение развертки произво-
дится с помощью неподвижных отклоняющих катушек. С этой
целью на схему формирования развертки дальности подается на-
пряжение с синхронво-следящей системы передачи вращения
(^сспв) антенны РЛС.
Чтобы на экране индикатора не наблюдался обратный ход раз-
вертки, со схемы формирования развертки дальности на электрон-
ный прожектор подается импульс подсвета, который отпирает
трубку только па время прямого хода развертки. В это же время
на управляющий электрод ЭЛТ подаются отраженные сигналы
от целей (видеосигналы), масштабные отметки дальности, мас-
штабные отметки азимута, которые предварительно замешиваются
н усиливаются в канале усиления видеосигналов.
Изменяя величину тока, протекающего через фокусирующую
катушку, добиваются минимальных размеров светящегося пятна
в точке соприкосновения электронного луча трубки с экраном.
Система электропитания позволяет получить необходимую ве-
личину питающих напряжений, которые подаются на электроды
ЭЛТ.
Индикатор кругового обзора может работать в трех режимах:
кругового обзора, кольцевого обзора и в секторном режиме.
Режим кругового обзора — это такой режим работы, когда пе-
реключатель «Задержка» стоит в положении «Выкл.». В этом
случае на экране индикатора обстановка воспроизводится по даль-
ности от 0 км до значения выбранного масштаба (на рис. 2.87, а
от 0 км до 200 км), а ио азимуту — от 0° до 360°.
В режим кольцевого обзора индикатор переводится постанов-
кой переключателя «Задержка» в положение «Вкл.». В этом слу-
чае обстановка воспроизводится с дистанции, определяемой руч-
кой «Задержка», так как схема задержки развертки дальности
начинает формировать ее с некоторым запаздыванием относи-
тельно излученного зондирующего импульса.
На рис. 2.87,6 показано, что в центре экрана не 0 км, а 20 км,
это можно определить по положению целей. Здесь задержка за-
пуска выбрана в 20 км.
Секторный режим работы устанавливается с помощью схемы
смещения центра развертки. В этом режиме ручками горизонталь-
ного и вертикального смещения можно точку начала линии раз-
вертки сместить на любой участок экрана (рис. 2.87,в).
Отсчет координат по ИКО, как и в других индикаторах, про-
изводится посредством применения электронных шкал. На
рис. 2.88 показан экран ИКО. Шкалы дальности образуются
окружностями, радиусы которых тем больше, чем большим ди-
станциям они соответствуют.
233
Рис. 2.87. Вид экранов ИКО
кругового обзора; 6 — режим кольцевого
л — режим
в различных режимах работы:
обзора с задержкой' иа 20 км; в — секторный оежии
Электронная шкала дальности создается кратковременными
импульсами, следующими через равные интервалы времени отно-
сительно зондирующего импульса. Электронные метки яркостные,
и благодаря азимутальной развертке они принимают форму окруж-
ностей.
Азимут цели 15е
90°
Отметки
от^ целей
Засеет
от местных
предметов
Дальность до цепи 65 КМ
30'
270е
Отметки
опознавания
цели
/во0
Масштабные
отметки
дальности so км
Рис. 2.88. Виды электронных шкал и различных отметок на экране
ИКО
Масштабные
отметки азимута 309
Отсчет азимута производится также с помощьк^ электронной
шкалы, которая изображается в виде радиальных линий, высве-
чиваемых на экране через определенные углы поворота антенны.
Для удобства считывания каждая пятая отметка по дальности
и каждая третья отметка по азимуту создаются импульсами боль-
шей амплитуды и являются более яркими.
2.12.4. Канал формирования развертки дальности
При рассмотрении схемы ИКО указывалось, что в канале раз-
вертки дальности формируется напряжение для отклоняющих ка-
тушек. Рассмотрим, как это происходит. Структурная схема и вре-
менные диаграммы напряжений и токов канала показаны на
рис. 2.89.
Если импульсы запуска (рис. 2.89, /) поступают на схему за-
держки развертки дальности /, то она (выполненная по схеме
мультивибратора или фантастрона) обеспечивает задержку им-
235
пульсов запуска. Эта схема фиксирует начало формирования раз-
вертки с выбранной задержкой во времени (рис. 2.89,2).
Задержанные импульсы запуска поступают на расширитель 2,
который вырабатывает прямоугольные импульсы с длительностью,
определяющей длину развертки, а значит, и длительность трапе-
Рис. 2.89. Схема канала формирования развертки дальности:
а — структурная схема; б — временные диаграммы напряжений и гоков
цеидальных импульсов напряжения (рис. 2.89, 3, 4). За это время
электронный луч в трубке перемещается от центра экрана к краю
его. Создается линия развертки.
Трапецеидальное напряжение усилителями мощности верти-
кальных и горизонтальных отклоняющих катушек преобразуется
в пилообразные импульсы тока, которые проходят через отклоняю-
щие катушки. Причем импульсы тока промодулированы напряже-
нием синхронно-следящей передачи вращения антенны (рис. 2.89,5).
Модуляция осуществляется модулятором. ..
Вертикально отклоняющие катушки расположены перпендику-
лярно к горизонтально отклоняющим катушкам, создавая тем са-
мым сдвиг в пространстве на 90°. Обе пары катушек питаются-
импульсными токами, огибающие которых сдвинуты во времени
на 90° (рис. 2.89,6, 7). Это и позволяет получить вращающееся
236
магнитное поле при неподвижных отклоняющих катушках, а зна-
чит, вращение развертки по азимуту.
В индикаторах кругового обзора иногда применяется диамет-
рально-круговая развертка, когда электронный луч переме-
щается от одного края экрана к другому через центр его. Для по-
лучения такой развертки отклоняющие катушки питаются импуль-
сами тока, полярность которых меняется каждый такт следова-
ния импульсов запуска на противоположную. Одновременно, с этим
коммутируется соответственно подача сигналов на ЭЛТ в канале
усиления видеосигналов. __
2.12.5. Краткие сведения об индикаторах измерения высоты
Существует несколько методов определения высоты полета ра-
диолокационных целей. Наиболее распространенным методом яв-
ляется метод качания остронаправлсппой диаграммы паправлен-
JJuhuu равных
Метки высоты Метки оистаниии высот
Рис. 2.90. Вид экранов индикаторов измерения высоты)
а — режим дальность — высота; б — режим дальность — угол места
ности антенны по углу места. Для определения высоты полета та-
ким методом индикатор высоты радиолокационного высотомера
может быть реализован двумя способами: в координатах даль-
ность— угол места, в координатах дальность — высота.
Радиолокационные высотомеры имеют один индикатор высоты,
который может работать в двух указанных режимах. В индикаторе
этого типа горизонтальная развертка является разверткой даль-
ности D, а вертикальная — либо разверткой высоты Н, либо раз-
верткой угла места е, что определяется выбранным режимом ра-
боты.
В первом случае линии равных высот электронной шкалы вы-
свечиваются на экране в виде системы горизонтальных параллель-
ных друг другу линий (рис. 2.90,а), а во втором — в виде гипербол
237
(рис. 2.90,6). Второй режим работы применяется редко из-за сла-
бого использования площади экрана трубки и малой точности-
определения высоты, особенно на больших дальностях.
Поэтому в дальнейшем будет рассматриваться работа индика-
тора высоты в режиме дальность — высота, который при боевой
работе используется наиболее часто.
Для измерения высоты цели диаграмма направленности ан-
тенны сканирует в пределах заданного углового размера зоны
обзора. Поскольку длительность развертки дальности значительно
меньше времени перемещения диаграммы направленности по углу
места, то линии разверток дальности на экране индикатора будут
иметь вид прямых линий, перемещающихся снизу вверх, т. е. бу-
дет наблюдаться прямоугольный растр. Канал вертикальной раз-
вертки такого индикатора должен усиливать управляющее напря-
жение, вырабатываемое датчиком напряжения высоты.
Таким образом, зная дальность до цели D и угол места, под ко-
торым она находится е, можно, решив уравнение
,3 H—Dsim,
определить приближенно высоту полета цели. Это уравнение ре-
шается в индикаторе высоты.
В высотомерах средней точности рефракция радиоволн пред-
полагается нормальной и учитывается приближенно путем замены
реального радиуса Земли эквивалентным (8500 км). Тогда урав-
нение высоты будет иметь вид
U г, . . D*
п — £>sin е 4- ко—»
где Н—высота цели, км;
D — дальность до цели, км;
s — угол места цели, град;
Я». 3 —эквивалентный радиус Земли (8500 км).
Для получения растровой развертки в индикаторе высоты необ-
ходимо катушки горизонтального и вертикального отклонения пи-
тать токами, вырабатываемыми схемами развертки дальности и
развертки высоты. Для получения развертки высоты необходимо
формировать напряжение, которое в определенном масштабе со-
ответствует уравнению высоты. В процессе качания антенны угло-
вое положение развертки определяется синусом угла наклона ан-
тенны (sine).
Значит, импульсы напряжения развертки высоты должны
иметь скорость нарастания, пропорциональную текущему значе-
нию положения антенны. Генератор трапецеидальных импульсов
управляется напряжением, соответствующим синусу угла наклона
антенны.
На рис. 2.91 представлена структурная схема формирования
развертки высоты. Рассмотрим ее работу. Датчик угла места фор-
мирует напряжение, пропорциональное синусу угла места (sine),
движок его механически связан с валом качания антенны. Напря-
238
жение высоты вырабатывается генератором под воздействием им-
пульсов запуска. Это напряжение используется в формировании
горизонтальной развертки непосредственным воздействием на
усилитель тока. Оно же подается в канал формирования верти-
кальной развертки —- развертки высоты. В этом канале напряже-
ние высоты поступает на сумматор-интегратор, куда подается и на-
пряжение с датчика угла места.
Рис. 2.91. Структурная схема формирования развертки высоты
В сумматоре-интеграторе осуществляются модуляция трапецеи-
дальных импульсов напряжением угла места и получение напря-
жения, обеспечивающего создание параболической развертки на
индикаторе высоты. Параболическая форма развертки учитывает
кривизну Земли и нормальную рефракцию. Такой учет рефракции
при определении высоты полета цели является очень приближен-
ным, что ведет к значительным ошибкам измерения высоты.
Для точного определения высоты необходимо знать изменение
рефракции с изменением высоты и климатических (погодных)
условий. Значит, в канал формирования развертки высоты надо
вводить текущую рефракцию. Высоту полета цели с учетом изме-
нения рефракции с высотой приближенно можно записать в виде
уравнения
D Sin a+ -2g-
где Т». п — коэффициент, учитывающий погодные и климатические
условия в точке стояния РЛС (иначе эквивалентная приведенная
температура). Дополнительная составляющая, учитывающая реф-
ракцию и ее изменение, вводится в сумматор в виде напряжения,
снимаемого с делителя.
Масштабные отметки дальности, подаваемые на индикатор вы-
соты, формируются самостоятельными системами в виде последо-
вательности кратковременных импульсов. Частота следования их
определяется выбранной градацией."
239
Масштабные отметки высоты формируются в индикаторе вы-
соты и для их получения используется напряжение развертки вы-
соты. Оно является измерительным напряжением. Сравнивая это
напряжение с заданными фиксированными уровнями напряжения,
можно получать короткие импульсы, которые и являются отмет-
ками высоты.
Формирование отметок высоты может быть осуществлено также
с помощью отметок дальности. Для этого в индикаторе высоты
формируется развертка высоты без учета кривизны Земли и реф-
ракции для угла места е=5°45'5". При этом получим следующую
зависимость между высотой и дальностью:
Л/—Dsins = O,l£).
. Если подать па электронно-лучевую трубку 10-км отметки даль-
ности, то при движении развертки на экране образуются светя-
щиеся линии, соответствующие 1-км отметкам высоты/
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каково назначение индикаторных устройств?
2. Какие индикаторы применяются в РЛС и АСУ?
3. Устройство и работа ЭЛТ с электростатическим управле-
нием.
4. Устройство и работа ЭЛТ с магнитным управлением.
5. Состав и назначение элементов типового индикатора круго-
вого- обзора.
6. Чем отличаются круговой, кольцевой и секторный режимы
работы ИКО?
7. Как устроен и работает индикатор измерения высоты?
ГЛАВА 3
ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Одним из главных направлений технического прогресса в
нашей стране является широкое использование электронной вы-
числительной техники.
Под вычислительной техникой в узком смысле понимают сово-
купность технических средств механизации и автоматизации
решения математических задач, а в широком — это наука о прин-
ципах построения, эксплуатации и проектирования этих средств.
Учитывая большое научное, народно-хозяйственное и оборон-
ное значение вычислительной техники, Коммунистическая партия
и Советское правительство постоянно уделяют неослабное внима-
ние ее развитию и совершенствованию.
Основой вычислительной техники является вычислительная
машина, которая представляет собой комплекс технических
устройств с общим управлением, служащих для решения матема-
тических задач.
В зависимости от формы представления величин вычислитель-
ные машины подразделяются на аналоговые и цифровые. В пер-
вых математические операции производятся над непрерывно из-
меняющимися значениями физических величин (напряжения, тока
и др.), а во вторых — над цифровыми кодами, представляющими
собой дискретные значения участвующих в операциях величин.
Первая аналоговая вычислительная машина (АВМ) была по-
строена в 1904 г. русским академиком А. Н. Крыловым и пред-
назначалась для решения задач кораблевождения. Большой
вклад в создание аналоговых машин внесли советские ученые
С. А. Грешгорин, С. А. Лебедев, И. С. Брук. В 1945 г. под
руководством советского электротехника Л. И. Гутенмахера были
созданы первые электронные аналоговые машины.
В настоящее время аналоговые машины широко применяются
при решении различных научно-технических задач, а также явля-
ются составными частями автоматизированных систем управления.
При высоком быстродействии аналоговые машины обладают су-
щественным недостатком — ограниченной точностью получаемых
решений. *
Цифровые вычислительные устройства имеют длительную ис-
торию своего развития. В 1642 году французским физиком Б. Пас-
241
калем была построена механическая счетная машина, выполняю-
щая операции сложения и вычитания.
Первая в Европе электронная цифровая вычислительная
машина (ЭЦВМ) была построена в 1950 году под руководством
советского математика С. А. Лебедева. Эта машина содержала
около 2000 ламп. За неполных три десятилетия сменились четыре
поколения электронных цифровых вычислительных машин: пер-
вое — на реле и лампах, второе — на полупроводниковых элемен-
тах, третье —на интегральных схемах и четвертое, разрабатывае-
мое,— на больших интегральных схемах.
В настоящее время ЭЦВМ используются почти во всех областях
человеческой деятельности, к основным из которых можно от-
нести: а) производство вычислительных работ; б) организацион-
ное (административное) управление; в) управление технологиче-
скими процессами производства или военной техникой.
Практика показала большую эффективность использования
ЭЦВМ при решении задач управления различными процессами
в составе автоматизированных систем управления (АСУ) произ-
водством или войсками. Современные АСУ ПВО немыслимы без
специализированных ЭЦВМ, которые обрабатывают информацию
о воздушной обстановке, представляя затем командиру данные
для принятия решения на уничтожение воздушных целей.
3.1. ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Принцип построения аналоговых вычислительных машин
Работа аналоговых вычислительных машин основана на том,
что самые различные по своей физической природе процессы мо-
гут быть описаны одними и теми же математическими выраже-
ниями. Так, например, колебательный процесс в электрическом
контуре, механические и звуковые колебания представляются
аналогичными дифференциальными уравнениями.
Так как электрические явления наиболее удобны для изучения
и воспроизведения, то в аналоговых вычислительных машинах
математические операции производятся над непрерывно изменяю-
щимися значениями таких физических величин, как электрическое
напряжение или ток, угол сдвига фаз, длительность импульса
и т. п.
На рис. 3.1 приведена структурная схема АВМ, в состав ко-
торой входят:
устройство ввода данных, с помощью которого исходные ве-
личины вычислений преобразуются в такие, над которыми опе-
рирует машина;
набор вычислительных блоков, соединенных между собой
определенным образом в соответствии с решаемой задачей; каж-
дый из ’блоков выполняет одну определенную математическую
операцию (сложение, вычитание, умножение, интегрирование,
вычисление функции и др.);
242
устройство регистрации, служащее для наблюдения за процес-
сом вычислений, отображения и вывода с преобразованием его
результатов;
управляющее устройство, которое служит для коммутации и
настройки вычислительных блоков на решение соответствующей
задачи, пуска и останова машины, а также для текущего контроля
за работой АВМ.
оператора,
Рнс. 3.1. Структурная схема аналоговой вычислительной машины
Как очевидно, аналоговая вычислительная машина при опре-
деленном соединении вычислительных блоков способна решать
только одну, соответствующую этому соединению, группу задач.
3.1.2. Простейшие решающие узлы АВМ
Каждый вычислительный блок АВМ представляет собой элект-
рическое устройство или схему, имеющие один выход и один или
несколько входов. Величина выходного напряжения блока нахо-
дится в определенной функциональной зависимости от входных
напряжений:
1/,ю=ф(Ум1. ив^...у
Простейшим решающим узлом, реализующим операцию умно-
жения входной величины на коэффициент К1( является делитель
напряжения или потенциометр (рнс. 3.2,а). Его выходное й вход-
ное напряжения находятся в следующей связи:
вых ~ Ri + Rt U**=
Коэффициент Ki, в свою очередь, зависит от величины угло-
вого или линейного перемещения ползунка потенциометра Х\. Сле-
довательно, с помощью потенциометра возможно решение функ-
243
циопальной зависимости (7Вых=/(*). В случае когда ширина кар-
каса намотки потенциометра непостоянна по его длине, как это
показано на рис. 3.2,6, то такой потенциометр позволяет решать
и определенную нелинейную функцию (/вых=9(х2).
Рис. 3.2. Простейшие решающие узлы АВМ:
а — схема умножения; б — функциональный потенциометр; в — схема суммирования
Изображенная на рис. 3.2, в потенциометрическая схема может
служить примерам построения суммирующего узла АВМ, выход-
ное напряжение которого пропорционально сумме перемещений
ползунков потенциометров Х3 и
44ых = *п(*з+*А
где Кп — коэффициент передачи потенциометра.
В качестве решающих узлов могут также применяться вра-
щающиеся трансформаторы, вырабатывающие напряжения, ам-
плитуда которых пропорциональна синусу и косинусу угла пово-
рота вала ротора, а также тахогенераторы, величина выходного
напряжения которых пропорциональна скорости вращения.
Такие решающие узлы, как дифференцирующие и интегрирую-
щие цепи на R и С, позволяют осуществлять дифференцирование
и интегрирование входной величины во времени.
Электрические цепи, содержащие нелинейные элементы —
диоды, дают возможность получить заданные функциональные'
зависимости выходного напряжения от входного.
Как видно на рис. 3.3, а, до тех пор, пока потенциал точки А
остается отрицательным (1/ва.<£), напряжение на выходе схемы
равно нулю.
244
С момента U^=E происходит отпирание диода и напряжение
на выходе изменяется практически пропорционально входному.
Коэффициент пропорциональности определяется величиной со-
6
Рис. 3.3. Диодные функциональные преобразователи
С изменением полярности (рис. 3.3,6) включения диода или
источника Е изменяется характер изменения выходного напря-
жения функционального преобразователя.
Поскольку любая функция может быть представлена (аппрок-
симирована) в виде большого количества отрезков, имеющих раз-
личное направление и крутизну наклона, то она может быть реали-
зована набором диодных функциональных преобразователей.
Несмотря на кажущуюся простоту описанных выще решающих
узлов, их непосредственное применение в АВМ затруднено тем,
что выходное напряжение каждого решающего узла зависит опре-
деленным образом не только от входного, но и от величины на-
грузки, которой является входное сопротивление последующего
узла АВМ. Последнее вносит существенные погрешности в резуль-
таты измерений, понижая точность вычислений.
245
3.1.3. Решающие усилители АВМ
Основным средством повышения точности работы ЛВМ.является
включение в состав каждого решающего блока усилителя постояв-
Рис. 3.4. Основные схемы решающих усилителей:
а — схема умножения на постоянную величину; б — с\ема суммирования
«трех переменных; в — схема интегрирования переменной во времени; г —схе-
t мо дифференцирования переменной во времени
кого тока (УПТ), обладающего большим входным сопротивле-
нием.
Схема, содержащая УПТ, вместе с элементами решающего узла
образует решающий или операционный усилитель.
На рис. 3.4 приведены Основные схемы решающих усилителей,
являющихся типовыми вычислительными блоками ЛВМ.
246 .
Усилителями постоянного тока называются такие электронные
усилители, которые способны усиливать медленно меняющиеся
и даже постоянные во времени напряжения или токи. Для обёс-
печения этого в УПТ отсутствуют реактивные элементы цепей и
используются непосредственные гальванические связи между кас-
кадами.
Применяемые в АВМ усилители постоянного тока при линей-
ной зависимости выходного напряжения от входного во всем диа-
пазоне его изменений имеют коэффициент усиления ие ниже 40 000.
В частном случае при отсутствии напряжения на входе выход-
ное напряжение также должно быть равным нулю. Последнее
достигается применением в УПТ отрицательной обратной связи с
его выхода на вход. Для получения такой отрицательной обратной
связи УПТ всегда имеют нечетное число каскадов. Фаза выходного
напряжения отличается от фазы входного на 180°.
Специфической особенностью УПТ является явление дрейфа
нуля, представляющее собой самопроизвольное медленное измене-
ние -начального уровня выходного напряжения при отсутствии сиг-
нала на входе. Главной причиной дрейфа нуля является неста-
бильность напряжений источников питания, а также непостоян-
ство характеристик ламп и эмиссии их катодов. Наличие дрейфа
нуля вызывает искажения в передаче сигнала каскадами АВМ,
понижая точность выполняемых им операций.
Для устранения дрейфа нуля в АВМ применяются стабилизиро-
ванные источники питания, а в УПТ применяются лампы со ста-
бильными параметрами и высокостабильные резисторы, а также
специальные схемы стабилизации. Перед использованием усили-
теля после его прогрева обязательно производится установка нуле-
вого уровня выходного напряжения при закороченном входе.
Устранение влияния колебаний питающих напряжений на ве-
личину анодного тока' ламп достигается использованием в каска-
дах УПТ отрицательных обратных связей по току.
На рис. 3.5 приведена схема решающего усилителя. Усилитель
имеет три каскада, выполненных на малогабаритных лампах.
Первый каскад УПТ выполнен по параллельно-балансной
схеме с общим катодным сопротивлением и имеет два входа. На
сетку левой половины лампы Л1 подается входной сигнал, а на
сетку правой половины — корректирующее напряжение с выхода
вспомогательного стабилизирующего усилителя Кс-
Если в предварительно сбалансированном УПТ на выходе по-
явится ложный сигнал, то по цепи обратной связи он будет пере-
даваться на входы рабочего и компенсирующего усилителей.
С выхода компенсирующего усилителя ложный сигнал, усиленный
в Кс раз и измененный по фазе на 180°, передается на правую
сетку лампы Л1 рабочего УПТ, снижая во столько же раз дрейф нуля.
Компенсирующий УПТ имеет схему, аналогичную рабочему,
и в аппаратуре с определенной частотой подключается ко всем
входящим в нее рабочим усилителям. Полезный сигнал в момент
подключения на рабочий УПТ не подается. Передача сигнала с
2.47
выхода первого каскада УПТ на вход второго производится с
помощью делителя на резисторах Re, R7 и /?6, причем резистор
/?7 используется для установки нуля УПТ.
Делитель на резисторах /?|з и обеспечивает связь второго
каскада с третьим — выходным усилителем мощности.
Рис. 3.5. Принципиальная схема решающего усилителя с автоматической стаби-
лизацией пуля
/?9> и /?|5, С5 — корректирующие цепи, обеспечивающие устой-
чивую работу усилителя.
Емкость С3 служит для «запоминания» корректирующего на-
пряжения’ .между моментами подключения к данному УПТ стаби-
лизирующего усилителя.
При подаче полезного сигнала вспомогательный усилитель
практически не влияет на работу устройства.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На чем основана работа аналоговой вычислительной ма-
шины?
2. Из каких основных устройств состоит АВМ? Их назначение.
3. С какой целью в составе решающих узлов АВМ применяются
УПТ? В чем состоят особенности работы УПТ?
4. В чем состоит дрейф нуля УПТ? Способы устранения
дрейфа нуля.
248
3.2. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
3.2.1. Принцип построения цифровых вычислительных машин
Основным недостатком АВМ является их сравнительно низкая
точность. Кроме того, машина непрерывного действия может ре-
шать только те задачи, которые определяются составом и спосо-
бом соединений входящих в нее решающих узлов.
Реауль mam
Рис. 3.6. Структурная схема ЭЦВМ
Указанными недостатками не обладают электронные цифровые
вычислительные машины ЭЦВМ. В ЭЦВМ любая величина, над
которой производится операция, представляется в виде числа, изо-
бражаемого в виде последовательного ряда цифр. Каждая цифра
имеет определенный «вес». Так, например, число 825 содержит во-
семь сотен, два десятка и пять единиц. Каждая цифра записы-
вается в ЭЦВМ в устройстве, которое может занимать столько
устойчивых состояний, сколько значений принимает цифра. Число
изображается набором таких элементов.
Цифровые вычислительные машины способны выполнять че-
тыре арифметических действия над числами. Одиако современное
состояние вычислительной математики позволяет привести к этим
действиям решение математической или логической задачи любой
сложности. Точность вычислений определяется количеством ис-
пользуемых в машине разрядов, т. е. количеством элементов, при-
меняемых в ней для записи каждого числа.
Вычисление в ЭЦВМ производится автоматически по заранее
введенной в нее программе, представляющей собой последова-
тельность команд, выполняя которые машина должна перевести
исходные данные в конечный результат.
. Структурная схема ЭЦВМ приведена на рис. 3.6.
Основные узлы ЭЦВМ и их функции:
устройство ввода данных, с помощью которого исходные дан-
ные вычислений и их программа преобразуются в электрические
сигналы разрядов чисел;
249
зашминающее устройство служит для хранения исходных дан-
ных, промежуточных результатов вычислений и команд про-
граммы. Содержит большое количество ячеек, в каждой из кото-
рых хранится одно число. Номер каждой ячейки называется ад-
ресом. При работе машины команды программы в определенном
порядке выбираются из ячеек запоминающего устройства и пере-
даются в устройство управления;
устройство управления раскодирует команду программы и пре-
образует ее в последовательность управляющих сигналов, обес-
печивающих выборку из запоминающего устройства участвующих
в операции чисел, передачу их в арифметическое устройство, вы-
полнение самой операции и запись, затем выдает ее результаты
в заданную ячейку запоминающего устройства;
арифметическое устройство выполняет арифметические и не-
которые логические операции над числами;
устройство вывода обеспечивает выдачу результатов вычисле-
ний из машины и запись их на бумагу или лепту печатающего
устройства или передачу в канал связи.
В состав ЭЦВМ входит также пульт управления, с помощью
которого оператор визуально контролирует работу машины, про-
изводит ее запуск и останов.
ЭЦВМ, входящие в состав АСУ, в качестве устройства ввода
имеет датчики, преобразующие исходные данные работы системы
в цифровую форму. Устройство вывода в этом случае сопрягается
с устройствами отображения или передачи информации системы.
3.2.2, Двоичная система счисления
Существует несколько способов представления чисел с по-
мощью последовательности символов-цифр, называемых систе-
мами счисления. Разные системы счисления используют для на-
писания чисел разное количество цифр. Мы пользуемся для вы-
числений десятичной системой счисления, которая позволяет запи-
сать любое число с помощью десяти символов от 0 до 9.
В ЭЦВМ наибольшее применение нашла двоичная система
счисления, использующая всего две цифры 0 и 1, обозначающие
нуль и единицу. Число два, являющееся основанием этой системы,
записывается двумя цифрами 10 (один ноль, но не десять).
В электрическом отношении двоичные цифры 0 и 1 представля-
ются в машинах низким или высоким уровнем напряжения (так
называемый потенциальный код, рис. 3.7, а) либо положитель-
ными или отрицательными импульсами (импульсный код), или их
наличием и отсутствием (рис. 3.7, б, в).
По способу передачи по цепям ЭЦВМ коды чисел могут быть
последовательными, когда они передаются по одной электриче-
ской цепи разряд за разрядом (рис. 3.7,в), или параллельными в
случае одновременной передачи всех разрядов числа, каждого по
своей цепи (рис. 3.7,а).
250
Основным достоинством двоичной системы счисления, опреде-
лившим преимущественное ее применение в ЭЦВМ, является то,
что цифры 0 и 1 сравнительно несложно представляются с по-
мощью элементов, имеющих всегр два устойчивых состояния.
110 10 11
Рис. 3.7. Представление двоичных чисел в цепях и устройствах ЭЦВМ:
а — потенциальный код; б, в —импульсный последовательный код; г —импульсный
параллельный код
в
Такими элементами, например, являются триггер, феррит-тран-
зисторпая ячейка или транзисторный усилитель, работающий в
ключевом режиме. Кроме того, в двоичной системе счисления
очень просты правила арифметических действий.
В табл. 7 приведены примеры чисел в двоичной системе счис-
ления, как целых, так и дробных, и их сопоставление с числами
десятичной системы.
Таблица?
Двоичное число Десятичное число Двоичное число I Десятичное | число Двоичное число Десятичное число
0 0 1000 8 0.1 0.5
1 1 1001 9 0.01 0,25
10 2 1010 10 0.001 0,125
11 3 1011 1L 0.101 0,625
100 4 1100 12 о.по 0,75
101 5 1101 13 0.111 0,875
по 6 1110 14 101.01 5.25
ш 7 1111 15 10,101 2,625
251
3.2.3. Арифметические действия над двоичными числами
Для выполнения арифметических действий над числами в дво-
ичной системе счисления можно пользоваться следующими таб-
лицами сложения и умножения:
0+0 = 0; 1+0=1; 0+1 = 1; 1 + 1 = 10;
0X0=0; 1X0=0; 0X1=0; 1X1 = 1.
Все арифметические действия в двоичной системе счисления
производятся по тем же правилам, как и в десятичной системе
счисления. Так, сложение двоичных чисел производится пораз-
рядно, начиная с младших разрядов. Если при сложении цифр
какого-либо разряда получается число больше единицы, то про-
изводится перенос единицы в соседний старший разряд.
Примеры:
ii .101 + 1 ,1101,11 + 1001,01 ,13,75 + 9,25
И 3 по 6 10111.00 23,00
Так же поразрядно производится и вычитание чисел, причем
если в разряде уменьшаемого числа цифра меньше, чем у вычи-
таемого, то следует «занять» единицу в соседнем старшем разряде
й вычитание производить из 10 (10—1 = 1).
Умножение двоичных чисел, как и десятичных, состоит в по-
следовательном умножении множимого иа очередную цифру мно-
жителя, начиная, например, с его младшего разряда, и сдвиге
полученного результата влево на один разряд в каждом шаге
умножения. Характерным для умножения в двоичной системе
счисления является то, что частное произведение может быть либо
нулем (если очередная цифра множителя 0), либо множимым
(если очередная цифра множителя 1).
Примеры:
по х 11 X ..1011.1 х 110.1 v11.5 х 6.5
, но + 110 10010 18 1011 1 +00000 10111 10111 575 ‘4-690 74,75
1001010.11
Деление двоичных чисел выполняется аналогично делению де-
сятичных чисел ц, сводится к вычитанию из делимого делителя,
сдвигаемого в каждом шаге на один разряд вправо. Если при этом
вычитание возможно, то в частное записывается 1, а если невоз-
можно— 0.
ЭЦВМ могут оперировать как с положительными, так и с от-
рицательными числами. Для автоматического получения знака
результата при операциях в машине вводится специальный зна-
ковый разряд, в который у положительного числа записывается 0,
а у отрицательного 1.
Остальные разряды двоичного числа называются цифровыми.
252
Запись числа, при котором в знаковом разряде записан его знак,
а в цифровых само число, называется его прямым кодом.
Прямым кодом числа +110101 будет 0.110101. Прямой код
используется для хранения чисел в запоминающем устройстве
ЭЦВМ, а та^же при вводе и выводе информации из машины.
Для выполнения операции вычитания путем замены ее па опе-
рацию сложения в цифровых машинах используются обратный и
дополнительный коды.
Обратный и' дополнительный коды положительного числа со-
впадают с его прямым кодом. Обратный код отрицательного числа
образуется записью 1 в его знаковый разряд, а также заменой
пулей на единицы и единиц на нули в цифровых разрядах. Ука-
занный процесс замены называется инвертированием и выпол-
няется в ЭЦВМ электрическими схейами-ипверторами.
Обратным кодом числа—101101 будет 1.010010. Дополнитель-
ный код отрицательного числа образуется так же, как и обрат-
ный, но после инвертирования к младшему разряду кода при-
бавляемся 1.
Дополнительным кодом числа—101101 будет 1.010011. Так
как операцию вычитания А — В = С можно представить в виде
А + (—В)=С, то вычитание из числа А числа В можно осущест-
вить как операцию прибавления к числу А обратного или допол-
нительного кода числа В.
Действительно, пусть необходимо произвести вычитание
15 —6—9. Выполним его во всех указанных кодах.
В прямом коде В обратном коде В дополнительном коде
0.11)1 . 0.1111 0.1111
“0.0110 + 1.1001 1.1010
0.1001 ,10.1000 + - J 0.1001
0.1001
Как видно из примеров, характерной особенностью сложения
обратных кодов является необходимость прибавления 1 переноса,
появляющейся в знаковом разряде, к младшему цифровому раз-
ряду результата. Для дополнительных кодов в этом нет необходи-
мости.
3.2.4. Логические элементы ЭЦВМ
Современная электронная цифровая вычислительная машина
состоит из большого количества достаточно простых по схеме эле-
ментов, объединенных между собой с помощью сложной системы
связей. Все элементы ЭЦВМ и аппаратуры АСУ по их назначению
могут быть объединены в следующие три группы:
логические элементы;
запоминающие элементы;
усилительно-формирующие элементы.
Каждый из основных логических элементов является функцио-
нальным преобразователем, у которого значение двоичной вели-
253
чины на выходе определенным образом зависит от соотношения
двоичных величин, действующих на входах.
Запоминающие элементы служат для временного хранения
кодов чисел.
Усилитсльно-формирующие элементы предназначены для фор-
мирования сигналов нужной формы, синхронизации различных сиг-
налов во времени, обеспечения связи и согласования между раз-
личными элементами и узлами машины.
Конструктивно элементы ЭЦВМ оформляются в виде отдель-
ных небольших ячеек или плат. Каждая плата содержит, как пра-
вило, один или несколько простейших элементов. По характеру
выходных сигналов все элементы цифровых машин делятся на
статические (потенциальные) и импульсные. В статических эле-
ментах сигналы кода 0 н 1 па выходе представляются различными
уровнями напряжения. Наиболее характерным статическим эле-
ментом является триггер.
В импульсных элементах сигналы кода 1 представляются
либо одиночными импульсами, либо последовательностью импуль-
сов. К импульсным элементам относятся в первую очередь феррйт-
транзисториыс ячейки.
Для передачи информации от одного элемента ЭЦВМ к дру-
гому, как правило, используются Стандартные для данной ма-
шины или образца АСУ сигналы, например, импульсы положи-
тельной полярности амплитудой 9 В и длительностью 0,2 мкс. По
используемым радиодеталям в настоящее время наибольшее при-
менение находит ЭЦВМ и АСУ па полупроводниковых, феррит-
транзисторных и микромодульных элементах.
Основные логические, элементы ЭЦВМ обычно реализуют сле-
дующие логические операции:
логическое сложение (логическая операция ИЛИ);
логическое умножение (логическая операция И);
логическое отрицание (логическая операция НЕ или инверсия).
Логическое сложение в двоичной системе для двух перемен-
ных может быть записано
1-(Х) = Хх+Хг
и для различных возможных значений исходных величин Xi и Xi
принимает значения: 0+0=0; 0+1 = 1; 14-0=1; 1 + 1=0.
В цифровых машинах логическое сложение реализуется схе-
мой ИЛИ, которая выдает сигнал на выходе при наличии сигнала
хотя бы на одном из ее входов.
На рис. 3.8,6 изображена схема ИЛИ, выполненная на диодах.
Отсутствие сигнала на входах в виде нулевого потенциала со-
ответствует коду 0. Напряжение на выходе схемы при этом также
равно нулю.
При передаче положительного напряжения, соответствующего
коду 1, хотя бы на один вход открывается соответствующий диод.
Через резистор /?з протекает ток, создавая на выходе также по-
ложительное напряжение.
254
Логическое умножение для двух переменных записывается
Г(Х) = %,Х2.
Правила логического умножения имеют вид: 0x0=0; 1X0=0;
0X1=0; 1X1 = 1.
а,
Рис. 3.8. Элемент ИЛИ:
а — графическое изображение элемента в схемах ЭЦВМ; б — диодная
схема ИЛИ
В цифровых машинах логическое умножение реализуется схе-
мой И или схемой совпадения, которая выдает сигнал на выходе
только при одновременном воздействии сигналов на все ее входы.
Рис. 3.9. Элемент И:-
в *-графическое изображение элемента в схемах ЭЦВМ; б —диодная схема И; е—схема
И на транзисторах
На рис. 3,9,6 изображена схема совпадения на диодах, а на
рис. 3.9, в — на транзисторах.
В первой схеме высокий потенциал на выходе будет получен
лишь при подаче на оба входа высоких потенциалов, запирающих
диоды.
Во второй схеме при отсутствии сигналов на входе транзис-
торы открыты и потенциал на выходе схемы близок к — Е.
255
Для получения на выходе высокого потенциала О В оба тран-
зистора должны быть заперты положительными импульсами или
потенциалами на входах.
Рис. 3.10. Инвертор:
а — графическое изображение элемента в cxi&ax ЭЦВМ; б — инвертор на
лампе; в — инвертор на транзисторе
Логическое отрицание состоит в изменении (инверсии) двоич-
ной цифры с 0 на 1 или наоборот.
Рис. 3.11. Схема, реализующая операцию неравнозначности
Схема НЕ или инвертор представляет собой однокаскадный
усилитель па лампе или транзисторе (рис. 3.10). Как очевидно,
при высоком потенциале на входе любой из этих схем на ее
выходе будет низкий потенциал, и наоборот.
На основе простых логических функций могут быть построены
элементы, реализующие более сложные логические функции. Од-
ной из часто используемых логических функций является неравно-
значность:
?(%,, ^2) = (Х,.Х2) + (Х1.Х).
256
Схема, реализующая эту функцию (рис. 3.11), вырабатывает
выходной сигнал только в том случае, когда имеется сигнал на
одном из двух ее входов: или Xj, или Х2.
3.2.5. Феррнтдиодные и ферриттранзисторные ячейки
В цифровой технике АСУ особенно широкое применение нашли
элементы, использующие ферромагнитные материалы с прямо-
угольной петлей гистерезиса. Эти элементы имеют малые габа-
а — ферритовый сердечник с обмотками; б — петля гистерезиса феррита
риты, высокую надежность работы, просты и дешевы в изготов-
лении.
Основной частью такого элемента является тороидальный фер-
ритовый сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса, на кото-
ром наложены обмотки записи и чтения (рис. 3.12,а).
Сердечник обладает двумя устойчивыми' состояниями намаг-
ниченности 4-Вг и —Вг, первому из которых приписывается код /,
а второму — код 0. Перевод сердечника из одного состояния в
другое производится пропусканием импульса тока по одной из
наложенных на него обмоток.
Для записи кода 1 по обмотке записи пропускается импульс
тока, создающий напряженность магнитного поля не менее пт и
переводящий сердечник в состояние +Вт, а затем по окончании
импульса —в +2?г (рис. 3.12,6).
Для считывания кода 1 или записи кода 0 по обмотке считыва-
ния пропускается импульс тока, полярности противоположной за-
писи, и амплитудой, создающей напряженность поля — Нт.
Изменение магнитного поля в сердечнике при записи и при
считывании индуктирует в выходной обмотке ЭДС. Причем ЭДС,
наводимая при считывании кода 1, будет противоположной по
фазе к наводимой при записи.
'/,9-330 ” 257
Как очевидно, элементы на ферритах принципиально могут
быть только импульсными. Код 1 представляется наличием им-
пульса, а код 0 — его отсутствием.
Запись и считывание 1 должны производиться не одновременно,
а через определенный промежуток времени, определяющий быст-
родействие машины и зависимый от коэффициента прямоуголь-
а — принципиальная схема соединения ячеек; б — функциональная схема ячейки:
и — временная диаграмма
пости петли гистерезиса. Время переключения феррита состав-
ляет 0,2—2 мкс. Моменты подачи импульсов записи и считывания
задаются устройством синхронизации машины и называются так-
тами.
Таким образом, можно сказать, что такт считывания не дол-
жен совпадать с тактом записи, а время между тактами является
временем хранения информации (кода 0 или 1) в ферритовом
сердечнике. Поэтому ферритовый сердечник с обмотками часто
называют запоминающим трансформатором.
Для того чтобы передавать информацию от одного элемента
к другому, обмотки их запоминающих трансформаторов должны
соединяться между собой: выходная обмотка предыдущего эле-
мента с обмоткой записи или считывания последующего. Непо-
средственную связь между выходом одного, элемента и входом
следующего осуществить нельзя, так как любые изменения маг-
нитного поля одного сердечника будут влиять на состояние дру-
гого.. Необходимо же обеспечить передачу информации от одного
элемента к другому только в одном определенном направлении.
Эту задачу позволяет выполнить включение в цепи связи элемен-
тов диодов, как это показано на рис. 3.13. Магнитные элементы
цифровых машин с диодными связями получили название феррит-
диодных ячеек.
258
Считывание информации с нечетных ячеек производится током
1сч1 по,, такту Т.И1, а с четных —током w по такту ТИ2, сдвину-
тому относительно первого на полпсриода, как это видно на вре-
менной диаграмме рис. 3.13, в.
Рис. 3.14. Ферриттравзисторная ячейка:
а — принципиальная схема ячейки: б — условное обозначение ячейки в схемах
ЭЦВМ; в — временная диаграмма
При считывании кода 1 с сердечника ФС1 импульсом тока тСЧ|
сигнал с его выходной обмотки через диод Д1 поступает на об-
мотку записи сердечника ФС2, устанавливая его в единичное со-
стояние. Через .полпериода по w эта 1 аналогичным образом
перепишется в сердечник ФСЗ и т. д.
Диоды Д2 предотвращают обратное движение информации.
Резистор R включается для того, чтобы основная часть на-
пряжения падала на нем, а не на обмотке записи.
Схемы на ферритдиодных ячейках очень просты и дешевы в
изготовлении, но их крупным недостатком является необходимость
в мощных генераторах тактовых импульсов. Поэтому большее
применение в ЭЦВМ и АСУ получили . ферриттранзисторные
ячейки, в которых вместо диодов используются транзисторы.
Ферриттранзисторная ячейка (рис. 3.14) состоит из запоминаю-,
щего трансформатора с четырьмя обмотками (записи JF8,. считы-.
вания ТГсч, базовой и коллекторной JFK) и усилителя, мощ-
ности на транзисторе Т. В коллекторную цепь транзистора вклю-
чается нагрузка — обмотка записи или считывания последующей
ячейки или обмотки нескольких ячеек, соединенные между собой
последовательно.
>/,9*
259
Транзистор Т все время закрыт и открывается только при
считывании с сердечника кода 1, когда он переводится из состоя-
ния + ВГ в —Вг. При этом в базовой обмотке индуктируется ЭДС
отрицательной полярности.
В момент записи кода 1 или при считывании кода 0 транзистор
надежно закрыт положительной ЭДС в базовой обмотке й сигнал
на выходе ячейки отсутствует.
Коллекторная обмотка запоминающего трансформатора выпол-
няет роль положительной обратной связи, ускоряющей перевод
сердечника из состояния + ВГ в —Вг.
В ферриттранзисторных ячейках транзисторы полностью ис-
ключают передачу информации в обратном направлении.
3.2.6. Основные узлы ЭЦВМ
На базе элементов в ЭЦВМ выполняются узлы, каждый из
которых выполняет определенную функцию по хранению, обра-
ботке и передаче кодовой информации. Наиболее распространен-
ными узлами цифровых машин являются счетчики импульсов,
регистры, дешифраторы и сумматоры.
Счетчики импульсов служат для подсчета количества импуль-
сов, поступающих на их вход. Результат подсчета представляется
в виде двоичного кода. Счетчики импульсов могут выполняться
на статических триггерах и ферриттранзисторных ячейках.
На рис. 3.15, а приведена структурная схема четырехразрядного
двоичного счетчика на триггерах.
Триггеры управляются по счетным входам. Выход триггера
предыдущего разряда через дифференцирующую цепь подклю-
чается к счетному входу триггера следующего разряда.
Дифференцирующая цепь преобразует перепады напряжения
на выходе триггера в короткие импульсы.
Как видно из графика рис. 3.15,6, изменение состояния триг-
гера Т1 происходит по каждому импульсу, подаваемому на вход
счетчика, триггера Т2 — по каждому второму, а ТЗ — по каждому
четвертому входному импульсу и т. д.
По состоянию триггеров счетчика можно судить о том, сколько
импульсов к данному моменту времени поступило на его вход.
Так, после восьмого входного импульса состояние триггеров счет-
чика фиксирует код 1000, представляющий собой двоичный код
числа 8.
Рассмотренный счетчик называется суммирующим. В ЭЦВМ
и аппаратуре АСУ применяются также вычитающие счетчики, про-
изводящие подсчет импульсов в убывающей последовательности
чисел, и реверсивные, работающие как в режиме суммирования,
так и в режиме вычитания.
Одним из наиболее широко используемых в ЭЦВМ и АСУ уз-
лов является регистр. Регистром называется узел, служащий для
приема, временного хранения и выдачи «-разрядного кода числа.
Ж
Для хранения одного разряда числа используется один триггер
пли ферриттранзисторная ячейка. Количество триггеров или ячеек
в регистре равно количеству разрядов хранимого двоичного числа.
BblXOO'oi
а
6
Рис. 3.15. Суммирующий четырехразрядный счетчик импульсов:
а — структурная схема; б — диаграммы напряжений
На рис. 3.16. приведены схемы пятиразрядных регистров, вы-
полненных на ферриттранзисторных ячейках.
На рис. 3.16, а изображен регистр параллельного действия.
Он позволяет принять пятиразрядный код числа, поступающий на
обмотки записи ячеек, а затем в определенный момент времени
10^-330 261
сигналом опроса регистра иа обмотки считывания всех ячеек
передать этот код на другие узлы устройства. На рис. 3.16,6
изображен регистр последовательного действия.
Разряды кода поступают один за другим по времени тактового
импульса ТИ2 на обмотку записи первой ячейки регистра. Затем
по импульсу ТЙ1 происходит передача этого разряда кода
Вход
Выход пар а л л.
Рис. 3.1в. Регистры на ферриттранзисторных ячейках:
а —регистр параллельного действия; б — регистр последовательного действия
с первой ячейки во вторую. Очередным ТИ2 первый разряд кода
переписывается из второй ячейки в третью, а второй разряд за-
писывается в первую ячейку и т. д. Таким образом код «продви-
гается» по регистру и с задержкой в пять тактов будет выдаваться
разряд за разрядом с выхода регистра.
Регистры последовательного действия позволяют производить
задержку в передаче кода на количество тактов, равное количеству
разряда регистра, а также преобразовывать последовательный
код в параллельный и наоборот.
Дешифратором называется такой узел, который преобразует
двоичный код на входе в сигнал, выдаваемый по одной из выход-
ных шин, соответствующий этому коду. Дешифратор содержит
входной регистр и набор схем совпадения, выполненных в виде
матрицы (сетки) на диодах или ферритовых элементах.
На рис. 3.17 приведена структурная схема дешифратора для
трехразрядного двоичного числа. Такой дешифратор имеет 28=8
выходов.
Каждому значению кода соответствует только одна схема
совпадения, на всех входах которой действуют высокие потен-
262
циалы, обеспечивая на ее выходе, а значит, и на выходе дешиф-
ратора высокий потенциал.
Так, например, при коде ПО на входе дешифратора высокие
потенциалы будут на всех входах схемы И6, выдавая сигнал на
Рис. 3.17. Структурная схема дешифратора на три
входа
Дешифраторы используются для выбора ячеек запоминаю-
щего устройства при записи и считывании информации по задан-
ным адресам, для выработки по коду операции команд управления
машиной и др.
Основным узлом арифметического устройства машины является
сумматор. Различают два основных класса сумматоров: сумма-
торы комбинационного типа и сумматоры накапливающего типа.
В первых, код суммы получается в момент одновременного воз-
действия на входы сумматора кодов обоих слагаемых. Во вторых,
слагаемые поступают на сумматор одно за другим, и полученная
Ю* 263
сумма сохраняется на нем до тех пор, пока не поступит сигнал
установки сумматора в пуль.
Сумматоры комбинационного типа выполняются на логиче-
ских схемах И, ИЛИ и НЕ, а сумматоры накапливающего типа —
на статических триггерах или ферриттранзисторных ячейках.
Выходы
Рис. 3.18, Структурная схема накапливающего сумматора
Каждый триггер накапливающего сумматора при управлении по
счетном)' входу выполняет две основные функции: суммирование
цифр в данном разряде и хранение полученного результата.
Сложение двух чисел в сумматоре осуществляется в четыре
такта.
В первом такте все триггеры сумматора (рис. 3.18) устанав-
ливаются в нулевое состояние.
Во втором такте на их счетные входы поступает первое сла-
гаемое. Все триггеры, на которые поступили импульсы кода Г,
принимают единичное состояние.
В третьем такте на счетные входы триггеров поступают раз-
ряды второго слагаемого. Все триггеры, на которые поступили
сигналы кода 1, изменяют свое состояние. Триггеры, ранее за-
нимавшие единичное состояние, с поступлением во втором слагае-
мом 1, переходят в нулевое состояние, что соответствует образо-
ванию суммы 1 + 1=0.
Отрицательный перепад напряжения’ на выходе триггера после
дифференцирования передает на счетный вход триггера соседнего
старшего разряда сигнал единицы переноса.
В четвертом такте производится съем с сумматора кода суммы.
Основным недостатком сумматора, приведенного на рис. 3.18,
является сравнительно низкое быстродействие, которое обуслов-
лено тем, что сигнал переноса передается от триггера к триггеру
последовательно. Поэтому в ЭЦВМ чаще используют сумматоры
264
с цепью сквозного переноса на логических элементах, обеспечи-
вающих одновременную передачу единицы переноса одновременно
на все те разряды, где она должна учитываться./
В настоящее время с широким внедрением в войсках ПВО
автоматизированных систем управления возросли значение и роль
используемой в них вычислительной техники. Элементы анало-
говой и особенно цифровой вычислительной техники используются
не только во всех устройствах АСУ, но и начали применяться
в перспективных РЛС для первичной обработки, кодирования и
передачи радиолокационной информации.
С развитием техники АСУ, расширением ее возможностей, по-
вышением качества обработки информации и надежности воз-
растают требования и к элементной базе используемой вычисли-
тельной техники. Выполнение этих требований в настоящее время
обеспечивается широким использованием типовых интегральных
схем с применением передовой технологии, увеличением быстро-
действия и объема памяти специализированных вычислительных
машин, разработкой совершенных алгоритмов и оптимальных
программ обработки в них радиолокационной информации.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На чем основана работа цифровой вычислительной машины?
2. Из каких основных устройств состоит ЭЦВМ? Их назна-
чение.
3. Чем вызвано применение в ЭЦВМ двоичной системы счисле-
ния для выполнения арифметических операций?
4. Как образуются прямой, обратный и дополнительный коды
двоичного числа? Назначение обратного и дополнительного кодов.
5. Какие операции выполняют основные логические элементы
ЭЦВМ? Объяснить работу схем этих элементов.
6. Объяснить устройство и принцип работы ферриттранзистор-
ной ячейки, регистра, счетчика, дешифратора и сумматора.
ГЛАВА 4
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В РТВ
4.1. ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ
ИНФОРМАЦИИ (РЛИ) В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
УПРАВЛЕНИЯ
4.1.1. Понятие об обработке РЛИ
В автоматизированных системах управления информация о
радиолокационных целях! содержащаяся в выходных сигналах при-
емников РЛС, перед использованием для управления войсками
подвергается специальной обработке.
Обработкой радиолокационной информации (РЛИ) называют
процесс выделения из выходных сигналов приемников РЛС све-
дений о радиолокационных целях и постоянного уточнения этих
сведений.
Обычно процесс обработки РЛИ условно разбивают на три
этапа, называемые соответственно первичной, вторичной и тре-
тичной обработкой.
Основными задачами первичной обработки РЛИ являются вы-
деление из действующей на выходе приемника смеси «Сигнал +
Шум» полезных сигналов, несущих информацию о радиолокацион-
ных целях, а также определение координат обнаруженных целей.
Кроме того, на этапе первичной обработки производятся первич-
ная нумерация обнаруженных целей и кодирование’измеренных
координат для передачи по каналам связи или ввода в цифровую
вычислительную машину с целью последующей обработки.
На этапе вторичной обработки по отдельным замерам коорди-
нат целей производится построение и непрерывное сопровождение
их- траекторий. В ходе сопровождения производится обычно сгла-
живание траектории для уменьшения ошибок измерения коорди-
нат, осуществляется прогнозирование (экстраполяция) положения
цели на будущие моменты времени.
Кроме того, при вторичной обработке выполняется ряд спе-
циальных расчетов для представления обработанной информации
в форме, наиболее удобной для последующего использования.
После вторичной обработки радиолокационная информация мо-
жет быть использована в автоматизированных системах наведения
266
истребителей-перехватчиков и управления зенитно-ракетными
комплексами.
На командных пунктах ПВО радиолокационная. информация,
поступающая от различных удаленных друг от друга- источников,
должна быть объединена для создания общей картины воздушной
обстановки в пределах большой территории. Сбор и объединение
информации, поступающей от различных источников, представ*
ляет собой третичную обработку .РЛИ.
В зависимости от степени участия человека в процессах пере-
работки информации различают неавтоматизированные, автомати-
зированные и зарубежные автоматические системы обработки РЛИ.
В неавтоматизированных системах обнаружение отметок от
целей, определение их координат, сопровождение траекторий и
другие важнейшие операции обработки выполняются человеком-
оператором.
В автоматизированных системах отдельные операции обработки
РЛИ выполняются автоматическими устройствами или ЦВМ.
Благодаря этому достигаются более высокие скорость обработки
и ее точность по сравнению с неавтоматизированными системами.
Характерной особенностью автоматизированной системы обработки
РЛИ является то, что в ней человеку-оператору принадлежит
главная, решающая роль.
В автоматических системах все. операции обработки РЛИ вы-
полняются ЦВМ и автоматическими устройствами. Функции че-
ловека-оператора в этих системах состоят лишь в их пуске и
контроле функционирования.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ •
1. Что называется обработкой РЛИ?
2. На какие этапы подразделяется обработка РЛИ?
3. В чем состоит сущность каждого из них?
4.1.2. Первичная обработка РЛИ
V
На этапе первичной обработки РЛИ осуществляется анализ
выходных сигналов приемника РЛС, полученных в течение одного
периода сканирования луча локатора (в РЛС кругового обзора —
в течение одного оборота антенны).
В автоматизированных системах первичной обработки выход-
ные сигналы приемника РЛС после усиления поступают на элект-
ронно-лучевой индикатор для отображения на его экране картины
воздушной обстановки. Вследствие действия различных помех на
экране индикатора вместе с отметками от наблюдаемых радиолой
кационной станцией воздушных объектов имеют место хаотически
расположенные помеховые отметки.
Вид изображения па экране индикатора кругового обзора при
действии на выходе приемника РЛС вместе с полезным сигналом
различных шумов показан на рис. 4.1.
267
Наблюдая картину на экране индикатора, оператор произво-
дит обнаружение полезных отметок, соответствующих реальным
целям, и производит измерение их координат.
Обнаружение полезных отметок осуществляется оператором
обычно визуально. Качество обнаружения в такой системе пол-
ностью определяется психофизиологическими характеристиками
оператора.
Шумов ые
отметки
сетки
Рис. 4.1. Вид экрана индикатора кругового обзора
с отметками от целей на фоне шумов
Для определения координат обнаруженных целей оператор в
автоматизированных системах обработки РЛИ пользуется полу-
автоматическими устройствами съема.
Принцип полуавтоматического съема координат показан на
рис. 4.2.
Эхо-сигналы, поступающие на индикатор с выхода приемника
РЛС, благодаря действию развертывающих напряжений {/«разе и
^нразв вызывают появление на экране индикатора яркостных от-
меток, .положение которых соответствует координатам наблюдае-
мых радиолокационной станцией целей. Одновременно с отмет-
ками от целей на экране индикатора высвечивается специальная
отметка-маркер. Положение этого маркера на экране индикатора
оператор может изменять, перемещая рукоятку кнюппельного
механизма. С кнюппельным механизмом связаны датчики, выра-
батывающие цифровые коды, пропорциональные перемещению
рукоятки этого механизма вдоль каждой из двух осей координат
X и У.
В преобразователях кода в напряжение ;(ПКН «Х»иПКН«У»)
цифровые коды «X» и «У» преобразуются в соответствующие на-
пряжения отклонения луча индикатора,
268
Под воздействием управляющих импульсов, вырабатываемых
в аппаратуре АСУ, высвечивание на индикаторе маркера и отме-
ток от целей производится поочередно. Однако вследствие боль-
шой длительности послесвечения экрана оператор видит на экране
одновременно и отметки от целей, и маркер.
Рис. 4.2. Схема, поясняющая принцип полуавтоматического съема
координат
Обнаружив очередную отметку от цели, оператор переме-
щением ручки кнюппельного механизма добивается совмещения
маркера с обнаруженной отметкой и нажимает кнопку съема КЩ.
При этом снимаемые с кодовых датчиков цифровые коды коорди-
нат X и У маркера, а следовательно, и обнаруженной цели вы-
даются через контакты 1Р и 2Р реле съема Р в линию связи
или на вход вычислительной машины.
Наряду с полуавтоматическими устройствами съема координат
целей в современных зарубежных АСУ предусматриваются также
устройства автоматического обнаружения отметок от целей и
определения их координат.
Автоматическое обнаружение целей основано на анализе с
помощью автоматических устройств или ЦВМ пачек эхо-сигналов.
Вследствие того что радиолокационный луч имеет вполне опре-
деленные угловые размеры, радиолокационная цель в течение
времени ее нахождения в пределах этого луча облучается зонди-
рующими импульсами многократно. Поэтому в течение одного
периода сканирования луча на вход приемника РЛС от каждой
269
цели поступает не один отраженный эхо-сигнал, а серия этих
сигналов, называемая пачкой (рис. 4.3),.
. Огибающая пачки. импульсов, показанная- на рис. 4.3, а, со»-
ответствует форме диаграммы направленности антенны РЛС,. Мо-
менты появления импульсов в пачке определяются частотой по-
сылок зондирующих импульсов и дальностью до цели.
а
6
Рис, 4.3. Вид пачки эхо-сигналов:
а — при отсутствии помех и флюктуаций отражающей поверх-
ности цели; б —при наличии помех и флюктуаций отражаю-
щей поверхности цели
В реальных условиях импульсы в пачке вследствие флюктуаций
отражающей поверхности цели и действия различных помех
изменяются случайным образом, как показано на рис. 4.3,6.
Импульсы на входе приемника РЛС могут появляться также
и при отсутствии цели в пределах луча локатора. Однако эти
импульсы, обусловленные различными помехами, случайны не
только по амплитуде, но и по моментам появления.
Различия в характеристиках последовательности импульсов
пачки при наличии и отсутствии в какой-либо точке пространства
воздушного объекта позволяют построить автоматические устрой-
ства обнаружения радиолокационных целей.
Принцип автоматического обнаружения показан на рис. 4.4.
Выходные сигналы приемника РЛС поступают на вход ампли-
тудного селектора и нормирователя. Здесь принятые сигналы огра-
ничиваются снизу. Уровень ограничения и„ор выбирается так,
чтобы отсеять наиболее плотную часть шумовых выбросов, имею-
щих малую амплитуду.
Все сигналы, превышающие порог £/РоР, выравниваются но0-
мирователем по амплитуде. Эти сигналы поступают на вход ло-
гического анализатора пачки. Работа логического анализатора
основана на проверке удовлетворения поступающей на его вход
последовательности импульсов некоторым заданным критериям:
критерию фиксации начала пачки, критерию фиксации конца
пачки н критерию обнаружения.
27-0
При выполнении критерия фиксации начала пачки логический
анализатор начинает выдавать серию импульсов, если во входной
последовательности на п смежных отдаленных друг от друга рав-
ными интервалами Т3 позициях появляется подряд не менее / им-
пульсов. Обычно величины / и п выбираются равными двум, трем,
четырем.
кл
Рис. 4.4. Упрощенная схема автоматического обнаружителя и
диаграммы его работы
Н.П.

По критерию фиксации конца пачки логический анализатор
прекращает выдачу серии импульсов, если через время t=mT3
(где m — постоянное число) после фиксации начала пачки имеет
место не менее S пропусков подряд. Величина S обычно не пре-
вышает значения S=3.
На рис. 4.4 начало и конец пачки, обозначенные соответственно
Н.П. и К.П., указаны для 1=2; п=3; S=2.
Выделенная по критериям фиксации начала и конца пачки
последовательность импульсов считается пачкой полезных эхо-
сигналов, если выполняется некоторый заданный критерий обна-
ружения. Например, требуется, чтобы пачка содержала не менее
некоторого заданного числа импульсов.
При автоматическом обнаружении целей также автоматически
осуществляется измерение их координат: дальности, азимута и
угла места иди высоты цели.
Автоматическое измерение координат целей рассмотрим на
примере определения только одной из ее координат —дальности.
Дальность до цели Da может быть определена по времени за-
паздывания tj отраженного эхо-сигнала относительно момента по-
сылки в пространство зондирующего импульса.
где с«3-10« м/с —скорость распространения в воздущном про-
странстве электромагнитной энергии.
271
Схема, поясняющая принцип автоматического измерения даль-
ности, показана на рис. 4.5.
Импульсами запуска, определяющими моменты посылок в
пространство зондирующих импульсов РЛС, производится уста-
новка в нуль счетчика. Вследствие этого накапливаемое счетчи-
Илшульс запуска (установка в нуль)
Рис. 4.6. Схема, поясняющая принцип автоматического
измерения дальности до цели
ком число пропорционально количеству импульсов, поступающих
на него от генератора ГИ с момента действия очередного импульса
запуска.
Частота следования fo счетных импульсов выбирается намного
большей частоты следования импульсов запуска.
В момент поступления импульса пачки в схеме рис. 4.5 от-
крываются конъюнкторы &!— &п и на выход устройства выдается
параллельный двоичный код накопленного счетчиком числа им-
пульсов, следующих с частотой f0.
Этот двоичный код оказывается пропорциональным дальности
до цели. Действительно, за время т3 на вход счетчика поступит
№ счетных импульсов от генератора ГИ:

откуда

Подставляя значение т3 из последнего выражения в предыду-
щую формулу, получим
К-
где К— постоянный коэффициент,
272
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова роль оператора в автоматизированных и автомати-
ческих системах первичной обработки РЛИ?
2. Пояснить принцип полуавтоматического съема координат.
3. На чем основано автоматическое обнаружение отметок от
целей?
4. Пояснить принцип автоматического измерения дальности до
цели,
4.1.3. Вторичная обработка РЛИ
Сведения о воздушных объектах, полученные в результате
первичной обработки, не избавлены полностью от влияния различ-
ных помех. Вследствие этого возникает необходимость дальнейшей
обработки радиолокационной информации на основе использова-
ния информации, полученной в нескольких смежных обзорах про-
странства.
Очередным этапом обработки РЛИ является вторичная обра-
ботка. В отличие от первичной она производится над сведениями
о целях, полученными за несколько периодов обзора простран-
ства.
Вторичная обработка предназначена для устранения ошибок,
оставшихся после первичной обработки, а также для извлечения
дополнительных сведений о целях, таких, как данные о их ско-
ростях, курсовых углах и т. п.
Сущность вторичной обработки состоит в обнаружении траек-
торий движущихся целей и в их непрерывном сопровождении.
Вторичная обработка РЛИ может производиться вручную (ви-
зуально), полуавтоматически и автоматически. В настоящее время
наибольшее распространение получили полуавтоматические сис-
темы вторичной обработки.
В полуавтоматических системах вторичной обработки обна-
ружение траекторий, называемое также захватом целей на сопро-
вождение, производится оператором путем наблюдения отметок на
экране индикатора и анализа характера их перемещения от обзора
к обзору. ' *
Обнаружив на экране индикатора новую отметку, оператор с
помощью специального устройства, аналогичного по принципу
действия схеме рис. 4.2, производит съем координат этой от-
метки.
Если в очередном периоде обзора пространства на экране
индикатора вновь появляется отметка, находящаяся на неболь-
шом удалении от первой, то оператор производит съем координат
второй отметки и с помощью специальной кнопки выдает в ЦВМ
признак вновь обнаруженной траектории.
Сопровождение обнаруженных траекторий может осуществ-
ляться или полуавтоматически, или автоматически.
273
Принцип полуавтоматического сопровождения траекторий
(рис. 4.6) состоит в следующем.
Оператор, произведя обнаружение новой траектории, осу-
ществляет съем координат первых двух отметок от цели. Эти
данные "через устройство выдачи информации (УВИ) -поступают
в ЦВМ. В цифровой вычислительной машине по определенному
Рис. 4.6. Схема полуавтоматического сопровождения траек-
торий
алгоритму производится расчет координат ожидаемой отметки от
цели в будущем периоде обзора пространства. Такая предсказан-
ная отметка называется экстраполяционной точкой (ЭТ).
Координаты ЭТ с выхода ЦВМ через устройство приема ин-
формации (УПИ) поступают на аппаратуру индикатора сопровож-
дения, обусловливая появление на его экране специальной от-
метки — экстраполяционной точки.
При поступлении от РЛС очередной отметки от цели оператор,
наблюдая картину на экране индикатора, производит визуальное
сравнение координат текущей отметки и экстраполяционной точки,
после чего с помощью устройства съема выдает через УВИ в
цифровую вычислительную машину необходимые поправки (кор-
ректуры) для расчета координат очередной ЭТ. Далее процесс
повторяется.
Таким образом, в ходе полуавтоматического сопровождения
траекторий оператор в каждом периоде обзора пространства про-
изводит измерение рассогласования в координатах текущей от-
метки и экстраполяционной точки, а также осуществляет на
основе этого измерения ввод в ЦВМ необходимых поправок (кор-
ректур). Результатом сопровождения траекторий являются выра-
батываемые цифровой вычислительной машиной уточненные
данные о координатах, составляющих скорости и других парамет-
рах каждой из.сопровождаемых целей.
Наряду с полуавтоматическим сопровождением траекторий в
современных зарубежных АСУ используется также и принцип
автоматического сопровождения. Сущность этого принципа, сопро-
вождения траекторий поясним с помощью схемы, показанной на
рис. 4.7,
274
Оператор, обнаружив на экране индикатора новую отметку,
производит съем ее координат в двух смежных обзорах простран-
ства.
По данным первых двух съемов координат цели цифровая вы-
числительная машина, как и при полуавтоматическом сопровож-
дении, производит расчет координат экстраполяционной точки
Рис. 4.7. Схема автоматического сопровождения траекторий
(ЭТ). Данные о координатах ЭТ через устройство приема инфор*
мацим (УПИ) поступают в устройство стробирования.
Устройство стробирования выдает для отработки только те по-
ступающие от РЛС эхо-сигналы, которые приходят из ограничен-
ной зоны обзора пространства, называемой стробом. Центр строба
совпадает с ЭТ.
Форма строба может быть различной в зависимости от выбран-
ной при обработке системы координат, способа технической реали-
зации стробирования и других факторов. Наиболее распростра-
ненные в АСУ формы стробов показаны на рис. 4.8.
Сигналы, поступающие из области пространства, соответст-
вующей выставляемому стробу, подвергаются первичной обработке
в автоматическом устройстве.
Измеренные автоматическим устройством координаты отметок,
лежащих внутри строба, выдаются в виде цифровых кодов в ЦВМ,
где производится расчет координат очередной экстраполяционной
точки.
Функции оператора при автоматическом сопровождении тра-
екторий после первых двух съемов координат заключаются лишь
в контроле по индикатору кругового обзора за работой автома-
тической системы сопровождения.
•27-5
Большое значение при вторичной обработке РЛИ имеет со-
провождение постановщиков активных помех.
Как известно, радиолокационная станция позволяет измерить
лишь азимут (угол места) постановщика активных помех, опре-
Рис. 4.8. Формы стробов:
а — в полярной системе координат; б — в прямоугольной системе ко*
ординат
РЛС однозначно определить
Рис, 4.9. К сопровождению по-
становщиков активных помех
деляемый как азимут (угол места) середины сектора шумовой
засветки (рис. 4.9). Это не дает возможности по данным одной
местоположение постановщика ак-
тивных помех. Определение его ко-
ординат осуществляется в связи с
этим в процессе третичной обработ-
ки по данным об азимутах и углах
места, получаемых от нескольких
радиолокационных станций. Для
решения этой задачи системы вто-
ричной обработки РЛИ должны не-
прерывно сопровождать постанов-
щики активных помех по угловым
координатам.
Сопровождение постановщика
активной помехи может, произво-
диться аналогично сопровождению
обычной радиолокационной цели,
если ему вместо недостающей коор-
динаты— дальности приписать не-
которую условную дальность Dya
(рис. 4.9) и результаты сопровождения снабжать специальным
признаком «постановщик активных помех».
Значение Dya может быть выбрано любым, однако для удоб-
ства работы оператора величину £)>п принимают равной макси-
мальному значению шкалы дальности индикатора, на котором
решаются задачи сопровождения.
276
Наряду с решением описанных выше задач в процессе вторич-
ной обработки производится выявление дополнительных сведений
о целях, например, данных о их скоростях, курсовых углах и т. п.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем состоит основное отличие вторичной обработки от
первичной?
2. Принцип полуавтоматического сопровождения траекторий.
3. Принцип автоматического сопровождения траекторий.
4. В чем состоят функции оператора при полуавтоматическом и
автоматическом сопровождении траекторий?
5. Особенности сопровождения постаиовщиков-актнвиых помех.
4.1.4. Понятие о третичной обработке РЛИ
Третичной обработкой РЛИ называют сбор и объединение ра-
диолокационной информации, поступающей от нескольких источ-
ников, расположенных в различных пунктах.
Одной из основных задач третичной обработки РЛИ является
приведение отметок от 'целей, выдаваемых различными источни-
ками, к единой системе координат. Это обусловлено тем, что каж-
дая из радиолокационных станций измеряет координаты целей
относительно своей точки стояния, т. е. в своей системе координат.
Если бы не производилось преобразования отметок к единой сис-
теме координат, то в пункте сбора информации одна и та же цель,
наблюдаемая одновременно различными РЛС, представлялась бы
несколькими отметками, расположенными в различных точках
экрана устройства отображения.
Второй причиной появления в пункте третичной обработки не-
скольких отметок от одной и той же цели является нсодновремен-
ность локации этой цели различными РЛС. Поэтому вместе с
преобразованием информации к единой системе координат осу-
ществляется ее приведение к единому началу отсчета времени.
Третьей причиной появления в пункте третичной обработки
нескольких отметок от одной цели является наличие погрешностей
в измерении координат целей радиолокационными станциями и
в расчетах, производимых в ходе вторичной обработки. В связи
с этим в пунктах третичной обработки возникает необходимость
в так называемом отождествлении отметок, полученных от раз-
личных источников. В процессе отождествления несколько близко
расположенных отметок от какой-либо цели, полученных от раз-
личных источников, заменяются одной отметкой с уточненными
координатами.
Следует отличать отождествление отметок от так называемого
укрупнения информации, производимого при необходимости также
на этапе третичной обработки. При укрупнении информации одной
отметкой с осредненными координатами заменяются отметки от
нескольких расположенных близко друг к другу целей. Такая
277
Рис. 4.10. Определение координат постановщика активных
помех
отметка на устройствах отображения информации сопровождается
обычно дополнительными буквенно-цифровыми символами, со-
держащими сведения о количестве объединенных отметок, о рас-
стояниях между целями в группе и т. п.
Особое место средн задач третичной обработки занимает опре-
деление координат постановщиков активных помех триангуля-
ционным методом. Сущность этого метода (рис. 4.10) состоит в
том, что по измеренным значениям азимутов j3in и fan и известному
расстоянию (базе) между РЛС Ле 1 и РЛС Хе 2 вычисляется
положение вершины С треугольника АВС.
Все операции третичной обработки могут выполняться авто-
матически, однако в ряде’ случаев выполнение отдельных из них
может возлагаться на оператора.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется третичной обработкой РЛИ?
2. Чем вызвана необходимость отождествления отметок на
этапе третичной обработки?
3. Сущность триангуляционного метода определения координат
постановщиков активных помех.
4.2. ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В АСУ
4.2.1. Назначен не и структурная схема системы передачи
дискретной информации
Системы передачи дискретной информации используются в
АСУ для обмена цифровыми сообщениями между удаленными
друг от друга корреспондентами. С помощью этих систем осу-
ществляется, например, передача на вышестоящие командные
278
пункты данных о координатах и характеристиках радиолокацион-
ных целей, выдача целеуказаний подчиненным подразделениям,
передача различных команд управления и другой информации,
представляемой в виде двоичных кодов.
Рис. 4.11. Упрошенная структурная схема системы передачи
дискретной информации
В упрощенном виде структурную схему системы передачи ди-
скретной информации можно представить, как показано на
рис. 4.11.
Система, показанная на рис. 4.11, обеспечивает передачу ин-
формации в одном направлении. Очевидно, для двустороннего
обмена информации необходимо, чтобы в состав аппаратуры у
каждого из корреспондентов входила как передающая, так и при-
емная часть.
Принцип работы системы передачи информации, показанной
на рис. 4.11, состоит в следующем. Сообщение от источника ин-
формации в виде параллельного двоичного кода переписывается
в запоминающее устройство (ЗУ) передатчика. С помощью рас-
пределителя осуществляется преобразование параллельного дво-
ичного кода в последовательность импульсов. Эта последователь-
ность импульсов поступает далее на модулятор, где производится
ее преобразование в синусоидальный модулированный сигнал.
После усиления- модулированный сигнал выдается в линию
связи. В современных системах передачи информации могут быть
использованы проводные, кабельные, радиорелейные или радио-
линии связи. В процессе распространения по линии связи пере-
даваемый сигнал ‘испытывает воздействие различных помех,
приводящих к искажению этого сигнала.
279
В приемнике поступивший из линии связи сигнал усиливается
п подается на вход демодулятора. Демодулятор преобразует
модулированный передаваемым сообщением синусоидальный сиг-
нал в последовательность импульсов.
Приемный распределитель обеспечивает преобразование по-
следовательности импульсов в параллельный двоичный код и
запись этого кода в запоминающее устройство. Из запоминающего
устройства принятое сообщение в параллельном коде выдается
потребителю.
Кроме указанных на рис. 4.11 основных функциональных эле-
ментов система передачи дискретной информации содержит ряд
вспомогательных устройств, необходимых для обеспечения пра-
вильного ее функционирования. • • - • .
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Для чего нужны системы передачи дискретной инфор-
мации?
2. Состав и назначение функциональных элементов системы
передачи дискретной информации.
4.2.2. Виды модуляции сигналов в системах передачи
дискретной информации
Основным требованием, предъявляемым к системе передачи
дискретной информации, является обеспечение высокой скорости
передачи двоичных символов и максимальной помехозащищен-
ности.
Скорость передачи символов измеряется в бодах. При скорости
передачи в 1 бод за одну секунду передается один двоичный
символ («О» или «1») сообщения. Повышение скорости передачи
символов достигается увеличением быстродействия аппаратуры
при использовании широкополосных линий связи.
Под помехоустойчивостью системы передачи информации по-
нимают ее способность обеспечивать правильный прием переда-
ваемых сообщений в условиях различных помех.
Для повышения помехозащищенности в современных системах
передачи дискретной информации используют различные способы,
среди которых наиболее распространенными являются применение
помехоустойчивых видов модуляции и кодирование сообщений спе-
циальными помехоустойчивыми кодами.
Рассмотрим различные виды модуляции, используемые при
передаче дискретной информации, и дадим им сравнительную ха-
рактеристику.
Наиболее простой с точки зрения технической реализации
является амплитудная модуляция (AM). При амплитудной моду-
ляции в соответствии с передаваемыми двоичными сигналами из-
меняется амплитуда распространяющегося по линии связи сиг-
нала.
280
Если, например, двоичные сигналы, действующие на входе
модулятора (рис. 4.11), имеют вид, показанный на рис. 4.12,а,
tg соответствующий амплитудио-модулированный сигнал имеет
форму, показанную па рис. 4.12,6.
Для передачи амплнтудпо-модулированных сигналов требуется
линия связи с полосой пропускания ДГ не менее чем
^==(1.14-1,2)5,
где В — скорость передачи символов.
При использовании амплитудной модуляции помехоустойчи-
вость системы передачи дискретной информации оказывается низ-
кой. Поэтому этот вид модуляции в современных АСУ получил
ограниченное применение.
При частотной (рис. 4.12, в) модуляции (ЧМ) в соответствии
е передаваемыми символами изменяется частота распространяю-
щегося по линии связи синусоидального сигнала. Например, при
передаче «1» в линию связи выдается сигнал частотой ft, а при
передаче «О» — сигнал частотой /о- У
11—330
281
Требуемая полоса пропускания линии связи при передаче
частотпо-модулироваппых сигналов составляет величину:
ДЛ'ЧМ« (2,4-т-3)В.
Помехоустойчивость систем передачи дискретной информации
при использовании частотной модуляции намного выше, чем при
амплитудной модуляции (при больших амплитудах сигнала по
сравнению с помехой). Поэтому, несмотря на большую величину
требуемой полосы пропускания линии связи, частотная модуля-
ция получила в системах передачи дискретной информации боль-
шое распространение.
При фазовой модуляции (ФМ) информация о двоичных сим-
волах передаваемых сообщений содержится в фазе несущего си-
нусоидального колебания. В современных системах передачи
информации наиболее широко применяется одна из разновидно-
стей фазовой модуляции, именуемая относительной фазовой
модуляцией (ОФМ).
Сущность ОФМ состоит в том, что при передаче каждой еди-
ницы сообщения фаза несущего колебания меняется на 180°
(рис. 4.12,г). При передаче нуля фаза несущего колебания оста-
ется прежней.
Относительная фазовая модуляция является наиболее помехо-
устойчивой по сравнению с рассмотренными выше видами моду-
ляции и, кроме того, требует относительно малой ширины полосы
пропускания линии связи:
Д^ФМ = 1,1А
Недостатком метода относительной разовой модуляции яв-
ляется большая, чем при AM и ЧМ, сложность передающей и
приемной аппаратуры.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие основные требования предъявляются к системам
передачи дискретной информации и как обеспечивается их вы-
полнение?
2. Какие виды модуляции сигналов используются в системах
передачи дискретной информации?
3. В чем состоит сущность амплитудной, частотной и относи-
тельной фазовой модуляции?
4. Какой из видов модуляции обеспечивает наибольшую поме-
хоустойчивость системы передачи дискретной информации?
4.2.3. Помехоустойчивое кодирование
Одним из эффективных способов повышения помехоустойчи-
вости систем передачи дискретной информации является кодиро-
вание передаваемых сообщений специальными помехоустойчивыми
кодам^
282
Обший принцип построения помехоустойчивых кодов состоит
во введении в передаваемое сообщение дополнительных символов
(нулей и единиц), значения которых и расположение подбираются
так, чтобы на приемной стороне можно было бы или обнаруживать
возникающие под воздействием помех ошибки, или даже испра-
влять их.
Ошибкой в передаче сообщений называют явление изменения
значения одного или нескольких символов передаваемой кодовой
комбинации па противоположное (передаваемый «О» принимается
как «1» и наоборот).
Поясним принцип построения одного из наиболее помехоустой-
чивых кодов, называемого кодом с четным числом единиц.
Пусть необходимо передавать только семь возможных сообще-
ний: С|, С2, Сз.С7.
Закодируем эти сообщения обычным двоичным кодом (табл. 8).
Таблица 8
г. Сообщение Двоичный код сообщения Кодирование кодом с четным числом единиц Комбинация кода с постоянным весом «3 из 5»
значение допол- нительного разряда комбинация кода с четным числом единиц
Ci 001 1 ООП 10011
с3 010 1 0101 10101
С, 011 0 ОНО 10110
с. 100 1 1001 11001
с» 101 0 1010 ПОЮ
110 0 1100 1Н00
С, 111 1 1111 OHIO
. Если при передаче какого-либо сообщения, например Сз, про-
изойдет искажение хотя бы одного символа двоичного кода, то,
очевидно, принятая комбинация будет воспринята как другое
сообщение, не соответствующее переданному. Следовательно, при
передаче сообщений двоичным кодом появляющиеся ошибки не
обнаруживаются.
Добавим теперь к каждой из передаваемых комбинаций дво-
ичного кода по одному.символу, причем значения этого символа
выберем так, чтобы общее количество единиц в передаваемой
комбинации быдо четным (см. табл. 8), и потребуем, чтобы на
приемной стороне перед выдачей сообщений потребителю осу-
ществлялась проверка четности количества единиц в1 принятой
комбинации. д
Очевидно, в случае искажения одного из символов передавае-
мой комбинации четность количества единиц нарушится и на
приемной стороне возникающая ошибка будет обнаружена. Для
ее устранения, могут быть использованы различные методы, одним
из которых является повторная передача искаженной комбинации
. п* 283
по специальному сигналу запроса, вырабатываемому при обнару-
жении ошибки.
Нетрудно убедиться, что рассматриваемый код с четным чис-
лом единиц позволяет обнаруживать не только одиночные ошибки,
но и все другие ошибки, обусловленные искажениями нечетного
числа символов. В случаях когда в передаваемой комбинации
искажается четное число символов, код с четным числом единиц
ошибки не обнаруживает.
Большими возможностями в обнаружении ошибок по сравне-
нию с кодом, имеющим четное число единиц, обладает код с
постоянным весом. При кодировании сообщений этим кодом ко-
личество единиц в кодовой комбинации принимается равным на-
перед заданному числу. Один из возможных вариантов кодиро-
вания кодом с постоянным весом приведен в табл. 8.
Код с постоянным весом позволяет обнаруживать все воз-
никающие ошибки, за исключением таких, при которых количество
искаженных пулей и единиц одинаково.
Наряду с кодами, позволяющими обнаруживать ошибки, извест-
ны коды, которые позволяют не только обнаруживать, но и исправ-
лять ошибки в принимаемых сообщениях. Примером такого кода
является применяемый в некоторых системах передачи информа-
ции цепной код.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем состоит общий принцип построения помехоустойчивых
кодов?
2. Назвать известные вам помехоустойчивке коды.
3. Пояснить принцип построения кода с четным числом единиц
и обнаружения с его помощью ошибок в передаваемых сообще-
ниях.
4.2.4. Понятие о фазировании распределителей
Правильный прием сообщений в системах передачи дискретной
информации возможен только в том случае, когда принятая из
линии связи последовательность нулей и единиц сообщения будет
распределена по ячейкам приемного запоминающего устройства
точно так же, как и в передающем ЗУ.
Для выполнения этого условия необходимо, чтобы передающий
и приемный распределители работали синхронно и синфазно.
При синхронно-синфазной работе распределителей любой из
символов передаваемого сообщения, считанный с ячейки пере-
дающего распределения, имеющей номер А/, на приемной сто-
роне будет записан в’ ячейку ЗУ, имеющую тот же номер /V.
Различают фазирование по циклам и фазирование по им-
пульсам.
284
Фазирование по циклам обеспечивает запись первого символа
каждого нового сообщения в первую ячейку приемного ЗУ, вто-
рого символа — во вторую ячейку и т. д.
В современных системах передачи дискретной информации для
фазирования передающего и приемного распределителей по циклам
в начале или в конце каждого нового сообщения передается опре-
деленная комбинация нулей и единиц, называемая фазирующей
комбинацией или коррекционным сигналом.
На приемной стороне имеется специальный дешифратор, на-
строенный на прием только фазирующей комбинации. При приеме
этой комбинации дешифратор вырабатывает управляющий сигнал,
который устанавливает приемный распределитель в нужное поло-
жение.
Фазирование по импульсам, называемое также синхронизацией,
обеспечивает одинаковую скорость работы передающего и прием-
ного распределителей в процессе цикла передачи-приема одного
сообщения.
Используемые в современных системах передачи дискретной
информации устройства фазирования по импульсам анализируют
временное положение принимаемых . двоичных символов и на
основе этого воздействуют на приемный распределитель таким
образом, чтобы запись принимаемых сигналов в каждую из ячеек
ЗУ производилась только в течение времени поступления из ли-
нии связи очередного импульса.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Для чего нужно фазирование передающего и приемного
распределителей системы передачи дискретной информации?
2. Сущность фазирования распределителей по циклам.
3. Для чего необходимо фазирование по импульсам? В чем
состоит его сущность?
ГЛАВА 5
ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Радиолокацией называется область радиотехники, использую-
щая явления отражения и излучения электромагнитных волн раз-
личными объектами для обнаружения этих объектов, определения
их пространственного положения (измерения координат) и выяв-
ления некоторых физических характеристик.
Радиотехническое устройство, предназначенное для обнаруже-
ния и определения местоположения объектов в пространстве
путем использования явления отражения электромагнитных волн
от указанных объектов, называется радиолокационной стан-
цией (РЛС).
Задачи, решаемые - радиолокационными станциями, многооб-
разны и достаточно сложны. Существует большое число различных
типов РЛС. Основными из них являются следующие: станции об-
наружения целей; наземные и корабельные станции управления и
наведения истребительной авиации; станции управления беспи-
лотными летательными аппаратами; станции перехвата, устанав-
ливаемые на самолетах-истребителях; радиовысотомеры, служащие
для определения высоты полета цели.
Перечисленные РЛС выполняют основную задачу радиолока-
ции — определение координат объектов. Так, РЛС обнаружения
ведут круговой обзор пространства и измеряют две координаты —
дальность и азимут. Основное требование к данным РЛС — боль-
шая дальность действия, которая достигается за счет применения
антенн больших размеров, передатчиков с высокой энергией зон-
дирующих сигналов и высокочувствительных приемников.
РЛС управления и наведения истребительной авиации служат
для обнаружения самолетов (с использованием предварительных
данных РЛС дальнего обнаружения) и для наведения на воздуш-
ные цели своих самолетов-перехватчиков. Для решения этих задач
указанные станции Должны измерять три текущие координаты
цели: дальность, азимут, угол места, высоту.
Основными требованиями к РЛС управления и наведения
истребительной авиации являются значительная дальность дей-
ствия и точность измерения координат.
286
РЛС перехвата устанавливаются на борту самолета-перехват-
чика, служат для точного и быстрого определения координат
объекта поражения и открытия по нему прицельного огня.
6.2. МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ
Различают активную и пассивную радиолокацию. Активная
радиолокация осуществляется путем облучения цели электромаг-
нитной энергией, излучаемой антенной РЛС, и приема отраженной
от цели энергии. Пассивная радиолокация осуществляется путем
приема энергии, излучаемой целью. Она основана па явлении
излучения электромагнитной энергии любым физическим телом,
температура которого выше абсолютного нуля. Все цели удов-
летворяют этому условию, поэтому в принципе возможно пх
обнаружение без предварительного облучения.
Задача обнаружения цели сводится к обнаружению сигнала,
излучаемого или переизлучае.мого этой целью, на фоне различного
рода помех. Любая цель, будучи облученной радиолокаторами,
становится источником вторичного излучения.
Мощность вторичного излучения зависит от ряда факторов:
интенсивности поля, создаваемого РЛС около цели, параметров
цели (габаритов, формы и электрических свойств, положения цели
относительно радиолокатора), поляризации первичного поля и
длины волны.
Свойства радиоволн распространяться в однородной среде пря-
молинейно и с постоянной скоростью позволяют определить на-
правление па цель и длину траектории распространения. В связи
с этим радиолокацию соответственно подразделяют на радиодаль-
нометрию и радиопеленгацию.
Радиодальнометрией называется определение дальности до цели
путем измерения длины траектории распространения радиоволн
до цели и обратно.
Радиопеленгацией называется определение направления на
цель, т. е. измерение угловых координат цели.
5.3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ
В современной радиолокации известны следующие методы ра-
диодальнометрии: импульсный, частотный, фазовый.
В настоящее время наибольшее применение нашел импульс-
ный метод. Принцип действия импульсного радиолокатора рас-
смотрим по упрощенной структурной схеме (рис. 5.1). Передатчик
радиодальномера . излучает колебания сверхвысокой частоты в
виде периодически повторяющихся зондирующих импульсов.
В промежутки времени между зондирующими импульсами проис-
ходит прием отраженных импульсов.
С выхода приемника принятые импульсы поступают на инди-
каторное устройство, позволяющее измерить интервал времени
между началом излучения зондирующего импульса и началом
287
t. Пусковые импульсы
t Импульсы модулятора
а-Зондирующие имп.
•t 6-Сигналы, отражен-
ные от объектов
* Напряжение генерато-
> ра прямоугольных
। колебаний
t Напряженно рамвртки.
Рис. 6.1. Структурная схема импульсной РЛС и графики напряжений, поясняю*
щие работу импульсного радиолокатора
288
приема отраженного импульса, а следовательно, и определить рас-
стояние до отражающей цели.
При линейной развертке индикатора соотношение между от-
клонением луча (/) и измеряемой дальностью (D) определяется
по формуле
где Ор — постоянная скорость развертки;
/3— время запаздывания отраженного сигйала, т. е. интервал
времени между моментом излучения зондирующего им-
пульса и моментом приема отраженного сигнала;
с —скорость распространения радиоволн, величина постоян-
ная и принимаемая равной 3-108 м/с;
М — масштаб линейной развертки.
Для нормальной работы импульсного радиолокатора необхо-
дима синхронизация импульсного передатчика с индикатором,
т. е. моменты излучения зондирующего импульса и начала раз-
вертки индикатора должны строго совпадать (рис. 5.1).
5.4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА И УГЛА МЕСТА
Под азимутом цели понимают угол в горизонтальной плоско-
сти, заключенный между северным направлением географического
меридиана, проходящего через точку стояния РЛС, и проекцией
направления на цель на эту же плоскость (рис. 5.2).
В радиолокации азимут в основном определяется методом мак-
симума. При использовании данного метода направление на цель
определяется'по наибольшей величине сигнала на выходе прием-
289
ника РЛС. В момент когда величина сигнала пеленгуемой цели
на выходе приемника будет максимальной, максимум диаграмм»
направленности антенны совпадает с направлением на цель (как
правило, это сереАина отметки от цели на ИКО).
Рис. 5.3. Сигнал на выходе приемника РЛС при вра-
' щающейся антенне
В режиме кругового обзора антенна РЛС вращается в гори-
зонтальной плоскости. На экране амплитудного индикатора сиг-
нал пеленгуемой цели будет непрерывно меняться по амплитуде
(рис. 5.3). Как только сигнал достигнет максимальной величины,
оператор (или автоматическое устройство) считывает значение
азимута цели по азимутальному прибору, указывающему угловое
положение антенны.
На индикаторе кругового обзора (рис. 5.4) линия развертки
дальности индикатора вращается синхронно с антенной. Азимут
цели в этом случае определяется по угловому положению средины
яркостной отметки на экране индикатора.
В радиолокации высота полета цели измеряется путем опреде-
ления угла места е и наклонной дальности цели D. При извест-
ных значениях угла места и наклонной дальности высота цели Н
определяется из выражения
/y = Dsin$+ 2^7.
Решение этого уравнения осуществляется на индикаторе вы-
соты (см. 2.12.5).
Методы определения угла места в РЛС различаются в зави-
симости от того, в каком диапазоне волн работает станция. Из
всех известных методов в настоящее время получил широкое
распространение метод «качающейся диаграммы». Для реализации
этого метода диаграмма направленности, антенны РЛС должна
быть широкой в горизонтальной плоскости и узкой в вертикальной
•плоскости. Такая диаграмма качается в вертикальной плоскости,
дважды облучая цель за период качания.
290
Когда антенна РЛС направлена на цель, то цель облучается
зондирующим импульсом, часть энергии которого отражается.
Значение угла места цели фиксируется по углу антенны. Фикса-
Рис. 5.4. Вид экрана ИКО при пеленгации
цели методом максимума
ция угла производится по яркостной отметке отраженного сигнала
на экране специального индикатора (рнс. 5.5).
Рис. 5.5. Принцип измерения высоты
Для определения координат постановщика помех знания одного
направления недостаточно, поэтому используют не одну РЛС, а
две-три одновременно, каждая из которых определяет направление
относительно своей точки стояния. Все РЛС разнесены относи-
тельно друг друга на десятки, иногда сотни километров. В пункте
291
обработки информации, куда поступают данные о пеленгах по-
становщика, решается задача определения его координат
(рис. 5.6).
Метод, при котором положение цели устанавливается путем
измерения ее угловых координат несколькими РЛС, называется
триангуляционным, потому что определение плоскостных коорди-
Рис. 6.6. Определение местоположения цели триангуляци-
онным методом
нат производится с помощью решения треугольников, как и в
геодезии.
5.5. СИСТЕМЫ СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ (СДЦ)
Системы СДЦ представляют собой комплекс специальных
средств, обеспечивающих выделение Лижущихся целей на фоне
отражений от неподвижных или медленно перемещающихся объ-
ектов. Такими объектами могут быть различные местные пред-
меты, гидрометеоры (облака, дождь, снег), специально разбрасы-
ваемые металлизированные ленты, поверхности моря и др.
Для радиолокации, основанной на приеме отраженных импуль-
сов электромагнитной энергии, отражения от перечисленных объ-
ектов будут создавать мешающее действие. Такие мешающие
отражения называют пассивными помехами. Их интенсивность
может быть больше интенсивности полезного сигнала, и поэтому
полезный сигнал может быть потерян.
Выделение полезного сигнала на фоне пассивных помех
основано на различии частот отраженных сигналов. Радиальные
составляющие скоростей движения цели и источников пассивных
помех различны. Это и служит основой устройства аппаратуры
СДЦ.
292
На рис. 5.7 представлена упрощенная структурная схема се-
лекции движущихся целей в импульсных РЛС. Импульсные
системы СДЦ называют когерентно-импульсными.
Рис. 5.7. Структурная схема системы селекции
движущихся целей
Когерентными они называются потому, что в них в качестве
опорных колебаний, с которыми сравниваются отраженные сиг-
налы, используются колебания специального источника, называе-
мого когерентным гетеродином." Эти колебания по фазе жестко
синхронизированы с колебаниями передатчика так, что разность
фаз между ними сохраняется постоянной в каждом периоде по-
сылки импульсов.’ Такие жестко синхронизированные колебания
принято называть когерентными колебаниями.
При работе РЛС импульсы высокочастотной энергии передат-
чика излучаются антенной в пространство, где облучают как под-
вижные, так и малоподвижные объекты. Частоты сигналов, отра-
женных от неподвижных (малоподвижных) объектов, отличаются
от сигналов подвижных целей (эффект Доплера) и, следова-
тельно, имеют различные фазы. Причем фаза колебаний, отражен-
ных от подвижных объектов, будет все время меняться, тогда как
фаза неподвижных объектов не изменяется. Очевидно, что доста-
293
точно каким-то устройством уловить это изменение фазы п тогда
можно выделить движущиеся объекты на фоне пассивных помех.
Схема, предназначенная для этой цели (рис. 5.7), работает
так.
Часть энергии высокочастотных колебаний передатчика по-
дается на смеситель фазирования, на этот же смеситель подаются
колебания местного гетеродина. В результате создаются фазирую-
щие импульсы промежуточной частоты, которые затем подаются
на когерентный гетеродин для фазирования его колебаний. Частота
и фаза колебаний когерентного гетеродина становится равной
частоте и фазе колебаний фазирующего импульса. Таким путем
обеспечивается когерентность колебаний когерентного гетеродина
с передатчиком. С когерентного гетеродина сфазпрованное напря-
жение транзитом через схему компенсации ветра подается на фа-
зовый детектор, куда, кроме того, 'поступает отраженный сигнал,
также преобразованный в сигнал промежуточной частоты с по-
мощью того же местного гетеродина. Амплитудный ограничитель
перед фазовым детектором устраняет паразитную модуляцию
сигналов неподвижных объектов, образующуюся, например, в
результате движения антенны и других причин.
На выходе фазового детектора создается напряжение в форме
видеоимпульсов, амплитуда и полярность которых зависят от со-
отношения частот когерентного гетеродина и принятого сигнала.
Если частота генератора, местного гетеродина и когерентного
гетеродина стабильна, то для неподвижных объектов видеосиг-
налы на выходе фазового детектора имеют от периода к периоду
постоянную амплитуду. Если же имеются отражения от движу-
щейся цели, то на выходе фазового детектора будут видеоим-
пульсы, амплитуда которых от периода к периоду будет изме-
няться по закону так называемой доплеровской частоты.
С выхода фазового детектора сигналы подаются в компенси-
рующее устройство, где осуществляется черосперподное вычи-
тание сигналов.
Если амплитуда видеоимпульсов от периода к периоду не из-
меняется, то равные импульсы предшествующего и последующего
периодов в вычитающем устройстве блока компенсации подав-
ляются, устраняя мешающее действие пассивных помех. Если же
амплитуды импульсов изменяются (для движущихся целей), то
выделяется результирующее напряжение. Таким образом, проис-
ходит выделение полезных сигналов при наличии пассивных помех.
В качестве компенсирующего устройства чаще всего приме-
няется потенциалоскоп (рис. 5.8), который одновременно выпол-
няет функции запоминания и компенсации.
Такне источники помех, как металлизированные ленты, дож-
девые облака, могут перемещаться под действием ветра, имея
регулярную составляющую скорости. В этом случае на выходе
компенсирующего устройства будут иметь место остатки неском-
пенсированных помех. Для устранения этих остатков имеется спе-
циальное устройство «компенсация ветра». При включении его
294
изменяют частоту когерентного гетеродина настолько, насколько
изменяете? частота сигнала, отраженного от движущегося источ-
ника помехи. Благодаря этому фаза помехи относительно коге-
рентных колебаний от периода к периоду остается постоянной,
улучшая качество компенсации помех.
Рис. 5.8. Устройство потенциалоскопа
При применении аппаратуры СДЦ имеет место один недоста-
ток — это появление так называемых «слепых» скоростей. В тех
случаях, когда за время между периодами повторения импуль-
сов Ти цель проходит расстояния, кратные половине длины
волны Х/2, на выходе компенсирующего устройства сигнал будет
равен нулю, и цель не может быть обнаружена. Для устра-
нения этого недостатка в РЛС с СДЦ применяют переменную
частоту повторения импульсов. Если для одной частоты радиаль-
ная составляющая скорости «слепая», то на другой частоте повто-
рения цель может быть обнаружена.
5.6. ПОТЕНЦИАЛОСКОПЫ
Потенциалоскоиами называются специальные электронно-лу-
чевые трубки, применяемые для записи, хранения и воспроизведе-
ния электрических сигналов, записанных на диэлектрической
мишени.
В отличие от обычных осциллографических трубок в потен-
циалоскопе вместо люминесцирующего экрана имеется диэлектри-
ческая мишень, нанесенная в виде тонкого слоя на проводящее
основание, которое называют сигнальной пластиной (рис. 5.8).
Запись электрических сигналов па мишени электронным лучом
основана на использовании явления вторичной электронной
эмиссии.
В аппаратуре СДЦ широко применяется вычитающий потен-
цвалоскоп или потенцналоскоп с барьерной сеткой, расположен-
ной на небольшом^ расстоянии от "диэлектрической мишени.
и*
аи
ир
О
Движение
записывающего
луча
X
Строка,
развертки
Потенциальный
X
Движение
считывающего луча
Рис. 5.9. Изменение потенциала поверхно-
сти диэлектрической мишени под действием
электронного луча:
а — распределение потенциала па поверхности
мишени: б — запись входного сигнала; в—изме-
нение потенциала мишени при считывании запи-
санных сигналов
В вычитающих потенция-
лоскопах фокусирование и
отклонение электронного лу-
ча могут быть как электро-
статическим, так и магнит-
ным (рис. 2.84). Развертка
поверхности мишени элект-
ронным лучом может быть
в потепциалоскопах с элект-
ростатическим отклонени-
ем— растровой (рис. 2.90),
а с магнитным отклонени-
ем — спиральной. Спираль-
ная развертка получается,-
например, при пропускании
через отклоняющие катушки
синусоидально изменяюще-
гося тока, убывающего по
амплитуде и сдвинутого по
фазе на 90°.
В исходном состоянии,
когда входной сигнал UBX
отсутствует, поверхность ди-
электрической .мишени под
действием электронного пуч-
ка приобретает избыточный
положительный заряд. Ре-
жим работы вычитающего
потенциалоскопа выбирается
гак, чтобы ток первичного
электронного луча был
меньше тока вторичных электронов, выбиваемых из мишени.
Этого нетрудно добиться, если, например, первичным электронам
придать такие скорости, чтобы каждый первичный электрон вы-
бивал с поверхности мишени не один, а два электрона.
. Если Л>Д то потенциал поверхности мишени относительно
барьерной сетки повышается и в пространстве «барьерная сетка —
мишень» создается для вторичных электронов тормозящее элек-
трическое поле (минус на барьерной сетке, плюс на мишени).
Вследствие этого ток вторичных электронов уменьшается. Это
происходит до установления динамического равновесия, когда ток
вторичных электронов, уходящих с мишени, будет равен току пер-
вичных электронов.
В динамическом равновесии потенциалы всех элементов по-
верхности мишени достигают одинакового равновесного потен-
циала Ц>, ток в цепи коллектора /к постоянен, а выходной сигнал,
29Q
снимаемый с нагрузочного сопротивления ₽н. будет равен нулю
^вых = 0.
Если подать на вход схемы положительный сигнал 4-С7ВХ, то
мишень становится более положительной. Тормозящее поле для
вторичных электронов увеличится, коллекторный ток /к умень-
шится, и на нагрузке Rn в
цепи коллектора выделится по-
•ложительный сигнал (сигнал
записи), пропорциональный
амплитуде входного сигнала.
За время действия входно-
го сигнала потенциалы точек
поверхности мишени, развер-
тываемых электронным лучом,
понижаются по сравнению со
значением Up — происходит
запись на мишени положи-
тельного входного сигнала
(рис. 5.9,а).
При подаче на вход схемы
сигнала отрицательной поляр-
ности с нагрузки Rtt он сни-
мается, а на поверхности ми-
шени запишется.
Таким образом, воздействие
на сигнальную пластину
входных сигналов приводит
к изменению распределения
потенциала вдоль развертки
мишени электронным лучом —
на мишени возникает потен-
циальный рельеф, изображен-
ный на рис. 5.9,6, где
кроме полезных сигналов
налы.
Записанные сигналы могут
нрго периоду спиральной развертки, в течение нескольких секунд,
минут, часов. Обычно потенциалоскопы работают в таких режи-
мах, когда запись сигналов происходит в течение одного цикла
развертки, а считывание — в течение другого цикла.
В процессе считывания потенциального рельефа электронный
луч возвращает потенциалы поверхности мишени к равновесному
значению Up. При этом вторично-электронный ток коллектора
оказывается промодулироваиным электрическим полем потенци-
ального рельефа. В результате на нагрузочном сопротивлении в
цепи коллектора /?а образуются выходные сигналы, пропорцио-
нальные ранее записанным, но противоположной полярности.
Принцип вычитания сигналов показан на рис. 5.10. Допустим,
что в момент времени Л на вход цотенцпалоскопа'подан прямо-
297
ивХ1
а
о
о
В
о
г
о
а
о

^13ОП
Цсч
t

Ц»Х2
^2зап
1 УбМХ
е
о------
t
t
t
t
t
Рис. 5.10. Графики, поясняющие работ;
вычитающего потеициалоскопа
изображены и ложные сиг-
храниться в течение времени,
'угольный сигнал положительной полярности (рис. 5.10,а). При
этом на выходе схемы с сопротивления /?в будет снят положитель-
ный сигнал записи С/^ап (рис. 5.10,6).
При последующей развертке мишени в момент времени
/2=^ + Т'р, где Тр — период спиральной развертки, произойдет счи-
тывание ранее записанного сигнала и на сопротивлении выде-
лится выходной отрицательный сигнал считывания (Ася (рис. 5.10, в).
Если в момент времени /г=6 + Гр на вход схемы будет подан
такой же, как и прежде, положительный сигнал /7Вхг (рис. 5.10,6),
но меньшей амплитуды, чем Uax\, то на сопротивлении RH выде-
лится положительный входной сигнал (7Вх2 (рис. 5.10,г).
Так как в момент времени /г=6 + Гр на мишени одновременно про-
исходит считывание и запись сигналов, то с сопротивления RB
будет снят результирующий разностный выходной сигнал
(рис. 5.10, е):
(7ВЫ1 == U{ сч ~~ ^'1 зап-
Если бы C7bxi = (/b.v2. то выходной разностный сигнал был бы
равен нулю. Но из-за наличия нелинейности вольт-амперной
характеристики мишени и ряда паразитных сигналов прн вычи-
тании имеют место различные искажения.
В вычитающих потенциалоскопах, применяемых в радиолока-
ционной технике, период повторения спиральной развертки берется
равным периоду повторения зондирующих импульсов РЛС.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие типы радиолокационных станций вы знаете?
2. Чем отличается активная радиолокация от пассивной?
3. В чем заключается импульсный метод измерения дальности?
4. Как определяются угловые координаты цели?
5. В чем заключается триангуляционный метод определения
координат постановщика помех?
6. Каково назначение систем селекции движущихся целей?
7. Как устроен вычитающий потенциалоскоп и в чем заклю-
чается принцип его действия?
ГЛАВА 6
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС РТВ
Основной характеристикой любой РЛС является максимальная
дальность действия. Она зависит от параметров станции, отра-
жающих свойств цели и условий распространения радиоволн.
Без учета влияния земли максимальная дальность опреде-
ляется по формуле ..
4
где D макс дальность (максимальная), м;
Ри—мощность станции, Вт;
а —отражающая поверхность цели, м2;
X — длина волны, м;
G — коэффициент усиления антенны;
/’np.Miin — чувствительность приемника, Вт.
Вес другие характеристики радиолокационных станций можно
подразделить на тактические и технические.
6.1. ТАКТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС
К основным тактическим характеристикам РЛС относятся:
зона обзора и ее параметры; состав радиолокационной информа-
ции и ее качественные показатели; темп выдачи радиолокацион-
ной информации; помехозащищенность; мобильность п эксплуата-
ционная надежность.
а) Зона обзора РЛС. Зоной обзора РЛС называется часть
пространства, в пределах которого станция обнаруживает цели
с заданной вероятностью и измеряет координаты цели с требуемой
точностью. I
Графически зона обзора в вертикальной плоскости представ-
ляется в системе координат дальность — высота (рис. 6.1). Даль-
ность действия различна для разных углов места. Вид зоны за-
висит от Целевого назначения станции и принятых технических
решений РЛС. Зона обзора описывается следующими основными
параметрами: максимальной дальностью обнаружения; пределами
обнаружения по углу места; потолком обнаружения и беспроваль-
ной проводки целей; радиусом «мертвой» воронки.
299
б) Состав радиолокационной информации. Радиолокационная
станция может выдавать следующую информацию: координаты
вновь обнаруживаемых целей; скорость движения цели; пример-
ное количество самолетов в цели-; государственную принадлеж-
ность цели; интенсивность и вид применяемых помех; действия,
совершаемые целью при ее сопровождении, и др. Из перечислен-
Рис. 6.1. Зоны обнаружения и сопровождения РЛС
ного состава информации к основным следует отнести координаты
целей. Поэтому когда оценивают качество выдаваемых координат,
то говорят об ошибках определения текущих координат и разре-
шающих способностях РЛС по каждой координате, т. е. но даль-
ности, по азимуту для дальномеров и по высоте или углу места
для высотомеров.
в) Информационная способность РЛС. Под информационной
способностью РЛС понимается количество одновременно сопро-
вождаемых станцией целей, по которым выдается информация с за-
данной дискретностью. Информационная способность зависит от
количества индикаторов, с которых производится съем координат,
и от способа съема информации (ручной, полуавтоматический или
автоматический).
г) Помехозащищенность РЛС. Под помехозащищенностью РЛС
понимают ее способность сохранять тактико-технические харак-
теристики (данные) при воздействии различных радпопомех. На
радиолокационную станцию могут воздействовать активные и пас-
сивные помехи. „
Активные помехи затрудняют' или исключают возможность
обнаружения целей и измерения их координат. Различают при-
цельные и заградительные активные помехи. Прицельные помехи
создаются постановщиком помех для подавления одной РЛС,
концентрируя мощность передатчика помех в частотном диапазоне
данного локатора. Заградительные помехи используют для одно-
временного подавления нескольких РЛС, рабочие частоты кото-
рых находятся в'пределах спектра помех. Поэтому помехозашй-
щенность РЛС по отношению к активным помехам оценивается
300
допустимым уровнем мощности активной помехи, при которой еще
возможно обнаружение целей с заданной эффективной отражаю-
щей поверхностью.
Источники пассивных помех имеют большие отражающие по-
верхности, и амплитуда сигнала от пассивных помех может ока-
заться значительно больше амплитуды эхо-сигналов, что и
приводит к маскировке целей. В результате этого полезные сиг-
налы могут быть потеряны. Помехозащищенность РЛС от пассив-
ных помех характеризуется допустимой плотностью пассивных
помех, при которой еще возможно обнаружение целей с заданной
эффективной отражающей поверхностью.
д) Эксплуатационная надежность — это способность РЛС вы-
полнять заданные функции.в определенных условиях эксплуатации
при сохранении значений основных тактико-технических данных
в установленных пределах. Эксплуатационная надежность харак-
теризуется способностью к безотказной работе и восстанавливае-
мостью вышедшей из строя аппаратуры. Чем дольше РЛС рабо-
тает без отказа и чем быстрее она восстанавливается при выходе
из строя, тем выше ее эксплуатационная надежность.
Для количественной оценки надежности применяют среднее
время работы То между отказами за определенный период- экс-
плуатации РЛС. Например, То= 120 ч; это значит, что в среднем
при нормальных условиях эксплуатации очередной отказ про-
изойдет через такой промежуток времени.
е) Мобильность. Мобильность определяется возможностями
РЛС к передислокации на новую позицию, условиями транспорти-
рования-, сроками развертывания (свертывания) и готовностью
к боевой работе.
6.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС
6.2.1. Передающие устройства
Работа передающего устройства РЛС характеризуется сле-
дующими техническими характеристиками.
а) Импульсная мощность генерируемого сигнала — это средняя
в течение импульса мощность, отдаваемая передатчиком в антенну
РЛС.
б) Средняя мощность излучаемого сигнала — это усредненная
мощность передатчика за период повторения.
в) Длительность генерируемого сигнала — это время, в тече-
ние которого генератор вырабатывает энергию СВЧ.
г) Частота повторения сигнала — величина, показывающая,
какое количество импульсных посылок энергии СВЧ вырабаты-
вается передатчиком в единицу времени.
6.2.2. Высокочастотный тракт
Высокочастотный тракт РЛС осуществляет передачу высоко-
частотной энергии зондирующих импульсов от передатчика к ан-
тенне и принятых высокочастотных сигналов от антенны на вход
301
приемника. Выполнение рассмотренных функций может быть
обеспечено только в случае, если основные технические данные
находятся в пределах норм технических условий. К основным
техническим характеристикам высокочастотных трактов относятся:
а) Максимальная мощность передаваемого зондирующего сиг-
нала. Это максимально допустимая мощность зондирующего сиг-
нала, которую можно передать по тракту, обеспечив необходимый
запас электрической прочности.
б) Степень согласования элементов высокочастотного тракта.
Эта характеристика определяет излучаемую антенной мощность
передатчика. Чем лучше согласование элементов тракта с нагруз-
кой, тем бблыпая часть мощности передатчика излучается ан-
тенной.
Степень согласования высокочастотного тракта с нагрузкой
характеризуется коэффициентом бегущей волны:
КБВ=,^£А
^макс. с. в
где С/мип.с.в. С/макс.с.в —минимальное и максимальное значения
стоячей волны напряжения в тракте.
Значение коэффициента бегущей волны должно быть близко к
единице. Практически величина КБВ для разных типов РЛС
лежит в пределах 0,5—0,95.
в) Затухание в тракте. Затухание высокочастотной энергии в
тракте является следствием потерь энергии в элементах Тракта
при ее прохождении: Потери энергии определяются за счет токов,
протекающих в стенках элементов тракта, а также потерями в
диэлектриках.
Омические потерн возрастают с уменьшением длины волны
передаваемых колебаний. Эти потери увеличиваются также из-за
неровностей токонесущих поверхностей при их загрязнении, кор-
розии, конденсировании на них влаги’
6.2.3. Антенные устройства
Антенные устройства РЛС предназначены для выполнения
следующих функций:
преобразования энергии тока или напряжения СВЧ зонди-
рующего импульса в энергию электромагнитного поля при излу-
чении;
преобразования энергии электромагнитного поля эхо-сигнала
в энергию тока или напряжения при приеме.
Антенные устройства РЛС характеризуются следующими тех-
ническими характеристиками.
а) Коэффициент усиления антенны — это число, показывающее
выигрыш в .мощности зондирующего или отраженного сигнала,
получающийся за счет направленного действия антенны.
б) Форма диаграммы направленности антенны. Диаграммой
направленности (ДН) антенны называется зависимость напряжен-
302
ности поля от угловых координат, определяющих направление
излучения.
В РЛС используются антенные ситемы с диаграммами направ-
ленности следующих форм.
ДН
ЯопапТОЧШ'
АН
Рис. 6.2. Типы диаграмм направленности РЛС
Косекансная (нзовысотная) ДН применяется в РЛС обнаруже-
ния, целеуказания и наведения. Особенность данной ДН заклю-
чается в том, что уровень отраженного сигнала от цели, находя-
щейся на различных расстояниях от РЛС, но на одной высоте,
не меняется.
ДП лопаточного вида применяется во всех радиовысото-
мерах.
Игольчатая ДН —такая диаграмма, в которой главный ле-
песток приближенно симметричен относительно направления ее
максимума.
Вид ДН названных типов приведен на рис. 6.2.
в) Уровень боковых лепестков. Боковые лепестки диаграммы
направленности антенны РЛС характеризуют излучение и прием
электромагнитной энергии вне основного направления. Это свой-
ство антенн приводит к появлению ложных целей и к снижению
помехозащищенности РЛС. Для снижения влияния боковых ле-
пестков на боевые возможности применяют специальные системы
подавления боковых отражений (ПВО) и системы защиты от
помех, принятых по боковым лепесткам.'
зоз
6.2.4. Приемное устройство РЛС
Приемное устройство РЛС служит для выделения эхо-сигна-
лов, их последующего усиления и преобразования к виду, необхо-
димому для срабатывания оконечного устройства, например ин-
дикатора кругового обзора РЛС.
Качество работы приемного устройства характеризуется сле-
дующими параметрами.
а) Чувствительность — это такая минимальная мощность или
напряжение сигнала на входе приемника, при которой на его вы-
ходе обеспечивается обнаружение сигнала с заданным превыше-
нием собственных шумов приемника.
б) Коэффициент шума — это величина, показывающая, во
сколько раз отношение мощности сигнала к шуму на входе устрой-
ства больше этого же отношения на его выходе
Д7 —. т)вх
(Рс/Р ш)вых
где Рс и Рш — соответственно мощности сигнала и шума.
в) Коэффициент усиления характеризует усилительные свойства
приемника. Он показывает, во сколько раз сигнал на выходе при-
емного устройства больше, чем на его входе. В процессе боевой
работы, а также при настройке и контроле функционирования
коэффициент усиления подбирается таким, чтобы обеспечивалось
устойчивое и контрастное отображение сигналов на экранах ин-
дикаторов РЛС.
г) Полоса пропускания приемника. Этот параметр характери-
зует избирательные свойства приемника и определяет область
частот, одновременно пропускаемую приемником. Полоса про-
пускания согласовывается с длительностью зондирующего им-
пульса. Чем меньше длительность, тем шире должна быть полоса
пропускания. Поэтому в тех РЛС, которые предусматривают из-
менение режима работы по длительности зондирующего импульса,
приемные устройства имеют схемы с изменяющейся полосой про-
пускания.
д) Динамический диапазон. Эта характеристика определяет
способность приемника работать без перегрузки при воздействии
сильных сигналов и помех. Количественно динамический диапазон
определяется отношением максимальной величины сигнала к ми-
нимальной, при которых он еще не искажается.
Приемные устройства стараются сделать с высоким динами-
ческим диапазоном. В этих целях применяют различные схемы
автоматической регулировки усиления (ВАРУ, БАРУ, ШАРУ).
6.2.5. Аппаратура защиты от пассивных помех (АЗПП)
Аппаратура защиты от пассивных помех предназначена для вы-
деления полезных сигналов на фоне отражений от местных пред-
метов, искусственных пассивных помех (металлизированных лепт
304
или стекловолокна, сбрасываемых с самолетов) и гидрометеоров.
Качество работы системы защиты оценивается следующими харак-
теристиками.
а) Коэффициент подпомеховой видимости — это такое значение
отношения мощности пассивной помехи к мощности полезного
сигнала на входе аппаратуры зашиты, при котором еще возможно
обнаружение и сопровождение целей на фоне помех.
б) Широкополосность характеризует способность системы за-
щиты подавлять искусственные пассивные помехи в заданном диа-
пазоне доплеровских частот. Чем выше широкополосность, тем
эффективнее схема подавления. Так АЗПП, построенная по прин-
ципу двукратной ЧПК*, имеет большую широкополосность, чем
при однократной ЧПК. Поэтому в современных РЛС используются
схемы с двукратно" ЧПК.
6.2.6. Аппаратура защиты от активных помех (АЗАП)
АЗАП предназначена для выделения полезных сигналов на
фоне активных помех. Активные помехи составляют довольно ши-
рокую группу помеховых колебаний. Поэтому для их подавления
в современных РЛС используются принципиально разные схемы
защиты. Наибольшее распространение нашли схемы защиты от
активных шумовых и импульсных (синхронных или ответных и
несинхронных) помех.
Помехозащищенность РЛС по отношению к активным помехам
оценивается коэффициентом подпомеховой видимости и коэффи-
циентом подавления помехи.
' Под коэффициентом подпомеховой видимости понимают такое
отношение мощности помехи к мощности полезного сигнала на
входе АЗАП, при котором еще осуществляется обнаружение цели
на фоне остатков от помех.
Коэффициент подавления помех показывает, во сколько раз
система защиты от помех снижает их эффективность воздействия
па оконечные устройства, например на И КО.
В современных РЛС используется различная аппаратура за-
щиты от активных шумовых, несинхронных импульсных и ответ-
ных (синхронных импульсных) помех.
6.2.7. Системы вращения и качания антенн РЛС
Система вращения антенны РЛС предназначена для пуска и
равномерного вращения антенного устройства РЛС, а также для
переключения скоростей вращения антенны и ее остановки. Бла-
годаря непрерывному вращению антенного устройства, РЛС про-
изводит обнаружение и сопровождение целей во всех направле-
ниях пространства относительно точки стояния, ограниченного
зоной видимости РЛС. Основная характеристика системы — ско-
рость вращения антенны — это количество полных оборотов, со-
вершаемых антенной в одну минуту.
♦ ЧПК — череспериодная компенсация.
305
Система качания антенного устройства является обязательной
принадлежностью радиовысотомеров, а также большинства даль-
номеров РЛС, хотя системы качания антенн в дальномерах и
радиовысотомерах существенно отличаются друг от друга.
Система качания ан!ениого устройства предназначена для пе-
ремещения антенны в вертикальной плоскости, чем обеспечивается
сканирование диаграммы направленности в соответствующих пре-
делах углов места.
Сканирование ДН дальномера производится, как правило, в
небольшом пределе углов по сравнению с радиовысотомером, тем
самым обеспечивается выбор необходимой формы зоны обнару-
жения целей.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. От каких величин зависит максимальная дальность РЛС?
2. Перечислить основные тактические характеристики РЛС и
дать им определение.
3. Дать определение технических характеристик передающего
устройства РЛС.
4. Какие параметры характеризуют приемное устройство РЛС?
5. Перечислить основные технические характеристики высоко-
частотного тракта РЛС и дать им определение.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение ....................................................... 3
Глава I. Электротехника............................................. 4
1.1. Понятно об электричестве...................................... —
1.1.1. Строение вещества...................................
1.1.2. Физическая природа электрического тока........... . 7
1.1.3. Проводники, полупроводники и диэлектрики............... 8
1.1.4. Электрическое поле..................................... 9
✓ 1.2. Постоянный электрический ток................................ 1)
1.2.1. Сопротивление и проводимость........................... —
1.2.2. Электрическая цепь. Закон Она.......................... 12
1.2.3. Соединение резисторов................................. 14
1.2.4. Работа и .мощность электрического тока................ 17
1.2.5. Тепловое действие электрического тока................. 18
1.2.6. Пайка проводов...................................... 19
1.3. Магнитные п электромагнитные явления....................... 20
1.3.1. Постоянные магниты.................................... —
1.3.2. Понятие о магнитном поле . ........................... 21
1.3.3. Магнитное поле вокруг проводника с током............... —
1.3.4. Действие магнитного поля на проводник с гоком ..... 22
1.3.5. Намагничивание тел............................... . 23
1.3.6. Явление электромагнитной индукции...................... 25
1.3.7. Самоиндукция............................................ 26
1.3.8. Взаимоиндукция.......................................... 27
1.3.9. Катушки индуктивности. Соединение индуктивностей .... —
1.4. Емкость . ♦ . ......................................... 29
1.4.1. Электрическая* емкость. Соединение конденсаторов...... —
1.4.2. Типы конденсаторов ..................................... 31
1.5. Переменный ток............................................... 33
1.5.1. Получение переменного тока............................... —
1.5.2. Величины, характеризующие переменный ток................ 34
1.5.3. Векторная и развернутая диаграммы. Фаза н сдвиг фаз . . 35
1.5.4. Виды сопротивления в цепях переменного тока............. 37
Цепь переменного тока с активным сопротивлением............ —
Цепь переменного тока с катушкой индуктивности............... 38
Цепь переменного тока с емкостью........................ • • • 40
Цепь с последовательно соединенными активным сопротивле-
нием и емкостью............................................. 41
Цепь переменного тока с последовательно включенными актив-
ным, индуктивным и емкостным сопротивлениями ........ 43
Цепь переменного тока с параллельно включенными активным,
индуктивным п емкостным сопротивлениями...................... 45
1.5.5. Понятие о трехфазном токе и получение его............... 47
1.5.6. Вращающееся магнитное поле и его получение.............. 49
1.6. Трансформаторы............................................... 50
1.7. Электрические машины................................• • • • °-
1.7.1. Асинхронный двигатель................................... “7
1.7.2. Синхронный генератор трехфазного переменного тока. ... 5э
307
1.7.3. Генератор постоянного тока . ..........................
1.7.4. Электрические двигатели постоянного тока.................
1.8. Выпрямление и стабилизация напряжения................. . . .
1.8.1. Основные схемы выпрямления....................... . . .
1.8.2. Стабилизация напряжения в электрических цепях..........
Стабилизация по постоянному току...........................
Стабилизация по переменному току...........................
1.9. Химические источники электрической энергии..................
1.9.1. Гальванические элементы................................
1.9.2. Кислотные аккумуляторы.................................
1.9.3. Щелочные аккумуляторы.................................
1.10. Элементы автоматики........................................
1.10.1. Реле . . .............................................
Электромагнитные реле постоянною тока......................
Поляризованное реле........................................
s Электромагнитные реле переменною тока...................
Тепловые реле..............................................
Моторное реле времени......................................
1.10.2. Синхронные передачи. Сельсины.........................
Контактный сельсин . . . ..................................
Бесконтактный сельсин......................................
1.10.3. Понятие о следящих системах.........................
1.10.4. Усилители автоматических устройств..................
Электромашннный усилитель.................................
Магнитный усилитель....................................
Дифференциальный усилитель...............................
1.11. Электроизмерительные приборы............................
1.11.1. Принцип действия электроизмерительных приборов.........
Приборы магнитоэлектрической системы........................
Приборы электромагнитной системы............................
Приборы электродинамической системы.........................
Приборы термоэлектрической системы . . .....................
Тепловые приборы ...........................................
1.11.2. Основные электроизмерительные приборы..................
Амперметр..................................................
Вольтметр............. . . -.............................
Омметр....................................................
Универсальные (комбинированные) приборы . ................
Комбинированный прибор Ц4313...............
1.11.3. Выбор электроизмерительного прибора для измерений . . .
Глава 2. Радиотехника................................... . . .
2.1. Электромагнитные колебания и «колебательный контур.........
2.1.1. Свободные колебания в контуре . . ♦ ..................
2:1.2. Вынужденные колебания в контуре . .....................
2.1.3. Резонанс в колебательном контуре......................
Резонанс напряжений.......................................
Резонанс токов ...........................................
2.1.4. Связанные цепи . . . .....................’...........
2.1.5. Колебательные системы сверхвысоких частот.............
2.2. Электровакуумные приборы...................................
2.2.1. Термоэлектронная эмиссия . . ........................
2.2.2. Устройство электронной лампы..........................
Маркировка радиоламп......................................
2.2.3. Двухэлектродная лампа — диод.....................• • •
2.2.4. Трехэлектродная лампа ~ триод.........................
2.2.5. Четырехэлектродпая лампа— тетрод. Лучевой тетрод . . .
2.2.6. Пятиэлектродная лампа — пентод.........................
2.2.7. Триоды ультракоротких волн....................... .
2.2.8. Газоразрядные (ионные) приборы......................;
Стр.
56
61
64
63
68
70
73
74
77
78
79
81
82
83
85
86
88
89
91
93
94
95
96
97
98
101
105
106
108
109
111
112
ИЗ
115
117
118
121
124
127
128
129
131
308
' Стр.
2.3. Полупроводниковые приборы . . • • ......................
2.3.1. Некоторые сведения об энергетической структуре вещества 134
2.3.2. Диэлектрики, полупроводники, проводники................. U6
2.3.3. Собственные и примесные полупроводники................. 137
2.3.4. Электронно-дырочный переход............................ 139
2.3.5. Полупроводниковые диолы................................. НО
2.3.6. Полупроводниковые триоды (транзисторы)................. 142
2.3.7. Схемы включения транзисторов........................... 144
2.4. Усилители сигналов...................... .................... 148
2.4.1. Ламповые усилители на сопротивлении.................... 149
2.4.2. Транзисторный усилитель на сопротивлении............... 152
2.4.3. Усилители мощности на триодах.......................... 153
2.4.4. Обратная связь в усилителях............................ 155
2.5. Микроэлектроника............................................. 156
2.5.1. Общие сведения........................................
2.5.2. Мнкромодули............................................ 157
2.5.3. Интегральные схемы..................................... 158
2,5.4. Функциональные приборы............................... 160
2.6.1. Общие сведения............................................ —
2.6.2. Усилители мощности высокой часто!ы.................... 162
2.6.3. Принцип работы лампового генератора с самовозбуждением
(автогенератора).............................................. 165
2.6.4. Схемы автогенераторов................................... 166
2К5. Стабилизация частоты радиопередающих устройств........... 168
2.6.6. Триодный генератор СВЧ................................. 169
2.6.7. Отражательный клистрон.................................. 170
2.6.8. Магнетронные генераторы................................ 172
2.6.9. Амплитрон.............................................. 175
2.6.10. Управление колебаниями высокой частоты................. 176
2.7. » Линин передачи энергия высокой частоты.................... 178
2.7.1. Бегущие и стоячие'волны....................................—
2.7.2. Входное сопротивление линии............................. 181
2.7.3. Типы фидерных линий и их применение..................... 182
2.8. Литейные системы . . ......................................... 184
2.8.1. Общие сведения........................................... —
2.8.2. Вибраторные антенны...................................... 185
2.8.3. Рупорные я параболические антенны........................ 187
2.9. Распространение радиоволн ..................................... 189
2.9.1. Общие сведения.........................................
2.9.2. Особенности распространения ультракоротких воли (УКВ) . 190
2.10. Радиоприемные устройства .................................... 192
2.10..1 . Общие сведения......................................
2.10.2. Усилитель высокой частоты.............................. 196
2.10.3. УВЧ на лампе с бегущей волной (ЛБВ).................... 198
2.10.4. Преобразователи частоты............................... 201
2.10.5. Усилитель промежуточном частоты (УПЧ).................. 205
2.10.6. Детектирование . ...................................... 207
2.10.7. Видеоусилитель . ...................................... 209
2.10.8. Автоматическая подстройка частоты и регулировка усиле-
ния в приемнике ....................................... 210
t.lL Элементы импульсной техники................................... 212
2.11.1. Основные определения..................с.................. ~
309
Стр.
^.Информирование импульсов • . . . ; . 214
Схема амплитудного ограничителя...................... 215
Заряд и разряд емкости через активное сопротивление .... —
Дифференцирующая цепь . ............................... 217
Интегрирующая цепь................................... 218
2.11.3. Виды связи между каскадами........................ . . 219
2.11.4. Генераторы несинусоидальных напряжений................. 221
Мультивибраторы...................................... . —
Триггеры.................................................... 223
Блокннг-генераторы . . , . ........................ 225
2.12.Индикаторные устройства..................................... 227
2.12.1. Назначение и типы индикаторных устройств................
2.12.2. Принцип работы индикатора............................ 228
2.12.3. Типовой индикатор кругового обзора..................... 231
2 12.4. Канал формирования развертки дальности............. 235
2.12.5. Краткие сведения об индикаторах измерения высоты . . . 237
Глава 3. Основы вычислительной техники . . . .......... 241
3.1. Основы аналоговой вычислительной техники..................... 242
3.1.1. Принцип построения аналоговых вычислительных машин . . —
3.1.2. Простейшие решающие узлы АВМ............................. 243
3.1.3. Решающие усилители АВМ................................. 246
3.2. Основы цифровой вычислительной техники....................... 249
3.2.1. Принцип построения цифровых вычислительных машин ... —
3.2.2. Двоичная система счисления............................... 250
3.2.3. Арифметические действия над двоичными числами.......... 252
3.2.4. Логические элементы ЭЦВМ................................. 253
3.2.5. Ферритднодные и ферриттраизисторные ячейки............... 257
3.2.6. Основные узлы ЭЦВМ....................................... 260
Глава 4* Основы автоматизации систем управления в РТВ................ 266
4.1. Принципы обработки радиолокационной информации (РЛИ) в
автоматизированных системах управления.............................. —
4.1.1. Понятие об обработке РЛИ . . .....................
4.1.2. Первичная обработка РЛИ.................................. 267
4.1.3. Вторична* обработка РЛИ................................... 273
4.1.4. Понятие о третичной обработке РЛИ........................ 277
4.2. Основы передачи дискретной информации в АСУ.................. 278
4.2. Г. Назначение и структурная схема системы передачи дискрет-
ной информации............................................ . . . —
4.2.2. Виды модуляции сигналов в системах передачи дискретной
информации................................................... 280
4.2.3. Помехоустойчивое кодирование ............................ 282
4.2.4. Понятие о фазировании распределителей . ................. 284
Глава 5. Принципы и методы радиолокации.............................. 286
5.1. Общие сведения................................................. —
5.2. Методы радиолокации.......................................... 287
5.3. Методы измерения дальности . ............................ —
5.4- Методы определения азимута и угла места...................... 289
5.5. Системы селекции движущихся целей (СДШ..................... 292
5.6. Потенииалоскопы . . . ....................................... 295
310
Стр.
Глава 6. Основные характеристики РЛС РТР». ... к...................... 2{.Ю
6.1. Тактические характеристики РЛС .................................. —
6.2. Технические характеристики РЛС . . ....................... . 301
6.2.2. Высокочастотный тракт . . ................................ —
6.2.3. Антенные устройства..................................... 302
6.2.4. Приемное устройство РЛС................................. 304
6.2.5. Аппаратура зашиты от пассивных помех (АЗПП).......... —
6.2.6. Аппаратура зашиты от активных помех (АЗАП)........... 305
6.2.7. Системы вращения и качания антенн РЛС..................... —
• УЧЕБНИК МЛАДШЕГО СПЕЦИАЛИСТА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ВОЙСК
Часть первая
Редактор С. П, Матвеве
Технический редактор М» П. Зудина Корректор Л. М. Хмелънова
Сдано в набор 4.09.79. Подписано в печать 13.06.80. Г-327^
Формат бОхООЛв. I9V1 печ. л. 19’/* усл. печ. л. 20,076 уч.-изд. л.
Изд. № 13/6089 Бесплатно- Зак. № 33j
Воениздат
103160. Москва, К-160
2-я типография Военнздата
191065. Ленинград, Д-65. Дворцовая пл., 10