Радиотехника и электроника - Пруслин З.М., Смирнова М.А.

Автор: Пруслин З.М. Смирнова М.А.

Теги: электроника радиотехника учебник

Год: 1970

Похожие

Ежегодник радиолюбителя. Выпуск 675

Основы радиотехники

Журнал "Радио", 1967 №05

Журнал "Радио", 1961 №01

Текст

3. М. ПРУСЛИН, М. А. СМИРНОВА
РАДИОТЕХНИКА
И ЭЛЕКТРОНИКА
ИЗДАНИЕ 3-е,
ИСПРАВЛЕННОЕ
Одобрено
Ученым советом Государственного комитета
Совета Министров СССР
по профессионально-техническому образованию
в качестве учебника
для профессионально-технических училищ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
Москва 19 70

6Ф2
П85
Пруслин 3. М. и Смирнова М А.
П 85 Радиотехника и электроника
Учебник для цроф.-техн училищ. Изд. 3-е, испр.
М., «Высш. школа», 1970
384 с. с и л л.
В книге изложены принципы передачи
информации посредством радиоволн
(радиосвязь, радиовещание, радиолокация,
телевидение). Основное внимание уделено
рассмотрению физических процессов в
радиоаппаратуре.
Во втором издании книги расширен
материал, касающийся схем на полупроводниковых
приборах, рассмотрены схемы усилителей
постоянного тока и новые способы усиления
слабых сигналов, даны элементарные
понятия о логических схемах.
Главы 1—VIII написаны кандидатом
технических наук Пруслиным 3. М, главы IX—
XIII — инженером Смирновой М А.
6Ф2 + 6П2.131
3—4—1
54—70
Со всеми замечаниями просим обращаться
по адресу: Москва, И-51, Неглинная улица,
29/14, издательство «Высшая школа».

ГЛАВА I
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Краткий исторический обзор развития радиотехники
Советский народ с полным основанием гордится тем, что
наша страна является родиной радио. Радио изобрел замечательный
русский ученый Александр Степанович Попов A859—1906).
Датой изобретения радио считается 7 мая 1895 г., когда А. С.
Попов выступил на заседании физического отделения Русского
физико-химического общества в Петербурге с докладом «Об отношении
металлических порошков к электрическим колебаниям». В докладе
он сообщил об изобретенном им приборе для приема и регистрации
электромагнитных волн и продемонстрировал первый в мире
радиоприемник. День 7 мая вошел в историю науки как день
рождения радио.
Изобретению радио предшествовал ряд важных исследований,
проведенных выдающимися физиками и электротехниками в
области электричества и магнетизма. В 1820 г. X. Эрстед
установил взаимную связь между электрическими и магнитными
явлениями. В 1831 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной
индукции — основу современной электротехники и радиотехники.
В 1873 г. Д. Максвелл опубликовал свою знаменитую работу о
волновом характере распространения радиоволн. В 1888 г. Г. Герц,
а в 1895 г. П. Н. Лебедев экспериментально подтвердили
правильность теоретических выводов Максвелла.
А. С. Попов многократно повторял опыты Г. Герца с
электромагнитными волнами. Он установил, что можно увеличить
дальность обнаружения присоединением к прибору провода,
получившего название антенны; применил в своих приборах элементы
настройки на определенную длину волны. В 1897 г. А. С. Попов
осуществил радиосвязь между двумя кораблями на расстоянии
5 км. Он обнаружил, что радиоволны отражаются от кораблей. Это
явление было положено в основу радиолокации.
В 1899 г. П. Н. Рыбкин, ближайший помощник А. С. Попова,
обнаружил возможность приема радиотелеграфных сигналов на
а

слух. В этом же году А. С. Попову и П. Н. Рыбкину удалось
осуществить радиосвязь на расстоянии свыше 40 км, а в 1901 г. они
установили на Черном море связь между кораблями на
расстоянии 130 км.
Несмотря на большие заслуги перед наукой, А. С. Попов
работал в тяжелых условиях. Царское правительство отнеслось к
изобретению с недоверием, выдаваемые на его работы денежные
средства были ничтожно малы.
После победы Великой Октябрьской социалистической
революции в нашей стране уделяется большое внимание развитию
радиосвязи и радиовещания. 21 июня 1918 г. В. И. Ленин подписал
декрет «О централизации радиотехнического дела». По указанию
В. И. Ленина была организована Нижегородская
радиолаборатория во главе с талантливым инженером М. А. Бонч-Бруевичем.
Эта лаборатория сыграла большую роль в развитии отечественной
радиотехники. В 1919 г. в Нижегородской лаборатории были
созданы первые советские электронные лампы, а в 1920 г. построен
первый радиовещательный передатчик.
В. И. Ленин придавал большое значение работе лаборатории.
Так, в связи с успешными опытами по радиотелефонной передаче
5 февраля 1920 г. он пишет письмо М. А. Бонч-Бруевичу, в
котором благодарит его за большую работу в области радио и обещает
свое всемерное содействие в деле создания «газеты без бумаги» и
«без расстояний».
По предложению В. И. Ленина Политбюро ЦК партии 25 мая
1922 г. приняло решение о финансировании Нижегородской
радиолаборатории для наибольшего ускорения разработки,
усовершенствования и производства громкоговорящих телефонов и
радиоприемников.
Первая радиотелефонная станция мощностью 12 кет начала
радиовещание в Москве в 1922 г. Она была построена коллективом
Нижегородской радиолаборатории.
В годы довоенных пятилеток радиопромышленность СССР уже
развилась в крупную самостоятельную отрасль промышленности.
Было создано много научных институтов и лабораторий,
занимающихся вопросами радиотехники. Большое число учебных
заведений подготовило и продолжает готовить многочисленные кадры
радиоспециалистов.
В развитие отечественной радиотехники внесли большой вклад
ее основоположники М. А. Бонч-Бруевич, М. В. Шулейкин,
Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, В. П. Вологдин, Б. А.
Введенский и др.
Достигнуты крупные успехи в области электроники, в
производстве новых типов электровакуумных приборов,
малогабаритных радиодеталей. Освоено производство полупроводниковых
приборов, развернуты большие работы по внедрению нового вида
связи — радиорелейных линий. За последние несколько лет по-
4

строены десятки телевизионных центров и мощных
трансляционных станций.
Ярким свидетельством успехов советской радиотехники
является ее роль в обеспечении запуска искусственных спутников
Земли и космических ракет: впервые в истории человечества
радиосвязь вышла за пределы земного шара — в космическое
пространство. Обеспечена двусторонняя радиосвязь космических
кораблей с планетой Земля и двусторонняя связь в космосе между
космическими кораблями.
Область применения радиотехники и радиоэлектроники
В настоящее время трудно назвать такую отрасль науки,
техники, народного хозяйства и культуры, где бы не применялась
радиотехника. Она имеет много самостоятельных отраслей:
радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация,
радионавигация, радиоастрономия, радиотелеметрия и др.
Радиосвязь имеет огромное значение. Наша страна связан
на радиолиниями с крупными городами Европы, Азии, Африки,
Латинской Америки. Москва поддерживает постоянную
радиосвязь со столицами союзных республик. По радио связаны между
собой крупные промышленные центры. Радио является
единственным средством связи отдаленных пунктов Севера и других
окраин нашей страны с Большой Землей. Радиосвязь можно
использовать и для управления энергосистемами, нефтепроводами,
газопроводами.
Радиовещание является мощным средством
политического и культурного воспитания масс. В нашей стране построено
много радиовещательных станций, технически совершенствуются
действующие станции. Особенно большое внимание уделяется
развитию радиовещания на ультракоротких волнах (УКВ).
Создается сеть радиостанций с частотной модуляцией. Это поможет
решить проблему многопрограммного вещания. Предполагается
довести число радиовещательных программ до шести-семи, из
них примерно четыре будут передаваться на УКВ. Завершается
радиофикация страны. Налажен массовый выпуск
радиоприемников на полупроводниках.
Телевидение получает большое развитие. Если в 1953 г. в
нашей стране работало всего три телецентра и было 225 тысяч
телевизионных приемников, то к 1965 г. работало 168
телецентров, около 300 ретрансляторов и у населения было свыше 10 млн.
телевизионных приемников.
В Директивах XXIII съезда КПСС по пятилетнему плану
развития народного хозяйства СССР намечено довести производство
в 1970 г. радиоприемников до 7,5 — 8 млн. и телевизоров до
7,5 — 7,7 млн. против соответственно 5,2 и 3,7 млн. в 1965 г.
Подчеркивается необходимость всемерно развивать производство ра-
5

диоприемников и телевизоров с применением полупроводниковых
приборов, освоить массовое производство телевизоров для приема
цветного изображения. В новой пятилетке в Москве, Ленинграде,
в столицах союзных республик начнутся передачи цветного
телевидения. В столицах союзных республик, а также во многих
областных центрах предусматривается передача не менее двух
телевизионных программ, а в Москве и Подмосковье после
завершения строительства телевизионной башни в Останкино — четы-
рех-пяти телевизионных программ.
В ближайшие годы значительно возрастет значение
искусственных спутников связи, так как увеличится количество
наземных станций, способных принимать и ретранслировать
принимаемые ими телевизионные передачи, в том числе и передачи
цветного телевидения.
Радиолокация имеет большое оборонное значение.
Радиолокационные станции (радиолокаторы) дают возможность
обнаружить местоположение самолетов и других объектов,
определить их координаты. Радиолокация позволяет обеспечить
безаварийное плавание судов, управлять движением самолетов,
производить их посадку ночью и в плохую погоду.
Радионавигация, кроме радиолокаторов, использует различные
радионавигационные приборы, позволяющие осуществлять
уверенное вождение самолетов и кораблей в любых
метеорологических условиях.
Радиоастрономия в настоящее время является одним из
мощных средств изучения Вселенной. При помощи
радиотелескопов ведется наблюдение за радиоизлучением Солнца и других
планет Это дает возможность судить о составе вещества планет
и строении их поверхности.
В связи с тем, что большая часть радиоизлучения планет
поглощается атмосферой и не доходит до поверхности Земли,
используется специальное оборудование на искусственных
спутниках Земли Весной 1963 г. систематически поддерживалась связь
с запущенной с Земли межпланетной станцией Марс-1. При этом
впервые удалось осуществить двустороннюю радиосвязь на
расстоянии свыше 100 млн. км. За последнее время стали применять
телевизионные астрономические системы* которые позволяют
наблюдать на экране телевизора яркое изображение участка
звездного неба.
Радиотелеметрия дает возможность измерять различные
величины на расстоянии. Радиотелеметрическое оборудование,
установленное на спутниках Земли, позволяет изучить процессы,
происходящие на космическом корабле на различных высотах,
поведение живого организма в условиях космического полета, состав
околоземного пространства и его влияние на живые организмы.
Особенностью радиотехники является передача информации
на большие расстояния при помощи электромагнитных волн вы-
6

сокой частоты. Но радиотехнические методы также широко
используются для решения задач, не связанных с излучением
электромагнитных волн. Появился новый термин радиоэлектроника,
включающий в себя радиотехнику и электронику.
Радиоэлектроника широко внедряется во все отрасли
народного хозяйства. Она имеет решающее значение в автоматизации
производственных процессов, дает возможность быстро
производить химические анализы различных веществ. При помощи
высокочастотных установок плавят металлы, закаливают их, сушат
древесину, текстиль, обрабатывают пищевые продукты.
Большое применение находит радиоэлектроника в медицине:
при определении заболевания и для лечения. Электрокардиограф
позволяет записывать биотоки сердца на ленту. По этой записи
врач судит о работе сердца. Для лечения некоторых заболеваний
применяют диатермию — нагрев некоторых участков тела токами
высокой частоты.
Велики перспективы применения радиоэлектроники в сельском
хозяйстве Разработаны электронные устройства, называемые
радиодублерами, которые позволяют одному трактористу
одновременно управлять двумя и более тракторами. При помощи
электронных измерительных приборов можно наблюдать
жизнедеятельность растений и животных и активно влиять на жизненные
процессы.
За последнее время получила широкое развитие одна из
наиболее интересных отраслей современной науки — кибернетика.
Кибернетика — наука, которая занимается вопросами управления
и связи. Кибернетические устройства представляют собой
быстродействующие электронные системы, решающие в короткое время
такие сложные задачи, на решение которых человеку требуются
многие годы.
За последние годы в радиотехнике появилось много
принципиально новых устройств, безгранично расширяющих области ее
применения В настоящее время ведутся работы по
использованию световых волн для передачи и приема звуковых и
телевизионных программ.
Радиотехника и радиоэлектроника развиваются чрезвычайно
быстро. Коммунистическая партия и Советское правительство
высоко оценивают роль радиоэлектроники в развитии народного
хозяйства. И нет сомнения в том, что и в дальнейшем достижения
радиоэлектроники явятся ценным вкладом в создание
материально-технической базы коммунизма.
§ 2 ПРИНЦИПЫ РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОПРИЕМА
Связь между корреспондентами при помощи передачи и
приема энергии радиоволн называется радиосвязью. В зависимости
от назначения передаваемых сигналов радиосвязь делят на радио-
7

телеграфию, радиотелефонию, радиофототелеграфию, телевидение
и радиовещание.
Радиосвязь бывает одно- и двусторонней. Передачу
сообщений в одном направлении применяют, например, при
радиовещании и телевидении. При этом сигналы передатчика одновременно
принимаются многими приемниками. Упрощенная структурная
схема односторонней радиосвязи показана на рис. 1.
Радиопередатчик вырабатывает ток высокой (несущей) частоты.
Преобразователь сообщения управляет высокочастотными колебаниями
передатчика, изменяя форму тока.
Воспроизво
вящее устрой
ство
Рис. 1. Упрощенная структурная схема радиосвязи
Этот процесс называется модуляцией, а полученные при этом
колебания называются модулированными колебаниями.
Модулированный ток, действующий в передающей антенне, вызывает
излучение электромагнитной энергии в окружающее пространство
в виде радиоволн.
Пересекая приемную антенну, радиоволны наводят в ней
переменную э, д. с. В радиоприемнике э. д. с. принятого сигнала
усиливается. Затем происходит процесс, обратный модуляции, —
выделение из модулированных колебаний того сообщения,
которое управляло радиопередатчиком. Этот процесс называется
детектированием. В результате детектирования получается ток,
который приводит в действие воспроизводящее устройство,
например телефон или громкоговоритель.
Двустороннюю связь применяют для радиосвязи. Для
осуществления такой связи каждая радиостанция должна иметь и
передатчик, и приемник.
Радиоволны распространяются в пространстве со скоростью
света, равной 300 000 км/сек. Определенной частоте или периоду
колебаний в антенне соответствует определенная длина волны.
Длиной волны называется расстояние, на которое
распространяется электромагнитная энергия в течение одного периода
колебаний в антенне. Длина волны
где % — длина волны, м;
v — скорость распространения электромагнитной энергии,
MJcen;
антенна
\! V
антенна
Лреоо~разо8а
тель сообще
ния

Радиопередатчик
Радиолри
емник
8

Т — период колебаний, сек.
Так как Т — —, где / — частота, гц, то Х = —, а /= —
Радиоволны занимают спектр частот примерно от 3 • 103 до
3 • 101? гц. Этот спектр разбивают на отдельные диапазоны,
наименования которым даны по длинам волн. В табл. 1 приведена-
классификация радиоволн (номера и наименования диапазонов)
согласно Регламенту радиосвязи (М., Связьиздат, 1961).
Таблица 1
Классификация радиоволн
га
В
о
S?ES
а в
й га
й К
И и
4
5
6
7
8
9
10
И
12
Наименование
диапазона
Мириаметро-
вые
(сверхдлинные)
Километровые
(длинные)
Гектометровые
(средние)
Декаметровые
(короткие)

Ультракороткие
1 метровые
дециметро-
1 вые
сантиметро-
1 вые

Миллиметровые
Децимилли-
метровые
Крайние длины
волн, м
Ю6—10*
104—10"
108—10*
10а—10
10—1
1—0,1
0,1—0,01
0,01—0,001
0,001—0,0001
Крайние
частоты гц
3-Ю8—3-Ю4
3-Ю4—3-Ю5
3-Ю5—3-Ю8
3-Ю8—3-Ю'
3-Ю7—3-Ю8
3-Ю8— 3-10°
3-Ю9—3 1010
3.101°—3-10»
3-Ю11—3-Ю12
Важнейшие области
применения
Радионавигация,
грозовое
предупреждение
Радиосвязь,
радионавигация
Радиосвязь,
радиовещание ,
радионавигация
Радиосвязь,
радиовещание
Радиосвязь,
радиовещание ,
телевидение,
радиолокация, радиорелейная
связь,
радионавигация и др
Диапазоны
осваиваются для
различных применений
Для каждого диапазона в табл. 1 указаны крайние длины волн
и соответствующие крайние частоты.
Так, для 4-го диапазона (мириаметровые волны) длине волны
%\ = 105 м соответствует частота
/!=•
*1
3 • 108
ю5
= 3 . 103 гц,
а длине волны Я2 = Ю4 м соответствует частота
3 10s
и
10"
= 3 • 101 гц.
9

Разность между крайними частотами составляет полосу
частот F каждого диапазона:
Для 4-го диапазона полоса частот F=3 • 104—3 • 103=2,7 • 104 гц.
Приведем значения ширины полосы частот для всех диапазонов:
Номер
диапазона 4 5 6 7 8
Полоса частот,
щ . . 2,7-10* 2,7-10в 2,7-10в 2,7-Ю7 2,7.10»
Номер диапазона ,9 10 11 12
Полоса частот, гц . 2,7-Ю9 2,7-Ю10 2,7-10" 2,7-Ю12
Как видим, с увеличением номера диапазона, т. е. по мере
перехода к диапазону более коротких волн, полоса частот становится
все шире.
Вопросы для повторения
1. Каково назначение тока высокой частоты в радиопередатчике?
2. Какие процессы называют модуляцией и детектированием?
3. Определить длины волн, соответствующие частотам: 300 кгц, 900 кгц,
3 Мгц, 15 Мгц.
4. Определить частоты, соответствующие длинам волн: 3 м, 15 м,
60 м, 300 м
5. Сколько имеется свободных волн для радиовещательных станций
в 5 и 8-ом диапазонах (километровые и метровые волны), если для каждой
станции нужна полоса частот 9 кгц?

ГЛАВА II
ЭЛЕКТРОННЫЕ, ИОННЫЕ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
§ 3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССАХ
В электронных приборах происходит управляемое движение
электрических зарядов в вакууме, в разреженном газе или в
полупроводнике. В соответствии с этим различают следующие типы
приборов:
вакуумные электронные приборы;
ионные, или газоразрядные, приборы;
полупроводниковые приборы.
Основные свойства электрона. Согласно современной
электронной теории вещество имеет атомное строение. Атом любого
элемента состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся
вокруг него электронов.
Электрон — частица материи, обладающая наименьшим
возможным отрицательным электрическим зарядом. Заряд
электрона е равен 1,601 X Ю-19 в. Масса электрона т равна 0,91 Х10~27 г,
что меньше массы атома водорода в 1845 раз.
Отношение заряда электрона к его массе есть величина
постоянная:
— == 1,759 • 108 — = 1,759 • 1011 — .
т г кг
Движение электрона в электрическом и магнитном поле.
В электронных приборах движение электронов происходит под
действием электрического или магнитного поля.
Вначале рассмотрим движение электрона в
электрическом поле. Представим себе, что в баллоне, из которого
удален воздух, помещены две параллельные пластины — анод А
и катод К (рис. 2, а). Присоединим к этим пластинам батарею
с напряжением U (плюс к аноду и минус к катоду); между анодом
и катодом образуется электрическое поле.
Напряженность этого поля:
где d — расстояние между пластинами.
11

Силовые линии этого поля направлены от анода к катоду.
Если поместить электрон в электрическое поле, на него начнет
действовать сила F = eE, стремящаяся переместить электрон
навстречу электрическому полю. При движении электрона его
скорость возрастает. Электрон приобретает кинетическую энергию
</
1
А
!
1
к
~йг
1
A 1
J_
"
«J
6)
Рис. 2. Движение электрона в однородном электрическом
поле:
а — начальная скорость параллельна силовым линиям поля, б —
начальная скорость перпендикулярна силовым линиям поля
—2~, равную работе, которую затрачивает поле на его
перемещение. Эта работа равна произведению силы на путь:
Fd = eEd = eU.
Таким образом,
eU.
Отсюда находим скорость электрона в конце пути:
v ¦¦
m
е
Подставив значение отношения
v Г_^_] » 600 УЩв
сек I '
и ¦
получим
A)
B)
Если, например, напряжение U между электродами равно 200 в,
то скорость электрона в конце пути
v = 6001/200 я» 8460 км/сек.
Мы рассмотрели движение электрона в ускоряющем поле.
Рассмотрим также движение электрона в тормозящем поле.
12

Пусть электрон, находившийся вначале у анода, получил
начальный толчок в направлении к катоду. В этом случае
действующая на электрон сила F направлена навстречу скорости
электрона v\ электрическое поле тормозит движение электрона.
Кинетическую энергию, которую приобрел электрон в момент начального
толчка, он отдает при движении в тормозящем электрическом поле.
Пусть, наконец, электрон первоначально двигался поперек
электрического поля (рис. 2, б). Под действием сил этого поля он
отклоняется от прямолинейного пути в сторону анода. При этом
степень отклонения зависит от первоначальной скорости
электрона и напряженности электрического поля.
Рис. 3. Движение электрона в однородном магнитном поле:
а — правило буравчика, б — t>0 направлена перпендикулярно силовым линиям
поля, в — во направлена под углом а к силовым линиям поля
На движение электрона оказывает также влияние
магнитное поле. Пусть электрон движется со скоростью v в
однородном магнитном поле, т. е. в поле, силовые линии которого
прямолинейны, параллельны между собой и имеют одинаковую густоту.
Сила F, с которой поле действует на электрон, зависит от
напряженности магнитного поля Н, величины и направления начальной
скорости Vq.
Направление силы F можно определить по правилу буравчика.
Если вращать ручку буравчика от Н к vq (рис. 3, а), то
поступательное движение буравчика совпадет с направлением силы F.
Таким образом, сила F перпендикулярна направлению силовой линии
магнитного поля и направлению скорости электрона.
Рассмотрим несколько случаев движения электрона в
однородном магнитном поле.
1. Начальная скорость электрона равна нулю (^о=0). В этом
случае сила F равна нулю, т. е. на неподвижный электрон
магнитное поле не оказывает влияния.
2. Начальная скорость электрона не равна нулю (w0=^=0) , но
направлена вдоль силовых линий поля. И в этом случае сила F
равна нулю, т. е. электрон движется вдоль силовых линий не
меняя ни величины, ни направления скорости.
3. Начальная скорость электрона не равна нулю (и0=^=0), но
направлена перпендикулярно силовым линиям. В этом случае
13

электрон движется под действием силы F по окружности, лежащей
в плоскости, перпендикулярной силовым линиям (рис. 3, б).
4. Начальная скорость не равна нулю (vo=j=0), но направлена
к силовым линиям поля под некоторым углом а. Скорость v0
можно разложить на составляющую vo\\, направленную вдоль силовых
линий, и составляющую voj_, направленную перпендикулярно
силовым линиям поля. Под действием Уоц электрон движется, как и
в случае 2, вдоль силовых линий, а под действием fo_i_, как и в
случае 3, — по окружности. Под действием обеих составляющих
электрон движется по спирали, ось которой направлена
параллельно силовым линиям поля (рис. 3, б).
Виды электронной эмиссии. Источниками свободных
электронов являются металлы, в которых внешние (валентные)
электроны слабо связаны с атомами и легко от них отделяются. Скорости
этих электронов в металле имеют различную величину и
направление. Электроны, имеющие большую скорость, могут подходить
изнутри к поверхности металла и вылетать во внешнее
пространство. Когда электроны покидают металл, они лишают его
отрицательных зарядов; поэтому металл заряжается положительно и
притягивает к себе вылетающие электроны. Для преодоления этой
силы притяжения электрон должен затратить некоторую
энергию Wo, которую называют работой выхода.
При комнатной температуре лишь незначительная часть
электронов обладает кинетической энергией, достаточной для
совершения работы выхода. Существуют различные способы повышения
энергии электронов и в зависимости от этого различают виды
выделения из металла свободных электронов, т. е. виды электронной
эмиссии.
При нагревании металла кинетическая энергия и скорость
электронов увеличиваются и могут стать достаточными, чтобы
электроны могли совершить работу выхода. Получаемая в
результате нагревания металла эмиссия называется термоэлектронной.
Электроны, падающие на металл, могут выбить из него другие
электроны. При этом электроны, падающие на металл, называются
первичными, а выбиваемые из металла — вторичными. Работа
выхода вторичных электронов совершается за счет энергии
первичных электронов. Такой вид эмиссии называется вторичной
электронной эмиссией.
При воздействии на металл световой энергии электронам может
быть сообщена такая кинетическая энергия и скорость, что они
смогут совершить работу выхода. Получаемая в результате этого
эмиссия называется фотоэлектронной.
В большинстве электронных ламп используется
термоэлектронная эмиссия, которая заключается в том, что проводник,
накаливаемый до высокой температуры, выделяет в окружающее
пространство свободные электроны. Проводник, предназначенный для
эмиссии электронов, называется катодом.
14

§ 4, КАТОДЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП
Катоды различают в зависимости от материалов, из которых
они изготовлены (катоды из чистых металлов, пленочные, или
активированные, катоды и полупроводниковые катоды), и по
способу нагревания (катоды прямого накала и катоды косвенного
накала).
Различные металлы обладают различной работой выхода, а
следовательно, различными эмиссионными способностями. Наиболее
выгодными являются те металлы, которые обладают малой
работой выхода и могут выдержать высокие рабочие температуры.
Катоды из чистых металлов. К этому типу относят
вольфрамовый катод. Вольфрам имеет наивысшую температуру плавления
C382°С*), обладает хорошей ковкостью и тягучестью. Эмиссия
электронов получается при температуре 2000° С.
Основными достоинствами вольфрамового катода являются
постоянство его эмиссионных свойств и способность паров
вольфрама вступать в химические соединения с газами, остающимися в
лампе после откачки, тем самым производя лучшее обезгаживание
лампы.
Вольфрамовые катоды применяют в мощных лампах.
Пленочные катоды. Недостатком вольфрамового катода
является большая работа выхода. Для уменьшения работы выхода
вольфрамовую проволоку покрывают активным слоем. Раньше
применялись торированные катоды, в которых к вольфраму
добавлялось небольшое количество тория. Недостаток торированных
катодов — их чувствительность к перегреву, что приводит к
резкому уменьшению тока эмиссии и сокращению срока службы
катода. Более совершенными являются карбидированные
катоды, в которых к вольфраму добавляется торий и углерод.
Они могут работать при более высоких температурах без
разрушения активного слол. Карбидированные катоды применяют в
лампах с повышенным напряжением.
Полупроводниковые катоды. К этой группе относят наиболее
широко применяемые в электронных и ионных приборах
оксидные катоды. Оксидный катод представляет собой никелевый
или вольфрамовый керн, покрытый слоем окислов бария, стронция
и кальция. Оксидные катоды обладают меньшей работой выхода.
Это позволяет получить большую термоэлектронную эмиссию при
сравнительно невысоких температурах F30—830°С).
Катоды прямого накала. Они нагреваются протекающим через
них током. На рис, 4 изображено несколько конструкций катодов
* С 1/1 1963 г. введен новый Государственный стандарт
«Международная система единиц» (СИ) для предпочтительного применения во всех
областях науки, техники и народного хозяйства, а также при преподавании.
В этой системе термодинамическая температура измеряется в градусах
Кельвина A°К = -273°С).
15

прямого накала для цилиндрических (рис. 4, а) и плоских
(рис. 4, б) электродов.
Катоды прямого накала в большинстве случаев нельзя
накаливать переменным током. Ввиду малой тепловой инерции
температура катода периодически изменяется, вызывая соответствующие
изменения тока эмиссии.
Катоды прямого накала применяют в экономичных лампах,
например в лампах, рассчитанных на питание от сухих батарей
или аккумуляторов.
О
В ЙВВЙ
О
«)
ей
$
Рис. 4. Конструкция катодов прямого накала:
а — для цилиндрических электродов, б — для плоских
электродов
Рис. 5. Конструкция катодов косвенного накала:
а — катод с петлеобразным подогревателем, б — катод
с подогревателем в виде бифилярно намотанной
проволоки, в — катод с подогревателем, имеющим вид плоской
спирали
16

Катоды косвенного накала. Они состоят из самого катода Я,
испускающего электроны, и нити накала НН, выполняющей
функцию подогревателя. Катодом является никелевая трубочка,
покрытая оксидным слоем. Нить накала — вольфрамовая проволока,
имеющая вид спирали или петли, на которую наносят жароупор-
ный изоляционный материал (алунд). Такой катод обладает
большой тепловой инерцией, что позволяет накаливать его переменным
током. Недостатком такого катода является то, что на его прогрев
требуется много времени (от 15 до 25 сек).
На рис. 5 показаны примеры конструкций подогревных катодов.
Катод с петлеобразным подогревателем (рис. 5, а) применяют при
небольших напряжениях накала; катод с подогревателем в виде
бифилярно намотанной проволоки (рис. 5, б) — для устранения
влияния магнитного поля, создаваемого током накала, на ток
электронной эмиссии и для более равномерного нагрева катода;
катод с подогревателем, имеющим вид плоской спирали
(рис. 5, в), — в металлокерамических лампах.
Основные параметры катодов
Работа катодов характеризуется рядом параметров. Основными
параметрами являются удельная эмиссия, удельная мощность
накала, эффективность (экономичность), долговечность (срок
службы) и рабочая температура.
Удельная эмиссия 1М Это величина тока электронной
эмиссии с одного квадратного сантиметра поверхности катода при
нормальной рабочей температуре. Удельная эмиссия зависит от
температуры, поверхности и свойств материала, из которого
изготовлен катод.
Удельная мощность накала Ряч -—г • Это мощность накала,
приходящаяся на 1 см2 поверхности катода. В рабочих условиях
мощность, подводимая от источника накала, равна мощности,
теряемой катодом. Основная часть мощности расходуется на
излучение тепла в пространство и лишь незначительная ее часть
расходуется на отвод тепла держателями катода и изоляторами и на
энергию, уносимую эмиттируемыми электронами.
Эффективность (экономичность) Н -^- . Это отношение
полного тока эмиссии катода при нормальной рабочей температуре
к мощности, затрачиваемой на его нагревание. Другими словами,
эффективность катода — это величина тока эмиссии в
миллиамперах, приходящаяся на 1 вт мощности накала. Более экономичными
являются активированные, в особенности оксидные, катоды.
Долговечность (срок службы) т [час]. Для катодов из чистых
металлов срок службы — это время, в течение которого диаметр
17

катода уменьшается на 10%; для пленочных и полупроводниковых
катодов — это время, в течение которого ток эмиссии составляет
не менее 80% номинального значения.
Рабочая температура Т [град]. Это температура эмиттирующей
поверхности катода в нормальных рабочих условиях.
§ 5 УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП
Электронная лампа кроме катода содержит анод и сетки. По
числу электродов различают следующие типы ламп:
двухэлектродные лампы (диоды) — без сеток,
трехэлектродные лампы (триоды) — с одной сеткой;
четырехэлектродные лампы (тетроды) — с двумя сетками;
пятиэлектродные лампы (пентоды) — с тремя сетками;
шестиэлектродные лампы (гексоды) — с четырьмя сетками;
семиэлектродные лампы (гептоды) — с пятью сетками;
восьмиэлектродные лампы (окюды) — с шестью сетками.
Кроме того, применяют комбинированные лампы, имеющие в
одном баллоне несколько ламп: двойной диод, двойной триод,
двойной диод-триод, двойной диод-пентод и др.
Прежде чем перейти к изучению перечисленных типов
приборов, рассмотрим основные элементы их конструкции.
Основными частями электронной лампы являются: электроды
(катод, анод и сетки) и баллон (колба), внутри которого
образован вакуум и помещены электроды.
Электроды ламп. Катоды ламп и их конструкции
рассмотрены нами выше.
Аноды ламп могут иметь цилиндрическую или
прямоугольную форму. Для изготовления анодов служат никель и некоторые
листовые материалы, например алюминированные сталь и никель.
Сетки обычно изготовляют в виде спирали. Материалом для
витков сетки служит проволока иа молибдена, вольфрама,
марганцовистого никеля и сплавов никеля с вольфрамом и молибденом.
Чтобы придать сеточной спирали необходимую жесткость, ее
витки приваривают к проволочным держателям, так называемым
траверсам.
Электроды ламп обычно монтируют на ножке. По конструкции
ножки бывают гребешковые и плоские. Гребешковые ножки
имеют большую длину, что увеличивает габариты лампы. Большая
длина вводов обусловливает их большую индуктивность и
большую емкость между ними, поэтому гребешковые ножки можно
встретить лишь в лампах старых выпусков. В лампах новых
выпусков применяют плоские ножки, достоинствами которых являются
малые габариты и малая длина вводов, возможность разнести
вводы на большие расстояния. Во многих конструкциях
сверхминиатюрных ламп вообще нет ножек. Вводы этих ламп запаивают в
нижнюю расплющенную часть баллона.
\8

Для откачки воздуха внутри ножки помещают тонкую
стеклянную трубочку — штенгель. В бесцокольных стеклянных и
пальчиковых лампах воздух откачивают через штенгель, впаянный в
купол баллона. Вакуум в лампе доводится до 10~б—Ю-7 мм рт. ст.
Для улучшения вакуума внутри баллона помещают геттер
(газопоглотитель). При нагреве он распыляется и связывает химически
и отчасти физически остатки воздуха внутри баллона.
Баллоны ламп. В зависимости от материала баллона лампы
бывают стеклянными, металлостеклянными, металлокерамически-
ми. Стеклянные баллоны для ламп с гребешковыми ножками
изготовляют из доломитового стекла, а для пальчиковых и
сверхминиатюрных ламп — из свинцового стекла. Валлоны металлических
ламп выполняют, как правило, из углеродистой стали,
покрываемой специальным лаком для предохранения их от коррозии.
§ 6. ДВУХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ (ДИОДЫ)
Устройство диода
Диод является простейшей электронной лампой. Кроме
катода К в стеклянном или металлическом баллоне имеется
положительно заряженный электрод А, называемый анодом. Условные
изображения и примерные конструкции диодов с катодами
прямого и косвенного накала показаны на рис. 6 и 7.
Для подключения лампы к схеме через основание или стенки
баллона делают металлические выводы от ее электродов.
На рис. 8 изображены схемы
включения в электрическую цепь
диода с катодом прямого накала
и с катодом косвенного накала.
Батарея ЕИ, накаливающая
катод, называется батареей накала,
а цепь, образованная этой
батареей и нитью накала, называется
цепью накала Батарея Еа,
включенная между анодом и катодом,
называется анодной батареей, а
цепь, составленная этой батареей
и пространством анод — катод
лампы, называется анодной цепью.
Рис 6 Диод с катодом прямого накала;
а — условное изображение, б — конструкция
Рис 7. Диод с катодом косвенного
накала
а — условное изображение, б — конструкция
6)
19

Разность потенциалов между анодом и катодом называется
анодным напряжением.
При накале катода до необходимой температуры он начинает
эмиттировать электроны. Включим анодную батарею Е а
положительным полюсом к аноду, а отрицательным к катоду. Под
действием электрического поля между анодом и катодом вылетевшие из
катода электроны начнут перемещаться к аноду. Промежуток
анод — катод замкнется электронным потоком и во внешней цепи
возникнет ток, называемый анодным током. Хотя электроны в
лампе летят от катода к аноду, направление тока условно принимают
обратным движению электронов, т. е. от анода к катоду или от
положительного зажима батареи к отрицательному.
0
Ен Еа
в)
Hh-HliH
9
Рис. 8. Схемы включения диода в электрическую цепь:
а — с катодом прямого накала, б — с катодом косвенного на-
Если изменить полярность включения батареи, т. е. включить
ее положительный полюс к катоду, а отрицательный к аноду, то
электроны, отталкиваемые отрицательным полем анода,
возвратятся на катод. Анодного тока не будет. Следовательно, внутри диода
ток может протекать лишь в одном направлении — от анода
к катоду. Это показывает, что диод обладает выпрямительным
свойством. Диод является вентилем, т. е. прибором, пропускающим
ток только в одном направлении.
Анодная батарея создает для электронов, вылетевших из
катода, ускоряющее поле. Но электроны, находящиеся между катодом
и анодом, образуют электронное облачко, так называемый
пространственный, или объемный, заряд, препятствующий движению
электронов к аноду. Таким образом, на движение электронов от
катода к аноду действует результирующая сила, образованная
ускоряющим полем анодной батареи и тормозящим полем
пространственного заряда.
20

Характеристика диода
Для каждой лампы важно знать ее вольтамперную
характеристику, т. е. зависимость анодного тока от анодного напряжения:
/а=Ф(?/а).
Такую характеристику можно
снять экспериментально,
пользуясь схемой, показанной на рис. 9,«.
Напряжение накала
поддерживают постоянным (?/н=const).
Постепенно увеличивая напряжение
Ua на аноде, отмечают значение
анодного тока.
На рис. 9,6 изображены вольт-
амперные характеристики, снятые
при напряжениях накала ?/нь UB2
И С/нЗ-
Рассмотрим характеристику,
снятую при напряжении С/Нь Эту
характеристику можно разделить
на две части — восходящую О А
и пологую АВ.
Когда анодное напряжение
Uй равно нулю, ток анода также
равен нулю, так как электроны не
притягиваются анодом. При малом
анодном напряжении большое
влияние на движение электронов
оказывает тормозящее действие
пространственного заряда. На анод
попадает только часть вылетевших
из катода электронов; анодный ток
нарастает медленно. Но по мере
увеличения анодного напряжения
все большее количество электронов
попадает на анод; анодный ток
быстро растет. Пространственный
заряд при этом все больше
рассасывается..
В восходящей части
характеристики ОА ток в цепи анода
определяется отрицательным
пространственным зарядом у катода.
Режим, определяемый этой частью
характеристики, называется ре-
<ЬЧъ
ff) "aW
I a (Ma)
6) Ua W
Рис. 9. Диод:
a — схема для исследования, б —
характеристики, в —
характеристический треугольник
21

жимом пространственного заряда. В этом режиме анодный ток
меньше тока эмиссии.
При дальнейшем увеличении анодного напряжения
ускоряющее поле анода становится настолько большим, что
пространственный заряд полностью рассасывается, и все электроны, вылетевшие
из катода, попадают на анод. Это соответствует пологой части
характеристики АВ. Режим, при котором на анод попадают все
электроны, вылетевшие из катода, называется режимом насыщения.
В этом режиме анодный ток примерно равен току эмиссии.
Сравнение характеристик, снятых при больших напряжениях
накала Ua2 и Z7rrs, показывает, что в восходящей части они почти
совпадают, но по мере увеличения напряжения накала ток
насыщения наступает при большем значении напряжения U&, и
предельное значение тока растет.
Следует отметить, что в современных лампах в режиме
насыщения ток /а продолжает расти с увеличением Gа. У оксидных
катодов насыщение мало заметно, так как электрическое поле
анода, проникая в толщу оксидного слоя, вырывает из него электроны
и создает дополнительную (автоэлектронную) эмиссию,
зависящую от анодного напряжения.
Параметры диода
Свойства лампы характеризуются ее основными параметрами —
крутизной S и внутренним сопротивлением Иг.
Крутизна лампы. Она показывает, на сколько миллиампер
изменится анодный ток, если изменить анодное напряжение на 1 е,
и определяется как отношение величины изменения анодного
тока А/а к величине соответствующего изменения напряжения на
аноде Д?/а:
S==J7T- ^
Внутреннее сопротивление лампы. Отношение изменения
анодного напряжения AUa к вызванному им изменению анодного
тока А/а характеризует сопротивление, которое оказывает диод
переменному току. Это сопротивление называется внутренним
сопротивлением лампы:
Д,--^.. D)
Внутреннее сопротивление является величиной, обратной
крутизне лампы:
*.-т- E)
22

Для определения крутизны S и внутреннего сопротивления Ri
можно воспользоваться треугольником ABC, построенным на
характеристике диода (рис. 9, в). Катет АВ обозначает изменение
анодного напряжения Л?7а, а катет ВС — соответствующее
изменение анодного тока Д/а.
Крутизну и внутреннее сопротивление обычно определяют в
середине прямолинейного участка характеристики.
К основным параметрам диода (крутизне и внутреннему
сопротивлению) следует добавшь дополнительные параметры:
допустимую мощность рассеяния на айоде и наибольшее обратное
напряжение.
Допустимая мощность рассеяния на аноде. Быстро летящие
электроны, ударяясь о поверхность анода, отдают ему свою
кинетическую энергию, которая выделяется в виде тепла. Мощность,
отдаваемая электронами аноду,
Если мощность Ра превосходит мощность, которую анод
рассеивает в окружающее пространство, температура анода повышается.
Это может привести к деформации анода и разрушению активного
слоя катода, находящеюся вблизи перегретого анода. Чтобы лампа
не вышла из строя, мощность Р& не должна превышать
максимально допустимую мощность рассеяния Ра макс-
Наибольшее обратное напряжение U05p- Если анод в процессе
работы нагреется до высокой температуры, то может возникнуть
термоэлектронная эмиссия с его поверхности. При больших
отрицательных напряжениях на аноде через лампу проходит
небольшой ток обратного направления, который может привести к
пробою лампы.
Применение диодов
Диоды служат для выпрямления переменного тока и для
детектирования.
Диоды, применяемые для выпрямления переменного тока,
называются кенотронами. Схемы выпрямления рассматриваются в
§ 16. В зависимости от назначения кенотроны делятся на маломош-
ные и мощные, высоковольтные (для выпрямления высоких
напряжений) и низковольтные, одноанодные и двуханодные.
Некоторые типы кенотронов: 1Ц1С, 1Ц7С, 1Ц11И, 2Ц2С, 5ЦЗС, 5Ц4С,
5Ц8С, 5Ц9С, 5Ц12П, 6Ц4П.
Схемы детектирования рассматриваются в § 49. Для
детектирования используют диоды с малым рабочим током. Размеры этих
диодов небольшие. В большинстве случаев эти диоды выполняют
сдвоенными или комбинируют с триодом или пентодом.
Некоторые типы детекторных диодов: 2Д1С, 2Д2С, 6Д6А, 6Х2П,
6Х6С, 6Х7Б.
23

§ 7. ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ (ТРИОДЫ)
В триоде, кроме катода и анода, имеется управляющая сетка,
расположенная между катодом и анодом. Обычно сетку выполняют
из проволоки. Условные изображения и примерные конструкции
триодов показаны на рис. 10. Сетка предназначена для управления
анодным током. Она
расположена вблизи катода, поэтому
небольшие изменения
напряжения на сетке вызывают
большие изменения анодного тока.
Электроны, эмиттируемые
катодом, могут пролетать сквозь
сетку к аноду. Но количество
долетающих электронов зависит
от напряжения на сетке. Если
напряжение, подводимое к
сетке, отрицательно, сетка
тормозит движение электронов.
Можно подать на сетку
отрицательное напряжение такой
величины, что анодный ток полностью
прекратится. Сеточное
напряжение такой величины
называется запирающим. Но если
увеличивать напряжение на сетке,
анодный ток будет возрастать.
Когда напряжение на сетке
положительное, между сеткой и
катодом образуется
дополнительное ускоряющее поле,
поток электронов перехватывается
сеткой и появляется сеточный
ток. Чаще всего триод должен
работать в схеме без сеточного
тока, поэтому на сетку подают
отрицательное напряжение.
Таким образом, увеличивая или
уменьшая напряжение на сетке, увеличивают или уменьшают
анодный ток. В этом и заключается управляющее действие сетки
лампы.
щ
6)
Рис. 10. Условные изображения и
конструкции триодов с катодами:
а — прямого накала, б — косвенного
Характеристика триода
На рис. И изображены схемы цепей триода с катодом прямого
и косвенного накала. В отличие от диода в триоде имеется цепь
сетки, составленная батареей сетки и пространством сетка — ка-
24

тод. Потенциал катода обычно принимают равным нулю. Поэтому
потенциалы других электродов — сетки и анода — отсчитывают
относительно этого условного нуля. Анодный ток триода зависит от
тока накала и потенциалов его электродов — сетки и анода. В
рабочих условиях напряжение накала в лампе поддерживается
постоянным и равным его номинальному значению. Тогда анодный ток
зависит от анодного и сеточного напряжений:
h = Ф (U„ Uc).
Ей
Ее
+
ЬЬФн
Еа
а)
Рис. И. Схемы цепей триода:
а — с катодом прямого накала, б — о катодом косвенного накала
/*|
so
40
30
20,
в/ю-
А/
k
(ма)
?,—-
1с
-Uc Uco S 0 8 IS 24 +UC F)
Щ 6)
Рис. 12. Триод:
а — схема для исследования, 6 — анодно-сеточная характеристика
Чтобы выяснить влияние одного из этих напряжений, другое
поддерживают постоянным. В соответствии с этим выясняют две
зависимости анодного тока:
зависимость анодного тока от напряжения на управляющей
сетке при постоянном анодном напряжении: Ia = q>(Ue) при
25

Ua = const; эту зависимость называют анодно-сеточной
характеристикой триода;
зависимость анодного тока от анодного напряжения при
постоянном напряжении на управляющей сетке: I&—f{Ug) при
Uc = const; эту зависимость называют анодной характеристикой
триода.
Анодно-сеточные и анодные характеристики триода можно
снять с помощью схемы, показанной на рис. 12, а.
На рис. 12, б изображена анодно-сеточная характеристика
/а = ф(С/с), снятая при определенном анодном напряжении ?/а.
Характеристика может быть разделена на следующие участки.
Участок АВ — нижний изгиб. При напряжении Uco лампа заперта.
Вокруг катода имеется плотный отрицательный пространственный
заряд, препятствующий движению электронов. Поэтому вначале
с уменьшением отрицательного сеточного напряжения ток
увеличивается медленно.
С уменьшением пространственного заряда характеристика
становится более крутой (участок ВС). Когда напряжение на сетке
становится положительным, появляется сеточный ток.
Характеристика сеточного тока /с показана на этом же рисунке. Пунктиром
изображена кривая суммарного (катодного) тока /к, равного
сумме двух токов.
1=1+1
Верхний изгиб характеристики CD объясняется наступлением
режима насыщения. Участок DE — область насыщения.
Пользуясь анодно-сеточной характеристикой, можно
определить величину анодного тока при заданном напряжении на сетке.
Рис. 13 Семейства характеристик триода;
а — анодно-сеточных, б — анодных
26

На рис. 13, а изображено семейство анодно-сеточных
характеристик триода ./а = ф(#с)> снятых при анодном напряжении Ua,
равном 300, 250, 200, 150, 100 в.
Как видно, при увеличении анодного напряжения
характеристики сдвигаются влево, а при уменьшении — вправо.
На рис. 13, б показано семейство анодных характеристик
триода Ia = f(Ua.), снятых при напряжении на сетке Uc, равном 0, —2,
—4, —6, —8, —10, —12 в. Характеристика, снятая при J70 = 0,
расположена так же, как и характеристика диода, и начинается
при ?7а=0. При увеличении отрицательного напряжения на сетке
характеристики сдвигаются вправо и начинаются при больших
значениях напряжения на аноде.
Параметры триода
Параметрами триода являются крутизна характеристики,
внутреннее сопротивление и коэффициент усиления лампы.
Крутизна характеристики S. Она показывает, на сколько
миллиампер изменится анодный ток при изменении сеточного
напряжения на 1 б при постоянном анодном напряжении:
при ил = const. F)
чем больше эффективная поверхность анода (поверхность, на
которую падают электроны) и меньше расстояние сетка — катод,
тем больше крутизна лампы. Для различных ламп крутизна имеет
различную величину (примерно 1—30 ма/в). Чем круче анодно-се-
точная характеристика, тем больше ее крутизна S. В восходящей
части характеристики величина S больше, а на нижнем и верхнем
изгибах характеристики эта величина меньше.
Внутреннее сопротивление лампы Rt. Оно равно отношению
изменения анодного напряжения к вызванному им изменению
анодного тока при постоянном напряжении на сетке.
Rt = —- [ом] при Uc = const. G)
Rt — это сопротивление, которое лампа оказывает переменной
составляющей анодного тока. Внутреннее сопротивление лампы
зависит от конструкции электродов. Так, чем меньше эмиссия
катода, чем гуще сетка и чем дальше анод от катода, тем больше
сопротивление Дг.
Для различных ламп сопротивление Rt имеет различную
величину (примерно 500—100000 ом). В прямолинейной части
характеристики величина Rt приблизительно постоянна и имеет
минимальное значение. На нижнем и верхнем изгибах Ri
увеличивается.
27

Сопротивление, которое лампа оказывает постоянной
составляющей анодного тока, или, как говорят, сопротивление
постоянному току, определяется по закону Ома делением анодного
напряжения Ua на анодный ток h:
До-7s- (8)
*а
Коэффициент усиления лампы ц. Это отношение изменения
анодного напряжения к соответствующему изменению сеточного
напряжения, если анодный ток остается постоянным.
и. = —- при i „ = const.
Коэффициент усиления fx показывает, во сколько раз
изменение сеточного напряжения сильнее влияет на изменение анодного
тока, чем такое же изменение анодного напряжения.
Пусть, например, коэффициент усиления ц равен 25. Это
указывает на то, что изменение сеточного напряжения на 1 б
вызывает такое же изменение анодного тока, как изменение анодного
напряжения на 25 в.
Коэффициент усиления триода зависит в первую очередь от
конструкции сетки. Сетка выполняет функцию экрана, который
задерживает большую часть силовых линий электрического поля,
созданных положительным зарядом анода, и тем самым
ослабляет его действие на катод. Чем больше экранирующее влияние
сетки, тем больше коэффициент усиления лампы. Чем гуще сетка,
тем больше ее экранирующее влияние и соответственно больше
коэффициент усиления.
Проницаемость лампы D обратна ее коэффициенту усиления:
D = -L. (9)
Величина D показывает, какая часть силовых линий
электрического поля, созданного анодным напряжением, проникает сквозь
сетку на катод. Чем гуще сетка (меньше шаг спирали), тем
проницаемость лампы меньше.
Параметры триода связаны между собой следующим
соотношением:
SR = А/" , ^Л. = УН*. = а
1 AUC ' Ма Д?/с Г'
т. е. SBt == (л, или SRfl = 1. A0)
Это соотношение называется внутренним уравнением триода.
Параметры триода можно определить по семейству его
характеристик. На семействе анодно-сеточных характеристик (см.
рис. 13, а) построен треугольник ABC. Катет АВ обозначает изме-
28

нение сеточного напряжения AVC, а катет ВС — изменение
анодного тока А/а. Анодное напряжение С/а постоянно и равно 300 в.
Как видно из рис. 13, а, при увеличении напряжения на сетке на
величину AUc = Uc2 — Ua\~ — 2— ( — 4) = 2 в анодный ток
возрастает на величину Д/а = /а2—/ai = 34—24=10 ма. Отсюда крутизна
г, Д/а 10 ,-ма
~~ Шс ~ 2 ~ в '
Но можно вызвать возрастание тока на величину А/а=/а2—1&\
увеличением не сеточного напряжения, а анодного. Действительно,
оставим напряжение на сетке постоянным и равным С/С2= — 2 в.
Повысим напряжение на аноде с ?/ai = 250 в до С/а2 = 300 в, т. е. на
величину Д?/а = [/а2 — ?7ai = 50 в, и анодный ток возрастет на
величину А/а=/а2—Ли =34—24= 10 ма.
Отсюда коэффициент усиления
а = U™ — U" -_ Ш* _= 50 = 25
UC2 — Ucl Шс 2
Как видно, изменение напряжения на сетке на величину Uc,
равную 2 в, вызывает такое же изменение анодного тока, как
изменение анодного напряжения на величину АС/а, равную 50 в.
Так же определим внутреннее сопротивление лампы
R = ип~ип =*Е± = _^°_ = 5000 ОМ.
In-hi bh Ю- Ю-3
Параметры ламп не постоянны на всех участках характеристик.
Так, на нижнем изгибе характеристики крутизна S меньше, чем
на ее прямолинейном участке. Внутреннее сопротивление R%,
наоборот, на нижнем изгибе больше, чем на прямолинейном участке
характеристики. Параметры лампы, приводимые в справочниках,
соответствуют прямолинейным участкам характеристик.
Динамический режим работы триода. Квазистатический режим
Работу электронных ламп мы рассмотрели для случая, когда
во внешние цепи электродов включены источники постоянного
напряжения. Такой режим называется статическим, а
характеристики ламп, снятые в этом режиме (см. рис. 12,6 и 13), называются
статическими. Но в электронных схемах лампы работают только
при переменных напряжениях на электродах. Такой режим
работы электронных ламп называется динамическим.
Когда лампу используют при переменных напряжениях на
электродах, особенно в диапазоне сверхвысоких частот, учитывают
инерцию электрона. В этом случае период переменного
напряжения имеет примерно такую же длительность, как и время пролета
электрона от катода до анода. Пусть электрон начал свое движение
от катода к аноду тогда, когда потенциал анода был положитель-
29

ным. Но электрон еще не успел достигнуть анода, как его
потенциал стал отрицательным. Электрон начал свое движение в
сторону анода под действием ускоряющего поля, однако затем попал
под действие тормозящего поля. Это соответствует работе ламп в
диапазоне сверхвысоких частот.
В большинстве же случаев напряжения на электродах
меняются относительно медленно, т. е. за время пролета электрона от
катода до анода приложенные напряжения остаются почти (квази)
постоянными. Динамический режим при медленных изменениях
приложенных напряжений называется квазистатическим.
а'
lJs
Ф
Л
9 /
Ш/
ё
gv,
W
ш
/Ф
1>
Y
4
- -
1а(ма} 1а(ма)
Рис. 14.
Квазистатический режим работы
триода:
а — схема включения
триода, б — анодно-сеточная
характеристика, в —
анодная характеристика
ЬО
30 30
20 20
¦ж-
-10 10
-----
—
~9&~-
—
.
-^?z*
/
*\\
¦я>^
г/
$•
ь
%
|Ч
\в.
ь
/к
''л
ц
V-
-12
UC(B)
100
6)
UaF)
Рассмотрим работу триода в квазистатическом режиме. На
рис. 14, а изображена схема включения трехэлектродной лампы.
В анодную цепь включен источник анодного напряжения Еа и
нагрузка jRa, в цепь управляющей сетки — отрицательное
напряжение Е0 и переменное напряжение Uc. Если при отсутствии
нагрузки напряжение на аноде равно напряжению анодного источника,
30

то в этом случае оно меньше на величину падения напряжения на
нагрузке.
t/a = ?a--/ai?a. A1)
При изменении напряжения на сетке триода меняется анодный
ток /а и вместе с тем падение напряжения на нагрузочном
сопротивлении йа. Но, как следует из равенства (И), одновременно
с этим изменится и напряжение на аноде С7а.
Необходимо отметить, что изменению сеточного напряжения
соответствует изменение анодного напряжения в
противоположную сторону. Так, если увеличить напряжение на сетке, анодный
ток возрастет. Следовательно, увеличится падение напряжения на
нагрузочном сопротивлении, а напряжение на аноде уменьшится.
Наоборот, понижение напряжения на сетке приводит к
увеличению напряжения на аноде.
Для определения анодного тока при наличии нагрузки
пользуются графическим методом.
На статических анодных характеристиках построим
нагрузочную линию. Уравнение нагрузочной линии находим из равенства
(И):
йа йа
Эта линия пересекается с осью абсцисс (где /а = 0) при
напряжении U&, равном ЕЛ. С осью ординат (где Ua — 0) она пересекает-
JR
ся при /а= -дЧ Пусть Z?a=300 в, а величина нагрузочного
сопротивления #а = 10 ком. 'Г/огда /a=-fQ—|qT =30 ма. Соединив две
точки с координатами /а = 0, Ua = Ea = 300 в и 2а = 30 ма, Ua=0,
находим нагрузочную линию (рис. 14, в). Наклон нагрузочной
линии зависит от величины нагрузочного сопротивления RA. При
йа, равном нулю, на1рузочная линия перпендикулярна к оси
абсцисс, и анодный ток h определяется по статическим
характеристикам. По мере увеличения Ra угол а наклона нагрузочной
линии уменьшается.
Имея нагрузочную линию, можно также построить
нагрузочную характеристику в семействе статических анодно-сеточных
характеристик. Построение этой характеристики показано на
рис. 14, б. Значение сеточных напряжений и соответствующих им
анодных токов (точки а, б, в, г, д, е, ж) переносят из системы
координат /а, ил в систему координат Ia, U0 (точки а', б', в', г', д',
е', ж') и таким образом находят точки нагрузочной анодно-сеточ-
ной характеристики.
На рис. 14, б показаны статическая и нагрузочная
характеристики. Как видно, анодно-сеточная нагрузочная характеристика
31

более полога, чем статическая, т. е. крутизна нагрузочной
характеристики меньше крутизны статической характеристики. При
этом чем больше нагрузочное сопротивление, тем меньше крутизна
нагрузочной характеристики.
Триоды, как и все электронные лампы, делят на две большие
группы — приемно-усилительные (маломощные) и генераторные
(мощные).
Приемно-усилительные триоды классифицируют
обычно по величине коэффициента усиления, генераторные
триоды— по мощности и применению.
Условные обозначения приемно-усилительных триодов состоят
из четырех элементов:
первый элемент показывает напряжение накала в вольтах;
второй элемент — тип лампы (С — одинарный триод, Н —
двойной триод, Г — триод с одним, двумя или с тремя диодами);
третий элемент — порядковый номер модели;
четвертый элемент характеризует конструктивное оформление
лампы (С — стеклянный баллон, без обозначения —
металлический баллон, Ж — типа «желудь», П — пальчиковая лампа, А и
Б — сверхминиатюрные лампы).
Некоторые типы приемно-усилительных ламп:
триоды: 6С2П, 6СЗБ, 6СЗП, 6С6Б, 6С7Б, 6С15П;
двойные триоды: 6НШ, 6Н2П, 6НЗП, 6Н5П, 6Н6П, 6Н5С,
6Н13С, 6Н14П, 6Н15П;
двойные диоды-триоды: 6Г1, 6Г2, 6ГЗП.
Генераторные триоды имеют большие размеры, чем
приемно-усилительные. Чтобы рассеять большую мощность,
аноды таких ламп должны иметь большую поверхность; кроме того,
они часто имеют воздушное или водяное охлаждение. Катоды
этих ламп рассчитывают на получение большого тока эмиссии.
Условные обозначения генераторных ламп также состоят из
четырех элементов:
первым элементом служит буква Г;
второй элемент характеризует диапазон волн, в котором
используется триод, или род его работы (К — лампы для длинных
и коротких волн, У — ультракоротковолновые, М — модуляторные,
И — для импульсной работы, МИ — модуляторная лампа для
импульсной работы);
третий элемент определяет модель лампы;
четвертый элемент обозначает способ охлаждения (А —
водяное, Б — воздушное).
Некоторые типы генераторных триодов: ГК-5А, ГУ-5А, ГУ-23Б,
ГМ-60, ГМ-70, ГИ-6Б, ГМИ-30.
Триоды бывают с катодом прямого и косвенного накала.
Металлические лампы выпускают только с катодом косвенного
накала. Они имеют некоторые преимущества перед стеклянными
лампами: меньше по размерам, более прочные, обладают большим
32

постоянством параметров, имеют лучшую экранировку
электродов от влияния внешних электрических и магнитных полей.
Недостатком металлических ламп является худшая теплоотдача.
Поэтому металлические лампы делают только маломощные.
Достоинствами трехэлектродной лампы являются простота ее
конструкции и большой прямолинейный участок анодно-сеточной
характеристики, недостатками — небольшой коэффициент
усиления и значительные междуэлектродные емкости лампы.
Рис 15. Междуэлектродные емкости в триоде
Небольшой коэффициент усиления [х обусловлен тем, что сетка
недостаточно экранирует катод от действия анода и значительная
часть силовых линий электрического поля анода проникает через
витки сетки. Как было указано выше, чем гуще сетка, тем больше
коэффициент усиления \i. Но при очень густой сетке электроны
почти не могут пролетать от катода к аноду и анодный ток очень
мал. При небольшом отрицательном напряжении на сетке лампа
запирается и почти вся характеристика располагается в области
положительных напряжений на сетке, при которых в лампе
возникает сеточный ток, что нежелательно.
Между электродами лампы, как металлическими
проводниками, разделенными диэлектриком (вакуумом), имеются
электрические емкости (рис. 15). Емкость между сеткой и катодом Сс.к
называется входной емкостью, емкость между анодом и катодом
С& к — выходной емкостью и емкость между анодом и сеткой
Са.о — проходной емкостью. На низких частотах сопротивление
этих емкостей велико и они практически не влияют на работу
лампы. Но с повышением частоты сопротивление емкостей умень-
2 Заказ № Ц00
33

шается и оказывает вредное влияние на работу лампы. Особенно
вредной на высоких частотах является проходная емкость Са в,
создающая нежелательную связь между анодной и сеточной
цепями лампы.
§ 8. ЧЕТЫРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ (ТЕТРОДЫ)
Для устранения недостатков триода, т. е. для увеличения
коэффициента усиления и уменьшения проходной емкости, между
управляющей сеткой и анодом размещают вторую сетку, которая
называется экранирующей. Получается четырехэлектродная
лампа.
Шаг спирали экранирующей сетки делается малым. Вместе
с управляющей сеткой она экранирует катод от поля анода.
Проницаемость между анодом и катодом уменьшается, а коэффициент
усиления возрастает. Чтобы получить анодный ток необходимой
величины, на экранирующую сетку подают положительное
напряжение иС2= @,5-0,8) Ua. Введение экранирующей сетки
намного уменьшает проходную емкость, так как сетка ослабляет
электрическое поле между анодом и управляющей сеткой.
Конструкция тетрода показана на рис. 16, а, а схема его включения —
на рис. 16, б.
Напряжение на экранирующую сетку подано от анодной
батареи через гасящее сопротивление Д02. Оно меньше напряжения
источника питания на величину падения напряжения на
сопротивлении ЙС2:
Экранирующая сетка соединяется с катодом через
конденсатор СС2 большой емкое! и и с очень малым сопротивлением для
прохождения переменной составляющей тока.
Для выяснения зависимости анодного тока тетрода от
напряжений на его электродах воспользуемся семейством его
статических характеристик. На рис. 17, а изображены анодно-сеточные
характеристики, снятые при разных напряжениях на аноде и
экранирующей сетке. Увеличение напряжения на экранирующей
сетке на 50 в вызывает значительно больший сдвиг характеристики
влево, чем такое же увеличение анодного напряжения.
Свойства тетрода, как и триода, характеризуются крутизной 5,
внутренним сопротивлением Лг и коэффициентом усиления р.
Крутизна S находится в тех же пределах A-20ж%), зато Rt ир
значительно больше, чем у триодов: внутреннее сопротивление Rt
доходит до сотен тысяч ом, коэффициент усиления р достигает
нескольких сотен.
На рис. 17, б показаны кривые зависимости тока анода /а и
тока экранирующей сетки /С2 от анодного напряжения U& при
постоянном напряжении экранирующей сетки (?/С2 = const).
34

Когда напряжение на аноде равно нулю (?/а=0), анодный
ток также равен нулю (/а = 0) и ток экранирующей сетки равен
току катода AС2 — 1к)- Начнем увеличивать анодное
напряжение Ua, тогда ток Ia начнет возрастать, а ток экранирующей сетки
соответственно уменьшаться. Когда анодное напряжение дости-
Рис. 16. Тетрод:
a — конструкция, б — схема включения, 1 — вывод
экранирующей сетки, 2 — анод, 3 — экранирующая сетка, 4 —
вывод анода, 5 — вывод управляющей сетки, 6 — нить накала,
7 — катод
la JafMa) 1а1сг(ма)
-Vc, -10 -8 -6 '4 -г 0 -t+Va№0 40 SO ПО 160 200 W UaF)
а) с)
Рис. 17. Статические характеристики тетрода:
а — анодно-сеточные, 6 — анодные
35

гает величины примерно 10—20 в, скорость электронов настолько
возрастает, что, ударяясь об анод, они выбивают вторичные
электроны.
Так как потенциал экранирующей сетки больше потенциала
анода, вторичные электроны устремляются к этой сетке. Ток /С2
растет, а ток /а падает. Такое уменьшение анодного тока при
увеличении анодного напряжения называется динатронным
эффектом. При дальнейшем увеличении анодного напряжения, когда
его величина становится близкой к величине напряжения на
экранирующей сетке, выбитые вторичные электроны будут
возвращаться обратно на анод, ток /а начнет возрастать, а ток /С2 —
падать.
Наличие динатронного эффекта является недостатком тетрода.
§ 9. ЛУЧЕВЫЕ ТЕТРОДЫ И ПЕНТОДЫ
Чтобы устранить динатронный эффект, между анодом и
экранирующей сеткой должна быть область с низким потенциалом,
тормозящим вторичные электроны и возвращающим их на анод.
Создать такую область с низким потенциалом можно либо путем
увеличения плотности объемного электронного заряда в
пространстве анод — экранирующая сетка, либо путем введения в это
пространство специального электрода с потенциалом, значительно
меньшим потенциалов анода и экранирующей сетки.
Лучевые тетроды
Область с низким потенциалом в них создается путем
увеличения плотности объемного заряда между анодом и экранирующей
сеткой. Чтобы создать такую область, надо увеличить расстояние
между анодом и экранирующей сеткой, а также увеличить
концентрацию электронов на пути от экранирующей сетки к аноду.
Для этого в лучевом тетроде применена специальная
конструкция электродов (рис. 18, а). Витки управляющей и
экранирующей сеток делают плоскими. Обе сетки имеют одинаковое число
витков, расположенных строго в створе. Анод имеет
цилиндрическую форму. Чтобы электроны концентрировались в плотные
пучки, в лампу помещают две лучеобразующие пластины 1,
соединенные с катодом 2. Эти пластины отталкивают электроны, сжимая
поток электронов в пучки. Рассмотренная выше конструкция
сеток обеспечивает расчленение пучка на ряд вееров — лучей.
Таким образом, между анодом 3 и экранирующей сеткой
образуется отрицательный объемный заряд, который тормозит
вылетающие из анода вторичные электроны и возвращает их обратно
на анод. Необходимая плотность объемного заряда может быть
достигнута при относительно большом анодном токе (не менее
20—50 ма). Недостаточной величиной анодного тока объясняется
36

наличие провала в характеристиках (рис. 18, в), снятых при U0\,
равном -15, -20, -25, -30 в.
Анодные характеристики имеют восходящую и пологую
области. При небольшом анодном напряжении, когда изменение U&
приводит к перераспределению токов анода и экранирующей
сетки, небольшое изменение анодного напряжения вызывает большие
изменения анодного тока (восходящая область). При большом
1а
Напряжение сетки F)
5
-10
-15
-20
-25
- ¦ -30.
U а (В)
Рис. 18. Лучевой тетрод:
а — конструкция влектродов, б — условное изображение, в — анодные
характеристики, 1 — лучеобразующие пластины, 2 — катод, 3 — анод
анодном напряжении изменение С7а вызывает лишь небольшое
изменение анодного тока /а (пологая область), вызванное
небольшим изменением тока катода. В условных обозначениях лучевых
тетродов и выходных пентодов вторым элементом является
буква П.
Некоторые типы лучевых тетродов: 6ПЗС, 6П1П, 2П1П.
Пентоды
В пентодах устранение динатронного эффекта достигается
введением между анодом и экранирующей сеткой еще одной сетки,
называемой защитной, или антидинатронной. Защитная сетка или
соединяется внутри лампы с катодом, или имеет отдельный вывод.
Низкий потенциал защитной сетки препятствует попаданию
вторичных электронов на экранирующую сетку и тем самым
устраняет динатронный эффект. Защитную сетку делают довольно
редкой. Условное изображение пентода на схемах и его анодная
характеристика показаны на рис. 19.
Пентоды делят на два типа — высокочастотные и
низкочастотные.
37

Высокочастотные пентоды. В конструкциях высокочастотных
пентодов предприняты специальные меры для уменьшения
проходной емкости (Са с). С этой целью экранирующую сетку
выполняют густой. Применяют специальную экранировку деталей,
связанных с управляющей сеткой, от деталей, связанных с анодом.
а)
6)
иа(в)
Рис. 19. Пентод:
¦ условное изображение, б — анодная характеристика
В некоторых случаях пентоды имеют вывод управляющей
сетки на верху баллона, а вывод анода на цоколе. Но в современных
пентодах все электроды имеют вывод на цоколе и между
выводами анода и управляющей сетки размещен специальный экран.
Проходная емкость таких пентодов не превышает 0,03 пф.
Высокочастотный пентод имеет весьма высокий коэффициент
усиления ц (доходящий до нескольких тысяч) и большое
внутреннее сопротивление Лг
(доходящее до сотен тысяч и
миллионов ом). Анодные
характеристики пентода (рис. 19, б)
напоминают
соответствующие характеристики
лучевого тетрода.
В условных обозначениях
высокочастотных пентодов
вторым элементом является
буква Ж.
Некоторые типы
высокочастотных пентодов: 6Ж1Б,
6Ж1П, 6ЖЗП, 6Ж5П, 6Ж20П,
6Ж21П, 6Ж2Б, 6Ж4.
В современных приемни-
Рис. 20. Пентод с переменной крутиз- ках осуществляется автома-
нои: тическая регулировка усиле-
а — конструкция сетки, б —анодно-сеточная т v
характеристика ния — увеличение коэффици-
38

ента усиления при приеме слабых сигналов и уменьшение его при
приеме сильных сигналов. С этой целью применяют пентоды с
удлиненной характеристикой (с переменной крутизной). Такая
характеристика получается, если спираль управляющей сетки
намотана с переменным шагом (рис. 20, а). Тогда при небольшом
отрицательном напряжении на управляющей сетке она пропускает
электроны со всей поверхности катода и крутизна характеристики
большая. При увеличении отрицательного сеточного напряжения
сетка перестает пропускать электроны с той части катода, где
сетка гуще, и электроны пролетают лишь там, где сетка реже.
Эффективен поверхность анода и крутизна характеристики пентода
уменьшаются. Анодно-сеточная характеристика пентода с
переменной крутизной изображена на рис. 20, б.
В обозначении пентодов с переменной крутизной вторым
элементом является буква К.
К этому типу ламп относят пентоды 1КШ, 1К2П, 6КЗ, 6К4,
6К4П.
Низкочастотные пентоды. Они предназначены для оконечных
усилителей. По конструкции такие пентоды проще
высокочастотных. Экранирующую сетку делают не такой густой, вследствие
этого уменьшается коэффициент усиления \х и внутреннее
сопротивление Лг. Коэффициент усиления р, имеет величину от 150 до
600, а внутреннее сопротивление Ri — от 20 до 100 ком.
Рабочие поверхности электродов в низкочастотных пентодах
значительно больше, чем в высокочастотных. Это ведет к
увеличению крутизны характеристики 5 до 9—12 —
К низкочастотным пентодам относят лампы 6П1П, 6П14П,
6П18П, Ш2Б, ШЗБ, 1П4Б.
§ 10. КОМБИНИРОВАННЫЕ И МНОГОСЕТОЧНЫЕ ЛАМПЫ. ЭЛЕКТРОННО-
ОПТИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР НАСТРОЙКИ
Комбинированные лампы, в которых сочетаются две, три и
четыре лампы в одном баллоне, имеют большое распространение.
На рис. 21, а, б, в показаны условные изображения двойного диода,
двойного триода, двойного диод-триода.
Широко используют двойной кенотрон, применяемый для
работы в двухполупериодных схемах выпрямления. Детекторные
диоды также выполняют двойными. Один из них используют для
детектирования, второй — в схеме автоматической регулировки
усиления.
Двойные триоды применяют в двухтактных схемах для
усиления низкой частоты, в релаксационных генераторах,
электронных реле и т. п. Они могут иметь как раздельные, так и общие
катоды. В двойном диод-триоде и в двойном диод-пентоде диоды
39

служат для детектирования, а триод или пентод — для усиления
колебаний низкой частоты.
Достоинствами комбинированных ламп являются экономия
веса и габаритов, упрощение монтажа и экономия питания.
Однако комбинированные лампы обычно сложны в изготовлении, и
их стоимость зачастую превышает стоимость двух отдельных ламп.
Многосеточные лампы также широко применяют. Особенностью
этих ламп является наличие двух управляющих сеток, на которые
подаются переменные напряжения различной частоты.
Применение этих ламп рассматривается в гл. X.
а) В) ty
г) д)
Рис. 21. Условные изображения:
а — двойного диода, б — двойного триода, в ~
двойного диод-триода, в — гексода, 9 — гептода
На рис. 21, г, д показаны условные изображения многосеточных
ламп — гексода и гептода.
Гексод — шестиэлектродная лампа. Сетки 1 и 3 —
управляющие, 2 и 4 — экранирующие. Сетка 2 служит для устранения
паразитной связи между управляющими сетками, сетка 4 выполняет
функцию обычной экранирующей сетки тетрода. Широко
применяют комбинированные лампы триод-гексоды, например лампу
6И1П.
Гептод — семиэлектродная лампа. Примером таких ламп
являются гептоды-преобразователи 1А1П, 6А2П, в которых назначение
сеток 1—4 такое же, как и в гексоде, сетка 5 выполняет функцию
защитной.
Электронно-оптический индикатор настройки служит для
контроля точности настройки колебательных контуров радиоприемных
устройств. В баллоне, кроме катода 1 (рис. 22, а), сетки 3 и
анода 2, расположен конический экран 6, покрытый слоем люмино-
40

фора 5 т~ вещества, светящегося под воздействием электронной
бомбардировки. К этим веществам относят такие полупроводники,
как виллемит (сульфид цинка), вольфрамо-кислый кальций и др.
От состава вещества люминофора зависит цвет свечения.
Между экраном и
катодом расположен
управляющий электрод 4,
соединенный с анодом 2 лампы.
Если на сетку 3 подано
большое отрицательное
напряжение U0 (что
соответствует настройке приемника на
станцию), ток в цепи анода
мал, потенциалы анода и
электрода 4 почти равны и
электроны, летящие от
катода, падают на всю
поверхность экрана, вызывая его
свечение.
Но если на сетке
уменьшить отрицательное
напряжение (что соответствует
нарушению настройки
приемника на станцию), ток в
цепи анода возрастет,
увеличится падение напряжения
на сопротивлении R, напряжение на аноде 2 и управляющем
электроде 4 уменьшится и станет ниже потенциала экрана (рис. 22, б).
Управляющий электрод будет отталкивать электроны, и на
экране появится затемненный сектор.
По ширине этого сектора можно судить о величине
отрицательного напряжения на сетке и соответственно о точности настройки
приемника. При точной настройке приемника ширина
затемненного сектора наименьшая. По мере расстройки приемника ширина
этого сектора увеличивается.
§ 11. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ ДЛЯ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Развитие новых отраслей радиотехники (радиорелейной связи,
радиолокации и др.) связано с освоением сверхвысоких частот
(СВЧ): метровых волн или УКВ C0—300 Мгц) и диапазонов
СВЧ— дециметровых волн C00—3000 Мгц), сантиметровых волн
C000—30 000 Мгц) и миллиметровых волн (более 30 000 Мгц).
При использовании обычных ламп на СВЧ их свойства
значительно изменяются. Одной из причин изменения свойств ламп
является то, что время пролета электронов тэл между электродами
становится соизмеримым с периодом переменного напряжения Т
+ Еа
Рис, 22. Электронно-оптический
индикатор:
а — конструкция, б — схема включения;
1 — катод, 2 — анод, з — сетка, * —
управляющий электрод, S — люминесцирующее
покрытие, в — конический экран
41

сеточного напряжения. В связи с этим электронный поток не
успевает следовать за изменениями напряжений между электродами.
Это приводит к появлению фазового сдвига между токами и
напряжениями и является причиной значительных сеточных токов.
Для уяснения влияния времени пролета электронов на работу
лампы на СВЧ рассмотрим схему, показанную на рис. 23, а.
Отрицательный заряд 1 движется от катода К в сторону сетки С. По
законам электростатической индукции на сетке возникает
положительный заряд. Поэтому в цепи сетки появляется наведенный
ток i\, направленный от катода к сетке С. Электроны (заряд 2),
пролетев сетку, движутся далее к аноду А и создают в сеточной
цепи ток 12, направленный от сетки к катоду. Как видно из
рисунка, токи U и i2 в цепи сетки противоположно направлены.
Так как количество и скорость электронов, приближающихся
к сетке, равны количеству и скорости электронов, удаляющихся
от сетки, суммарный наведенный ток в цепи сетки ic равен нулю.
,, 4 4 4
dL с
% Ш
0
Л?*.
444
If 1г
1,-0
а)
1,>1г сс ?О
6)
1с*0
Рис. 23. Схемы образования наведенного тока в цепи сетки триода:
а — ток сетки равен нулю, б — ток направлен от катода к сетке, в — ток
направлен от сетки к катоду
Включим в цепь сетки переменное напряжение, период
колебания которого равен Т. Когда период колебания намного больше
времени пролета электронов (Г^г8л), напряжение на сетке за
время Тэл почти не изменится и число электронов,
приближающихся к сетке, практически равно числу электронов, удаляющихся
от сетки в сторону анода; токи i\ и h равны и суммарный
наведенный ток в цепи сетки, как и в предыдущем случае, равен нулю.
Когда период колебания сеточного напряжения Т соизмерим
с временем пролета электронов тэл, взаимная компенсация токов
в цепи сетки {i\ и ?г) нарушается и суммарный наведенный ток в
цепи сетки не равен нулю.
42

Так, в положительный полупериод сеточного напряжения
(рис. 23, б) число и скорость электронов, находящихся в
пространстве между катодом и сеткой, максимально. Число и скорость
электронов, находящихся между сеткой и анодом, значительно
меньше, так как они проходили участок катод — сетка во время
предыдущего отрицательного полупериода напряжения на сетке.
Ток ii>i2, результирующий наведенный ток i0 не равен нулю и
направлен от катода к сетке.
В отрицательный полупериод сеточного напряжения (рис. 23, в)
электроны, подлетающие к сетке, затормаживаются и их число
поэтому уменьшается; число и скорость электронов, находящихся
между сеткой и анодом, максимально, так как они проходили
участок катод — сетка во время предыдущего положительного
полупериода напряжения на сетке. Ток 12>Ц, результирующий
наведенный ток fc не равен нулю и направлен от сетки к катоду.
Направления тока ?с в положительный и в отрицательный
полупериоды напряжения показаны на рис. 23, бив. Как видно из
рисунков, сеточный ток ic совпадает по фазе с переменным
сеточным напряжением. Это указывает на то, что сеточная цепь лампы
потребляет мощность от источника сеточного напряжения. С
ростом частоты увеличивается мощность, потребляемая от источника
усиливаемых колебаний. Появление сеточного тока равносильно
появлению проводимости в цепи сетки и уменьшению входного
сопротивления лампы.
На свойства лампы для СВЧ также влияют ее собственные
емкости и индуктивности. Междуэлектродные емкости,
включенные параллельно внешним контурам, увеличивают их емкость и
уменьшают их резонансное сопротивление. Но уменьшение
резонансного сопротивления контура приводит к уменьшению
усиления каскада.
Индуктивности вводов вместе с междуэлектродными емкостями
образуют последовательные колебательные контуры, включенные
параллельно входному и выходному контурам схемы. Этим они
ограничивают максимальную частоту, на которой может работать
лампа.
На сверхвысоких частотах сказываются также
диэлектрические потери в изоляторах, через которые проходят выводы лампы.
Как видно из вышеизложенного, физические процессы в лампе
зависят от соотношения времени пролета электронов тэл и периода
переменного напряжения Т.
Для оценки влияния времени пролета электронов обычно
пользуются углом пролета электронов ©:
0 = 2* If = 2фэл = ют8д. A2)
Угол пролета есть измеренное в угловых единицах изменение
фазы переменного напряжения за время пролета электронов от
43

одного электрода к другому. Практически время пролета
электронов Гэл в электронных лампах может иметь величину от Ю-8 до
Ю-10 сек.
Пусть Тэл равно 10~9 сек, а частота переменного напряжения /
равна 250 Мгц.
Так как период Т = — = 4 • 10~9 сек,
то
в = 2я 10~9 = — [рад] или 90°.
4 • 10"9 2 г
Влиянием времени пролета электронов на работу лампы можно
пренебречь, если оно меньше 1/20 периода переменного напряже-
/ т 1 \ 1
ния ——< — .Это соответствует величине угла пролета в < ¦—к.
При больших углах в время пролета заметно влияет на работу
лампы.
Описанные свойства электронных ламп, используемых на
сверхвысоких частотах, определяют особенности их конструкции. В этих
лампах максимально снижены междуэлектродные емкости,
индуктивности вводов и междуэлектродные расстояния для уменьшения
угла пролета, применены высококачественные изоляционные
материалы для уменьшения диэлектрических потерь.
На метровых волнах используют пальчиковые и
сверхминиатюрные лампы, в которых снижение междуэлектродных емкостей
и индуктивностей вводов достигается путем уменьшения размеров
электродов и длины вводов при одновременном удалении их друг
от друга.
Пальчиковые лампы (рис. 24, а) являются цельностеклянными;
выводные штырьки в них укреплены непосредственно в дне
баллона. Сверхминиатюрные лампы (рис. 24, б) также цельностек-
лянные, выводы у них выполнены в виде мягких проволочек.
В диапазонах дециметровых и сантиметровых волн применяют
маячковые (рис. 24, в) и металло-керамические (рис. 24, г)
триоды. Они имеют плоскую конструкцию электродов с дисковыми
впаями. Анод 3 представляет собой цилиндрический стержень,
нижний конец которого обращен к катоду и служит его рабочей
поверхностью. Катод 1 также выполнен в виде цилиндра,
обращенного своим основанием к аноду. Между катодом и анодом
располагается сетка 2, имеющая вид плоской решетки. Выводы
электродов выполнены в виде металлических дисков и цилиндров
разного диаметра.
В маячковом триоде выводы спаяны со стеклянным корпусом,
а в металлокерамическом триоде — с керамическим корпусом. На
эти выводы надевают коаксиальные линии. Маячковые лампы
используют в схемах маломощных передатчиков и усилителей, ме-
44

таллокерамические лампы — в схемах более мощных передатчиков.
Для лучшего охлаждения на анод лампы навинчивают ребристый
радиатор 6, который обдувается вентилятором.
a) f) в) е)
Рис. 24. Электронные лампы для СВЧ:
а — пальчиковая, б — сверхминиатюрная, е — маячковая, г — металло-керамиче-
ская, 1 — катод, з — сетка, 3 — анод, 4 — вывод нити накала и катода, 5 —
вывод сетки, 6 — радиатор анода, 1 — керамика, 8 — вывод нити накала
В коротковолновой части сантиметрового диапазона и па более
коротких волнах применяют электронные приборы, принцип
действия которых отличается от принципа действия рассмотренных
ламп. Это клистроны, магнетроны, лампы с бегущей волной (ЛБВ)
и лампы с обратной волной (ЛОВ). Они рассматриваются в
гл. IX.
§ 12. ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ
Электроннолучевые трубки (рис. 25, а) широко используют в
различных отраслях радиотехники (осциллографии, радиолокации
и телевидении). В узкой части трубки размещается катод К
(рис. 25, б), система фокусировки электронного потока и
отклоняющая система. На внутренней поверхности противоположной
стенки трубки расположен экран Э, на который нанесен слой
люминофора.
Катод — оксидный, косвенного накала, имеет форму цилиндра,
на дно которого нанесен оксидный слой. Катод помещают внутри
45

управляющего электрода УЭ цилиндрической формы. В дне
цилиндра имеется отверстие (диафрагма). Изменяя отрицательный
потенциал управляющего электрода относительно катода, можно
регулировать величину электронного потока и этим менять
яркость светового пятна на экране.
За управляющим электродом расположены два анода Ai и А%
также цилиндрической формы. Внутри анодов имеются
перегородки с небольшими отверстиями (диафрагмами). На первый
анод А\ подается постоянное
напряжение 300—1000 в, на
второй анод 4г — 800—5000 в
относительно катода.
Ускоряющее поле этих анодов
обеспечивает движение
электронов в сторону экрана и
одновременно фокусирует
электронный поток в узкий
пучок (луч).
Фокусирование
осуществляется с помощью
электрического или магнитного поля.
Электростатическое
фокусирование луча происходит в
электрическом поле между
двумя цилиндрическими
анодами А\ и Az (рис. 26,а). На
электрон е, влетающий в
электрическое поле (точка Л)
под углом а (рис. 26, б),
действует радиальная
составляющая напряженности поля
Е2, которая отклоняет
траекторию электрона к оси вниз.
В точке В радиальная составляющая Ег отклоняет траекторию
электрона к оси. Можно подобрать скорость электронов и
конфигурацию поля так, чтобы электроны сошлись на экране в одну точку.
Магнитное фокусирование луча осуществляется
фокусирующей катушкой, надеваемой на горловину трубки. Пусть в точку А
(рис. 27) влетел электрон со скоростью v под углом а. В этой
точке напряженность магнитного поля Н имеет продольную (Hav)
и поперечную (#п) составляющие. Сила, с которой действует
поперечная составляющая напряженности поля Ни, согласно
правилу левой руки направлена за плоскость чертежа. Под действием
этой силы электрон приобретает составляющую скорости ип, также
направленную за плоскость чертежа. Сила F, с которой действует
продольная составляющая Нпр на составляющую скорости
электрона vn, направлена вниз и прижимает электрон к оси. Скорость
Рис. 25. Электроннолучевая трубка:
а — внешний вид, б — устройство и
схема включения
46

Рис. 26. Электрическое поле между двумя
анодами (а) а траектория электрона в электрическом
поле (б)
I
Нп.
Рис. 27. Траектория электрона в магнитном поле

+ ?
электронов и конфигурацию поля подбирают так, чтобы любой
электрон пересекал ось трубки в одной точке (в центре экрана).
Для отклонения сфокусированного луча и перемещения его на
экране применяют так же, как и для фокусировки, электрические
и магнитные поля.
Электростатическая система отклонения луча состоит из двух
пар горизонтально и вертикально отклоняющих пластин. Если к
двум пластинам (рис. 28, а)
приложить напряжение, то
электрон отклонится в сторону
положительно заряженной
пластины. Наличие двух пар
взаимно перпендикулярных
пластин дает возможность
отклонять электронный луч в
горизонтальном и вертикальном
направлениях.
Магнитное отклонение луча
осуществляется двумя парами
катушек, расположенных под
прямым углом друг к другу на
баллоне трубки (рис. 28, б).
Как мы уже выяснили (см. §3),
электрон, вступивший в
магнитное поле со скоростью vo
(см. рис. 3), направленной
перпендикулярно силовым линиям
поля, движется под действием
силы F по окружности,
лежащей в плоскости,
перпендикулярной силовым линиям.
Вертикально расположенные
катушки своим магнитным полем вызывают перемещение
электронного луча по горизонтали, а горизонтально расположенные
катушки — по вертикали.
Отклонение электронного луча тем больше, чем больше
напряженность магнитного поля Н и меньше напряжение Ua,
ускоряющее движение электронов.
Отклоняющие катушки 1; Т и 2; 2' (см. рис. 28, б)
располагают на горловине баллона трубки. Чтобы сосредоточить магнитный
поток, иногда применяют катушки с магнитными сердечниками
и полюсными наконечниками, но это увеличивает вес. Кроме того,
с увеличением частоты отклоняющего напряжения значительно
возрастают потери в стали. Поэтому во многих трубках
применяют катушки без сердечников.
Экран представляет собой полупрозрачный тонкий слой
люминофора.
Рис. 28. Системы отклонения
электронного луча:
а — электростатическая, б — магнитная;
i <'. 2,2' — отклоняющие катушки
48

Основную группу электроннолучевых трубок составляют ос-
циллографические трубки. Они служат для исследования быстрых
изменений во времени тока и напряжения. Принцип маркировки
трубок рассматривается в гл. XIV. Некоторые типы этих трубок:
5Л038И, 7Л055И, 8Л029И, 13ЛОЗИ, 13Л07Б (двухлучевая).
§ 13. ИОННЫЕ ПРИБОРЫ
Физические процессы в ионных приборах. В рассмотренных
нами приборах носителями электричества являются электроны и
поэтому такие приборы называются электронными. Но существует
обширная группа приборов, в которых носителями электричества
являются не только электроны, но и заряженные частицы газа —
ионы. Такие приборы называются ионными или газоразрядными.
Цч* А?у
Рис. 29. Газоразрядный прибор:
а — схема включения, б — распределение напряжения между электродами,
в — вольтамперная характеристика
Ионный прибор состоит из баллона, наполненного инертным
газом (аргоном, неоном, ксеноном, криптоном) или парами ртути
при пониженном давлении (Ю-2 — Ю-1 мм рт. ст.). Внутри
баллона установлены два электрода — катод К и анод А (рис. 29,а),
причем катод может быть ненакаливаемый (холодный) или
накаливаемый.
По виду происходящего в приборе разряда различают ионные
приборы с самостоятельным и несамостоятельным разрядом.
Самостоятельный разряд. Разряд этого вида происходит в
приборе с холодным катодом. Вследствие ионизирующего действия
космических лучей и радиоактивного излучения внутри баллона
всегда имеется некоторое количество заряженных частиц —
электронов и ионов. Под действием приложенного напряжения Ua
эти заряды начинают двигаться — ионы к катоду, а электроны к
аноду. При определенном значении напряжения Ua скорость
движения электрона будет достаточной, чтобы, сталкиваясь с атомом
49

газа, выбить из него электроны, т. е. ионизировать его. Такая
ионизация называется ударной.
Выбитые электроны движутся к аноду и, сталкиваясь с
атомами газа, ионизируют их. Количество носителей электричества
(электронов и ионов) возрастает и ток, протекающий через
прибор, увеличивается. Образующиеся при ионизации положительные
ионы движутся к катоду и, если их энергия достаточна, выбивают
из катода вторичные электроны.
Одновременно с ионизацией в приборе происходит
рекомбинация электронов и ионов. При этом выделяется энергия в виде
квантов света определенной частоты и газ начинает интенсивно
светиться.
На рис. 29, б показано распределение напряжения между
электродами в газоразрядной трубке при самостоятельном разряде. Как
видно, напряжение распределяется по оси х неравномерно.
Основное падение напряжения UK сосредоточено в непосредственной
близости от катода (катодное падение). Объясняется это тем, что
положительные ионы образуют вокруг катода ионный объемный
заряд с высоким положительным потенциалом. Катодное падение
напряжения равно 70—150 в. Остальное междуэлектродное
пространство заполнено сильно ионизированным газом, в котором
концентрации электронов и положительных ионов приблизительно
одинаковы. Этот газ называется электронно-ионной плазмой.
Падение напряжения в плазме невелико.
Для лучшего уяснения процессов, происходящих в ионном
приборе при самостоятельном разряде, рассмотрим его вольтамперную
характеристику (рис. 29, в). На участке О А по мере увеличения
напряжения Ua ток /а возрастает незначительно, процесс
ионизации протекает неинтенсивно, поэтому свечение газа отсутствует.
В приборе имеет место тихий, или темный, разряд.
При некотором напряжении U3 (точка А), называемом
напряжением зажигания, возникает ионизация газа и прибор
зажигается. После зажигания напряжение несколько уменьшается, а ток
увеличивается (участок АВ), так как с усилением процесса
ионизации уменьшается сопротивление прибора. При этом происходит
перераспределение напряжения между прибором и
сопротивлением йдоп. Участок АВ называется порогом зажигания.
После зажигания в приборе наступает режим тлеющего
разряда, при котором разряд поддерживается за счет эмиссии
электронов с катода под ударами положительных ионов. Эти электроны,
двигаясь к аноду, вызывают ионизацию нейтральных атомов и
поддерживают разряд в газе.
При дальнейшем увеличении напряжения ток быстро
возрастает вследствие расширения области ионизации. Этому
соответствует участок ВС характеристики. В режиме тлеющего разряда
величина разрядного тока пропорциональна светящейся
поверхности катода.
50

Когда большая часть газа в приборе ионизируется и тлеющий
разряд охватывает всю поверхность катода, дальнейшее
увеличение тока требует повышения напряжения (участок CD). Этот
режим называется аномальным тлеющим разрядом. При
последующем увеличении тока тлеющий разряд перерастает в дуговой,
характеризующийся значительным уменьшением напряжения на
зажимах трубки и резким ростом тока (участок DE).
Дуговой разряд начинается вследствие того, что при большой
плотности тока и интенсивных процессах ионизации
положительные ионы подходят к катоду на расстояние d = Ю-5 — 10~6 см; при
катодном падении UK да 10 в напряженность электрического поля
Ек = -j = 10- 6 —10 7 в/см. При этом возникает
автоэлектронная эмиссия, т. е. вырывание электрическим полем электронов из
холодного катода. Дуговой разряд с холодным катодом называется
автоэлектронной дугой.
К приборам, работающим в режиме тлеющего разряда с
холодным катодом, относят стабилизаторы напряжения (стабилитроны)
и неоновые лампы.
Стабилитроны — это двухэлектродные лампы,
наполненные инертным газом. Анод выполнен в виде штырька диаметром
1—1,5 мм и окружен цилиндрическим катодом из никеля или стали.
Внутренняя поверхность катода покрыта активным слоем из
материала (например, бария), имеющего малую работу выхода. К
катоду с внутренней стороны приварена никелевая проволочка.
Расстояние между концами этой проволочки и анодом в результате
этого уменьшено и облегчено зажигание разряда в приборе.
Некоторые стабилитроны, например СГ1П, имеют пальчиковое
оформление. Как было показано, при нормальном тлеющем разряде
(участок ВС характеристики, рис. 29, в) ток, текущий через
прибор, резко изменяется при незначительном изменении
напряжения на нем. Эта особенность тлеющего разряда используется в
стабилитронах.
Схема включения стабилитрона изображена на рис. 30, а.
Сопротивление йдоб подбирают таким, чтобы при номинальном
напряжении источника ?/Ном ток соответствовал примерно средней точке
рабочего участка характеристики стабилитрона. Напряжение на
зажимах стабилитрона и нагрузки RH равно:
UR=U-IRA0(l,
где ток 1 равен сумме токов, проходящих через нагрузку и
стабилитрон.
Предположим, что напряжение источника U немного
увеличилось. Это вызовет увеличение тока /, увеличение падения
напряжения на сопротивлении -йдоб, а напряжение на стабилитроне и
нагрузке Дн останется неизменным. Допустимые пределы измене-
51

Неоновая
щим разрядом.
RdoB
лампа
Два ее
U
«)
UF)
ISO
wo
so
l мин
1макс
0 S 1015 20 2530 ?5/ма)
6)
ния тока (/мин и /макс) и величину стабилизированного
напряжения определяют по характеристике стабилитрона (рис. 30, б).
Некоторые типы газоразрядных стабилизаторов: СГШ, СГ2П,
СГ2С, СГЗС, СГ4С, СГ5Б.
является газосветной лампой с тлею-
электрода имеют форму дисков,
расположенных на небольшом
расстоянии друг от друга (рис. 31). Если под-
| I U f I вести достаточное напряжение, в
Л yTN. П лампе возникает тлеющий разряд и
0 f \ ru образуется свечение
оранжево-красного цвета С увеличением
приложенного напряжения свечение
усиливается. Во избежание дугового разряда
последовательно с лампой включают
добавочное сопротивление ЛДОб.
Неоновую лампу применяют в
качестве индикатора настройки того
или иного контура в резонанс,
индикатора высокого анодного
напряжения и для других целей.
Несамостоятельный разряд.
Разряд этого вида имеет место в
приборах с накаливаемым катодом. К
приборам с несамостоятельным
разрядом относят газотроны и тиратроны.
Газотроны — это двухэлектродные лампы с накаливаемым
катодом, наполненные парами ртути или инертным газом. Катод
изготовляют из никелевой ленты, свернутой в
спираль и покрытой оксидным слоем Анод в
газотронах малой мощности никелевый и имеет
форму диска. В более мощных газотронах анод
изготовляют из графита; он имеет форму чашки,
окружающей катод Вывод анода делают сверху,
выводы накала — вниз на цоколь. Условное
изображение газотрона и его устройство показаны на
рис 32.
Благодаря электронной эмиссии при
сравнительно небольшом напряжении на аноде
возникает дуговой разряд и газотрон зажигается.
Образовавшиеся в лампе положительные ионы движутся
к катоду и создают около него положительный
заряд, который нейтрализует тормозящее действие
отрицательного объемного заряда. По этой
причине в газотроне при гораздо меньшем анодном напряжении
проходит такой же ток, как и в кенотроне.
Рис. 30
Стабилитрон;
б —
а — схема включения
рактрриетика
Рис. 31
Внешний
вид неоно~
вой лампы
52

Из-за малого анодного напряжения мощность, рассеиваемая
на аноде газотрона, уменьшается и увеличивается к. п. д.
Поэтому наибольшее применение получили газотроны в мощных
высоковольтных выпрямителях, для которых к. п. д. имеет большое
значение.
Но газотроны имеют недостатки. При отрицательном
напряжении на аноде к нему направляются
положительные ионы Если это напряжение велико,
скорость ионов, бомбардирующих анод, может
быть достаточной для выбивания из него
вторичных электронов. Двигаясь к катоду,
электроны ионизируют газ Это может вызвать
обратное зажигание газотрона и резкое
увеличение обратного тока, который может достигнуть
значения прямого тока, и газотрон потеряет
свойство выпрямителя Вследствие этого
важнейшим параметром газотрона является
допустимое значение обратного напряжения ?/0бр
Рабочим участком вольтамперной
характеристики газотрона (см. рис. 29, в) является его
пологая часть (участок ВС); участок CD—
нерабочий, так как при увеличении напряжения
на аноде возрастает скорость ионов,
бомбардирующих катод. Это приводит к его
разрушению. Поэтому важным параметром газотрона
является также наибольшая амплитуда
анодного ТОКа /а макс-
Газотроны, наполненные парами ртути,
применяют в высоковольтных выпрямителях,
предназначенных для питания радиопередатчиков и
мощных усилителей Газотроны, наполненные
инертным газом, выполняют двуханодными. Их
используют в схемах двухполупериодных
выпрямителей низкого напряжения
В условных обозначениях газотронов первой является буква Г,
вторая буква показывает наполнение (Р — парами ртути, Г —
инертным газом). Первая цифра обозначает тип прибора, вторая—
наибольший выпрямленный ток в амперах, третья — наибольшее
допустимое обратное напряжение в киловольтах.
Некоторые типы применяемых газотронов ВГ-129, ГГ1-0,5/5;
ГР1-0,25/1,5.
Тиратроны — это трехэлектродные лампы с накаленным
катодом, наполненные парами ртути или каким-либо инертным газом.
На рис. 33, а и б показаны условное изображение и устройство
тиратрона. По своим свойствам тиратрон значительно отличается
от вакуумного триода. Чтобы выяснить особенность тиратрона,
рассмотрим его анодно-сеточную характеристику — зависимость
<5
Рис 32
Газотрон
а — условное
изображение, 6—
устройство
53

анодного тока от сеточного напряжения при постоянном
напряжении на аноде ia=<p(?7c) при ?/a=const (рис. 33, в).
При большом отрицательном напряжении тиратрон заперт и
?а=0; затем при постепенном уменьшении отрицательного
напряжения на сетке анодный ток медленно возрастает. При некотором
напряжении на сетке, называемом напряжением зажигания,
скорость электронов увеличивается настолько, что начинается
ионизация. Тиратрон зажигается, ток резко растет.
Рис. S3. Тиратрон:
а — условное изображение, б — устройство, в — анодно-
сеточная характеристика, е — пусковая характеристика,
в — пусковая область
Положительные ионы устремляются к катоду и сетке. У
катода они нейтрализуют отрицательный объемный заряд, внутреннее
сопротивление тиратрона становится небольшим и величина
анодного напряжения уменьшается. Ионы, устремляющиеся к сетке,
нейтрализуют ее отрицательный потенциал. Вследствие этого
сетка теряет свое управляющее действие. Поэтому изменение
сеточного напряжения не вызывает изменения анодного тока
(горизонтальная часть характеристики). Погасить тиратрон можно лишь
путем уменьшения анодного напряжения.
При большем анодном напряжении (U'a>U'a) зажигание
тиратрона произойдет при более отрицательном напряжении на сетке,
т. е. чем больше напряжение на аноде, тем при более
отрицательном напряжении на сетке происходит зажигание тиратрона. Эта
54

зависимость выражается пусковой характеристикой
тиратрона (рис. 33, г). Кривая 1 является пусковой характеристикой для
тиратрона с редкой сеткой, кривая 2 — для тиратрона с густой
сеткой.
Напряжение зажигания зависит не только от величины
анодного напряжения, но и от других факторов: окружающей
температуры, сопротивления нагрузки, напряжения накала и др. По этой
причине одному и тому же анодному напряжению соответствует
множество различных значений напряжения на сетке, при
котором происходит зажигание тиратрона. Поэтому в справочниках
приводят пусковую область тиратрона (рис. 33, д).
Тиратроны применяют Для регулировки величины
выпрямленного напряжения в быстродействующих реле и т. д.
В условных обозначениях тиратронов первой является
буква Т. В остальном их обозначения аналогичны обозначениям
газотронов. Например, марка тиратрона ТП-0,1/0,3
расшифровывается следующим образом: тиратрон газовый, первого типа,
выпрямленный ток 0,1 а, наибольшее обратное напряжение 0,3 кв.
Некоторые типы тиратронов: ТП-0,1/0,3; ТП-2,5/10; ТГ1-5/3.
§ 14. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ И ТРИОДЫ
Общие сведения
К полупроводникам относят обширную группу твердых
веществ, имеющих главным образом кристаллическую структуру и
обладающих некоторыми особенностями механизма
электропроводности. Одной из этих особенностей является увеличение
электропроводности при повышении температуры. Полупроводниками
являются химические соединения — окислы металлов (оксиды),
сернистые соединения (сульфиды), соединения с селеном (селени-
ды), а также химические элементы: германий, кремний, теллур,
селен и др. Сплавы некоторых металлов также обладают
свойствами полупроводников.
В металлах прохождение тока обусловлено перемещением
электронов под действием электрического поля. Металлы обладают
хорошей электропроводностью, так как в них валентные электроны
легко отделяются от атомов и создают ток проводимости. В
диэлектриках валентные электроны прочно связаны с атомами, поэтому
они не могут перемещаться и создавать ток проводимости. В
чистом полупроводнике при нормальной температуре валентные
электроны сравнительно прочно связаны с атомами; такой
полупроводник по своим свойствам близок к диэлектрику. При повышении
температуры усиливается тепловое движение атомов и электронов,
возрастает количество валентных электронов, освобождающихся
от атомов, т. е. проводимость полупроводника с увеличением
температуры растет.
55

В таких полупроводниках, как германий, кремний, атомы
имеют по четыре электрона на внешней орбите (по четыре валентных
электрона). Каждый атом связывается своими валентными
электронами с четырьмя соседними атомами, расположенными гхо
вершинам правильного тетраэдра (рис. 34, а).
На рис. 34, б показано плоскостное изображение
кристаллической решетки германия. Как видно из рисунка, связь между
соседними атомами осуществляется восемью электронами:
четырьмя собственными и по одному от каждого атома. Когда все
валентные электроны связаны, материал является изолятором. Но если
нарушить каким-либо образом силы связи, например путем
повышения температуры, то из решетки может быть выбит один
электрон а и останется свободное место, называемое дыркой.
Рис. 34. Германий:
а — связь атома с четырьмя соседними атомами, б — кристаллическая решетка
Если к кристаллу приложить внешнее напряжение, выбитый
электрон будет двигаться под действием электрического поля и
образуется ток. Проводимость, обусловленная движением свободных
электронов, называется электронной или проводимостью типа п
(от латинского слова negative — отрицательный). Наличие дырок
в кристаллической решетке приводит к другой возможности
переноса электрических зарядов.
Под действием электрического поля связанный электрон
соседнего атома может переместиться и занять дырку. Но
восстановление одной связи приводит к нарушению другой и появлению
новой дырки. Следовательно, под действием электрического поля
происходит движение дырок в направлении, противоположном
движению электронов. Проводимость, обусловленная движением
дырок, называется дырочной или проводимостью типа р (от
латинского слова positive — положительный).
В идеальном полупроводнике при разрывах валентных связей
одновременно возникают в равных количествах электроны идыр-
56

ки; такой полупроводник обладает и электронной и дырочной про-
водимостями. Проводимость, наблюдаемая в идеальном (чистом)
полупроводнике, называется собственной.
Если ввести в полупроводник примеси других элементов,
можно значительно увеличить его электропроводность. В зависимости
от вида примеси эта проводимость будет иметь различный
характер. Примеси, вызывающие преобладание электронов а создающие
в основном электронную проводимость, называются донорными.
Для германия такими примесями являются пятивалентные
элементы — сурьма, мышьяк и др.
Пятый валентный электрон р (рис. 34, б) атома примеси, слабо
связанный с соседними атомами, может даже при комнатной
температуре оторваться от атома и участвовать в проводимости.
Полупроводник с электронной проводимостью называется
полупроводником типа п.
Примеси, вызывающие преобладание дырок и создающие в
основном дырочную проводимость, называются акцепторными.
Для германия такими примесями являются трехвалентные
элементы — индий или галлий. Атом индия или галлия имеет только
три валентных электрона; поэтому при замещении одного атома
германия атомом примеси в решетке окажутся заполненными
связи- только трех соседних атомов, одна связь остается
незаполненной, т. е. образуется дырка. Дырка может быть заполнена
электроном у соседнего атома, в результате чего возникает новая
дырка. Полупроводник с дырочной проводимостью называется
полупроводником типа р.
Электроны в полупроводнике типа п и дырки в
полупроводнике типа р называются основными носителями заряда; небольшое
количество свободных электронов в полупроводнике типа р и
дырок в полупроводнике типа п называются неосновными
носителями заряда.
Полупроводниковые диоды
Рассмотренные нами полупроводники типов п и р пе могут
выпрямлять переменный ток, так как величина тока, проходящего
через такие полупроводники, при любой полярности подводимого
напряжения не изменяется.
Основным элементом полупроводниковых приборов является
контакт между двумя полупроводниками с различными типами
проводимости. Такой контакт называется электронно-дырочным
переходом или р—п-переходом. При образовании такого контакта
начинается переход (диффузия) электронов из полупроводника
типа п в полупроводник типа р и обратный переход дырок из
полупроводника типа р в полупроводник типа п.
Вблизи р—?г-перехода происходит рекомбинация — электроны
занимают дырки. Вследствие этого в пограничном слое количество
57

свободных носителей заряда резко уменьшается, что увеличивает
сопротивление пограничных слоев п и р полупроводников. Область
повышенного сопротивления называется запирающим слоем.
В результате перехода дырок из полупроводника типа р в
полупроводник типа п в полупроводнике типа р образуется слой
отрицательных неподвижных зарядов. Аналогично в полупроводнике
типа п из-за перехода электронов в полупроводник типа р
образуется слой положительных неподвижных зарядов (рис. 35, а). Эти
два слоя положительных и отрицательных зарядов образуют
разность потенциалов запирающего слоя (контактную разность
потенциалов) и соответствующее ей электрическое поле Ек,
препятствующее движению электронов из полупроводника типа п в
полупроводник типа р и обратному движению дырок.
!©
|©
1©
|©
©1
©j
© 1
© |
а)
11 S) '(/ ' в)
Рис. 35. Электронно-дырочный переход:
а — контакт двух полупроводников типа п и типа р, б — прямое включение
внешнего напряжения к р—n-переходу, в — обратное включение
Диффузионное движение электронов и дырок через р—тг-пере-
ход образует диффузионный ток, направление которого совпадает
с направлением движения дырок и противоположно направлению
электронов.
Но поле Ек, препятствующее диффузионному движению
основных носителей заряда, является ускоряющим для движения
неосновных носителей заряда: дырок из полупроводника типа п в
полупроводник типа р и электронов из полупроводника типа р в
полупроводник типа п.
Под действием этого поля неосновные носители заряда легко
перемещаются через р—и-переход, образуя дрейфовый ток,
направленный навстречу диффузионному току. При отсутствии
внешнего напряжения диффузионный и дрейфовый токи равны по
величине и суммарный ток равен нулю.
Подведем к р—га-переходу внешнее напряжение. Вначале
подключим минус батареи к полупроводнику типа п, а плюс — к
полупроводнику типа р (рис. 35, б). В этом случае полярность
приложенного напряжения обратна полярности запорного слоя и
контактная разность потенциалов р—«-перехода уменьшается.
<©
•*:
Л®
л©
1®
©1
7&°
%
eJ<,
©1
:iii
1—
1 ©
¦*"•«
1 ©
*-•
^
1 ©
© 1
_°-*"
© 1
о-»-
©оА
© |
¦ I >
58

Кроме того, под действием внешнего напряжения основные
носители заряда в полупроводниках типа п и типа р приближаются
к р—га-переходу, заполняют запирающий слой и уменьшают его
толщину. Сопротивление запорного слоя уменьшается. Такое
включение внешнего напряжения называется прямым или
пропускным. По мере увеличения напряжения сопротивление
запорного слоя уменьшается, а ток в цепи возрастает.
Изменим полярность включения батареи. Подключим минус
батареи к полупроводнику типа р, а плюс — к полупроводнику
типа п (рис. 35, в). В этом случае полярность приложенного
напряжения совпадает с полярностью запорного слоя и контактная
разность потенциалов р—я-перехода увеличивается.
Под действием внешнего напряжения основные носители
заряда в обоих полупроводниках удаляются от границы, запирающий
слой становится толще и его сопротивление возрастает. Такое
включение батареи называется обратным или запорным. При
таком включении ток, образуемый основными носителями заряда,
резко уменьшается. Ток во внешней цепи определяется движением
неосновных носителей заряда. Этот ток, называемый обратным,
во много сотен и тысяч раз меньше тока, протекающего в цепи при
прямом включении батареи (прямого тока).
Следовательно, контакт двух полупроводников с различными
типами проводимости (р—re-переход) обладает неодинаковым
сопротивлением в различных направлениях и поэтому может быть
использован для выпрямления переменного тока. На этом и
основан принцип работы полупроводникового диода. Вольтамперная
характеристика полупроводникового диода показана на рис. 36, а.
Применяемые для выпрямления переменного тока меднозакис-
ные (купроксные) и селеновые выпрямители работают также по
принципу образования запирающего слоя в р—п-переходе.
Меднозакисные выпрямители представляют собой
медную подложку, покрытую слоем закиси меди. Внутренний слой
закиси меди, непосредственно прилегающий к меди, обладает
«-проводимостью, а внешний слой, соприкасающийся с воздухом,
р-проводимостью. Проводящим является направление от закиси
меди к меди. Недостатками этого выпрямителя являются
зависимость параметров от температуры, изменение свойств со
временем и др.
В настоящее время чаще используют селеновые
выпрямители, представляющие собой основание в виде стальной или
алюминиевой пластины. Основание никелируют или покрывают
слоем висмута. После этого на него наносят слой селена, поверх
которого накладывают слой олова с кадмием. Селен обладает
р-проводимостью, а селен с примесью кадмия — и-проводимостью.
Проводящим является направление от стали или алюминия к
кадмию. Параметры селеновых выпрямителей также зависят от
температуры. Но достоинством является большая надежность в работе.
59

Inp^
Широко применяют германиевые и кремниевые д и о-
д ы. Они делятся на плоскостные (слоистые) и точечные. Плос^
костные диоды используют для выпрямления переменного тока,
точечные — для детектирования.
В плоскостном диоде на кристалл германия типа п наносят
маленький кусочек индия. При температуре около 500° С индий
расплавляется на поверхности германия и диффундирует в него.
Часть германия растворяется в капле индия. После охлаждения
между индием и кристаллом германия образуется слой,
обладающий проводимостью типа р. Застывшая капля служит
электрическим контактом с дырочным слоем, а контакт с германием
выполняется из свинца или олова.
Схема включения и устройство плоскостного диода показаны
на рис. 36, бив.
В точечном диоде образован контакт кристалла германия типа п
с вольфрамовой проволочкой (рис. 36, г). В процессе формовки
диода около контакта с проволочкой образуется небольшая
область, обладающая проводимостью типа р.
У точечных диодов мала междуэлектродная емкость из-за
малой площади р—?г-перехода. Поэтому их можно использовать на
более высоких частотах. Но
/ , уменьшение площади
контакта уменьшает величину
допустимой мощности
рассеивания. Кроме того, они
обладают малой величиной
обратного напряжения.
Полупроводниковые
диоды имеют следующие
достоинства: сравнительно
большие значения
выпрямленного тока и обратного
напряжения, малое сопротивление
прямому току, малое
значение обратного тока,
отсутствие затрат энергии на накал
катода и высокий к. п. д.,
малые габариты и вес, большая
механическая прочность и
большой срок службы.
Недостатком диодов является
зависимость параметров от
температуры и влажности.
В условном обозначении
диодов первой сгоит буква Д. Точечные германиевые диоды имеют
номера 1—100, а точечные кремниевые 101—200; плоскостные
кремниевые — 201—300, плоскостные германиевые — 301—400.
UoSp ..
м
1
6)
Рис. 36. Полупроводниковые диоды:
а — вольтамперная характеристика, б —
схема включения, в — устройство плоскостного
диода, г — устройство точечного диода
60

^пр
(на)
1
'M
f\
/
1—
3
\J
У
/
/
Некоторые типы плоскостных и точечных диодов: Д11, Д12,
Д18, Д102, Д102А, ДЮЗ, Д104, Д202, Д203, Д304.
Кроме рассмотренных типов диодов применяют
туннельные диоды, в которых используются полупроводники с очень
высокой концентрацией донорной и акцепторной примесей. Это
приводит к тому, что вольтамперная характеристика туннельного
диода (рис. 37) значительно
отличается от такой же
характеристики обычного
диода. При высокой
концентрации примесей ширина р—га-
перехода делается очень
малой, а напряженность поля
на переходе — большой.
Если приложить к р—га-
переходу большое обратное Уф'*'
напряжение — U06p,
напряженность поля возрастет и в
цепи будет протекать
большой обратный ток /0бр
(участок 1). Это явление
получило название туннельного
эффекта.
Приложим к
р—га-переходу прямое напряжение
Unp, поле в р—га-переходе ослабится, но еще останется
достаточным для обеспечения туннельного эффекта (участок 2). Когда
значение прямого напряжения увеличится до нескольких десятых
долей вольта, туннельный эффект начнет постепенно исчезать и в
характеристике появится падающий участок 3. Если значение
прямого напряжения достигнет 1—1,5 в, туннельный эффект
полностью исчезнет и вольтамперная характеристика будет иметь вид
характеристики обычного диода (участок 4).
Падающий участок характеристики широко применяют для
усиления и генерирования колебания. Туннельный диод обладает
рядом достоинств: его характеристика мало зависит от
температуры, он обладает большой скоростью срабатывания и поэтому
используется в быстродействующих схемах.
%Ш
Рис. 37. Вольтамперная характеристика
туннельного диода
Полупроводниковые триоды
Полупроводниковый триод, который принято называть
транзистором, в отличие от диода имеет два р—га-перехбда. Он состоит
из полупроводников различной проводимости. Если средняя
область обладает дырочной проводимостью, а две крайние области —
электронной, то это транзистор типа га—р—га. Если, наоборот,
средняя область обладает электронной проводимостью, а крайние — ды-
61

рочной, то это транзистор типа р—п—р. Условные изображения
этих транзисторов показаны на рис. 38. Средняя область
называется базой, а крайние области — эмиттером и коллектором.
з 5 к
+
п +
+ п
+
э
р -
6
+ +
+ п +
+ +
к
- р
ь
'&
а)
Я
Рис. 38 Условные изображения транзисторов:
а — типа п—р—п, б — типа Р—п—р
По аналогии с электронной лампой эмиттер э выполняет
функцию катода, база б — сетки и коллектор к — анода. Для
обозначения величин, относящихся к эмиттеру, базе и коллектору,
пользуются индексами в виде букв э, б и к соответственно. Например,
токи 1Э, /б, 1к, напряжения С/э-б, UK-6, Uq-3, Uk-3.
Транзисторы могут работать в трех основных схемах
включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором
(рис. 39).
Рис 39 Схемы включения транзисторов:
а—о общей базой, б — с общим эмиттером, в — с общим коллектором
Рассмотрим работу транзистора типа п—р—п на примере
схемы с общей базой. Транзистор изобразим в виде двух
р—га-переходов — эмиттерного и коллекторного (рис. 40). Подобно тому,
62

п
как это было в диоде, на каждом из р—«-переходов
устанавливается контактная разность потенциалов.
В цепи эмиттера (эмиттер — база) внешний источник
постоянного тока .Еэ-б включается в пропускном направлении и этим
контактная разность потенциалов уменьшается. Сопротивление
р—«-перехода уменьшается В цепи коллектора, наоборот,
внешний источник постоянного тока ^к-в включается в запорном
направлении. Этим контактная разность потенциалов увеличивается.
Сопротивление
р—га-перехода возрастает. л Р
При изготовлении
транзистора добиваются того,
чтобы удельная
проводимость базы была намного
меньше удельной
проводимости эмиттера.
Соответственно и концентрация
основных носителей заряда
в эмиттере будет намного
больше, чем в базе.
Когда включена
батарея в цепь эмиттера,
начинается встречное
движение через эмиттерный
р—«-переход основных
носителей заряда:
электронов из области « в область р, а дырок из области р в область га.
Но так как концентрация электронов в «-области намного больше
концентрации дырок в р-области, то лишь часть электронов реком-
бинирует с дырками в приконтактной области р—к перехода.
Основная же масса электронов внедряется в область базы, где они
являются неосновными носителями заряда. Это явление
называется инъекцией неосновных носителей заряда.
Внедрившиеся в р-область электроны диффундируют в сторону
коллекторного р—«-перехода. Так как толщина базы очень мала
D—5 мк), большинство электронов не успевает рекомбинировать
с дырками и проходит к коллекторному р—«-переходу.
Попадая под действие ускоряющего поля коллекторного
р—«-перехода и батареи #к-б, электроны втягиваются в область
коллектора. Имевшийся недостаток (дефицит) носителей заряда
(электронов) в приконтактной области уменьшается, вместе
с этим уменьшается и сопротивление коллекторного
р—«-перехода. Это вызывает увеличение тока коллектора. Величина тока
коллектора 1К практически равна току эмиттера /э. Ток
1К = а/э,
где а — коэффициент усиления по току. В плоскостных триодах
Рис. 40 Пример включения
транзистора в схему с общей базой
63

из-за рекомбинации в области базы части неосновных носителей
заряда коэффициент усиления а равен 0,95—0,99, т. е. ток /к всего
на 1—5% меньше тока /э. Этот ток проходит через нагрузочное
сопротивление Ra и создает на нем падение напряжения.
Если в цепь эмиттера ввести переменное напряжение 11э-б, ток
в цепи эмиттера 1Э будет изменяться по тому же закону. Но
изменение тока эмиттера вызывает изменение сопротивления
коллекторного р—«-перехода и соответствующее изменение тока /к в цепи
коллектора. На сопротивлении Ra выделится переменное
напряжение, которое будет воспроизводить колебания напряжения на
входе.
Коэффициент усиления по напряжению К — это отношение
напряжения, выделяемого на нагрузочном сопротивлении /?н, к
напряжению на входе схемы:
^вх ^э-^вх
Но так как IK~h, коэффициент усиления примерно равен
отношению нагрузочного сопротивления к входному сопротивлению:
#вх
Как было отмечено, входное сопротивление цепи эмиттера i?Bx
имеет малую величину. Нагрузочное сопротивление i?H во много
раз превосходит величину входного сопротивления RB*:
Rh > ff вх-
Следовательно, в схеме с общей базой происходит
значительное усиление по напряжению. Усиление по току меньше единицы.
Входное сопротивление невелико. Сопротивление коллекторного
перехода очень большое, что позволяет включить в выходную цепь
высокоомное сопротивление.
Принцип работы транзистора типа р—п—р такой же, как и
типа п—р—п, а полярность включения источников питания
противоположная.
В схеме с общим эмиттером (см. рис. 39, б) входным
током является ток базы /б, а выходным — ток коллектора /к. Ток
базы h = h—1« Но так как /ц^ @,95-0,99) 7Э, то ток базы h
сравнительно мал (во много раз меньше тока коллектора /к).
Следовательно, в схеме с общим эмиттером происходит не только
усиление по напряжению, но и усиление по току и большое усиление
по мощности. Входное сопротивление триода достигает десятков
килоом. Эта схема широко используется в усилительных и
импульсных схемах.
В схеме с общим коллектором (рис. 39, в) выходное
напряжение снимается с сопротивления i?H. Оно меньше входного
U

напряжения. Выходным током является ток эмиттера 7Э, который
больше входного тока h- Следовательно, в этой схеме включения
имеет место усиление по току.
Схема с общим коллектором дает очень небольшое усиление
мощности, а усиление по напряжению меньше единицы. Эта схема
отличается высоким входным (порядка сотен тысяч ом) и низким
выходным (сотни ом) сопротивлением. Схема используется лишь
во входных каскадах усилителей или при необходимости coi
пасования двух каскадов с общей базой или общим эмиттером.
1„ (ма)
д.. Ток эмиттера I ма)
Г
L
и**0»
0,1 0,2 0.3 0,Ь 3'6
6}
Рис. 41. Статические характеристики транзистора:
а — выходные, б — входные
Статические характеристики. Как и в электронных лампах, в
транзисторах пользуются статическими характеристиками. Эти
характеристики определяют соотношение между токами,
проходящими в цепях транзистора, и напряжениями на его электродах.
Характеристики различаются для разных схем включения.
3 Заказ № 1100
65

Основными характеристиками являются выходные и входные.
Выходные характеристики выражают зависимости
выходного тока от выходного напряжения. Для схемы с общей базой
это зависимости 1К—/(?/к-б) при /э=const (рис. 41, а).
Входные характеристики являются зависимостями входного
тока от входного напряжения. Для схемы с общей базой это
зависимости h=f(Ua-6) при Uk-5 — const (рис. 41, б).
Пользуются также характеристиками передачи и
характеристиками обратной связи. Характеристики передачи
выражают зависимости выходного тока от входного тока. Для схемы
с общей базой это зависимости 1К — фG9) при Uк-б = const.
Характеристики обратной связи выражают зависимости
входного напряжения от выходного напряжения. Для схемы с общей
базой это зависимости ?/э-б=/(^к-б) при /э = const.
Рассмотрим выходные характеристики. Как видно из рис. 41, а,
с увеличением тока эмиттера характеристики сдвигаются вверх.
Ток /к на значительном участке характеристики очень мало
зависит от приложенного напряжения ?/к-б- Но когда величина
напряжения UK-6 приближается к нулю, ток /к начинает падать. Для
прекращения тока 1К на коллектор по-
, ж2?>'>"»»\»»»"»^ „ дают напряжение UK-e обратной
полярности (прямое напряжение).
При /э=0, т. е. при обрыве цепи
эмиттера, коллекторный ток снижается
до некоторого малого значения /ко,
называемого начальным или обратным
током. Величина этого тока
определяется концентрацией неосновных
носителей заряда в базе и коллекторе и
сильно зависит от температуры. С
повышением температуры ток /к0 возрастает
и статические характеристики
передвигаются вверх, что приводит к
нестабильности работы триода.
Теперь рассмотрим входные
характеристики. При напряжении ?/к-б = 0
входная характеристика (рис. 41, б)
является обычной характеристикой
р—тг-перехода при прямом включении
батареи. При увеличении напряжения
на коллекторе характеристики
сдвигаются вверх.
Конструкции триодов. На рис. 42 показана конструкция одного
из типов плоскостных триодов. В условных обозначениях
транзисторов первой стоит буква П. Низкочастотные маломощные
германиевые транзисторы имеют номера 1—100, а кремниевые —
101—200. Выходные германиевые транзисторы для работы при
Рис. 42 Конструкция
плоскостного триода:
1 — эмиттерная навеска, 2 —
криеталлодержатель, 3 —
пластина полупроводника, 4 —
коллекторная навеска, 5 —
проходной изолятор, в —
вывод коллектора, 7 — вывод
базы, 8 — вывод эмиттера
66

обычных температурах имеют номера 201—300, а выходные
кремниевые — 301—400. Высокочастотные маломощные германиевые
транзисторы имеют номера 401—500, а кремниевые — 501—600.
Мощные германиевые транзисторы имеют номера 601—700, а
мощные кремниевые — 701—800.
Свет
Рис 43. Фотоэлемент (а) и фотоэлектронный умножитель (б):
1 — катод, 2 — анод, 3 — фотокатод, 4, S и 6 — эмиттеры, 7 — анод
Некоторые типы плоскостных транзисторов- П9А, П10, П10А,
П10Б, П13, П13Б, П101, П104, П101А, П105, П201, П201А, П202,
П209А, П401, П402, П404, П404А.
§ 15. ФОТОЭЛЕМЕНТЫ
Фотоэлементами называются приборы, служащие для
превращения энергии света в энергию электрического тока. Они имеют
разнообразное применение в установках для передачи
изображений (фототелеграмм), для телевидения, в звуковом кино и т. д.
По принципу действия фотоэлементы разделяются на два типа:
фотоэлементы, использующие явление внешнею фотоэффекта, и
фотоэлементы, использующие явление внутреннего фотоэффекта.
В первых приборах под действием света возникает
фотоэлектронная эмиссия и их относят к типу электровакуумных
фотоэлементов (электронных и ионных). Во вторых приборах под действием
света либо изменяется проводимость, либо возбуждается
собственная электродвижущая сила и их относят к типу
полупроводниковых фотоэлементов.
Электровакуумные фотоэлементы. Внешний вид
электровакуумного фотоэлемента показан на рис. 43, а. Катод 1,
представляющий собой соединение цезия и сурьмы, наносят на половину
внутренней поверхности баллона. Анод 2 имеет форму кольца.
В ионных приборах, наполненных инертным газом (гелием,,
неоном, аргоном и др.), ток фотоэлектронной эмиссии возрастает
в результате ионизации газа. Но эти фотоэлементы имеют
недостаток, ограничивающий их применение: в них может возникнуть
3*
67

ФС-А1
0С-А2
ФС-АЗ
ФС-А4
а)
Л
F
2 3
газовый разряд, при котором фотоэлемент выходит лз строя;
кроме того, в связи с малой подвижностью ионов, они обладают
большой инерционностью при освещении фотоэлемента импульсами
света. К электровакуумным элементам относят следующие типы
фотоэлементов: СЦВ-3; СЦВ-4; СЦВ-51; Ф-1; ЦГ-1; ЦГ-3; ЦГ-4.
К этому типу приборов
относятся и фотоэлектронные
умножители (рис. 43, б),
в которых используется
фотоэлектронная и
вторично-электронная эмиссия. Под действием
света фотокатод 3 эмиттирует
электроны, которые падают на
первый эмиттер 4 и выбивают
из него вторичные электроны.
Эти электроны в свою очередь
падают на второй эмиттер 5 и
выбивают из его поверхности
вторичные электроны. Одним
электроном выбивается
примерно 8—12 вторичных
электронов. Поэтому ток,
протекающий в нагрузке RH, во много раз
больше тока фотокатода. Ниже
приводятся некоторые типы
фотоэлектронных умножителей:
ФЭУ-11, ФЭУ-12А, ФЭУ-13.
Полупроводниковые
фотоэлементы. К фотоэлементам,
использующим явление
внутреннего фотоэффекта, относят
фотосопротивления (рис. 44, а).
Получая энергию от светового
потока, электроны могут
оторваться от атомов
кристаллической решетки и превратиться
из связанных в полусвободные. Вследствие этого проводимость
фотосопротивлений под действием светового потока возрастает.
Если к концам такого сопротивления приложить некоторую
разность потенциалов, то величина протекающего в этой цепи тока
будет зависеть от освещенности фотосопротивления. В настоящее
время изготовляют фотосопротивления различных типов — серни-
стосвинцовые (ФС-А1, ФС-А2, ФС-АЗ и ФС-А4, рис. 44, а); серни-
стовисмутовые (ФС-Б1, ФС-Б2); селенистокадмиевые (ФС-К1,
ФС-К2),
Вентильные фотоэлементы также относят к фотоэлементам
с внутренним фотоэффектом. Их особенностью является то, что за
+
0
Рис. 44. Внешний вид фотосопро-
гивлений fa) и устройство
вентильного и селенового
фотоэлементов:
1 — металлический электрод, 2 —
слой селена, 3 — полупрозрачный
слой

счет энергии светового потока в них создается внешняя э. д. с, т. е.
происходит непосредственное преобразование световой энергии в
электрическую.
На рис. 44, б показано устройство вентильного селенового
фотоэлемента. На металлический электрод 1 нанесен
полупроводниковый слой селена 2, поверх которого осажден тонкий
полупрозрачный слой золота 3. Этот слой является вторым электродом
фотоэлемента.
В процессе изготовления между полупроводником и слоем
золота образуется тонкий запорный слой с односторонней
проводимостью. При освещении фотоэлемента со стороны
полупроводникового слоя происходит одностороннее перемещение электронов,
освобождающихся под действием света. Обратному переходу
электронов от пленки золота к селену препятствует разность
потенциалов запорного слоя. Вследствие этого на электродах 1 и 3
появляется э. д. с, полярность которой показана на рисунке.
Вопросы для повторения
1. Что такое работа выхода электронов?
2. Каковы достоинства и недостатки пленочных и полупроводниковых
катодов?
3. В чем заключается различие между режимами пространственного
заряда и насыщения?
4. Почему у ламп с оксидными катодами не наблюдается резко
выраженного явления насыщения?
5. Каково назначение сетки в триоде?
6. Что такое крутизна, коэффициент усиления и внутреннее
сопротивление триода?
7. Как определить параметры триода по его статическим
характеристикам?
8. Каково назначение экранирующей сетки в тетроде?
9. Что называется динатронным эффектом в тетроде?
10. Каковы особенности конструкции высокочастотных пентодов?
11. Объяснить по схеме, показанной на рис. 25, принцип действия
электроннолучевой трубки.
12. Объяснить вольтамперную характеристику газового разряда (см.
рис. 29).
13. Почему после зажигания тиратрона сетка теряет свое управляющее
действие?
14. В чем заключается вредное влияние инерции электронов при
работе электронных ламп на СВЧ?
15. Что называется электронной и дырочной проводимостями?
16. Какие примеси в полупроводниках называют донорными и какие
акцепторными?
17. Чем обусловлен запирающий слой в электронно-дырочном переходе
и как он изменится, если к нему приложить прямое и обратное
напряжение?
18. В чем заключаются особенности трех схем включения транзисторов?
19. Объяснить выходные и входные характеристики транзистора (см.
рис. 41).
20. Чем отличается внутренний фотоэффект от внешнего?

ГЛАВА III
ВЫПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ
-W-
СТ-
т
и.
ю
§ 16. ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Выпрямители — это устройства, преобразующие переменный
ток в ток одного направления. Для этой цели используют приборы,
обладающие односторонней проводимостью — вакуумные и
полупроводниковые диоды, газотроны и тиратроны. Выпрямительные
элементы называются вентилями. До конца 20-х годов основными
выпрямительными элементами
были вакуумные диоды
(кенотроны), которые изготовлялись
мощностью от нескольких ватт
до нескольких десятков
киловатт. Мощные кенотроны были
в 30-х годах вытеснены более
экономичными ртутными
выпрямителями, разработанными
под руководством академика
В. П. Вологдина. В настоящее
время применяют также
мощные газотроны и тиратроны.
Маломощные кенотроны
применяют в выпрямителях малой и
средней мощности, но они
быстро вытесняются
полупроводниковыми вентилями, которые
более экономичны и надежны в
работе. Рассмотрим простейшие
типы выпрямителей.
Однополупериодный
выпрямитель. На рис. 45, а показана
схема однополупериодного
выпрямителя. Последовательно со
вторичной обмоткой II транс-
Рис. 45. Однополупериодный выпря- форматора и полупроводнико-
житель: вьш вентилем g включено со-
о — схема, бив — рабочие процессы в п
выпрямителе ПрОТИВЛвНИе К.
70

Рабочие процессы в этом случае изображены на рис. 45, б. На
графике 1 показано изменение напряжения на обмотке II
трансформатора. Благодаря выпрямительному свойству ток через
вентиль проходит только во время положительного полупериода
напряжения. Этот ток, протекая через сопротивление R, создает на
нем падение напряжения Ur—IR.
Ток / и напряжение UB являются пульсирующими (график 2).
Чтобы сгладить пульсации, параллельно нагрузочному
сопротивлению включают конденсатор С достаточно большой емкости
(рис. 45, а). Рабочие процессы в этом случае поясняет рис. 45, в.
На графике 1 показано изменение напряжения на обмотке II
трансформатора. На графике 2 пунктиром показаны
положительные полуволны напряжения, а кривая ABCDEFG изображает
напряжение на конденсаторе С.
U
I,
А А А
Ц А А А,
U] 5) t
Рис. 46. Двухполупериодный выпрямитель:
а — с двумя вентилями, б — рабочие процессы в выпрямителе
Напряжение на вентиле в любой момент времени равно
алгебраической сумме напряжений на обмотке II трансформатора и на
конденсаторе С. На рисунке показана полярность напряжения на
конденсаторе и обмотке II трансформатора для положительного
полупериода напряжения. Очевидно, ток через вентиль проходит
тогда, когда напряжение на обмотке трансформатора не только
положительное, но и больше напряжения конденсатора. При этом
происходит заряд конденсатора через вентиль (участки АВ,
CD, EF).
Когда же напряжение на обмотке трансформатора
отрицательное или меньше напряжения конденсатора, ток через вентиль не
проходит и происходит разряд конденсатора через сопротивление R
(участки ВС, DE, FG). Разряд конденсатора происходит
значительно медленнее заряда, так как величина нагрузочного
сопротивления R значительно больше сопротивления вентиля Лв.
71

Двухполупериодный выпрямитель. Представляет собой
соединение двух однополупериодных выпрямителей, питающих общую
нагрузку R.
На рис. 46, а показана схема с двумя вентилями, в которой
вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от средней точки.
Когда напряжение в верхнем конце обмотки трансформатора
положительно относительно средней точки, ток h идет через
вентиль Б[ в направлении, указанном стрелкой.
+ (-)
«;
i—h
Нигрузка
Рис. 47. Мостовая схема двухполупериодного выпрямителя (а) и схема
выпрямителя удвоенного выпрямленного напряжения (б)
При этом напряжение на нижнем конце обмотки отрицательно,
и ток через вентиль Bz не проходит. Через полупериод полярность
напряжений на концах обмотки меняется на обратную. Вентиль Si
запирается, а вентиль В^ открывается и ток /г проходит через
вентиль В2. В обоих случаях через нагрузочное сопротивление R токи
1\ и 1ч проходят в одном направлении и создают суммарный
пульсирующий ток /, равный Ij+h. Рабочие процессы в выпрямителе
показаны на рис. 46, б.
В мостовой схеме двухполупериодного выпрямителя (рис. 47, а)
вторичная обмотка не имеет отвода от средней точки и
используется полностью в течение положительного и отрицательного
полупериодов напряжения. В положительный полупериод открыты
вентили 1 и 3 (вентили 2 и 4 закрыты), в отрицательный полупериод
открыты вентили 2 и 4 (вентили 1 и 3 закрыты).
На рис. 47, б изображена схема, позволяющая получить
удвоенное выпрямленное напряжение без повышающего
трансформатора. В течение положительного полупериода напряжения проводит
ток вентиль В\ и заряжается конденсатор Си а в течение
отрицательного полупериода проводит ток вентиль В% и заряжается
конденсатор Сг. Напряжения на этих конденсаторах складываются и
подаются на сопротивление Д, через которое проходит
разрядный ток.
72

§ 17. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
0-
L
-/YW
0-
Cf -у С? —г- R
«)
Как мы установили, выпрямленный ток и напряжение на
нагрузочном сопротивлении являются пульсирующими (см. рис.
45, б). Для сглаживания пульсаций параллельно нагрузочному
сопротивлению можно включить конденсатор С (см. рис. 45, а).
Для более совершенного
сглаживания пульсаций
вместо одного конденсатора
между выпрямителем и
нагрузочным сопротивлением R
включают сглаживающий
фильтр из элементов L и С.
Схема такого
сглаживающего фильтра и схема двухпо-
лупериодного выпрямителя с
фильтром показаны на рис.
48, а и б. Конденсаторы С\
и Сг, включенные в
параллельные ветви фильтра,
имеют емкость, равную
нескольким единицам или десяткам
микрофарад. Дроссель со
стальным сердечником,
включенный в последовательную
ветвь, имеет индуктивность
порядка нескольких единиц
или десятков генри.
Сопротивления этих
элементов зависят от частоты:
сопротивление дросселя
незначительно для постоянной
составляющей и большое для
переменной составляющей
тока. Конденсатор, наоборот,
ле пропускает постоянный
ток и его сопротивление
незначительно для переменной
составляющей тока.
Переменная составляющая тока проходит через конденсатор
С\, сопротивление которого значительно меньше сопротивления
дросселя L. Постоянная составляющая тока проходит через
дроссель L и нагрузочное сопротивление R, на котором выделяется
выпрямленное напряжение.
Сопротивление конденсатора С2 для переменной составляющей
тока значительно меньше сопротивления R. Поэтому часть
переменной составляющей тока, проходящая через дроссель L, ответв-
Рис 48. Сглаживание пульсаций:
а — однозвенный фильтр L и С, б — схема
выпрямителя с фильтром, в — нагрузочная
характеристика
73

ляется через конденсатор С2. Таким образом, переменная
составляющая тока, которая является вредной, не допускается на
нагрузочное сопротивление фильтром. Рассмотренный фильтр
называется однозвенным. Применяют также фильтры, состоящие из
нескольких звеньев.
В сглаживающих фильтрах широко используют
электролитические конденсаторы, рассчитанные на соответствующие
напряжения. Дроссель фильтра имеет стальной сердечник с числом
витков, равным нескольким тысячам.
Широко применяется упрощенная схема фильтра, в которой
вместо дросселя L включено сопротивление Дф, равное нескольким
тысячам или десяткам тысяч ом. Такую схему применяют лишь
при малых токах, так как на сопротивлении Лф происходит
некоторая потеря постоянного напряжения.
Выпрямленное напряжение U2 зависит от величины тока
нагрузки /. Эта зависимость U2 — q>(I) при неизменном напряжении
питания называется нагрузочной или внешней характеристикой
выпрямителя (рис. 48, в). Как видно из рисунка, при увеличения
тока нагрузки выпрямленное напряжение уменьшается. Это
обусловлено тем, что с увеличением тока увеличивается падение
напряжения в обмотках силового трансформатора, кенотронах и на
дросселе фильтра. Например, если потребляемый ток изменяется
от 1\ до 1%, то выходное напряжение будет изменяться от G/
до U2".
Наибольший допустимый ток в нагрузке определяется
наибольшим допустимым выпрямленным током. Так, например, для
кенотрона 5Ц8С максимальный выпрямленный ток 210 ма. Нижним
пределом тока является работа выпрямителя вхолостую при
отключенном сопротивлении нагрузки. Если нагрузка включена
через фильтры типа LC (рис. 48, б), то выходное напряжение
выпрямителя повышается и достигает амплитуды переменного
напряжения на анодах кенотрона.
Если в фильтре выпрямителя применяют электролитические
конденсаторы, то есть опасность их пробоя при отключенной
нагрузке, так как они имеют малый запас электрической прочности.
Поэтому нужно следить за тем, чтобы напряжение на
электролитических конденсаторах не оказалось больше допустимого
(рабочего) .
§ 18. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
Многие радиоустройства требуют большой стабильности
напряжения и тока. В зависимости от назначения радиоустройств
допускаемая нестабильность питающих напряжений 5—0,001%.
Напряжение сети переменного тока может изменяться на 10% и
более, кроме того, напряжение на выходе выпрямителя зависит от
сопротивления нагрузки. Чтобы напряжение, питающее схему
74

радиоустройства, мало зависело от изменении напряжения сети
и сопротивления нагрузки, применяют стабилизаторы. Существует
большое количество различных способов и схем стабилизации.
Наиболее распространенными типами стабилизаторов
являются газоразрядный, электронный, с насыщенной сталью,
бареттер и др.
Газоразрядный стабилизатор напряжения — стабилитрон был
рассмотрен в § 13. Стабилитрон применяют при малых мощностях
при токах 20—30 ма. При изменении питающего напряжения на
±'10% напряжение на выходе изменяется приблизительно
на1%.
Электронные стабилизаторы. Они получили широкое
распространение, так как обеспечивают высокую стабильность выходного
напряжения, достигающую сотых и тысячных долей процента.
Л
-—(j^in
Рис. 49, Схема электронного стабилизатора
Одна из простейших схем стабилизатора показана на рис. 49.
Лампа Л] служит регулятором напряжения; лампа Л.% действует
как усилитель, в цепи анода которого включено сопротивление Ла.
Напряжение на сетке этой лампы определяется как разность
между положительным напряжением делителя 2?д1 и напряжением
стабилитрона Es:
ЕС2 — ERi — Es.
Напряжение стабилитрона постоянно и не зависит от тока.
Большая часть напряжения Ещ скомпенсирована напряжением
стабилитрона Es. Поэтому небольшое изменение напряжения ?щ
приведет к относительно значительному изменению напряжения
на сетке лампы Л.%.
Пусть напряжение на нагрузочном сопротивлении Ящ а
следовательно, и напряжение Дщ несколько увеличились. Это
вызвало значительное увеличение напряжения на сетке лампы Л2 и
сильное увеличение тока этой лампы. Падение напряжения на
75

сопротивлении Да является отрицательным смещением для
лампы Л\. Анодный ток лампы Л\ уменьшился, возросло падение
напряжения на этой лампе, а напряжение на нагрузочном
сопротивлении (Да ) осталось почти постоянным.
При уменьшении напряжения на входе стабилизатора или
уменьшении напряжения на нагрузочном сопротивлении Rn
отрицательное смещение на сетке лампы Л\ уменьшается,
возрастает ток и уменьшается падение напряжения на лампе.
Напряжение на нагрузочном сопротивлении RH остается почти
постоянным.
¦§pl
X—L
5)
Рис. 50. Стабилизаторы с насыщенной сталью:
а — схема стабилизатора напряжения с использованием насыщения стали,
б — схема ферроррзонансного стабилизатора, в — зависимость токов в ветвях
контура стабилизатора от приложенного напряжения
Стабилизаторы с насыщенной сталью. Простейшая схема, в
которой используется явление насыщения стали, изображена на
рис. 50, а. Дроссель L\ работает в режиме, далеком от насыщения.
Поэтому падение напряжения на дросбеле пропорционально
проходящему току. Дроссель Li работает в режиме сильного насыщения,
его вольтамперная характеристика нелинейна, ток, проходящий
через него, растет быстрее, чем приложенное к нему напряжение.
С увеличением входного напряжения U\ возрастает ток,
протекающий через дроссели L\ и Li. Напряжение на дросселе Lx растет
прямо пропорционально току, а на дросселе Li оно почти не
изменяется. В результате этого напряжение на нагрузке Ui
изменяется во много раз меньше, чем напряжение на входе стабилизатора U\.
В феррорезонансном стабилизаторе (рис. 50, б)
используется явление насыщения стали в сочетании с явлением
резонанса в цепи. От схемы, показанной на рис. 50, а, схема этого
стабилизатора отличается лишь тем, что параллельно дросселю Li
включен конденсатор С. Ток в общей цепи / разветвляется в
ветвях контура LiC на токи 1С я h . Зависимость этих токов от
приложенного напряжения Ui показана на рис. 50, в.
76

Ток 1с растет пропорционально приложенному напряжению Ui\
ток IL вначале растет пропорционально С/2, но при увеличении
С/2 происходит насыщение стали и ток растет быстро.
По отношению к току / эти токи направлены в
противоположные стороны. На рисунке изображена кривая суммарного тока
I=Ic+Il- При некотором значении напряжения С/2=С/2ном
(точка к) ток 1=0, т. е. контур L2C из схемы фактически
выключается. Это соответствует случаю резонанса в параллельном контуре,
когда его сопротивление R3 чисто активное и имеет большую
величину (#э>#н).
Если питающее напряжение C/j увеличится, напряжение С/2
также увеличится, рабочая точка сдвинется вправо (точка I). Здесь
ток It, больше тока /с, т. е. сопротивление контура имеет
индуктивный характер. Контур L%C можно заменить индуктивностью
Ьа и тогда получим схему стабилизатора (рис. 50, а).
Если питающее напряжение U\ уменьшится, напряжение С72
также уменьшится, рабочая точка сдвинется влево (точка т).
Здесь, наоборот, ток 1с больше тока 1ь, т. е. сопротивление
контура имеет емкостный характер. Контур L2C можно заменить
емкостью Сэ и тогда получим последовательный контур из элементов
L\ и Сэ. При резонансе напряжение на элементе контура Сэ
возрастет и вместе с тем увеличивается напряжение С/2, снимаемое
с сопротивления Дн. В результате этого напряжение С/2 на
нагрузке останется неизменным.
Параметром стабилизатора является резонансная частота
контура % = —^^z , которая должна быть равна частоте питаю-
VLtC
щей сети. Необходимо, чтобы частота питающей сети была
достаточно стабильной, так как отклонение частоты питающей сети на
1% вызывает изменение напряжения на выходе примерно на 1,5%.
Бареттеры. Их используют для поддержания постоянства тока
накала при малых мощностях. Бареттер состоит из стальной или
вольфрамовой проволоки, помещенной в атмосфере водорода
внутри стеклянного баллона. С увеличением приложенного к концам
проволоки напряжения растет ток и повышается температура
проволоки. Вместе с этим возрастает и ее сопротивление. Можно
подобрать размеры проволоки (диаметр и длину) и давление
водорода так, чтобы увеличение сопротивления проволоки было прямо
пропорционально увеличению приложенного к бареттеру
напряжения. Очевидно, что величина тока в цепи будет оставаться почти
постоянной.
Вольтамперная характеристика бареттера изображена на
рис. 51, а. На пологом участке (от С/б мин до С/б макс) ток почти
не зависит от приложенного напряжения. Если последовательно
с бареттером включить нить накала, то при изменении
напряжения на бареттере в пределах этого пологого участка ток накала
77

останется постоянным. Интервал от /б-мин до h- макс называется
интервалом бареттирования. На рис. 51, б и в показаны
устройство и схема включения бареттера.
а)
|ЛЛ/\ЛЛ
61
Рис. 51. Бареттер:
а — вольтамперная характеристика, б — устройство, в — схема включения
Вопросы для повторения
1. По схемам (см. рис. 45 и 46) объяснить принцип действия однополу-
периодного и двухполупериодного выпрямителей.
2. Каковы назначение и принцип действия сглаживающего фильтра
выпрямителя?
3. Объяснить принцип действия электронного стабилизатора.
4. Каков принцип действия бареттера?

ГЛАВА IV
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
§ 19. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОНТУРЕ
п
+
и„
Колебательная система является неотъемлемой частью любого
радиотехнического устройства. В радиопередатчиках эти системы
дают возможность получать токи высокой частоты, необходимые
для излучения радиоволн в пространство; в радиоприемниках
колебательные системы обеспечивают выделение необходимого
спектра частот и позволяют значительно увеличить усиление колебаний.
В качестве колебательных систем используют колебательные
контуры, в которых индуктивность, емкость и сопротивление
сосредоточены в определенных участках цепи. Такие колебательные
системы, называемые системами с
сосредоточенными постоянными,
применяют на всех радиочастотах,
кроме сверхвысоких частот.
На сверхвысоких частотах
используют системы, в которых
индуктивность, емкость и сопротивление
распределены вдоль всей цепи, т. е.
системы с распределенными
постоянными. К этим системам относят
отрезки линий, объемные резонаторы.
Сначала рассмотрим системы с
сосредоточенными постоянными.
Колебательным контуром
является замкнутая электрическая цепь,
состоящая из катушки индуктивности L, конденсатора С и
некоторого активного сопротивления R. Сопротивление обусловлено
потерями энергии на выделение тепла в проводах контура
(главным образом, катушки), потерями в диэлектрике конденсатора, в
каркасе катушки и т. д.
Рассмотрим процессы, происходящие в схеме, показанной на
рис. 52. При установке переключателя II в положение 1
конденсатор С зарядится до напряжения батареи Um. При этом в электри-
н
Рис. 52. Схема для
возбуждения свободных колебаний в
одиночном контуре
79

ческом поле, образованном между пластинами конденсатора, будет
запасена энергия
Wa
cut
A3)
Затем переведем переключатель П в положение 2, т. е.
образуем замкнутый колебательный контур. Конденсатор начинает
разряжаться; через катушку течет ток, который создает вокруг ее
витков магнитное поле. Энергия, запасенная в электрическом поле
конденсатора, уменьшается и превращается в энергию магнитного
поля катушки.
Но процесс разряда конденсатора происходит не мгновенно,
а постепенно, потому что быстрому увеличению тока разряда
препятствует э. д. с. самоиндукции катушки, образующаяся при
нарастании магнитного поля. Лишь через некоторое время
конденсатор разрядится полиостью.
Если активные потери в контуре отсутствуют (i? = 0), т. е.
имеется идеальный контур, вся энергия электрического поля
конденсатора перейдет в энергию магнитного поля катушки:
W
Lit
A4)
Для этого случая справедливо равенство
или
Lit
cut
A5)
Характер изменения напряжения U на конденсаторе и тока i
в контуре без потерь показан на рис. 53. Описанный нами процесс
разряда конденсатора и
увеличения тока разряда показан на
отрезке 0—1\.
В момент t\ напряжение U
на конденсаторе равно нулю, а
ток i достиг максимального
значения. С момента t\ ток в
контуре начинает убывать, но
направление его остается
прежним. Конденсатор начинает
заряжаться, на его обкладках
возникает напряжение с
противоположной полярностью. Как и
в предыдущем случае, этот
процесс происходит не мгновенно,
а постепенно, так как электро-
Рис. 53. Характер изменения,
напряжений U на конденсаторе и тока i a
контуре без потерь
80

движущая сила самоиндукции препятствует быстрому
уменьшению тока.
К моменту t2 ток i будет равен нулю, а напряжение на
конденсаторе достигнет максимального значения. Вся энергия
магнитного поля катушки перейдет в энергию электрического поля
конденсатора. С момента h начинается разряд конденсатора, а ток г,
протекающий в противоположном направлении, возрастает.
К моменту h конденсатор полностью разрядится, а ток
достигнет максимального значения. На отрезке h—U происходит заряд
конденсатора и соответственно уменьшение тока.
В момент h восстанавливается исходное состояние и этим
завершается полный цикл колебания. Далее процесс повторяется.
Таким образом, в цепи, состоящей из катушки индуктивности L
и конденсатора С, происходит периодический колебательный
процесс перехода энергии электрического поля конденсатора в
энергию магнитного поля катушки и обратно. Конденсатор и катушка
индуктивности являются как бы «резервуарами» или
«накопителями» энергии электрического и магнитного полей.
Колебания, происходящие в контуре при отсутствии в нем
источника переменной э. д. с, называются свободными.
Из равенства A5) нетрудно получить формулу для
определения /о — частоты свободных электрических колебаний. Так как в
контуре происходят гармонические колебания с частотой /о, то
амплитуда тока в контуре
1т--~^с = ит^С. A6)
Заменив в равенстве A5) 1т его значением, получим
CU2m-LUWoC*,
откуда круговая частота
Ylc
Частота колебаний
/о = ? = —^г. A7)
Время, в течение которого совершается одно полное колебание
напряжения на конденсаторе и тока в контуре, называется
периодом колебания Т.
Период — величина, обратная частоте:
Т = — = 2к УТс, A8)
/о
81

Амплитуду тока 1т свободных колебаний можно определить из
равенства AE):
',» =
и„
V?
Ев
р
где р — волновое, или характеристическое, сопротивление контура.
Выше мы предположили, что
активные потери в контуре
отсутствуют, т. е. приняли R
равным нулю. В реальном контуре
имеются потери энергии на
активном сопротивлении. Поэтому
количество энергии с каждым
колебанием в контуре убывает.
Амплитуды напряжения на
конденсаторе и тока в контуре
постепенно уменьшаются, т. е. в
контуре имеются затухающие
колебания (рис. 54, а).
Убывание амплитуд
напряжения и тока происходит по
так называемому
экспоненциальному закону. Чем больше
величина потерь в контуре, тем
быстрей убывают амплитуды
напряжения и тока.
Количественно скорость убывания
амплитуд свободных колебаний
Рис. 54. Характер изменения напря- определяется затуханием
жения на конденсаторе при аату- контура.
хающих колебаниях: , R R _
а — при большой добротности Q, б— Г- == /-=- * \*"/
при малой добротности Q, в — при апе-
риодическом разряде
Величина, обратная затуханию d, называется добротностью
контура:
0=4-
¦fc
VI
R
B0)
В контурах хорошего качества добротность Q равна 100—200
и больше, в контурах среднего качества — нескольким десяткам.
82

Чем ниже добротность Q, тем быстрее убывают амплитуды
свободных колебания. В контурах с малой добротностью
колебательный процесс может закончиться после небольшого числа
колебаний (рис. 54, б). При дальнейшем уменьшении добротности
(или увеличении активного сопротивления) процесс
периодических свободных колебаний может совсем прекратиться (рис. 54, в).
Это происходит при выполнении неравенства
Такая цепь называется апериодической.
Мы видели, что в реальном контуре имеет место свободный
затухающий процесс. Чтобы получить незатухающие колебания,
колебательный контур необходимо питать от источника
переменной э. д. с. Колебания в контуре под действием внешней э. д. с.
называются вынужденными. Источник переменной э. д. с. можно
соединить с элементами контура L и С последовательно и
параллельно. В соответствии с этим различают последовательный и
параллельный контуры.
§ 20. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
Рассмотрим вначале процесс вынужденных колебаний в
последовательном контуре (рис. 55, а). Последовательно с
элементами контура L, С и R включен источник переменной э. д. с. Е,
частота которой /. Под действием переменной э. д. с. в цепи
протекает переменный ток, амплитуду которого обозначим через 1т.
Этот ток на своем пути встречает сопротивление z, которое можно
определить по формуле:
z= УЮ + х%,
где R — активное сопротивление контура;
х — полное реактивное сопротивление контура:
х = xL хс.
Здесь xL, равное шЬ— индуктивное сопротивление, которое
возрастает с увеличением частоты;
1
хс, равное —? — емкостное сопротивление, которое
уменьшается с увеличением частоты;
со, равная 2гс/—круговая частота.
Отсюда полное сопротивление контура
Ток в контуре
83

Е
VR2jr{«L~^cY
B1)
Выражение B1) называется уравнением резонансной кривой
тока.
а)
S)
Ь1»
и*
г/,
LP
в)
О
-~t
Ucp
Рис. 55 Последовательный контур:
а — схема, б — кривые изменения напряжений я тока, виг — векторные
диаграммы
Ток Im, протекая в контуре, создает на каждом из его
элементов напряжение, амплитуды которых соответственно равны:
?/ , = / «о?;
™- m
Umt ~ ¦'ж"'
84

Разделив обе части этих равенств наj/2, получим действующие
значения напряжения и тока:
L 'С шС R
Согласно закону Кирхгофа сумма мгновенных значений этих
напряжений в каждый момент времени равна э. д. с. источника.
Характер изменения со временем мгновенных значений
напряжений на индуктивном, емкостном и активном сопротивлениях, а
также тока i показан на рис. 55, б. Напряжение на активном
сопротивлении совпадает по фазе с током, напряжение на
индуктивности опережает ток на 90°, напряжение на емкости отстает от тока
на 90°. Эти напряжения противоположно направлены одно по
отношению к другому, т. е. сдвинуты по фазе на 180°. Когда
напряжения на индуктивности и на емкости достигают максимального
значения, ток и напряжение на активном сопротивлении равны
нулю.
На векторной диаграмме последовательного контура (рис.
55, в) напряжения и ток изображены в виде векторов. Вектор
тока I отложен вверх. Вектор напряжения Ur на активном
сопротивлении, совпадающий по фазе с током, также отложен вверх.
Вектор напряжения на индуктивности Ul, опережающий ток
на 90°, отложен влево, а вектор напряжения на емкости Uc,
отстающий от тока на 90°, отложен вправо. Вектор напряжения
источника Е, равный геометрической сумме векторов Ul, Uc и С/r,
повернут относительно тока на некоторый угол ср.
Резонанс напряжений. Как мы уже отметили, индуктивное и
емкостное сопротивления изменяются с изменением частоты.
Предположим, что изменяем частоту генератора со. При этом
оставляем неизменными э. д. с. источника Е и значения элементов
контура L, С и R. На некоторой частоте со, равной соо, реактивное
сопротивление контура х оказывается равным нулю:
х — %Ь = 0.
Сопротивление контура z при этом имеет наименьшее значение
и равно активному сопротивлению:
z = R,
Л»Р = 4- B2)
а ток имеет максимальное значение:
В
Явление, при котором сопротивление контура становится чисто
активным, называется резонансом, а равенство
х = uHL ±= 0,
ш0С
85

или
%L = ——» B3)
называется условием резонанса.
Из равенства B2) найдем частоту резонанса контура
0 = —-
\/LC 2л 2п VLC
Как видим, частота резонанса контура /о равна частоте
собственных колебаний в контуре (см. формулу 17). Это указывает
на то, что резонанс в последовательном контуре наступает при
равенстве частоты э. д. с. источника частоте собственных
колебаний контура.
Из равенства B3) следует, что при резонансе напряжения на
индуктивности и емкости равны между собой.
Так как
т 1
t»0C
то
7poHL = /р
или
о0С
Поскольку ULp и Ucp сдвинуты друг относительно друга на
180°, сумма этих напряжений равна нулю и падение напряжения
Ur на активном сопротивлении равно э. д. с. источника Е.
Но напряжения на каждом из реактивных элементов при резо
нансе могут быть во много раз больше э. д. с. источника.
Действительно, отношение индуктивного и емкостного напряжений к
э. д. с. источника:
B4)
При резонансе в последовательном контуре напряжение на
каждом из реактивных элементов больше в Q раз э. д. с. источника.
Поэтому резонанс в последовательном контуре называется
резонансом напряжений. Резонанс напряжений используется,
например, для получения на входе приемника напряжения, значительно
превышающего э. д. с. в антенне.
Е ~
Е
/р(й0?
/Ря ~~
1
я ~ v'
1
ш0С
я
Q.
86

Рис. 56. Зависимость
сопротивления
последовательного контура от частоты
Векторная диаграмма последовательного контура для случая
резонанса показана на рис. 55, г. Векторы напряжений ULV и Ucp
равны по величине и противоположны по направлению, а вектор
напряжения источника Е, равный вектору напряжения UR на
активном сопротивлении, совпадает по фазе с вектором тока /р.
Таким образом, при резонансе ток
в контуре совпадает по фазе с э. д. с.
источника.
Сопротивление контура.
Сопротивления реактивных элементов
контура зависят от частоты. Как
было указано, на частоте резонанса
индуктивное и емкостное
сопротивления равны и сопротивление
контура имеет минимальное значение.
Пусть частота э. д. с. источника
ниже частоты резонанса (со<соо).
При уменьшении частоты
сопротивление конденсатора растет, а
сопротивление катушки индуктивности
уменьшается. Следовательно, для
частот, меньших резонансной
частоты, справедливо неравенство:
1
О) С
Пусть, наоборот, частота з. д. с. источника выше частоты
резонанса. При увеличении частоты возрастает индуктивное
сопротивление, а уменьшается емкостное. На рис. 56 показана
зависимость сопротивления контура от частоты при различных
значениях активного сопротивления контура. Значения z при
резонансной частоте /о равны значениям активных сопротивлений R\, R2,
Дз, при этом i?3>#2>#i. Из рисунка видно, что чем больше
активное сопротивление, тем кривая сопротивления более пологая:
кривая 3 более пологая, чем кривая 2, а кривая 2 более пологая, чем
кривая 1.
Резонансные кривые последовательного контура. Как видно из
уравнения резонансной кривой B1), ток в контуре, как и
сопротивление, зависит от частоты.
На рис. 57, а изображены кривые 1,2 и 3 зависимости анодного
тока от частоты соответственно для трех значений сопротивления
/?i<#2<i?3- Эти кривые называются резонансными кривыми
последовательного контура. Они обратны кривым сопротивления,
поскольку ток при неизменной э. д. с. обратно пропорционален
сопротивлению контура.
Сравнение резонансных кривых показывает, что чем больше
активное сопротивление контура, тем меньше величина тока при
резонансе и резонансная кривая более полога.
o/v<
87

Но чаще пользуются резонансными кривыми, в которых по
осям координат отложены не абсолютные значения частоты и тока,
а относительные величины: по оси абсцисс — отношение частоты
источника к резонансной частоте контура, а по оси ординат —
отношение тока к его значению при резонансе.
Уравнение резонансной кривой, построенной в этой системе
координат, имеет следующий вид:
1
Jmp l/l+<?V
B5)
1
0,15
) 0,5
^0,25
^
~4
'/
?
1
1
1
f
ZAf,
гл/г
т.
77/J
^
^.
*/
Рис. 57. Резонансные кривые последовательного контура:
а — в абсолютных единицах, б — приведенные
Эта формула называется уравнением приведенной резонансной
кривой.
Величина
у=± — -Ь>-^2-У- B6)
U 1 /о
называется относительной расстройкой контура; разность между
частотой источника и резонансной частотой контура Д/, равная
/—/о, называется абсолютной расстройкой контура.
На рис. 57, б показаны приведенные резонансные кривые. Как
видно из этого рисунка, вершины у кривых совпадают. Форма
кривой зависит от добротности контура: чем больше добротность Q,
тем острее резонансная кривая. По оси абсцисс отложена
абсолютная расстройка А/. Но часто откладывают по этой оси
относительную расстройку у. При резонансной частоте /, равной /о,
Д/ = 0 и у.
2А/
h
= 0.
88

Чем больше отличается частота источника / от резонансной
частоты /о, тем больше А/ и больше относительная расстройка у.
Резонансная кривая показывает, что подведенная к контуру
э. д. с. может создать в нем относительно большой ток только при
частотах, близких к резонансной частоте контура. Другими
словами, контур «пропускает» только колебания, близкие по частоте
к резонансной. А колебания, сильно отличающиеся по частоте от
резонансной частоты, контур не пропускает.
Полоса пропускания. Полосой пропускания П называется
спектр частот, в пределах которого токи в контуре отличаются от
своего резонансного значения не более чем в Y~?> раза. Значение
полосы пропускания можно легко найти из уравнения
резонансной кривой B5).
Приравняв —— и , имеем:
1 _ 1
ут утЩу?'
откуда
JO
а полоса пропускания
Д=2Д/ = А = /0й B7)
Формула B7) показывает, что чем больше добротность Q (или
меньше затухание d), тем уже полоса пропускания.
Полосу пропускания контура можно определить графически
(рис. 58, б), если провести на резонансной кривой горизонтальную
линию на уровне
¦Ьи- = ~ = 0,707.
§ 21. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
Рассмотрим процесс вынужденных колебаний в контуре, в
котором источник переменной э. д. с. Е подключен параллельно
элементам контура (рис. 58). Для простоты предположим, что
активное сопротивление г имеется только в индуктивной ветви контура.
Эквивалентное сопротивление контура между точками т и га:
где z\ и Z2 — сопротивления левой и правой ветвей контура.
89

Согласно закону Ома ток в общей цепи
т — Ет
Также можно определить величины токов в емкостной и
индуктивной ветвях. Так как обе ветви контура находятся под одним
и тем же напряжением с амплитудой Ет, то каждый из токов
может быть определен как
Cm ~
Еп,
Е„
оС
Lm
]AR2+(<oLJ
B8)
L
т
0'
С*
\lc
UH
Как видно, величина этих токов зависит от параметров контура
(R, С и L), амплитуды Ет и частоты со э. д. с. генератора. Если,
например, увеличивать частоту со, величина тока Icm возрастает,
а величина тока 1ьт уменьшается, и
наоборот.
По примеру последовательного
контура начертим векторную
диаграмму параллельного контура (рис.
59, а). Вектор э. д. с. Е yxi ОТЛОЖИМ
вверх, вектор тока емкостной ветви
Icm, опережающий напряжение
источника на 90°, отложим влево;
вектор тока в ветви с катушкой L и
сопротивлением R(Ibm) отстает от
этого напряжения на некоторый угол tpL.
Вектор тока в общей цепи /о
представляет собой геометрическую
сумму векторов Icm и 1ьт- Вектор
тока h опережает напряжение на угол ф (рис. 59, а) или отстает
от него по фазе (рис. 59, в).
Резонанс токов. В параллельном контуре, как и в
последовательном, наблюдается явление резонанса при со, равной соо.
Приближенным условием резонанса является равенство %L «; .
<о0С
При резонансе ток в общей цепи /о совпадает по фазе с
напряжением генератора Ет и эквивалентное сопротивление контура
является чисто активным. Величину этого сопротивления можно
подсчитать по любой из следующих формул:
Рис 58
Схема параллельного
контура
Яэ= -k- = J- = RQ*-.
э CR В
PQ.
B9)
Векторная диаграмма для случая резонанса показана на рис. 59, б.
90

Так как при резонансе <o0L -.
и в реальном контуре
активное сопротивление индуктивной ветви намного меньше ее
индуктивного сопротивления (гС<оо?), токи в ветвях согласно
равенству B8) почти равны между собой;
lCm ~ Lin.
Рис. 59. Векторные диаграммы па'
раллелъного контура
а — для и > (о о. б — для ш = oiu, в — для
(О < Шо
cm
ш = ш„
в)
ш<ш„
в]
Отсюда следует, что при резонансе ток в общей цели, равный
разности токов в ветвях (h—Icm—/im), имеет минимальное
значение. Соответственно сопротивление контура при резонансе имеет
максимальное значение.
Найдем соотношение между токами в ветвях контура и током
в общей цепи при резонансе:
ток в общей цепи
Ет
L„ =
'op
Em
fIR
ток в емкостной ветви
Cm ~
Еп,
нс)
ток в индуктивной ветви
91

так как
*Lm
—
Vr
°«! _
2+(»о^J
%L » R.
^т
<a0L
Е„
Отношение токов в ветвях к току в общей цепи
'op
1Ст _ Е„
<ор
Ет _ Р _ /1
Р2/Л ~ R ~~4'
C0)
Таким образом, при резонансе в параллельном контуре ток в
каждой из его ветвей примерно в Q раз больше тока в общей цепи.
Поэтому резонанс в параллельном контуре называется резонансом
токов.
Как было отмечено, эквивалентное сопротивление контура при
резонансе является чисто активным и имеет максимальное
значение. При отходе от резонансной частоты (ш=/=соо) эквивалентное
сопротивление контура перестает быть чисто активным и
уменьшается по своему абсолютному значению.
Действительно, если уменьшить частоту э. д. с. генератора
(со-<соо), ток в индуктивной ветви будет больше тока в емкостной
ветви, В этом случае на векторной диаграмме (рис. 59, в) ток в
общей цепи h будет больше, чем в случае резонанса, и он отстанет
по фазе от напряжения Ет. Это указывает на то, что
эквивалентное сопротивление контура уменьшилось по абсолютной величине
и приобрело индуктивно-активный характер.
Увеличим частоту э. д. с. генератора (и>-соо). Этому случаю
соответствует векторная диаграмма, рассмотренная вначале
(рис. 59, а). Здесь ток в общей цепи h также больше, чем в случае
резонанса, но он опережает по фазе напряжение Ет. Это
указывает на то, что эквивалентное сопротивление контура уменьшилось
по абсолютной велдчине и приобрело емкостно-активный характер.
Зависимость абсолютной
величины эквивалентного
сопротивления параллельного контура za от
частоты / э. д. с. генератора
показана на рис. 60.
Резонансные кривые
параллельного контура. До сих пор мы
не учитывали внутреннее
сопротивление источника э. д. с,
величина которого очень сильно влияет
на резонансные свойства цепи,
содержащей источник э. д. с. и
параллельный колебательный
контур.
Практически в большинстве
д
•/
Рис. 60. Зависимость
эквивалентного сопротивления
параллельного контура от частоты
92

случаев параллельный контур используется в качестве анодной
нагрузки электронной лампы, которая может рассматриваться как
источник переменной э. д. с. Е с внутренним сопротивлением Дг
(на рис. 58 обозначено пунктиром).
Полагая, что при любой частоте источник .развивает одну и ту
же э. д. с, выясним зависимость тока в общей цепи /о и
напряжения на контуре UK от частоты, т. е. рассмотрим резонансные
кривые параллельного контура. Форма резонансных кривых зависит
не только от свойств контура, но и от соотношения величин
внутреннего сопротивления источника Rz и эквивалентного
сопротивления контура при резонансе i?a.
Рис 61. Резонансные
кривые параллельного
контура
а — при zg>Rl, б — при
г a<R t, в — гэ и й(
соизмеримы по величине
б)
1. Пусть сопротивление контура гэ намного больше Лг
(гэ>йг). Ток в общей цепи является функцией настройки
контура и может быть определен по формуле
Е
93

В момент резонанса, когда сопротивление контура
максимально, ток /о будет наименьшим. Резонансная кривая h=F(f) для
этого случая показана на рис, 61, а. Напряжение на контуре UK
равно ? и не зависит от частоты, т. е. в этом случае контур не
обладает избирательным свойством по напряжению. При
индуктивной связи следующего каскада с контуром можно использовать
его избирательные свойства по току.
2. Пусть, наоборот, сопротивление контура z8 намного меньше
й, (z3<Ci?j). Тогда ток в общей цепи
Ток в питающей цепи не зависит от частоты. Напряжение на
контуре UH изменяется пропорционально его сопротивлению
(рис. 61, б). При резонансе напряжение UK, как и сопротивление
контура za, имеет максимальное значение. Рассмотренный случай
имеет место, когда контур является нагрузкой высокочастотного
пентода.
3. В случае, когда z3 и Rt соизмеримы по величине,
изменяются как ток /о, так и напряжение UK. Кривые Iu—F(f) и UK=qi(f)
имеют вид, изображенный на рис. 61, в.
Пользуясь резонансными кривыми, можно определить полосу
пропускания контура. При этом различают полосу пропускания
по току BА/Т) и по напряжению BА/Н). Полосой пропускания по
току называется спектр частот, в пределах которого ток в общей
цепи /о не превышает значения тока при резонансе /ор более чем
в 1^2 раза (рис. 61, в). Полосой пропускания по напряжению 2Д/П
называется спектр частот, в пределах которого напряжение на
контуре UK меньше напряжения на контуре при резонансе UKp
не более чем в у 2 раза.
Из приведенных рисунков видно, что полоса пропускания
зависит от соотношения z3 и Дг. Так, в случае z8 ^>R4 полоса
пропускания по напряжению бесконечно велика BД/Н=°°), в случае
гэ-СДг полоса пропускания по току бесконечно велика BД/Т=°°);
в случае, когда z3 и Rx соизмеримы по величине, полоса
пропускания по току и полоса пропускания по напряжению имеют конечные
значения.
Полосу пропускания по напряжению можно определить по
формуле для определения полосы пропускания последовательного
контура:
2д/н = А.
Ун Q'
Только здесь значение добротности следует брать с учетом
шунтирующего действия внутреннего сопротивления генератора R%.
94

Действительно, для первого случая, когда Rt <^ДЭ, тогда Q'—'"О
и полоса пропускания по напряжению 2А/н-> °°, т. е. в этом случае
контур не обладает избирательными свойствами по напряжению.
§ 22. СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ
В предыдущих параграфах были рассмотрены электрические
колебания в одиночном контуре. В современной радиоаппаратуре
используют связанные цепи, чаще всего состоящие из двух кон~
туров, в которых энергия из первой цепи может передаваться во
вторую, и наоборот. Цепь, в которой находится источник энергии,
называется первичной; цепь, в которой находится потребитель
энергии, называется вторичной.
Рис. 62. Виды связи между контурами-
а — трансформаторная, б — автотрансформаторная, в — внутренняя
емкостная, г — внешняя емкостная
Взаимное влияние контуров друг на друга происходит через
общий для них элемент, называемый элементом связи.
Виды связи. В зависимости от способа взаимного влияния
контуров различают следующие виды связи: трансформаторную,
автотрансформаторную и емкостную.
При трансформаторной (или индуктивной) связи
(рис. 62, а) переменный магнитный поток катушки L\ наводит
э. д. с. в кдтушке Li. Наведенная э. д. с. возбуждает колебания во
вторичном контуре.
95

При автотрансформаторной связи (рис. 62,6)
напряжение, питающее вторичный контур, снимается с катушки Lo.
Емкостная связь имеет две разновидности: внутреннюю и
внешнюю. При внутренней связи (рис. 62, в) напряжение,
питающее вторичный контур, снимается с конденсатора связи Ссв; при
внешней емкостной связи (рис. 62, г) элементом связи служит
конденсатор Ссв. Ток, ответвляющийся из первичного контура во
вторичный через емкость Ссв, возбуждает колебания во вторичном
контуре.
Степень взаимного влияния двух контуров количественно
учитывается так называемым коэффициентом связи Ксв.Коэффициент
связи определяется по формуле
з-св
у Х±Х%
C1)
где хсв — сопротивление элемента связи;
Х\ и Х2 — реактивные сопротивления контуров, имеющие тот
же характер, что и сопротивление элемента связи.
Подставив значения хСв, Х\ и х2, получим формулы для
определения Ков при различных видах связи.
Для контуров с трансформаторной связью (рис. 62, а)
_ м
КГп
VLiLt
где М — взаимная индуктивность;
для контуров с автотрансформаторной связью (рис. 62, б)
кс„—
УA0 VLX) (Lo+Lt)
для контуров с внутренней емкостной связью (рис. 62, в)
к ~ Ус^с*
ViCi+Ca) (C,+ Cce)
для контуров с внешней емкостной связью (рис. 62, е)
V(Cr+CCB)(C2+CCB)
Физический смысл коэффициента связи легко объяснить на
примере трансформаторной связи между двумя контурами с
одинаковыми индуктивностями L\ и Lz. Коэффициент связи
показывает, какую долю магнитного потока Ф[ катушки L\ составляет
магнитный поток ФСв, пронизывающий обе катушки, т. е.
связывающий обе цепи.
96

В контурах с трансформаторной связью для увеличения связи
между ними нужно сближать катушки L\ и Ь2 и увеличивать
взаимную индуктивность М.
В контурах с автотрансформаторной связью для увеличения
связи нужно увеличивать индуктивность Lq, так как при этом
увеличивается сопротивление элемента связи:
хсв = u>L0.
В контурах с внутренней емкостной связью для увеличения
связи нужно уменьшать емкость Ссв Как и в предыдущем случае,
при этом увеличивается сопротивление элемента связи:
В контурах с внешней емкостной связью для увеличения связи
нужно увеличивать емкость конденсатора Ссв, г. е. уменьшать его
сопротивление. При этом меньшая часть напряжения, снимаемого
с конденсатора С\, будет падать на этой емкости, а большая часть
будет падать на вторичном контуре.
Рассмотрим вынужденные колебания в контурах с
трансформаторной связью.
Предположим, что каждый из контуров в отдельности настроен
на частоту э. д. с. источника Е\т, т. е. в каждом из контуров
выполняется условие резонанса напряжения. В этом случае ток,
протекающий в первичном контуре 1\т, совпадает по фазе с
напряжением Е\т. Этот ток создает на зажимах катушки вторичного
контура э. д. с. взаимоиндукции Е2т, равную 1\та>М, которая
отстает по фазе от тока 1\т на угол 90°. Под действием этой э. д. с
во вторичном контуре появляется ток 12т. Из условия резонанса
этот ток совпадает по фазе с э. д. с. Е2т и равен:
R
Но этот ток в свою очередь создает на зажимах катушки L\
первичного контура э. д. с. взаимоиндукции
E'lm = hm"M = lJ^, C3)
которая отстает по фазе от тока 12т на угол 90°.
На векторной диаграмме (рис. 63, а) токи 1\т, 12т, напряжения
Е\т, Е2т и ?imизображены в виде векторов. Как видим, э. д. с. Е\т
противоположна э. д. с. источника Е\т. Это указывает на то, что
э. д. с. Eim противодействует первичному току Iim и уменьшает
его величину;
, _ Еш — Еш
¦* 1 m
1 lm~
д.
4 Заказ № 1100
97

Подставив сюда значение Е\тжА выражения C3), получим
следующую формулу для тока первичного контура:
/ =
Елп
д,+
(шМJ
Е\п
Йт + Дв
C4)
с
"/.
гт
а)
-*~Е.
1т
1т
Рис. 63. Связанные контуры:
векторная диаграмма, б — резонансные
вые
кри-
Итак, когда вторичный контур настроен в резонанс с частотой
источника, его влияние на первичный контур можно
рассматривать как внесение в первичный контур некоторого
дополнительного активного сопротивления, называемого вносимым
сопротивлением /?вн:
Явн =
(соМJ
C4')
98

Вносимое сопротивление тем больше, чем сильнее связь между
контурами. Величина йвн характеризует переход некоторого
количества энергии из первичного контура во вторичный.
Когда вторичный контур не настроен в резонанс с частотой
источника, он вносит в первичный контур не только активное,
но и реактивное — индуктивное или емкостное сопротивление. При
этом, если сопротивление вторичного контура имеет индуктивный
характер, вносимое им в первичный контур сопротивление имеет
емкостный характер, и наоборот. Отсюда следует, что вторичный
контур, будучи сам расстроенным, нарушает настройку и
первичного контура.
Резонансные кривые. Выясним зависимость тока вторичного
контура от частоты э. д. с. источника для системы из двух
одинаковых контуров с равными собственными частотами:
'01 == '02 = /О"
Предположим сначала, что связь между контурами слабая.
Полученная для этого случая резонансная кривая 1 [/2 = ^(/)]
показана на рис. 63, б. Увеличим связь между контурами.
Максимальное значение тока при резонансе hm будет больше, чем в первом
случае (кривая 2). При некоторой величине связи, называемой
критической связью, значение тока достигает наибольшей
величины l2mm-
При критической связи вносимое в первичный контур активное
сопротивление равно собственному сопротивлению этого контура:
#вн = #1
Сделаем связь между контурами выше критической. В этом
случае резонансные кривые имеют двугорбую форму. Уменьшение
величины тока на частоте резонанса /о объясняется тем, что
вносимое сопротивление стало больше собственного сопротивления
первичного контура:
Дв„ > Rv
При расстройке вносимое сопротивление уменьшается и на
некоторых частотах, например f и /", восстанавливается равенство
RBn — R\. На этих частотах ток во втором контуре вновь достигает
ЗНачеНИЯ hmm-
По мере увеличения связи между контурами провал в
резонансной кривой становится все больше и разница по частоте
между двумя горбами этой кривой возрастает.
Полоса пропускания. Полоса пропускания связанных контуров
ч *> '2mm тс
определяется шириной резонансной кривой на уровне —— . Как
показывает рис. 63, б, полоса пропускания тем шире, чем сильнее
связь между контурами. Наибольшая полоса пропускания связан-
4*
99

ной системы 2А/мако равна 3,1-^-, т. е. в 3,1 раза больше полосы
пропускания П одиночного контура.
При критической связи полоса пропускания
2А/кр==1,41.А.
Настройка связанных контуров. Пусть оба контура настроены
в резонанс на частоту генератора (/oi=/o2=/o). Начнем изменять
настройку первичного контура изменением емкости С,. Ток 1Хт по
мере расстройки первичного контура будет уменьшаться, но
вместе с тем будет уменьшаться и ток 12т во вторичном контуре.
Г„
6)
Рис 64 Изменение токов в контурах при настройке:
а~ первичного контура, б — вторичного контура
Зависимость 7im и /2т от емкости С\ показана на рис. 64, а.
Теперь начнем изменять настройку вторичного контура
изменением С2. По мере отхода вторичного контура от резонанса ток I2m
будет уменьшаться. Но с уменьшением hm уменьшается вносимое
в первичный контур активное сопротивление i?BH, а ток hm
соответственно увеличивается. Зависимость Ilm и I2m от емкости С2
показана на рис. 64, б.
Применение связанных контуров. Как было указано,
резонансная кривая связанной системы с увеличением связи между
контурами становится более тупой, а ее склоны — более крутыми.
Можно подобрать связь между контурами такой величины, чтобы
резонансная кривая системы была по форме близка к идеальной
П-образной характеристике. Такую систему, называемую двух-
контурным фильтром, применяют, главным образом, в цепях
усиления промежуточной частоты радиоприемников. Достоинством
такого фильтра является то, что он обеспечивает почти равномер-
100

ное пропускание определенной полосы частот и более сильное
ослабление частот, выходящих за пределы этой полосы.
Примером применения двухконтурной системы в
радиопередатчиках может служить связь контура, питаемого лампой, с
передающей антенной. Антенную цепь можно рассматривать как
колебательный контур.
§ 23. СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ
В отличие от обычного колебательного контура, в котором L,
С и R сосредоточены в определенных участках схемы, в
двухпроводной линии они равномерно распределены по всей ее длине.
Поэтому двухпроводная линия называется системой с
распределенными постоянными.
Рис. 65. Эквивалентные схемы двухпроводных линий:
а — реальной, б — идеальной
Двухпроводная линия. Эквивалентная схема двухпроводной
линии показана на рис. 65, а. Каждый, хотя бы очень короткий,
отрезок линии длины Ах обладает некоторой индуктивностью AL
и сопротивлением АД, а между проводами существует емкость АС
и активная проводимость AG. Параметры линии на единицу
длины обозначают Li, Ri, Ci, G[. Их величина зависит от материала и
диаметра проводов и расстояния между проводами.
В применяемых в радиотехнике линиях в большинстве случаев
oL(»i?, и шС,»^.
Эквивалентная схема такой линии без потерь изображена на
рис. 65, б.
Рассмотрим процесс движения энергии вдоль бесконечно
длинной линии (рис. 66, а). Подключим генератор с напряжением U
к началу линии — положительным полюсом к верхнему проводу,
а отрицательным к нижнему проводу. В элементе верхнего
провода йу\ запасется некоторое количество электричества. Потенциал
101

соседнего с ним элемента djj2 меньше на величину U. Поэтому за
время dt заряд из элемента dy\ переместится в элемент dy2 и
потенциал его станет равным U. Такой процесс перехода заряда от
одного элемента провода к другому и соответствующее изменение
напряжения будут происходить и в следующие промежутки
времени.
Аналогичный процесс перехода отрицательного заряда от
одного элемента к другому и соответствующее изменение
напряжения будет происходить и в нижнем проводе. Скорость перехода
заряда от элемента к элементу
йУ)^Щ\ провода и соответствующего
изменения напряжения примерно
равна скорости света (г^^ЗХ
Х108 м/сек).
Если к линии подключен
генератор переменного
синусоидального напряжения, то
изменение напряжения а
перемещение заряда в каждом из
элементов линии будут происходить
тоже по синусоидальному
закону. Но эти изменения будут
запаздывать по фазе в
соответствии с временем t, необходимым
для прохождения зарядами
заданного расстояния I. Поэтому
фаза тока или напряжения в
конце линии отличается от фазы в начале линии на некоторый угол <р.
а)
/?,'"Z„
П
Рис. 66. Образование бегущей волны:
а — в линии бесконечной длины, б —
в линии, нагруженной на сопротивление
/?„ -г с
Ф = 360° —,
т
C5)
где Т — период приложенного к линии синусоидального
напряжения.
Такое распространение напряжения вдоль линии называется
бегущей волной напряжения, распространение заряда вдоль
линии — бегущей волной тока. Расстояние, пройденное волной за
время, равное одному периоду колебания генератора, называется
длиной волны К.
Как видно из выражения C5), длине волны соответствует
изменение фазового угла на 360°.
Отношение напряжения к току в любой точке бесконечно
длинной линии называется характеристическим (или волновым)
сопротивлением г0.
102

Характеристическое сопротивление одинаково во всех точках,
в том числе и в начале линии. Поэтому входное сопротивление
бесконечно длинной линии равно ее характеристическому
сопротивлению.
R = ?
Через параметры линии характеристическое сопротивление
определяется равенством:
Характеристическое сопротивление линии (если пренебречь ее
активным сопротивлением) не зависит от частоты.
Режим бегущей волны в линии не нарушится, если
бесконечно длинную линию (рис. 66, а) разорвать на конечном
расстоянии от генератора (точки т и п) и вместо правой части включить
активное сопротивление RH, равное z0 (рис. 66,6).
Следовательно, в линии ограниченной длины, нагруженной активным
сопротивлением /?н, равным z0, распространяются бегущие волны, как
и в бесконечно длинной линии. В этом случае говорят, что линия
согласована с нагрузкой.
При наличии в линии бегущей волны напряжения в любом
месте между проводами существует разность потенциалов и
электрическое поле. В местах наибольшей разности потенциалов
плотность электрических силовых линий будет наибольшей (рис.
67,а). С другой стороны, ввиду наличия в линии бегущей
волны тока провода линии окружены магнитным полем, силовые ли-
103

нии которого лежат в плоскостях, перпендикулярных к проводам
(рис. 67, б). Но так как напряжение и ток совпадают по фазе,
то электрическое и магнитное поля такя^е совпадают по фазе.
Изобразим электрическое поле в виде вектора Е, а
магнитное поле в виде вектора Н. В каждой точке пространства вектор
Е перпендикулярен вектору
Я. При этом оба вектора
перпендикулярны вектору S,
показывающему направление
движения энергии. Вектор S
совпадает с направлением
движения буравчика,
ввинчиваемого вращением от Е к Н
(рис. 67, в).
Если линия нагруя^ена на
сопротивление, равное
характеристическому, бегущая
волна напряжения или тока
распространяется только от
начала к концу линии, т. е. в
линии имеется только
падающая, или прямая, волна. Но
если нагрузочное
сопротивление не равно
характеристическому, часть энергии
отражается и распространяется
обратно от конца к началу, т. е.
в линии появляется отражен-
нал, или обратная, волна.
Возникновение
отраженных волн можно объяснить
следующим образом. Если в
какой-либо точке оборвать
линию, бегущая волна тока
достигнет изолированных
концов и заряды дальше двигаться не смогут. На конце линии
накапливаются заряды противоположных знаков. Возрастает
напряжение, и образуется электрическое поле. Так как ток
прекращается, должно исчезнуть обусловленное им магнитное поле. Поэтому
вся энергия, запасенная в магнитном поле, превращается в
энергию электрического поля. Поскольку в соседнем с концом линии
элементе потенциал ниже, получается смещение заряда от конца
к началу линии, в линии возникает отраженная волна тока и
напряжения.
Полное отражение энергии падающей волны имеет место,
когда линия разомкнута или замкнута на конце накоротко. Если
линия нагружена на сопротивление, не равное характеристиче-
Рис 68. Образование стоячих волн
104

скому, или в линии имеются различные неоднородности
(например, стык двух линий с различным характеристическим
сопротивлением), в линии происходит частичное отражение.
Стоячая волна может иметь место в линии без потерь. Она
возникает при сложении падающей и отраженной волн, имеющих
одинаковые амплитуды.
Рассмотрим процессы в линии, разомкнутой на к о н-
ц е. Предположим, что бегущая волна тока достигла в момент t
разомкнутого конца линии — точки А (рис. 68). Как уже было
отмечено, прекращение тока приводит к повышению разности
потенциалов на разомкнутом конце линии. Вследствие этого заряды
начинают двигаться обратно, образуя этим движением
отраженную волну тока.
Процесс образования стоячих волн тока показан на рисунке.
Падающая волна, двигающаяся слева направо, изображена тонкой
сплошной линией; отраженная волна, двигающаяся в
противоположном направлении, — пунктирной линией, а результирующий
ток — толстой линией.
В момент t падающая волна достигла конца линии. Через
четверть периода it -\—— J падающая волна переместится слева
К
направо на расстояние -%- , а отраженная волна переместится
справа налево тоже на расстояние — . Фазы обеих волн
противоположны, и ток во всех точках линии равен нулю.
За следующую четверть периода (t -\—?р) падающая и
отраженная волны сместятся — первая вправо, вторая влево — еще
на —.Фазы обеих волн совпадают, и токи складываются. На этом
же рисунке изображены графики для моментов времени
t+ -^T в t+T.
На рис. 69,а показано распределение токов и напряжений
вдоль линии. Каждая синусоидальная кривая соответствует
определенному моменту времени.
Кривые J, 2; 3; 4 изображают значения амплитудных величин
тока и напряжения в моменты времепи t; t + Ati; t+At2;
Т
t+At3. Прямая 5 соответствует моменту времени t+~r-, Кривые
6; 7; 8; 9 изображают значения величин тока и напряжения в
следующий полупериод. Кривая 9 соответствует моменту времени
Т
1 + -7Г-. Из рассмотрения этих кривых видно, что в каждой точке
линии происходят гармонические изменения тока и напряжения.
105

При этом на разомкнутом конце и на расстояниях, кратных
-у- Ы — 0, — ; *•• — ^;2Х и т. д.,)амплитуда тока равна нулю.
В этих точках имеем узлы тока.
В точках, отстоящих от конца на расстояниях х, равных
— . т~ ^"» ~Г^; —-X т. д., амплитуда тока наибольшая. В этих
4 4 4 4
точках имеем пучности тока. При этом пучности напряжения бу-
дут иметь место в точках, где х равен 0; —, X; —X; 2Х, а узлы на-
2 '
пряжения — в точках, где х равен
5 . 7 .
— X, — к и т. д.
4 4
а)
Рис. 69 Стоячие волны тока и напряжения в линиях:
а — семейство кривых, б — кривые распределения амплитуд, в — кривые
распределения эффективных значений
В линии, замкнутой накоротко на конце, также
образуются стоячие волны в результате сложения падающей и
отраженной волн. В отличие от разомкнутой линии здесь в конце
линии имеется узел напряжения и пучность тока.
Обычно вместо семейства кривых, показанных на рис. 69, а,
изображают лишь амплитудные или эффективные значения тока
и напряжения. На рис. 69, б показаны кривые распределения
амплитуд тока Imx и напряжения Umx вдоль линии, разомкнутой на
конце, соответствующие моменту t (рис. 69, а). На практике рас-
106

пределение напряжения вдоль линии определяют с помощью
вольтметра, показывающего эффективные значения напряжения.
Кривые распределения эффективных значений тока /„ и
напряжения Ue вдоль линии без потерь, разомкнутой на конце,
изображены на рис. 69, в.
При передаче энергии высокой частоты необходимо в линии
обеспечить режим бегущей волны, т. е. надо согласовать
нагрузочное сопротивление с характеристическим сопротивлением линии
(Л„=2С). Но при нарушении согласования (йн=/=гс) часть
энергии отражается от конца к началу линии. В линии образуются
комбинированные волны,
состоящие из бегущих и стоячих
волн. На рис. 70 показано
распределение напряжения вдоль
линии для двух случаев: когда
В«>гс и RH<z0. При ЙН>2С в
конце линии имеется пучность
напряжения, а при ЙН<2С в
конце линии, наоборот,— узел
напряжения.
Для оценки относительной
величины бегущей волны в
комбинированной волне пользуются
коэффициентом бегущей волны
КБВ. Коэффициент бегущей
волны равен отношению
минимального напряжения или тока
к его максимальному значению.
V Tiif МЫ /
КБВ
V..
умик ¦'мин
6) *
Рис 70. Кривые распределения
напряжения в линии при нарушении
согласования:
-*н<гс
a~RH>zc, б.
макс макс
Иногда пользуются величиной, обратной КБВ,
ентом стоячей волны КСВ.
U.,
¦коэффици-
КСВ =
макс
U*
Входное сопротивление линии. Сопротивление линии между
точками подключения генератора называется входным
сопротивлением.
В линии, нагруженной сопротивлением, равным
характеристическому, имеет место режим бегущей волны. Входное
сопротивление такой линии не зависит от длины линии, носит активный
характер и равно ее характеристическому сопротивлению:
Для определения входного сопротивления линии,
разомкнутой на конце, можно воспользоваться рис. 69, а, на кото-
107

ром изображены стоячие волны тока и напряжения для такой
линии*
1. Включим генератор в конце линии (х=0). В этой точке
амплитуда напряжения имеет максимальное значение (пучность),
а амплитуда тока равна нулю (узел). Входное сопротивление
ZBX = -jS. = оо .
'вх
2. Включим генератор на расстоянии х, равном — , от конца
линии. В этой точке амплитуда напряжения равна нулю, а
амплитуда тока имеет максимальное значение. Входное сопротивление
z _ и«*. __о
4„v г "•
3. Включим генератор на расстоянии х, равном у , от конца
линии. Здесь, как и в случае 1 (ж=0), амплитуда напряжения
имеет максимальное значение, а амплитуда тока равна нулю и
входное сопротивление
^вх
ZBX= -J^= «>.
'вх
Обычно входное сопротивление подсчитывают аналитически.
В линии, разомкнутой на конце, входное сопротивление носит
чисто реактивный характер и определяется по формуле
2вх хх =-zcctg-~z, C7)
где х — расстояние от конца линии.
График изменения входного сопротивления в зависимости от
расстояния от конца разомкнутой линии показан на рис 71, а.
Как видим, линия обладает резонансными свойствами: при х,
1 3 , 5 ,
равном-т- ; -.-/Ч — к и т. д., входное сопротивление линии
равно нулю, т. е. она обладает свойствами настроенного в резонанс
последовательного контура.
X 3
При х, равном 0; -у; I; -у X, входное сопротивление линии
равно бесконечности, т. е. она обладает свойствами настроенного
в резонанс параллельного контура. В пределах от х = 0 до х——г-
входное сопротивление имеет емкостный характер, а в пределах
X' X
от х = -г- до ж = -у входное сопротивление имеет индуктивный
характер и т. д.
108

Для определения входного сопротивления линии,
замкнутой накоротко на конце, можно таким же образом
воспользоваться рисунком, на котором изображены стоячие волны
тока и напряжения для такой линии, замкнутой на конце.
Если включить генератор в конце линии (ж = 0), то входное
сопротивление zsx=0; если на расстоянии от конца х = -
то
zBX=oo; если на расстоянии от конца х =
то zBX=0.
Аналитически входное сопротивление линии, замкнутой
накоротко на конце, подсчитывают по формуле
¦z At
2п
¦X.
C8)
График изменения
входного сопротивления в
зависимости от изменения
расстояния х от конца
замкнутой накоротко линии показан
на рис. 71, б. Здесь при х,
х 3,5,
равном -g-; -j-X; -j- X и т. д.,
линия обладает свойствами
настроенного в резонанс
параллельного контура, а при
А , 3
х, равном -tj-
X;
Х;2Х
и т. д.,— свойствами
настроенного в резонанс
последовательного контура.
Отсюда видим, что отрез-
К
ки линии, кратные-^-,
разомкнутые и замкнутые
накоротко в конце, обладают
резонансными свойствами,
другими словами, свойствами
настроенного в резонанс
последовательного или
параллельного контура.
Мы рассмотрели свойства
идеальных линий. В
реальных линиях, имеющих поте- Рис 71 Изменение входного сопротие-
ри, входное сопротивление, ления линии с изменением расстояния
кроме реактивной составля- от Конча
о а — разомкнутый на конце линии б — замк-
ЮЩеИ, имеет активную СОС- нутой накоротко на конце пинии
')
109

тавляющую. Графики входных сопротивлений несколько
изменяются, входные сопротивления не равны нулю и не представляют
собой сопротивления бесконечно большой величины.
Применение колебательных систем с распределенными
постоянными. Применение колебательных контуров на сверхвысоких
частотах (СВЧ) ограничивается тем, что по мере увеличения
частоты возрастают потери в контуре и уменьшается его
добротность. Эти потери происходят из-за поверхностного эффекта,
диэлектрических потерь и потерь на излучение электромагнитной
а) д) 6) г)
Рис 72 Колебательные системы с распределенными постоянными:
о — отрезок воздушной линии, 6 — отрезок коаксиальной линии, в —
металлический изолятор, в — фильтр
энергии. Поэтому в диапазоне СВЧ в качестве колебательных
систем используют отрезки линий, обладающих резонансными
свойствами. Такие колебательные системы могут быть выполнены
в виде двухпроводных коаксиальных линий и в виде отрезков
замкнутых волноводов (объемных резонаторов). В двухпроводной
воздушной линии (рис. 72, а) настройка производится
перемещением перемычки, в коаксиальной линии (рис. 72, б) —
перемещением поршня. Добротность такого контура достигает
нескольких тысяч.
В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн
четвертьволновой отрезок, замкнутый на конце, используется так же, как
металлический изолятор (рис. 72, в). Дело в том, что входное
сопротивление этого отрезка очень велико, а потери в таком
изоляторе значительно меньше, чем в обычных изоляторах из
диэлектрика. Недостатком металлического изолятора является то,
что с изменением частоты колебаний генератора его входное
сопротивление уменьшается.
Четвертьволновый отрезок [I — ~r-j разомкнутой линии ис-
110

пользуется в качестве фильтра (рис. 72, г). Для колебания с
длиной волны X его сопротивление очень мало. Если такой отрезок
включить в точках т и п, он не пропустит в нагрузку Дн
колебания с волной X, так как является для нее короткозамкнутой
цепью.
В колебательных системах, выполненных в виде отрезков
линий, на более коротких (сантиметровых) волнах потери
возрастают настолько, что их применение становится нецелесообразным.
У двухпроводных линий велики потери
энергии на излучение и в проводах, а в
коаксиальных линиях большие потери
во внутреннем проводе, имеющем
сравнительно малый диаметр. Поэтому на
сантиметровых волнах применяют так
называемые объемные резонаторы,
обладающие также распределенными
индуктивностью и емкостью, но в которых
нет внутреннего провода. Объемные
резонаторы применяют
прямоугольные, цилиндрические и тороидальные
(рис. 73).
Рассмотрим работу цилиндрического
объемного резонатора. Возьмем отрезок
четвертьволновой линии, замкнутой
накоротко на конце. Мы уже выяснили,
что такой отрезок линии обладает
свойствами параллельного колебательного
контура.
В начале линии получается пучность напряжения.
Соответственно здесь создаются наибольшие напряженность электрического
поля и густота электрических силовых линий.
На конце линии получается пучность тока. Соответственно
здесь создаются наибольшие напряженность магнитного поля и
густота магнитных силовых линий. Если вращать этот отрезок
линии вокруг ее начала, получим поверхность в виде цилиндра
(рис. 74, а).
В резонаторе силовые линии электрического поля замыкаются
между дном и крышкой цилиндра, наибольшая их густота
(пучность электрического поля) находится в центре цилиндра
(рис. 74, б). Распределение электрических линий по диаметру
резонатора показано на том же рисунке.
Силовые линии магнитного поля представляют собой
концентрические окружности, расположенные в плоскостях,
параллельных крышке резонатора (рис. 74, в). Наибольшая густота
магнитных линий получается по краю полости. Распределение магнитных
линий (напряженности магнитного поля) по диаметру резонатора
показано на том же рисунке.
в)
Рис. 7S. Типы объемных
резонаторов:
а — прямоугольный, б —
цилиндрический. « — тороидаль-
111

Возбуждение резонатора осуществляется с помощью зонда
или петли связи. На рис. 75, а показан способ возбуждения
резонатора при помощи зонда. Оболочка трубчатого фидера
соединяется с корпусом, а открытый центральный проводник этого
фидера (зонд) служит элементом связи. Зонд располагают в
пучности электрического поля. Электрическое поле этого
проводника, совпадающее с направлением электрических силовых линий
резонатора, возбуждает в нем незатухающие колебания.
а: б)
Рис. 75. Возбуждение резонатора:
в — с помощью зонда, б — с помощью петли связи
112

Способ возбуждения резонатора с помощью петли связи
показан на рис. 75, б. Центральная жила коаксиального фидера
заканчивается витком, присоединенным к внутренней стенке
резонатора. Магнитное поле, образуемое вокруг этого витка, совпадает
с паправлением магнитных силовых линий резонатора и
возбуждает в нем незатухающие колебания. Виток связи помещают в
пучность магнитного поля.
Вопросы для повторения
1. Объяснить процесс свободных колебаний в контуре
2. Что является причиной затухания свободных колебаний в контуре'
3. От чего зависят амплитуда и частота свободных колебаний в
контуре?
4. Что такое затухание и добротность контура?
5. Какие колебания в контуре являются вынужденными?
6. Что называется полосой пропускания последовательного контура,
и как она графически определяется по резонансной кривой?
7. Что такое резонанс напряжений и резонанс токов?
8. В каком случае контуры называют связанными?
9. Какую связь двух контуров называют критической?
10. Как влияет внутреннее сопротивление генератора на резонансные
свойства параллельного контура?
11. В чем заключаются резонансные свойства двухпроводной линии?
12. Чем характеризуются режимы бегущей волны и стоячей волны
в линии?
13. Как можно обеспечить в линии режим бегущей волны?
14. На чем основано применение четвертьволнового отрезка линии,
замкнутого на конце, в качестве металлического изолятора?
15. В чем заключается принцип действия объемных резонаторов?

ГЛАВА V
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
§ 24 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются в
окружающее пространство. В зависимости от направленных свойств
антенны радиоволны могут распространяться либо вдоль
поверхности земли, либо под тем или иным углом к горизонту. Поэтому
распространение радиоволн в пространстве зависит от свойств
поверхности земли, а также от свойств атмосферы.
Условия распространения радиоволн вдоль поверхности земли
в значительной мере зависят от рельефа местности, электрических
данных земной поверхности и от длины волны.
Если бы земная поверхность была идеально проводящей,
радиоволны отражались бы от нее без потерь, подобно тому, как
свет отражается от идеального зеркала. Земля в этом случае
оказывается экраном, препятствующим прохождению волн внутрь
почвы.
Но в реальных условиях земля не является ни идеальным
проводником, ни идеальным изолятором. Поэтому радиоволны,
распространяющиеся вдоль поверхности земли, частично
поглощаются ею. Поглощение энергии радиоволн зависит также от длины
распространяющейся волны: чем больше длина волны к, тем
меньше поглощение энергии. Выясним также влияние атмосферы на
распространение радиоволн.
Строение земной атмосферы. Атмосфера, окружающая земной
шар, представляет собой газообразную оболочку толщиной
1000—2000 км. Нижний слой атмосферы — тропосфера, граница
которой лежит на высоте 10—12 км.
В тропосфере происходят метеорологические явления —
образование облаков, выпадение осадков, ветры и воздушные течения
Состояние тропосферы характеризуется давлением, температурой
и влажностью. Эти параметры уменьшаются с высотой. Но иногда
температура и влажность повышаются с высотой, что влияет на
условия распространения ультракоротких волн. Дальше до высоты
примерно 60 км следует слой, называемый стратосферой.
114

С высоты 60 км на расстоянии в тысячи километров
простирается ионосфера. Под действием ультрафиолетовых лучей
солнца и звезд, потоков электронов, испускаемых солнцем,
космических лучей происходит ионизация газа. В результате этого
возникает ионосфера. Наряду с ионизацией в атмосфере происходит
рекомбинация, т. е. воссоединение молекул. Ночью при
прекращении действия солнечных лучей степень ионизации ионосферы
уменьшается.
h (км) f, fmj
L ~^'
а) В)
Рис. 76. Строение ионосферы
а — днем, б — ночью
Но степень ионизации по высоте непостоянна. На
определенных высотах имеют место максимумы ионизации. Наличие этих
максимумов объясняется неоднородной, слоистой структурой
атмосферы. Днем образуется четыре слоя D, E, F\ и F2 (рис. 76,а),
ночью слои D и F\ исчезают, остаются лишь слои Е и F2
(рис. 76, б). Состояние ионосферы непрерывно меняется. При
этом наблюдаются периодические и случайные, или нерегулярные,
изменения. Кроме суточных изменений, наблюдаются
изменения со сменой времени года. Летом ионизация слоев D, Е и F\
больше, чем зимой. Ионизация слоя F2, наоборот, больше зимой,
чем летом.
Наблюдается одиннадцатилетний период солнечной
активности. Дело в том, что степень ионизации связана с количеством
пятен на Солнце. Пятна представляют собой гигантские воронки
на его поверхности. Чем больше пятен, тем больше солнечная
активность и, следовательно, тем больше степень ионизации. Годы
максимума следуют в среднем через 11 лет.
Но в ионосфере наблюдаются и нерегулярные изменения.
К ним относятся ионосферные бури, которые сильнее сказываются
-*А>
115

в полярных широтах. Эти бури возникают под воздействием
заряженных частиц, выбрасываемых солнцем, которые устремляются
к магнитным полюсам Земли и являются причиной полярных
сияний. Бури могут длиться в течение месяца. Они нарушают
слоистость атмосферы и могут разрушишь слой F%.
В ионосфере происходит поглощение энергии радиоволн.
Объясняется это тем, что радиоволна, проникая в ионосферу,
приводит в колебательное движение всю массу ионов. Они
сталкиваются между собой и с неионизированными частицами и
расходуют энергию, полученную от радиоволны, превращая ее в тепло.
§ 25. ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАДИОВОЛН. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ
Радиоволны, как и другие электромагнитные волны, обладают
рядом общих свойств. Рассмотрим основные из них.
Рассеяние энергии волн. Радиоволны, излученные антенной,
расходятся во всех направлениях. По мере удаления от антенны
энергия радиоволн распределяется все на большую и большую
поверхность, величина энергии в каждой точке пространства
становится все меньше. Это явление называется рассеянием энергии.
Поглощение радиоволн. Как было показано, поглощение
энергии в почве тем меньше, чем больше проводимость почвы и длина
волны.
Отражение и преломление. В однородной среде радиоволны
распространяются прямолинейно. При переходе волны из одной
среды в другую наблюдаются отражение и преломление. При этом
угол падения равен углу
отражения. Чем больше разница в
свойствах диэлектриков, а
также чем длиннее волна, тем
сильнее преломление.
Дифракция волн.
Радиоволна, встречая на своем пути
непрозрачное тело, огибает его.
Это явление называется дифрак-
„ „„ „ , я цией. Чем длиннее волна, тем
Рис. 77. Изображение радиоволн ' " _, '
лучше она огибает препятствия.
Когда размеры препятствия
значительно превосходят длину волны, дифракцией можно
пренебречь.
Интерференция волн. Сложение двух или нескольких волн в
данном месте пространства называется интерференцией. Если
фазы колебаний волн одного и того же источника совпадают, то
амплитуда суммарного электромагнитного поля возрастает и,
наоборот, при сдвиге фаз этих волн на 180° амплитуда суммарного
поля уменьшается и может быть равной нулю.
116

Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности земли и
частично огибающие выпуклость земного шара из-за дифракции,
называются поверхностными, или земными, волнами (кривая АС
на рис. 77). Радиоволны, огибающие шар вследствие однократного
или многократного отражений от ионосферы и поверхности земли,
называются пространственными волнами (линия ABC на рис. 77).
Мы рассмотрели общие свойства радиоволя. Теперь нужно
выяснить особенности распространения радиоволн различных
диапазонов.
Распространение сверхдлинных, длинных и средних волн
Сверхдлинные и длинные волны A000—100000 м) хорошо
огибают кривизну Земли и препятствия. Энергия этих волн слабее
поглощается поверхностью Земли, чем энергия более коротких
волн. Достоинством сверхдлинных и длинных волн является
постоянство условий распространения. Напряженность поля в
пункте приема остается изо дня в день практически постоянной.
Поэтому эти волны используются в системах дальней
радионавигации, для передачи сигналов времени и метеосводок. Для передачи
таких волн на большие расстояния требуется большая мощность
передатчика.
Средние волны A00— 1000 м), подобно длинным волнам,
распространяются поверхностной и пространственной волнами. Для
этого диапазона волн характерна ограниченная дальность
распространения в дневные часы и увеличение дальности в ночное время.
В дневные часы пространственные волны практически
отсутствуют. В слое D (рис. 76, а) эти волны испытывают
незначительное поглощение и преломление. Но, попав в слой Е с большей
степенью ионизации, они испытывают такое сильное поглощение,
что на землю почти не возвращаются. Поэтому днем связь на
средних волнах осуществляется только поверхностной волной.
Практически дальность действия поверхностных волн
ограничивается расстоянием 1000—1500 км.
Вечером и ночью поглощение ионосферой уменьшается.
Пространственная волна отражается от слоя Е и мало поглощается
им. Напряженность поля в пункте приема является результатом
интерференции земной и пространственной волн. Когда фазы этих
волн оказываются противоположными, результирующее поле
минимально. Это явление называется замиранием или федингом.
Явление замирания наблюдается на более коротких волнах
средневолнового диапазона. Эти замирания повторяются почти
регулярно через несколько минут. Для борьбы с замиранием в
приемниках применяют автоматическую регулировку усиления,
которая при изменениях напряженности поля на входе уменьшает
изменения напряжения на выходе приемника. Кроме того,
используют специальные антифединговые антенны.
117

Распространение коротких волн A0—100 м)
При распространении коротких волн энергия поверхпосной
волны сильно поглощается земной поверхностью, особенно над
пересеченной местностью. Явление дифракции на коротких
волнах не играет заметной роли, поскольку эти волны поглощаются
обычно раньше, чем станет ощутимым кривизна земли.
Величина напряженности поля поверхностной волны в пункте
приема зависит от направленности передающей антенны. На
более коротких волнах этого диапазона сказывается также высота
подъема передающей и приемной антенн над землей. Дальность
распространения поверхностной волны обычно не превышает ста
километров.
Распространение коротких волн на большие расстояния
обусловлено пространственными волнами. Для пространственных
волн слой F2 является отражающим, а слой Е — поглощающим
(рис. 76). Распространение пространственными волнами
различной длины волны зависит от степени ионизации слоев Е и F2.
Днем наиболее короткие волны (от 10 до 25 м) хорошо
отражаются от слоя F2 и мало поглощаются слоем Е. Эти волны
называются дневными. Более длинные волны днем сильно
поглощаются слоем Е и на землю не возвращаются.
Ночью степень ионизации слоев F2 и Е уменьшается.
Следовательно, уменьшается поглощение слоем Е и отражение от
слоя F2. В это время создаются благоприятные условия для
распространения более длинных волн (от 35 до 100 м). Поглощение
в слое Е незначительно. Эти волны используют для связи в
ночное время и называются ночными.
Волны от 25 до 35 м хорошо распространяются в часы
полуосвещенности.
На коротких волнах можно осуществить радиосвязь на
больших расстояниях при сравнительно небольшой мощности
передатчика. Причиной этого является очень малое поглощение энергии
пространственной волны при ее распространении. Этому также
способствует возможность применения остро направленных антенн
и независимость пространственной волны от рельефа местности
между оконечными пунктами. Но связь на коротких волнах имеет
следующие недостатки: наличие зоны молчания, замирание
сигналов, радиоэхо и нарушение связи под действием ионосферных
возмущений.
Зона молчания. Поверхностная волна имеет небольшую
дальность действия (точка А на рис. 78, а). Чем короче волна и
меньше мощность передатчика, тем дальность меньше.
Пространственная волна отражается от ионосферы только в том
случае, если угол падения 0 больше критического угла Окр. До
точки В пространственная волна не отражается, так как ее угол
падения меньше критического угла. Зона между точками А и Б,
118

в которой отсутствует прием, называется зоной молчания или
мертвой зоной.
Прямой сигнал
а)
Обратный
сигнал
6)
Рис. 78. Распространение коротких волн:
о —образование зоны молчания, б— радиоэхо
Замирание сигналов. Как было указано, степень ионизации
слоев ионосферы непрерывно меняется. Это приводит к
изменению длины путей радиоволн и величины фазовых сдвигов между
ними. При совпадении этих волн по фазе результирующее поле в
пункте приема усиливается. Но когда фазы этих волн оказываются
противоположными,
результирующее поле становится
минимальным. Таким образом, как
и на средних волнах, вследствие
интерференции нескольких волн
возможно замирание.
Радиоэхо. Оно наблюдается,
когда сигналы от передатчика
приходят к приемнику двумя
путями (рис. 78, б): кратчайшим
путем (прямой сигнал) и
вокруг земного шара (обратный
сигнал). Радиоэхо—вредное
явление, так как оно искажает
принимаемые радиосигналы.
Эффект Кабанова. При
падении пространственных волн на
Землю происходит их
рассеянное (диффузное) отражение
(рис. 79, а). Часть отраженных
волн проходит обратный путь,
\Зона молчания \ Рассеянное
| j отражение
1 а)
фондирующий]
импульс
Ш им
/О
At
Отражение
i ? (мсек)
в)
Рис. 79. Эффект Кабанова:
» а — схема распространения радиовола,
ВНОВЬ Отражаясь ОТ ИОНОСферЫ, б —наблюдение отраженного импульса
119

и попадает в район излучения. Советский инж. И. И. Кабанов
открыл возможность обнаруживать эти возвращенные волны с
помощью приемника, расположенного вблизи передатчика,
излучающего короткие радиоимпульсы.
Это позволяет определять критвяеский угол 0кр для данной
волны и при данном ионизированном слое. На экране
осциллоскопа приемника наблюдается первичный (зондирующий) импульс и
сдвинутый по времени возвратно отраженный импульс (рис. 79, б).
Измерив по шкале время запаздывания возвратного импульса At,
можно определить путь, пройденный радиоволной от передатчика
до точки рассеянного отражения и обратно:
2d = v • At
где v — скорость распространения радиоволны.
Из треугольника ОАВ (рис. 79, а) найдем:
Т
где h — высота ионизированного отражающего слоя. Отсюда
можно определить значение критического угла 0Кр-
Ионосферные возмущения являются одной из причин
нарушения связи на коротких волнах. Такие нарушения особенно сильно
проявляются в областях, близких к магнитным полюсам земли.
Распространение ультракоротких волн (УКВ)
Волны короче 10 м относят к диапазону УКВ. Эти волны, как
правило, не отражаются от ионосферы и могут распространяться,
как поверхностные. Но и поверхностные волны сильно
поглощаются местными предметами и почти не обладают свойством
дифракции. Поэтому необходимо, чтобы передающая и приемная
антенны находились в пределах прямой видимости (рис. 80). Чтобы
осуществить связь на расстоянии в десятки километров, антенны
нужно поднимать на значительную высоту.
Расстояние d, на которое можно осуществить связь в
пределах прямой видимости,
d\км] = 3,57 (УЩм\ + VK\m\) , C9)
где hi и h2 — высоты подъема антенны передатчика и приемника.
Но практически удается осуществить радиосвязь и за
пределами прямой видимости. Так, волны, близкие к 10 м, могут
распространяться как поверхностной, так и пространственной
волнами. Распространение характеризуется большой зопой
молчания, радиус которой достигает 1500—3600 км.
120

Наблюдаются также случаи отражения от ионосферы даже
более коротких волн (до 3 ж) в летние месяцы вследствие
скопления облаков с повышенной ионизацией, располагающихся в
слое Е.
Рис. 80. Распространение радиоволн в пределах прямой
видимости
Кроме того, наблюдается рассеянное отражение УКВ от неод-
нородностей тропосферы или ионосферы. Дело в том, что
электрические свойства тропосферы (диэлектрическая проницаемость
е и показатель преломления п) в различных точках пространства
непрерывно изменяются. Причиной этого является беспорядочное
движение воздуха, вызванное неодинаковым разогреванием
отдельных участков почвы.
Радиоволны, попавшие в область с неоднородной структурой,
рассеиваются во все стороны (рис. 81). Приемная антенна
улавливает часть рассеянных радиоволн. Чтобы осуществить
регулярную связь, необходимо применять мощные передатчики и
достаточно чувствительные приемники со специальными антенными
системами.
При тропосферном распространении возможна связь на
дециметровых и сантиметровых волнах. Это позволяет создать
многоканальные телефонные и телеграфные радиорелейные линии,
промежуточные станции которых расположены на расстоянии 300—
500 км. Напомним, что при распространении в пределах прямой
видимости они располагаются на расстоянии 50—70 км.
Как показывают исследования, ионизированные слои также
обладают мелкими неоднородностями, число которых зависит от
ультрафиолетовых излучений солнца и ионизации, создаваемой
метеорами. На рис. 81 показано также рассеивание из-за
неоднородности ионосферы.
При использовании ионосферного рассеяния связь возможна
на метровых волнах E—10 м) и длинах трассы 800—2000 км. Но
искажения сигнала, возникающие при ионосферном
распространении, ограничивают ширину спектра передаваемых сигналов
полосой в несколько килогерц, что соответствует одному телефонному
каналу.
121

Сантиметровые и дециметровые волны поглощаются в
атмосфере. Энергия этих волн поглощается в тропосфере кислородом
воздуха и, главным образом, каплями воды. Каплями воды
производится также рассеяние энергии. Поглощение энергии в
атмосфере зависит от длины волны.
Рис. 81. Рассеяние УКВ на неодноровностях
тропосферы и ионосферы
Установлено, что поглощение имеет резонансный характер,
т. е. наибольшее поглощение получается на частотах,
совпадающих с собственными частотами колебаний молекул кислорода и
водяного пара. Рассеяние энергии каплями воды указывает на
возмояшость распространения миллиметровых и сантиметровых
волн за пределами прямой видимости.
Вопросы для повторения
1. Как устроена ионосфера?
2. Каковы свойства радиоволн? Что такое дифракция и интерференция
радиоволн?
3. Как влияют время суток и время года на распространение радиоволн?
4. Что является причиной замирания сигналов?
5. Что такое 11-летний период солнечной активности?
6. Каковы особенности распространения ультракоротких волн?

ГЛАВА VI
АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 26 ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ
Антенна является одной из важнейших составных частей
радиоустройства. Передающая антенна предназначена для
преобразования тока высокой частоты в энергию излучаемых ею
электромагнитных волн; приемная антенна — для преобразования
принятых ею электромагнитных волн в энергию тока высокой частоты.
Рис. 82, Образование симметричного вибратора:
о — четвертьволновый отрезок разомкнутой линии, б — симметричный
вибратор, в — эквивалентная схема
Одна и та же антенна может быть испольаована поочередно
для передачи и для приема электромагнитных волн. При этом ее
основные параметры остаются неизменными, что позволяет
рассматривать антенны, не подразделяя их на передающие и
приемные.
На рис. 82 показана антенна, полученная из развернутого
четвертьволнового отрезка разомкнутой на конце линии. Антенна,
как и двухпроводная линия, является системой с
распределенными постоянными и обладает колебательными свойствами. Но в
отличие от линии она способна излучать электромагнитные волны.
Это можно объяснить кривыми распределения тока.
¦ч
ч
\ \
\ \
х v 1
_L J-1.
тут
'' ' /
' / I
у /
/
123

В четвертьволновом отрезке двухпроводной линии (рис. 82, а)
токи в параллельных и рядом расположенных проводах равны и
противоположно направлены; поэтому поля, созданные этими
токами в любой удаленной точке, также равны и противоположно
направлены, и результирующее поле равно нулю. В развернутом
проводе (рис. 82, б) токи, протекающие в обеих его половинах,
направлены в одну сторону. Следовательно, поля, созданные в
пространстве токами обеих половин антенны, взаимно не
уничтожаются в пространстве. Рассмотренная нами антенна называется
симметричным вибратором или открытым колебательным
контуром.
Рис. 83. Процесс свободных колебаний в открытом колебательном контуре
Процесс свободных колебаний в открытом колебательном
контуре. Симметричный вибратор, как и двухпроводная линия, может
быть представлен эквивалентной схемой, которая состоит из
бесконечно большого количества элементарных участков,
обладающих емкостью и индуктивностью (рис. 82, в). Подключим к
симметричному вибратору источник постоянной э. д. с. — плюсом к
верхнему и минусом к нижнему проводу (рис. 83). Элементарные
емкости зарядятся и между половинами вибратора образуется
электрическое поле.
Отключим источник и соединим накоротко провода вибратора
(момент ? = 0); в нем начнется процесс свободных колебаний.
В вибраторе возникнет разрядный ток, направленный сверху
вниз. Энергия электрического поля перейдет в энергию
магнитного поля.
т
К моменту t= —г- заряд половин вибратора будет
израсходован полностью, ток достигнет максимального значения. Затем ток
начнет уменьшаться, кроме того, будет уменьшаться магнитное
поле. Наведенная э, д. с. самоиндукции перезарядит половины
вибратора зарядами обратных знаков.
124

т
К моменту t = -у напряжение достигнет максимального
значения. После этого ток в вибраторе пойдет в обратном направлении.
3
К моменту t— -т-Т ток достигнет максимального значения,
затем он снова уменьшится и произойдет перезаряд половин
вибратора зарядами обратных знаков.
К моменту t = T напряжение достигнет максимального
значения. Затем процесс будет повторяться.
Таким образом, в результате свободных колебаний в
симметричном вибраторе устанавливаются стоячие волны, подобно
стоячим волнам в четвертьволновом отрезке разомкнутой линии: в
конце вибратора — пучность напряжения и узел тока, в середине,
наоборот, — узел напряжения и пучность тока.
Пользуясь кривыми распределения напряжения и тока, можно
определить длину волны свободных колебаний. Как видно из
рис. 83, вдоль симметричного вибратора укладывается половина
волны напряжения и тока, т. е.
где I — длина вибратора.
Отсюда A,o=2L
Поэтому симметричный вибратор часто называют
полуволновым вибратором.
Процесс вынужденных колебаний в открытом колебательном
контуре. Включим в середину симметричного вибратора источник
синусоидальной э. д. с. В вибраторе возникнет переменный ток,
изменяющийся с частотой э. д. с. Кроме того, будут изменяться
электрическое и магнитное поля.
На рис. 84 показано изменение электрического поля в
плоскости рисунка в течение одного периода колебаний э. д. с. источника.
Пусть в момент t—Q ток равен нулю, заряд вибратора равен
нулю и силовые линии электрического поля не связывают
половины вибратора.
т
В течение четверти периода (ог ? = 0 до t~-r ) ток
возрастает. С увеличением тока заряды перемещаются от зажимов
источника вдоль проводов к их концам. Поэтому вместе с
перемещением зарядов происходит перемещение и силовых линий элек-
Т
трического поля. Это происходит до момента времени t= —г-
пока возрастает ток.
/ т т \
В течение следующей четверти периода от t = -г- до t =-у 1
ток уменьшается и заряды перемещаются от концов провода к его
125

з
a.
середине (к источнику).
Кроме того, силовые линии,
электрического поля стягиваются
к середине.
Т
В момент t=~2 ток равен
нулю, заряд вибратора вновь
е становится равным нулю и не
§ остается электрических сило-
§ вых линий, связывающих по-
о ловины вибратора. Остаются
з лишь в пространстве замкну-
* тые силовые линии электри-
« ческого поля. Наибольшее
« расстояние силовых линий от
® вибратора равно -к.
§ § В течение следующей чет-
р-
о
о. о
с
4j я»
| верти периода от t—
2
до t = -j-T )в вибраторе
возрастает ток
противоположного направления. Вместе с
перемещением заряда происхо-
» g дит перемещение силовых
Sj | линий. При этом их направ-
§ « пение таково, что они оттал-
0 2 кивают в пространство сило-
§ вые линии первой полуволны,
щ образованные в течение пер-
3 вого полупериода.
^ К моменту t=T образует-
4 ся вторая полуволна. За один
* период колебаиия э. д. с. ис-
| точника силовые линии ото-
я двигаются от вибратора на
1 расстояние, равное длине
аз волны. Но при изменении
<* электрического поля в
окружающем пространстве возни-
(g кает связанное с ним
магнитное поле. Силовые линии
магнитного поля представляют
собой ряд концентрических
окружностей с центрами на
оси вибратора.

Совокупность электрического и магнитного полей называется
электромагнитным полем. Составляющие электромагнитного
поля — напряженность электрического поля Е и напряженность
магнитного поля Я — являются векторами, так как имеют
определенное направление.
Рис. 85. Радиоволна:
а — направление распространения, б — графическое изображение
Электромагнитное поле, движущееся в пространстве,
представляет собой электромагнитную волну или радиоволну.
Отметим некоторые свойства радиоволн.
1. Вектор напряженности электрического поля Е в любой
точке пространства перпендикулярен вектору напряженности
магнитного поля И. Оба эти вектора в свободном пространстве
перпендикулярны направле-
Передатчик _ Приемник
-d A A Ai
-П
Передатчик
нию распространения
волны, т. е. вектору Умо-
ва-Пойнтинга S (рис.
85, а).
2. Направление
векторов Е и S определяет
плоскость поляризации.
Плоскостью
поляризации называется
плоскость, проходящая
через векторы Е и S.
Если вектор S
расположен параллельно
поверхности земли, а
вектор Е вертикально,
волна вертикально
поляризованная; если вектор S, а также вектор Е расположены
параллельно поверхности земли, волна горизонтально поляризованная.
Вертикально поляризованные волны создаются вертикальным
вибратором (рис. 86, а); горизонтально поляризованные волны —
горизонтальным вибратором (рис. 86, б).
3. Радиоволны представляют собой бегущие волны, подобные
бегущим волнам тока и напряжения в двухпроводной линии. Ско-
Рис. 86. Образование поляризованных
волн:
а — вертикальных, б — горизонтальных
127

рость распространения радиоволн в пространстве примерно равна
скорости света (ь>о«=3-108 м/сек).
4. Радиоволны в свободном пространстве можно схематически
изобразить в виде двух синусоид, имеющих общую ось и
расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 85, б).
§ 27. АНТЕННЫ ДЛИННЫХ, СРЕДНИХ И КОРОТКИХ ВОЛН
Антенны длинных и средних волн
Одним из основных типов антенн длинных и средних волн
является вертикальная заземленная антенна, или несимметричный
вибратор. Несимметричный вибратор можно получить, если один
из проводов симметричного вибратора расположить вертикально
над земной поверхностью, а второй заменить идеально
проводящей землей (рис. 87, а).
укор
?
6)
Рис. 87. Антенны длин*
ных и средних волн:
а — заземленная, б — о
элементами настройки, в — Г-
и Т-образные
Длина заземленного вибратора составляет половину
симметричного вибратора. Поэтому длина его собственной волны
Х0 = 4/.
D0)
128

Распределение тока I вдоль вибратора показано на рисунке.
Так как по длине вибратора укладывается одна четверть волны,
такой вибратор называется четвертьволновым.
На длинных и средних волнах собственная длина волны Яо
вертикальной антенны почти всегда меньше длины волны генератора
(Яо<Я). Для настройки антенны приходится длину собственной
волны антенны ко увеличивать до рабочей волны к.
При рассмотрении линии, разомкнутой на конце, было
показано (см. рис. 71, а), что когда линия короче четверти длины
волны (от х=О до х = -т- ), ее входное сопротивление имеет
емкостный характер. Включим в основание антенны катушку
индуктивности (см. рис. 87, б). При определенной величине индуктивности
емкостное сопротивление антенны скомпенсируется индуктивным
сопротивлением катушки. Эта катушка называется удлинительной
A/удЛ), поскольку с ее помощью антенна настраивается на более
длинные волны по сравнению с собственной.
В средневолновом диапазоне собственная длина волны Яо
иногда бывает больше длины волны генератора (Яо>Я). Тогда для
настройки антенны приходится уменьшать собственную длину
волны Яо. Для настройки антенны применяют конденсатор
переменной емкости; этот конденсатор часто называется
укорачивающим (Сукор), так как с его помощью антенна настраивается на
более короткие волны по сравнению с собственной. Часто
применяют комбинированную настройку. Катушка в этом случае служит
для грубой настройки антенны, а конденсатор — для плавной.
При замене симметричного вибратора вертикальным землю
считают идеальным проводником. Но земля редко бывает хорошим
проводником, и в ней теряется некоторая часть излучаемой
мощности. Чтобы уменьшить потери мощности в земле, нужно
повысить ее проводимость. Это достигается устройством заземления.
Заземлением служат металлические листы или трубы, зарываемые
на уровне грунтовых вод и присоединяемые к нижнему концу
антенны. Грунтовые воды являются хорошим проводником, так
как содержат большое количество растворенных солей.
Иногда вместо заземления применяют противовес,
представляющий собой систему проводов, подвешиваемых под антенной
на небольшой высоте над землей и изолированных от земли.
Противовес обеспечивает меньшие потери по сравнению с
заземлением; он применяется при очень сухой почве и глубоком залегании
грунтовых вод.
Мощность, подводимая от генератора к антенне, частично
излучается в пространство в виде электромагнитных волн, а
частично теряется на нагрев проводов и изоляторов и на потери в земле.
Мощность излучения определяется формулой
Р, = 12Л. D1)
5 Заказ № HQQ
129

где 1т — действующее значение тока в пучности;
Rz — сопротивление излучения.
Сопротивление излучения характеризует способность антенны
к излучению. Величина сопротивления излучения заземленного
вибратора может быть приблизительно определена по формуле
Rt = 1600 i^-J, D2)
где X — длина излучаемой волны;
hd — действующая высота антенны.
Определение действующей высоты антенны показано на
рис. 87, а. Действующая высота tig — это высота прямоугольника,
площадь которого равна площади, охватываемой кривой
распределения тока и проводом антенны.
Из формул D1) и D2) видно, что для увеличения мощности
излучения антенны необходимо увеличить ее действующую
высоту hd Увеличения этой высоты можно добиться добавлением к
вертикальному проводу горизонтальных проводов.
На рис. 87, в показаны антенны с горизонтальной частью:
Г и Т-образные. Площадь тока вдоль вертикальной части этих
антенн возрастает и соответственно возрастает их действующая
высота. Наряду с вертикальной антенной Г и Т-образные антенны
являются основными типами длинноволновых и средневолновых
антенн.
Прием радиоволн основан на том, что линии электрического
поля пересекают провод антенны и наводят в нем э. д. с. Величина
ее определяется как произведение напряженности электрического
поля Е на действующую длину провода kg:
ЕА = Ehd.
Рассмотренные выше типы передающих антенн можно применять
и как приемные антенны. Приемные антенны, как правило, не
настраивают на частоту принимаемых радиостанций. Для
радиовещательного приема часто применяют вертикальные, Г и
Т-образные антенны.
Часто используют также замкнутые антенны — рамочную и
магнитную.
Рамочная антенна является простейшей направленной
антенной. Рамку выполняют из одного или нескольких витков,
имеющих квадратную, круглую или многоугольную форму. Схема
одного из типов рамочной антенны показана на рис. 88, а.
Диаграмма направленности рамки в горизонтальной
плоскости имеет вид восьмерки (рис. 88, б). Наибольший прием имеет
место с направления, совпадающего с плоскостью рамки,
наименьший прием — с направления, перпендикулярного плоскости рамки.
Направленное свойство рамочной антенны объясняется
следующим образом.
130

Пусть плоскость рамки расположена перпендикулярно
направлению приходящих радиоволн. Тогда в обеих половинах каждого
ее витка наводятся э. д. с, равные по величине и
противоположно направленные, а э. д. с. во
всей рамке равна нулю.
Но пусть плоскость рамки
расположена вдоль
направления приходящих
радиоволн. Тогда в обеих
половинах каждого ее витка
наводятся э. д. с, не равные по
величине, так как
радиоволна сначала доходит до одной
половины витков рамки, а
затем до другой. В рамке
появляется некоторая разностная
э. д. с, которая тем больше,
чем больше размеры рамки
и число ее витков.
Магнитную антенну
выполняют в виде катушки с
сердечником из феррита (рис.
88, в), имеющего довольно
высокую магнитную
проницаемость (ц = 100-1000).
Благодаря этому под
действием магнитного поля радиоволны в катушке создается значительно
более сильный магнитный поток, чем в антенне без сердечника.
Длина сердечника примерно равна 150 мм, диаметр около 8 мм.
Магнитная антенна, как и рамочная, обладает направленным
свойством (рис. 88, г) и используется в портативных приемниках
переносного типа, а также в стационарных приемниках новых
выпусков.
Антенны коротких волн
На коротких волнах применяют также вертикальную антенну
и антенны с горизонтальной частью. Недостатком этих антенн
является зависимость дальности связи от проводимости почвы.
Наиболее широко применяют в диапазоне коротких волн полувол-
новый симметричный вибратор. Такой вибратор, расположенный
горизонтально к земной поверхности, обеспечивает максимальное
излучение в направлении, перпендикулярном оси вибратора.
Рассмотрим направленные свойства симметричного вибратора.
Для характеристики этих свойств пользуются диаграммой
направленности, выражающей зависимость напряженности поля Е в
равноудаленных от антенны точках от направления излучения.
да'-.
К приемнику
а)
Ю
Рис. 88. Замкнутые антенны:
а — схема рамочной антенны, б —
диаграмма направленности рамочной
антенны, в — магнитная антенна, г —
диаграмма направленности магнитной
антенны
5*
131

В плоскости, перпендикулярной оси вибратора, напряженность
поля одинакова для всех направлений. Поэтому диаграмма
направленности имеет вид окружности (рис. 89, а).
Рассмотрим диаграмму направленности в плоскости,
совпадающей с осью вибратора. Наиболее интенсивное излучение
происходит в направлении, перпендикулярном оси вибратора, — в точке
К (рис. 89, б). Так как токи в обеих половинах вибратора
направлены в одну сторону, поля, создаваемые этими токами,
складываются.
Рис, 89. Диаграммы направленности симметричного вибратора:
а — в горизонтальной плоскости, б — в вертикальной плоскости, е —
пространственная
В точки, расположенные на других направлениях (#', К",
К"'...), волны, излучаемые различными элементами вибратора,
приходят неодновременно, т. е. со сдвигом фаз, так как они
проходят разные расстояния. По мере приближения к оси @0')
вибратора излучение уменьшается, а в направлении оси излучение
отсутствует. Поэтому диаграмма направленности в плоскости,
совпадающей с осью вибратора, имеет вид восьмерки (рис. 89, б).
Если эту диаграмму вращать вокруг оси 00', то получится
объемная фигура, имеющая тороидальную форму (рис. 89, в).
Симметричный вибратор широко применяют как
горизонтальный полуволновый вибратор. Кроме того, его используют как
элемент более сложных (многовибраторных) антенн.
На диаграммы направленности горизонтальных вибраторов
влияет высота их подвеса над поверхностью земли. Это
обусловлено тем, что в пункт приема приходят две волны: одна
непосредственно от антенны, другая отраженная от земли.
Установлено, что по мере увеличения высоты подвеса горизонтального
вибратора максимальное излучение в вертикальной плоскости
приближается к поверхности земли.
-132

Многовибраторные антенны обеспечивают остронаправленное
излучение и прием. Система состоит из горизонтальных
полуволновых вибраторов, расположенных рядами в несколько этажей.
Расстояние между этажами равно К/2. Если токи во всех
вибраторах возбуждаются в фазе, такая антенна называется синфазной;
если токи в соседних вибраторах находятся в нротивофазе, такую
антенну называют противофазной.
Рис. 90. Синфазная горизонтальная антенна
На рис. 90 изображена синфазная горизонтальная антенна.
Распределение напряжения вдоль вибраторов показано
сплошными линиями, а распределение тока — пунктирными. Эта
антенна концентрирует излучение в направлении, перпендикулярном
плоскости ее полотна, по обе стороны от него. Чем больше
вибраторов в антенне, тем больше концентрация энергии.
Чтобы антенна излучала только в одну сторону, сзади нее на
расстоянии, равном @,2-=-0,25) К, ставят такое же полотно антенн,
которое называется рефлектором. Рефлектор является как бы
зеркалом, отражающим радиоволны в сторону корреспондента.
Вибраторы питаются от генератора двухпроводными линиями.
Чтобы обеспечить синфазное возбуждение вибраторов, эти линии
должны быть перекрещенными.
§ 28. АНТЕННЫ ДЛЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН
В диапазоне ультракоротких волн применяют, как правило,
направленные антенны, начиная с симметричного вибратора и
кончая синфазной антенной с горизонтальными вибраторами.
Используют также и другие типы антенн.
133

Рассмотрим некоторые типы антенн — метровых,
дециметровых и сантиметровых волн.
Антенна типа «волновой канал». Устройство такой антенны
показано на рис. 91, а. Вибратор 1 питается от передатчика и
называется активным. Вибраторы 2, 3, 4 и 5 не питаются от
передатчика и называются пассивными.
Вибратор 2 выполняет функции рефлектора. Принцип
действия рефлектора основан на том, что в направлении излучения
(направлении А) волны вибраторов 1 и 2 складываются; в
обратном направлении (направлении Б) волны этих вибраторов
находятся в противофазе и излучения нет.
/А
Рис 91. Антенна типа «волно- Рис. 92. Принцип устрой-
вой канал»: ства параболического ре-
а — устройство, б — диаграмма флектора
направленности
Вибраторы 3, 4 я 5 называются директорами. Волны этих
вибраторов в направлении излучения складываются с волной
вибратора 1. Чем больше количество директоров, тем большей
направленностью обладает антенна. Диаграмма направленности пока;а-
на на рис. 91, б.
Достоинством такой антенны является простота конструкции,
недостатками — сложность регулировки и относительно большая
ширина диаграммы направленности. Антенну «волновой канал»
широко используют для приема телевидения.
Рассмотренные типы антенн относятся к вибраторным
антеннам. Их применяют в диапазоне метровых и дециметровых волн.
В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн используют
рефлекторные, рупорные и другие антенны.
Параболический рефлектор. В параболических рефлекторных
антеннах роль отражателя выполняет не пассивный вибратор, а
металлическое зеркало, имеющее форму параболоида вращения
или параболического цилиндра. Принцип устройства параболиче-
134

ского рефлектора показан на рис. 92. В фокусе параболоида 1
закреплен при помощи волновода 2 облучатель 3 в виде рупорной
антенны. Параболоид обладает тем свойством, что длина пути
любого луча от фокуса О до некоторой
плоскости, перпендикулярной оси
параболы, одинакова. Поэтому лучи, отраженные
рефлектором (ОАВ, OCD), в плоскости
выходнбго отверстия имеют одинаковую
фазу.
Физически это эквивалентно тому, как
если бы в плоскости выходного отверстия
имелось большое число элементарных
синфазных излучателей, составляющих
многовибраторную антенну. Мы уже
выяснили, что многовибраторная антенна
обеспечивает остронаправленное излучение.
Рупорная антенна изображена на рис. 93. Простейшей
рупорной антенной является открытый конец металлической
трубы прямоугольного сечения (волновода). Излучающая часть
антенны называется раскрывом антенны. Отверстие волновода можно
рассматривать как многовибраторную антенну, образованную из
большого числа элементарных излучателей. Но такая антенна
обладает недостатком. Резкое изменение условий распространения
на открытом конце волновода приводит к значительному
отражению. Это уменьшает эффективность антенны. Кроме того, в рас-
крыве излученные волны огибают края конца волновода, что
ухудшает направленные свойства антенны. Для уменьшения отражений
и улучшения направленных свойств конец волновода выполняют
в виде рупора.
§ 29. ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА И ВОЛНОВОДЫ
Фидером называется линия, предназначенная для передачи
электрической энергии высокой частоты. Фидер используют для
передачи энергии от передатчика к антенне и от антенны к
приемнику.
Фидерные линии делят на воздушные, кабельные и волновод-
ные. Применение того или другого класса линий и их
конструктивное выполнение определяются диапазонами рабочих частот и
передаваемой мощностью. Воздушные и кабельные линии
используют на всех волнах от самых длинных до метровых. На
сантиметровых волнах преимущественно применяют волноводы.
Двухпроводные воздушные фидеры состоят из двух
параллельных проводов (рис. 94, а). Провода закрепляют на изоляторах,
фиксирующих их взаимное расположение.
Кабельные линии. Высокочастотные кабельные линии
применяют двухпроводной и коаксиальной конструкции.
135

Конструкции
линий:
фидерных
Двухпроводная кабельная линия (рис. 94, б)
состоит из двух параллельных проводов, расположенных внутри
эластичною диэлектрика, чаще всего полиэтилена. Снаружи
диэлектрик покрыт оплеткой из тонких медных проволок,
выполняющих роль экрана. Чтобы предохранить экран от повреждения,
снаружи сделана защитная оболочка из хлорвинила, резины или
другого эластичного изоляционного материала.
Коаксиальный кабель (рис. 94, в) состоит из
внутреннего провода, вокруг которого расположен внешний провод в виде
жесткой или гибкой трубы.
Между ними находится
изоляция в форме сплошного
наполнителя из эластичного
материала или в виде шайб из
высокочастотной керамики. Чтобы
улучшить электрические
свойства, внутренний провод
изготовляют из медной отожженной
и посеребренной проволоки; для
большей гибкости его
выполняют многопроволочным.
Внешний провод обычно делают из
медной луженой проволоки или
медной ленты. Большинство
кабелей покрывают снаружи
оболочкой из полихлорвинилового
1 мм. Коаксиальная линия
несимметрична относительно земли, так как ее внешний провод имеет
значительную емкость по отношению к земле, в то время как
внутренний провод экранирован внешним.
Кабельные линии обладают рядом преимуществ перед
воздушными. Они лучше защищены от атмосферных влияний, более
надежны в эксплуатации и не излучают в пространство радиоволны.
Режим бегущей волны в фидере. При подключении к линии
согласованной нагрузки (RH=zc) в ней возникают только бегущие
волны. Если потери незначительны, действующие значения
напряжения и тока по всей длине линии постоянны.
Величина сопротивления нагрузки RB может значительно
отличаться от характеристического сопротивления фидера zc. В этом
случае передаваемая вдоль линии энергия поглощается нагрузкой
не полностью и часть ее расходуется на создание отраженной
волны. В линии наряду с бегущей волной образуются стоячие волны.
Это приводит к тому, что действующие значения напряжения
и тока изменяются по длине линии и имеют максимумы и
минимумы.
Для согласования фидера с нагрузкой применяют согласующие
устройства. Одним из таких устройств является четвертьволновый
а — двухпроводной воздушной, б —
двухпроводной кабельной, в —
коаксиального кабеля
пластиката толщиной примерно
136

трансформатор — отрезок линии длиной —г-, включенный
между основным фидером и нагрузкой (рис. 95).
Согласование заключается в следующем. Волна, подходящая
от генератора к точкам т и га, частично отражается обратно, а
частично движется через согласующий трансформатор к нагрузке. О г
нагрузки эта волна отражается и возвращается к точкам иг и га.
По сравнению с волной, отраженной вначале (от точек гаг и га),
волна, отраженная от нагрузки RB, проходит лишнее расстояние,
Вследствие этого происходит сдвиг
равное 2-т-
т. е.
1/77
Основной
сридер
Транс-
Форматор
п А
Рис. 95 Схема согласующего транс
матора
по фазе между двумя
отраженными волнами, равный
180°. Если амплитуды этих
отраженных волн одинаковы,
происходит их полная
компенсация и вдоль основного
фидера распространяются
только бегущие волны.
Описанный принцип
согласования лежит в основе и
других согласующих
устройств.
Волноводы. На волнах короче 10 см невыгодно применять
коаксиальные кабели, потому что с увеличением частоты возрастают
потери в изолирующих шайбах и во внутреннем проводе. На
сантиметровых и более коротких волнах можно передавать
электромагнитную энергию по волноводу. Волноводом называется полая
металлическая трубка с поперечным сечением произвольной
формы. На рис. 96 показаны волноводы прямоугольного и круглого
сечения.
Для объяснения характера электромагнитного поля
представим прямоугольный волновод в виде двухпроводной линии, опи-
f
j?
2
3_
1/7"
Рис 96 Волноводы:
¦ прямоугольный, б — круглый
Рис. 97. Переход от
двухпроводной линии к прямоугольному
волноводу
137

рающейся на короткозамкнутые четвертьволновые отрезки (/=—.
рис. 97). Такие отрезки называются металлическими изоляторами.
Их сопротивление для волны X, равной 4Z, очень велико, поэтому
они не нарушают режим распространения энергии вдоль линии.
Если мы присоединим сверху и снизу большое количество
таких отрезков, то получим трубу прямоугольного сечения, но если
уменьшим длину отрезков U < -т-1, их входное сопротивление
резко упадет и провода двухпроводной линии окажутся
замкнутыми почти накоротко. Следовательно, размер а волновода является
критичным, он должен быть не меньше -к- ¦ Отсюда критичное
значение для волны прямоугольного волновода:
Хир=2а.
Волны длиннее ЯКр не могут распространяться в волноводе.
Для волновода круглого сечения критичное значение волны
Хкр = 2,61г,
где г — радиус отверстия.
Для возбуждения колебаний в волноводе высокочастотную
энергию подводят либо через отверстия и щели в нем, либо по
коаксиальной линии, имеющей электрическую или магнитную связь
с волноводом. Возбуждение волновода с помощью зонда или петли
связи происходит так же, как и в объемных резонаторах.
Волноводы обладают рядом преимуществ перед коаксиальным
кабелем. Они проще в конструктивном отношении, обеспечивают
передачу весьма высоких частот, полную экранировку поля.
Недостатком волноводов является наличие критической длины волны.
Вопросы для повторения
1. Почему антенна, полученная из развернутого четвертьволнового
отрезка линии, обладает свойством излучения радиоволн?
2. Пользуясь рис. 84, объяснить процесс излучения радиоволн.
3. Как распределены ток и напряжение в симметричном вибраторе?
4. Что такое действующая высота антенны?
5. Что называется сопротивлением излучения антенны?
6. Что такое рамочная антенна? Каковы ее свойства?
7. Каковы устройство и принцип действия магнитной антенны?
8. Объяснить устройство и принцип действия параболического
рефлектора и рупорной антенны.
9. В чем заключается согласование фидера с нагрузкой?
10. Что называют волноводом? Каковы преимущества волноводов перед
коаксиальным кабелем?

ГЛАВА VII
ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ЗВУКОЗАПИСЬ
§ 30. МИКРОФОНЫ
В радиотелефонной связи, как и в проводной телефонии,
микрофон и телефон (или громкоговоритель) являются оконечными
преобразователями. Микрофон служит преобразователем
звукового сообщения в электрический сигнал, телефон —
преобразователем электрического сигнала в звуковое сообщение.
По способу преобразования звуковых колебаний в
электрические микрофоны можно разделить на несколько типов: угольные,
электродинамические, конденсаторные, электромагнитные. Но
работа любого типа микрофона характеризуется одними и теми же
качественными показателями.
Основные качественные показатели микрофона:
чувствительность — величина э. д. с. или напряжения,
развиваемого на сопротивлении нагрузки микрофона при воздействии на
его диафрагму звукового давления в 1 бар; чувствительность
выражается в мв/бар;
неравномерность частотной характеристики микрофона в
некотором определенном диапазоне частот;
относительный уровень шума и нелинейные искажения;
характеристика направленности микрофона как зависимость
его чувствительности от угла падения звуковой волны.
Угольные микрофоны. Для целей вещания раньше
применялись угольные микрофоны ММ-2 и ММ-3. В настоящее время они
вытеснены электродинамическими и другими типами микрофонов,
обладающими более высокими качественными показателями.
Электродинамические микрофоны. Электродинамические
микрофоны существуют двух типов — с подвижной катушкой и
ленточные.
Устройство электродинамического микрофона с
подвижной катушкой показано на рис. 98, а. Корпус 1
микрофона представляет собой постоянный магнит в виде чашки
с выступающим в середине сердечником. Головка сердечника
является одним полюсом магнита, а край стенки чашки — вторым
полюсом. Чашка накрыта железным кольцом 2. К кольцу при-
139

креплена тонкая упругая мембрана 3. Мембрана жестко связана
с цилиндрической катушкой 4, расположенной в кольцевом зазоре
постоянного магнита. Для предохранения мембраны от
повреждений микрофон снабжен сверху кольцом 5 с металлической
сеткой.
При воздействии звуковых колебаний на мембрану она
приходит в колебательное движение и вместе с ней колеблется
цилиндрическая катушка. Витки катушки пересекают магнитные
силовые линии и на ее концах образуется переменное напряжение.
Микрофоны МД-30,
7 СДМ, ДМК
обладают чувствительностью
0,25 мв/бар и полосой
частот 50—10 000 гц;
микрофон
РДМ—чувствительностью 0,25 мв/бар
и полосой частот 100—
10 000 гц.
Устройство
ленточного микрофона
показано на рис. 98, б,
К концам
подковообразного магнита 6
прикреплены полюсные
наконечники 7 так, что
между ними образуется
небольшой воздушный
зазор с однородным
магнитным полем. К
планкам 8 подвешена тонкая
металлическая
гофрированная ленточка 9,
являющаяся мембраной.
При воздействии
звуковых волн ленточка
начинает колебаться,
пересекая при этом
магнитные силовые линии, и на ее концах образуется переменное
напряжение.
Ленточные микрофоны МЛ-4, МЛ-10, МЛ-10Б обладают чувст
вительностью 0,25 мв/бар и полосой частот 50—10000 гц; микрофон
МЛ-11— чувствительностью 0,16—0,2 мв/бар и полосой частот
70—10 000 гц.
Конденсаторные микрофоны. Для уяснения принципа действия
конденсаторного микрофона рассмотрим схему, показанную на
рис. 98, в. На схеме показано последовательное соединение
батареи Е, сопротивления R и конденсатора С. Одна из пластин кон-
Рис 98 Микрофоны:
электродинамический с подвижной катушкой,
б — электродинамический ленточный, в —
конденсаторный в — электромагнитный Д9МШ-1
а
140

денсатора неподвижна; вторая — легкая и тонкая — колеблется
под действием падающей звуковой волны. При колебаниях этой
пластины (мембраны) вменяется емкость и сопротивление цепи.
Величина тока в цепи изменяется, а вместе с тем и напряжение на
сопротивлении.
По качественным показателям конденсаторные микрофоны
являются лучшими. Они обладают ровной частотной
характеристикой в широкой полосе частот. Так, микрофоны МК-5 имеют полосу
частот 20—15 000 гц. Однако их нужно изготавливать с высокой
точностью. Эти микрофоны чувствительны к внезапным
изменениям температуры, поэтому их чаще всего используют в студийных
условиях.
Электромагнитные микрофоны. Одним из микрофонов этого
типа является дифференциальный электромагнитный микрофон
ДЭМШ-1 (рис. 98, г). Мембрана 12 находится в воздушном зазоре
между фланцами 13 кольцевых магнитов 10. Под действием
звуковой волны мембрана колеблется, изменяется величина
воздушного зазора между ней и фланцами. Это вызывает колебание
магнитного потока и появление э. д. с. в обмотках 11.
Микрофон ДЭМШ-1 отличается сравнительно простой
конструкцией, дешевизной и высокой эксплуатационной надежностью.
Качественные показатели этого микрофона невысокие. Он имеет
открытую с обеих сторон мембрану. В случае, когда направление
прихода звуковой волны лежит в плоскости мембраны,
чувствительность микрофона близка к нулю. Это резко уменьшает
действие внешних шумов, повышая тем самым эффективность работы
микрофона в шумных помещениях. Микрофон ДЭМШ-1, как и
другие электромагнитные микрофоны, применяют как микрофон
и как громкоговоритель.
§ 31. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И ТЕЛЕФОНЫ
По способу преобразования электрических колебаний в
звуковые громкоговорители можно разделить на электромагнитные и
электродинамические. По устройству системы излучения
громкоговорители делят на диффузорные и рупорные.
Основные качественные показатели громкоговорителей:
чувствительность — величина звукового давления,
развиваемого громкоговорителем в некоторой определенной точке (обычно на
расстоянии 1 м по его оси), при подведении к его зажимам
напряжения в 1 в;
неравномерность частотной характеристики;
нелинейные искажения и др.
Рассмотрим некоторые типы громкоговорителей.
Электромагнитные громкоговорители. Работа такого
громкоговорителя основана на взаимодействии стального якоря с перемен-
141

ным магнитным полем. Из-за низких качественных показателей
эти громкоговорители сейчас почти не применяют.
Помимо громкоговорителей для воспроизведения звука, в
радиовещании применяют также головные телефоны. Их используют
для контроля радиопередач и приема на детекторные приемники.
Устройство электромагнитного телефона показано на рис. 99.
В корпусе J телефона находится постоянный магнит 2. На
полюсные наконечники магнита насажены электромагнитные катушки 3
с большим числом витков тонкого
4 к провода. На корпусе 1 лежит тонкая
жестяная мембрана 4. Между
мембраной и полюсными наконечниками
имеется небольшой воздушный зазор.
Мембрана прижимается к корпусу
навинчивающейся крышкой 5, в
центре которой имеется отверстие.
Если в катушках телефона тока
нет, то под влиянием постоянного
Рис 99 Устройство телефона магнита мембрана притягивается к
полюсам и несколько прогибается.
Но когда из линии в катушку поступает переменный ток, сила
постоянного магнита то увеличивается, то уменьшается. Мембрана
колеблется с частотой переменного тока, проходящего по катушкам
телефона. Возникает звуковая волна, и ухо слышит звук.
Телефон дает звук малой мощности, так как его мембрана
имеет малые размеры и совершает колебания с небольшой
амплитудой. Для получения мощных звуковых колебаний применяют
громкоговорители.
Электродинамические громкоговорители. В настоящее время
они самые распространенные, так как обеспечивают хорошее
качество звучания. Устройство электродинамического
громкоговорителя (сокращенно «динамика») показано на рис. 100, а.
Электромагнит 1 с замкнутой магнитной цепью имеет вид буквы Ш
(рис. 100, б). В воздушном зазоре помещена звуковая катушка 2,
к которой прикреплен диффузор 3 из бумаги (рис. 100, г). На
центральном стержне находится катушка возбуждения 4, питаемая от
источника постоянного тока. Она предназначена для создания
сильного магнитного потока в магнитной цепи и в воздушном
зазоре.
В звуковую катушку поступает ток низкой частоты. В
результате взаимодействия переменного магнитного поля катушки с
постоянным магнитным полем электромагнита возникают колебания
катушки вдоль зазора. Центрирующая шайба (рис. 100, е),
изготовленная из гибкого материала, обеспечивает установку катушки
точно в середине кольцевого магнита.
Электродинамические громкоговорители 1ГД-1, 1ГД-5, 1ГД-6,
1ГД-7, 1ГД-8, 1ГД-9 имеют номинальную мощность 1 ва, чувст-
142

вительность 2—3 бар, диапазон воспроизводимых частот в
среднем 100—6000 гц; громкоговорители 5ГД-10 и 5ГД-14 мощностью
5 ва имеют чувствительность 2,5—3 бар и диапазон частот
50—12 000 гц.
Рис 100 Электродинамический
громкоговоритель:
а — устройство, б — магнитная система в —
центрирующая шайба, г — диффузор
Абонентские громкоговорители имеют различные номинальные
мощности. Громкоговорители типа 0,15ГД-ПЫ («Вымпел»,
«Огонек», «Радуга») имеют номинальную мощность 0,15 ва, полосу
частот 150—5000 гц; типа 0,25ГД-И-1 («Пионер», «Утро»)
—мощность 0,25 ва, полосу частот 80—10 000 гц; типа 0,5ГД-1-1
(«Аккорд», «Оркестр») —мощность 0,5 ва, полосу частот 80—10 000 гц.
§ 32. ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗВУКА
Запись и воспроизведение звука широко применяют в
радиовещании, кинематографии и других областях техники. В
настоящее время распространены механический и магнитный способы
записи.
Механический способ. Этот способ применяют при изготовлении
граммофонных пластинок. На рис. 101 изображена схема станка
для механической записи звука. Звуконоситель 1 находится на
массивном диске 2, который равномерно вращается двигателем 4.
Постоянство скорости диска контролируется с помощью
стробоскопической шкалы 3. Двигатель связан с механизмом 5,
перемещающим записывающее устройство (рекордер) 6 в радиальном
направлении. Колебания звуковой частоты с микрофона М через
усилитель У подаются на записывающее устройство.
Резец записывающего устройства постепенно продвигается от
края к центру диска, вырезая в нем спиральную канавку. Запись
ведут на диск из воскообразной смеси. По окончании записи на по-
143

верхность диска наносят слой золота или серебра, на который
гальваническим способом наращивают слой меди. После удаления
воска этот слой явится негативной копией записи, с которой
прессуют граммофонные пластинки.
В качестве материала для пластинок используют шеллак или
полихлорвинил с наполнителями, придающими пластинке
необходимую прочность. Изготовляют также пластинки из винилита.
Такие пластинки обладают малым уровнем шума.
Записывающее устройст-
в о представляет собой
электромеханический преобразователь. На
рис. 102 показана типичная схема
электромагнитного рекордера. Между
полюсными наконечниками
подковообразного магнита 2 расположен
Рис. 101. Схема станка механической запи- Рис 102 Схема электромагнитно-
си звука го рекордера
якорь 1. С нижней частью якоря связан держатель с резцом 4.
Якорь может вращаться вокруг оси.
Для упругого закрепления якоря служит пружина, связанная
с держателем. Верхний конец якоря входит в демпфер 6. Во
внутренней полости П-образных полюсных наконечников 5
расположена катушка 3, окружающая якорь, по которой проходит ток
звуковой частоты. Этот ток образует вокруг катушки переменное
магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем
постоянного магнита и вызывает механические колебания якоря
с резцом.
Острие резца рекордера может совершать колебания или
поперек направления движения звуконосителя в точке резания, или
в глубину звукоснимателя. В соответствии с этим различают два
вида записи — поперечную и глубинную.
Воспроизведение механической записи осуществляется
звукоснимателем. Наиболее распространенными в настоящее
время являются электромагнитные и пьезоэлектрические
звукосниматели.
ГЛ
144

Устройство электромагнитного звукоснимателя аналогично
устройству электромагнитного рекордера. Принцип действия
звукоснимателя показан на рис. 103. Когда якорь находится в среднем
положении между полюсными наконечниками, магнитный поток
вдоль якоря, т. е. внутри катушки, отсутствует. При отклонении
якоря вправо и влево воздушные зазоры между якорем и полюс
ными наконечниками изменяются — один увеличивается, другой
уменьшается. Вследствие этого часть магнитного потока проходит
вдоль якоря в том или в другом направлении.
Рис 103 Принцип действия звукоснимателя
Переменный магнитный поток индуктирует переменную э. д. с.
На концах катушки появляется переменное напряжение, форма
которого соответствует форме записанных на граммофонной
пластинке звуковых колебаний. Величина этого напряжения
около 0,2 в. Недостатком электромагнитного звукоснимателя является
его большой вес, что приводит к быстрому
износу граммофонных пластинок.
Устройство пьезоэлектрического
звукоснимателя показано на рис. 104.
Пьезоэлектрический элемент 1 из сегнетовой
соли при помощи упругих прокладок 2
зажат одним концом в вилке 3. На конце
вилки имеется трубка 4, в которой
крепится игла.
Действие звукоснимателя основано на
использовании прямого пьезоэффекта,
сущность которого заключается в том, что
при механической деформации пластины на ее обкладках
появляются электрические заряды противоположного знака. При
скольжении иглы по извилинам канавки граммофонной пластинки края
вилки нажимают на край пьезоэлемента и вызывают его изгиб.
В результате этого на обкладках этого элемента появляются
заряды противоположных знаков. Разность потенциалов между
обкладками пьезоэлемента соответствует форме записанных звуковых
колебаний. Напряжение на зажимах пьезоэлектрического
звукоснимателя обычно превышает 1 в.
Магнитный способ. Широкое применение магнитной записи
во многих областях науки и техники объясняется большими
преимуществами данного метода перед другими методами записи.
Рис 104 Устройство
пьезоэлектрического
звукоснимателя
145

Магнитная запись основана на свойстве ферромагнитных
материалов намагничиваться при воздействии на них магнитного поля
и сохранять остаточное намагничивание по выходе из этого поля.
В качестве звукоснимателя (носителя записи) чаще всего
используют двухслойную магнитную ленту, имеющую прочную
эластичную немагнитную основу толщиной 50 мк из ацетилцеллюлозы и
магнитный слой толщиной 8—15 мк. Этот слой состоит из
ферромагнитных частиц окиси железа диаметром 0,1 мк,
распределенных в немагнитной связующей среде.
Рис. 105, Магнитная запись и воспроизведение звуковых программ:
о — блок-схема, б — магнитная головка
Устройство, наносящее магнитную запись на звуконоситель,
называется магнитной записывающей головкой; устройство,
предназначенное для воспроизведения звука с магнитной
фонограммы,— магнитной головкой воспроизведения.
Блок-схема записи и воспроизведения звуковых программ
показана на рис. 105, а. Записываемые сигналы подаются на вход (Вх)
усилителя записи 1. После усиления эти сигналы поступают в
обмотку записывающей головки 7, в магнитной цепи которой
появляется соответствующий этим сигналам магнитный поток.
Магнитное поле головки воздействует на движущуюся магнитную ленту
(носитель записи) 8, которая в процессе записи перематывается
с бобины 11 на бобину 3.
Перед записывающей головкой установлена стирающая
головка 9, по обмотке которой пропускается ток высокой частоты с
генератора высокой частоты 12. При воздействии этого поля
носитель записи полностью размагничивается и стирается старая
запись. Одновременно ток с генератора подается на обмотку
записывающей головки. Этот ток (ток смещения) улучшает качество
записи.
Для воспроизведения служит воспроизводящая головка 6.
Намагниченность звукоснимателя вызывает появление магнитного
потока в магнитной цепи этой головки и появление
электродвижущей силы в обмотке воспроизводящей головки. Напряжение с этой
головки подается на усилитель воспроизведения 2, на выходе
которого получается сигнал, соответствующий записанному.
146

Для правильной ориентировки ленты относительно головок
имеются направляющие ролики 5. Равномерное движение ленты
обеспечивается равномерным вращением ведущего ролика 4,
который обычно насажен на ось мотора. Инерционный ролик 10
способствует резкому затуханию колебаний скорости движения ленты.
Для записи и воспроизведения звуковых программ в настоящее
время широко используют магнитные головки кольцевого типа
(рис. 105, б). Сердечник представляет собой магнитную цепь в
виде кольца с узким немагнитным зазором.
Система магнитной записи звука имеет следующие
достоинства: возможна высококачественная передача звука и многократное
использование звуконосителя; число проигрываний без износа
очень велико; аппаратура записи и воспроизведения проста в
обслуживании; возможно длительное хранение фонограмм без
потери качества записи.
Благодаря высоким качественным, эксплуатационным и
экономическим показателям магнитная запись вытесняет другие виды
записи. В последнее время магнитную запись широко используют
и для записи телевизионных программ как черно-белых, так и
цветных.
Магнитная запись находит широкое применение и в других
областях, например, в качестве запоминающих устройств в
импульсной технике, в аппаратуре для трансформации спектра, для
накопления телеметрической информации и др.
Устройства, предназначенные для магнитной записи и
воспроизведения звука, называются магнитофонами. Они бывают
различных типов: стационарные, передвижные и малогабаритные.
Стационарные магнитофоны (например, типов МЭЗ-61, МЭЗ-62,
МЭЗ-59) с высокими качественными показателями применяют в
радиовещании.
Передвижные магнитофоны «Яуза-5», «Яуза-10», «Астра-2»,
«Астра-4», «Комета МГ-201», «Чайка-М», «Соната», «Айдас»
(«Эльфа-20»), «Эльфа-65», «Днепр-12» могут быть использованы
для записи речи и музыки (главным образом, в бытовых условиях).
Малогабаритные магнитофоны репортажного типа «Репортер-3»
и др. применяют для записи речи.
Вопросы для повторения
1. Каковы устройство и принцип действия электродинамического
микрофона?
2. Объяснить устройство и принцип действия электродинамического
громкоговорителя.
3. Каков принцип действия электромагнитного звукоснимателя?
4. Как устроен пьезоэлектрический звукосниматель?
5. По схеме, показанной на рис. 105, рассказать, как осуществляются
магнитная запись и воспроизведение звуковых программ.

ГЛАВА VIII
УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
§ 33 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
Усилителем низкой частоты называют устройство,
предназначенное для усиления электрических колебаний звуковой частоты.
Усилители низкой частоты широко распространены в радиосвязи,
радиовещании и телевидении, в проводном вещании и дальней
проводной связи, в автоматике, телемеханике и т. п.
Усилители подразделяют по различным признакам на
несколько типов.
По назначению различают две разновидности
усилителей — усилители напряжения и усилители мощности. Усилители
напряжения предназначены для повышения напряжения,
получаемого от первичного источника низкочастотных колебаний, до
заданной величины.
Усилители мощности служат для
питания нагрузки током
относительно большой
мощности, изменяемым в
соответствии с изменением входного
напряжения.
По роду
применяемых усилительных
элементов усилители
делят на ламповые, в которых
усилительным элементом
является электронная лампа;
полупроводниковые
(усилительный элемент —
транзистор) , магнитные
(усилительный элемент — дроссель, под-
магничиваемый постоянным
током); диэлектрические
(усилительный элемент —
106 Схема усилительного каскада конденсатор, ДИЭЛектричес-
на электронной лампе кая проницаемость которого
Рис.
148

сильно зависит от величины напряженности электрического
поля).
Усилительный элемент в сочетании с необходимыми для его
работы радиодеталями (сопротивлениями, конденсаторами)
представляет собой одну ступень усиления, называемую каскадом.
На рис. 106 показана схема усилительного каскада на
электронной лампе (i?a — нагрузочное сопротивление, Еа — источник
питания цепи анода, Е0 — источник смещения, Ua — источник
усиливаемого переменного напряжения).
Рассмотрим принцип работы усилительного каскада.
Поступающее на сетку переменное напряжение низкой частоты UD вызывает
изменение анодного тока ta. Переменная составляющая анодного
тока лампы 1т, проходя через сопротивление йа, создает на нем
переменное напряжение Ur, равное ImR&.
При достаточно большом сопротивлении Ла напряжение Ur
будет во много раз больше напряжения сигнала, подводимого к сетке.
В этом и заключается сущность усиления электронной лампой.
Физически это объясняется усилительным свойством лампы,
благодаря которому изменение напряжения на сетке оказывает
большее влияние на изменение анодного тока, чем изменение анодного
напряжения.
Показатели работы усилителя
Свойства усилителя характеризуются его показателями.
Основными показателями усилителя являются:
коэффициент усиления;
номинальная выходная мощность, отдаваемая в цепь
потребителя;
чувствительность (номинальное входное напряжение);
диапазон частот, или полоса пропускания;
коэффициент полезного действия;
искажения, вносимые усилителем.
Коэффициент усиления — это отношение напряжения на
выходе усилителя f/вых к напряжению на его входе ивх:
Я = _^«_. D3)
Часто усиление, создаваемое одним каскадом, недостаточно.
Тогда в усилителе применяют два каскада или более.
На рис. 107 показана блок-схема многокаскадного усилителя.
Общий коэффициент усиления такого усилителя равен
произведению коэффициентов усиления его отдельных каскадов.
Ковш = К1КаК8...Ка. D4)
Для оценки величины коэффициента усиления часто
пользуются логарифмическими единицами — децибелами. Это обусловлено
149

тем, что между звуковой энергией и громкостью звука,
воспринимаемой человеческим ухом, существует логарифмическая
зависимость. Коэффициент усиления, выраженный в децибелах,
определяется как двадцать десятичных логарифмов отношения
напряжения на выходе к напряжению на входе усилителя.
К
дб-
20 lg
ия
uR
= 20\gK.
D5)
Номинальная выходная мощность — та наибольшая мощность,
развиваемая усилителем на нагрузке, при которой искажение
сигнала не превышает заданной величины. Номинальную выходную
мощность усилителя указывают в его паспортных данных.
>
1кас«ад
—*»
—э-
>
2.каскад
—*¦
>
Зкаскад
Un,
OxmevHifu
касш
Un
Рис 107 Блок-схема многокаскадного усилителя
Чувствительность — такое амплитудное значение входного
напряжения, при котором усилитель отдает в нагрузку номинальную
выходную мощность.
Величина номинального входного напряжения, на которую
рассчитывают усилитель, различная для разных источников
электрических колебаний. Так, например, фотоэлементы развивают на
входе усилителя напряжение 5—16 мв, фотоэлектронные
умножители — 40—200 мв, электродинамические микрофоны — 0,3—2 мв,
ленточные микрофоны 0,2—1 мв, звукосниматели — 80—150 мв.
Диапазон частот, или полоса пропускания усилителя — область
частот, в пределах которой коэффициент усиления изменяется не
больше, чем это допустимо по заданным техническим условиям.
Допустимые изменения величины коэффициента усиления обычно
не должны превышать 1—3 дб A2—30%).
Требования к полосе пропускания усилителя определяются
областью его применения. Звуковые колебания, воспринимаемые
человеческим ухом, лежат в пределах 16—20 000 гц. Однако нет
необходимости в передаче всей полосы со стороны нижних и со
стороны верхних частот.
При художественной передаче музыки и речи качество
звучания получается хорошим, если передается полоса частот
50—10 000 гц, и удовлетворительным при передаче полосы частот
100—5000 гц. При телефонной связи для достижения
разборчивости речи достаточно передавать полосу частот 300—3000 гц. С
расширением полосы пропускания возрастает стоимость аппаратуры
и усложняется ее конструкция. Поэтому передаваемый частотный
150

диапазон сужают в пределах, которые допустимы для обеспечения
необходимого качества звучания.
Каналы вещания и вещательную аппаратуру относят к
различным классам качества в зависимости от ширины полосы частот и
других качественных показателей. К высшему классу относят
каналы, пропускающие полосу частот 30—15 000 гц; к первому
классу — каналы с полосой частот 50—10000 гц; ко второму
классу — каналы с полосой частот 100—6000 гц; к третьему классу —
каналы с полосой частот 200—4000 гц.
Коэффициент полезного действия. К. п. д. является очень
важным показателем усилителя при питании его от источников
постоянного тока (батарей и аккумуляторов).
Различают электрический к.п.д. и промышленный к.п.д.
Электрический к.п.д. — это отношение полезной мощности Pi,
развиваемой усилительным каскадом, к мощности Ро, потребляемой
от источника анодного питания:
"Ч=-?- D6)
Промышленный к. п. д. — это отношение полезной
мощности Pi, развиваемой усилительным каскадом, к общей мощности Р,
потребляемой от всех источников питания:
Искажения, вносимые усилителем. Качество усилителя
определяется главным образом тем, в какой мере он удовлетворяет
требованию неискаженного усиления передаваемых сигналов. Если
форма кривой напряжения на выходе иъых повторяет форму
кривой напряжения на входе Z7Bx, то усилитель не вносит искажений.
При осуществлении передачи от естественных источников
звука С/вх является сложным колебанием. Оно состоит из смеси звуков
различной частоты и амплитуды. Графически такое колебание
можно изобразить в виде спектральной диаграммы (рис. 108, б).
На этой диаграмме составляющие разных частот показаны в виде
спектра из ряда линий с частотами /i, /2, /3,... и амплитудами а\, а%
аз,... Для сравнения на рис. 108, а изображена спектральная
диаграмма простого (гармонического) колебания, состоящая из одной
линии с частотой /i и амплитудой а\.
Искажения, вносимые усилителем, могут быть следствием ряда
причин. Соответственно различают следующие виды искажений:
частотные, фазовые и нелинейные.
Частотными искажениями принято называть
искажения, вызванные неодинаковым усилением составляющих разных
частот спектра. Вследствие этого нарушается соотношение между
амплитудами различных частот, входящих в сложный звук. Эти
искажения заметны для слуха. При более слабом усилении состав-
151

ляющих более высоких частот спектра звук становится глухим,
басящим; при меньшем усилении составляющих низких частот
звук становится металлическим, звенящим, лишенным сочности.
Для определения частотных искажений пользуются частотной
характеристикой, которая представляет собой зависимость
коэффициента усиления от частоты усиливаемых колебаний. На
рис. 109, а прямая 1, параллельная оси абсцисс, изображает
частотную характеристику идеального усилителя, который не вносит
частотных искажений; кривая 2 — частотную характеристику
реального усилителя. Ко — коэффициент усиления на средней
частоте В реальном усилителе из-за влияния реактивных элементов
схемы (индуктивности и емкости) коэффициенты усиления в
области нижних и верхних частот диапазона Кп и Кв меньше
коэффициента усиления на средней частоте. В отдельных случаях
частотная характеристика имеет подъем в некоторой области частот
(кривая 3).
На рис 109, б показана частотная характеристика в
логарифмической системе координат, в которой коэффициент усиления по
оси ординат отложен в децибелах, а частота — в логарифмическом
масштабе.
Частотные искажения незаметны для человеческого уха, если
на крайних частотах диапазона они не превышают 25—30%. Это
соответствует изменению коэффициента усиления на 2—3 дб.
Фазовые искажения являются результатом фазовых
сдвигов, вносимых усилителем, для составляющих разных частот
сложного сигнала. При усилении напряжения начальные фазы
отдельных его составляющих изменяются из-за влияния реактивных
элементов схемы. В результате этого форма напряжения па
выходе усилителя отличается от формы напряжения на его входе.
Если начальные фазы отдельных составляющих напряжения
не изменяются, фазовые искажения отсутствуют. Фазовые
искажения также отсутствуют, когда угол сдвига фаз пропорционален
частоте передаваемого сигнала. Действительно, если все
составляющие напряжения сдвинуты по фазе пропорционально их
частоте (вторая гармоника сдвинута на угол, в два раза больший, чем
первая гармоника, третья гармоника — на угол, в три раза
больший, и т. д.), взаимное расположение составляющих напряжения
не меняется и поэтому не меняется форма результирующего
напряжения
В усилителях низкой частоты фазовые искажения не играют
большой роли, так как ухо не реагирует на фазовые сдвиги между
отдельными составляющими сложного сигнала. В усилителях
телевизионных сигналов фазовые искажения имеют большое значение,
так как они приводят к искажению изображения. Большое
значение имеют фазовые искажения и в импульсных усилителях.
Нелинейными искажениями принято называть
искажения, связанные с появлением в спектре сложного колебания (см.
152

at
at
Oil
<bas
aT
% „«a
ttu
«to
ак
an
cits
fi
ftfzfjfl fsfs f7 flf9 f«> fit faffs fa fa
a) 6)
Рис 108 Спектральные диаграммы
a — простого колебания б — сложного колебания
Hf
\к„
\\
Г
ка
\
3.
>
1
\\
\2
f„
а)
80
60-
<tO-
го-
о
К(д6)
30 50 100 300 500 1000 3000 10000 Щ
я)
Рис 109 Частотные характеристики усилителя
а — обычные б — в логарифмической системе координат
а)
S) '
<р
~Е~с
•t
'В
Z-UC
1-1+1г
Рис 110 Появление нелинейных искажений в электронной лампе:
а — анодно-сеточная характеристика лампы, б — график напряжения на сетке,
е — график анодного тока, г — разложение несинусоидального колебания в ряд
синусоидальных колебаний
153

рис. 108, б) новых составляющих. Причиной появления этих
искажений являются элементы, имеющие нелинейные характеристики
(электронная лампа, полупроводниковый прибор и
трансформатор) .
Рассмотрим подробнее возникновение нелинейных искажений.
На рис. 110, а показана анодно-сеточная характеристика лампы.
На сетку подано постоянное отрицательное напряжение Е0
(напряжение смещения) и переменное синусоидальное напряжение
(рис. 110, б).
Пусть характеристика лампы прямолинейна (прямая А'РВ).
Тогда ток в цепи анода будет иметь форму синусоидального
колебания (пунктирная кривая на рис. НО, в). Но так как
действительная характеристика криволинейна, ток в цени анода
исказится и будет иметь форму периодического, несинусоидального
колебания (сплошная кривая на рис. 110, в).
Известно, что несинусоидальное периодическое колебание
может быть разложено в ряд синусоидальных колебаний — колебания
основной частоты /, кратных ей частот 2/, 3/ и т. д., которые
называются, соответственно, первой, второй, третьей и т. д.
гармониками. Это показапо на рис. 110, г. Верхняя кривая изображает
периодическое несинусоидальное колебание, а нижние кривые — первую
и вторую гармоники этого колебания, Если произвести сложение
ординат обеих гармоник (с учетом их знаков), то получится
верхний график.
График анодного тока (рис. 110, в) имеет в своем составе
кроме первой и второй гармоники более высоких порядков (третью,
четвертую и т. д.), а также постоянную составляющую тока.
Таким образом, вследствие нелинейности характеристики
лампы в спектре анодного тока, а следовательно, в спектре выходного
напряжения появляются новые частотные составляющие. В
результате этого передача становится неразборчивой, тембр звука
искажается.
Для количественной оценки нелинейных искажений
пользуются коэффициентом нелинейных искажений (или коэффициентом
гармоник) у.
Т = Yf или у = gr , D7)
где 1\, /г, h — токи первой, второй и третьей гармоник;
Ui, U2, Us — напряжения первой, второй и третьей гармоник.
Допустимые значения коэффициента нелинейных искажений
зависят от назначения усилителя и полосы пропускаемых частот.
В радиовещательных приемниках на частотах выше 400 гц
величина у не должна превышать 5—10%, в радиотрансляционных
узлах на частотах выше 100 гц. — 2,5—4%, а в телевидении
значения у могут достигать 10—15%.
154

Прежде чем перейти к подробному рассмотрению
усилительных устройств, познакомимся с типовыми способами включения
и схемами цепей питания усилительных элементов.
Способы включения усилительных элементов
В схемах с усилительными элементами — триодами и
транзисторами — один из электродов соединяется с источником
усиливаемого сигнала, другой — с сопротивлением нагрузки zH. Третий
а) 5) 8)
Рис. 111. Схемы включения электронной лампы и
транзистора
а—о общим катодом (эмиттером), б — с общей сеткой (базой),
в — с общим анодом (коллектором)
электрод является общим для входного сигнала и нагрузки и
соединяется с ними непосредственно или через большую емкость.
На рис. 111 изображены три возможных способа включения
электронной лампы и соответствующие им три способа включения
транзистора: схема с общим катодом и соответствующая ей схема
с общим эмиттером, схема с общей сеткой и соответствующая ей
схема с общей базой, схема с общим анодом и соответствующая ей
схема с общим коллектором.
Схемы цепей питания электронной лампы
Схемы питания цепей накала (рис. 112). При использовании
химических источников тока (гальванических элементов,
аккумуляторов) чаще всего применяют лампы с катодами прямого нака-
155

ла. Наиболее распространенной является схема параллельного
включения нитей накала (рис. 112, а).
В установках проводной связи при питании от батарей 24 или
48 в применяют схему последовательного включения нитей накала
(рис. 112, б). Для стабилизации режима цепи накала включен
бареттер Б. Нити накала ламп с подогревным катодом
преимущественно также включают параллельно, но если источник питания
имеет высокое напряжение, применяют схему последовательного
включения нитей накала.
Схемы питания цепей анодов и экранирующих сеток. Цепи
анодов всех ламп усилителей обычно питают от общего источника
анодного питания. Но наличие
общего источника питания приводит к
паразитной связи между каскадами.
Переменная составляющая анодного
тока, проходя через источник
питания, создает на его сопротивлении
переменное падение напряжения,
которое подается на аноды других
ламп. Это может привести к
искажению характеристик усилителей и к
генерации собственных колебаний.
Чтобы этого избежать, в
анодные цепи каскадов включают
развязывающие фильтры из сопротивле-
L— ¦—-— * ния /?ф и емкости Сф (рис. 113, а).
") Величины элементов фильтра выби-
Рис 112. Схемы включения рают такими, чтобы для переменной
нитей накала: составляющей анодного тока сопро-
о — параллельное, б — шследова- тивление конденсатора С л, было в
тельное с ,п л
5—10 раз меньше сопротивления «ф.
Тогда переменная составляющая
анодного тока будет замыкаться в анодной цепи через
конденсатор Сф помимо анодного источника E&. Сопротивления л"ф берут
0,1—1 Мом, а емкости конденсаторов Сф — 0,1—1 мкф.
Питание цепей экранирующих сеток обычно осуществляется
от источника анодного питания. Если напряжение на
экранирующей сетке должно быть меньше анодного напряжения, включают
гасящее сопротивление RB (рис. ИЗ, б).
Для нормальной работы усилителя напряжение на
экранирующей сетке должно быть неизменным. Но в рабочих условиях с
изменением напряжения на управляющей сетке ток в цепи
экранирующей сетки /э изменяется подобно анодному току. Это вызывает
изменение падения напряжения на сопротивлении R3 и
напряжения на экранирующей сетке. Поэтому между экранирующей
сеткой и катодом включают блокировочный конденсатор Сэ. Емкость
этого конденсатора выбирают большой @,15—1 мкф), чтобы его
156

1
Ъ
i-Ч 1 i
" Сер
> ' i
*а
+
М Us
г<р
fit
<р
а)
Рис. 113. Схемы питания цепей:
а — анодов, б — экранирующих сеток
¦0 +
Рис. 114. Схемы питания цепей управляющих сеток:
а — непосредственное включение источника, б — трансформаторное
включение, е — реостатное включение, г — подача напряжения
смещения от цепи накала, б — катодное смещение

сопротивление для переменной составляющей тока экранирующей
сетки было небольшим. Тогда этот ток будет замыкаться в цепи
экранирующей сетки через конденсатор Са, помимо
сопротивления R3, и напряжение на экранирующей сетке останется
неизменным.
Питание цепей управляющих сеток. В цепь сетки лампы
включают источник усиливаемого напряжения и источник постоянного
напряжения смещения. На рис. 114 показаны схемы подачи
напряжения сигнала на сетку лампы: схема непосредственного
включения источника между сеткой и катодом (рис. 114, а), схема
трансформаторного включения (рис. 114, б) и схема реостатного
включения источника (рис. 114, в).
Постоянное напряжение смещения Ес включается в цепь сетки
для установки нужной рабочей точки на характеристике. В схемах,
изображенных на рис. 114, а, б, в, отрицательное напряжение
смещения подается от отдельного источника (выпрямителя или
батареи) . Но такой способ смещения применяется редко.
На рис. 114, г показана схема подачи напряжения смещения от
цепи накала при питании накала от источника постоянного тока.
Ток накала /н, протекая через добавочное сопротивление RB,
создает на нем падение напряжения EC=IBRH. Положительный полюс
этого напряжения присоединен к катоду, а отрицательный — к
сеткам ламп.
На рис. 114, д изображена схема катодного смещения, которую
применяют для ламп с косвенным накалом. Постоянная
составляющая катодного тока /к0, проходя через сопротивление i?K, создает
на нем падение напряжения EC = IK0RK. Положительный полюс
этого напряжения присоединен к катоду, а отрицательный — к
сетке, т. е. сетка имеет отрицательный потенциал по отношению к
катоду. Величина сопротивления RK может быть определена из
равенства:
В рабочих условиях, когда на сетку подается переменное
напряжение, начинает изменяться анодный ток. Чтобы переменная
составляющая тока не протекала через сопротивление RK,
параллельно ему включают конденсатор Ск большой емкости.
Сопротивление этого конденсатора должно быть в 5—10 раз меньше
сопротивления RK для наиболее низкой частоты переменной
составляющей анодного тока.
Питание цепей транзистора и стабилизация режима его работы.
Питание усилителя на транзисторах осуществляется от одного
источника постоянного тока. Для устранения паразитных связей в
схему включают развязывающие фильтры. На рис. 115 показана
схема с общим эмиттером, в которой сопротивления Ri и йг
образуют делитель напряжения, включенный параллельно батарее кол-
158

лектора Ек. Напряжение смещения снимается с сопротивления Л2.
Эту схему широко применяют на практике.
Известно, что при изменениях температуры параметры
транзистора изменяются. Следовательно, изменяется и положение
рабочей точки на характеристике и нарушается нормальный режим
работы схемы. Чтобы избежать этого, применяют схемы
температурной стабилизации: схему коллекторной стабилизации и схему
эмиттерной стабилизации.
Рис. 115. Схема питания цепей транзистора
В схеме коллекторной стабилизации режима
(рис. 116, а) между коллектором и базой включают
сопротивление йк. Между плюсом и минусом батареи коллектора Ек
последовательно включены: сопротивление нагрузки RB, сопротивление Ra
и входное сопротивление транзистора (сопротивление база —
эмиттер). В цепи протекает ток, который обеспечивает начальное
смещение между базой и эмиттером. При изменении температуры ток
в этой цепи изменяется так, что режим работы остается почти
неизменным.
Предположим, что при повышенной температуре ток в
выходной цепи возрос. Но при этом возросло и падение напряжения на
сопротивлении нагрузки Лн, а напряжение на сопротивлении Л„
уменьшилось. Ток смещения также уменьшился, а это в свою
очередь уменьшило ток в выходной цепи. Изменения режима работы
почти не произошло.
Еще более высокую стабильность режима обеспечивает схема
эмиттерной стабилизации (рис. 116, б). В цепь эмиттера
включено стабилизирующее сопротивление i?3. Через него
протекает ток от источника питания и создает на нем падение
напряжения, полярность которого указана на схеме. Из этой же схемы
видно, что напряжение на сопротивлении й3 во входной цепи оказы-
159

вается включенным навстречу напряжению смещения, которое
снимается с сопротивления R2.
При повышении температуры ток в цепи коллектора
возрастает, увеличивается напряжение на сопротивлении из, а напряжение
между базой и эмиттером уменьшается. Это уменьшает ток
эмиттера, а следовательно, и ток коллектора, что и компенсирует
первоначальное изменение режима. На сопротивлении i?3 создается
- ? +
-0 "Г
0 |Ь
1
41—0
"Вх
0-
*;
¦-"ш 0-*и
S)
Рис. 116. Схемы стабилизации режима транзистора:
а — коллекторной б — эмиттерной
пропорциональное току эмиттера переменное напряжение, которое
уменьшает напряжение, снимаемое с делителя RiRz, и вместе с тем
снижает коэффициент усиления каскада. Чтобы уменьшить
переменное напряжение на сопротивлении из, параллельно включен
конденсатор С$ достаточно большой емкости.
§ 34. УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
По видам анодных нагрузок различают два основных типа
усилителей напряжения низкой частоты: реостатный (резисторный)
и трансформаторный.
Реостатный усилитель
Основными элементами схемы реостатного усилителя
(рис. 117, а) являются: лампа Л\, сопротивление анодной
нагрузки /?а, разделительный конденсатор Сс и сопротивление утечки Rc.
Конденсатор Сс препятствует попаданию постоянного напряжения
в цепь сетки лампы Л2. Сопротивление Rc служит для подачи на
управляющую сетку следующей лампы напряжения смещения и
160

s
а ч
о g
'3 a
s з
»4
3
a.
б Заказ Ws Ц00

для стенания сеточных зарядов на катод. На вход каскада
подается усиливаемое напряжение UBX, а с выхода снимается
усиленное напряжение ?/Вых, которое подается на вход
следующего каскада.
Процессы, протекающие в реостатном каскаде усилителя,
изображены графически на рис. 117, б, где показана статическая анод-
но-сеточная характеристика триода (пунктирная кривая А'РВ' на
графике /), т. е. зависимость /а = ф(#с) при Ua = const и отсутствии
анодной нагрузки. Сплошная кривая АРВ изображает
динамическую характеристику триода.
При отсутствии переменного напряжения сигнала (Uo = 0) в
цепи сетки действует только отрицательное напряжение Е0. Этому
напряжению соответствует на динамической характеристике
точка Р, называемая рабочей точкой. Изменяя величину
напряжения Ес, можно изменять положение рабочей точки на
динамической характеристике. Если увеличить отрицательное напряжение,
рабочая точка сместится влево, а если уменьшить — вправо.
Поэтому напряжение Ес называется напряжением смещения.
Положение рабочей точки определяет величину постоянного
тока, который протекает в анодной цепи. Как видно из рисунка,
напряжению Ес соответствует ток /ао, называемый током покоя.
Этот ток создает на сопротивлении нагрузки постоянное падение
напряжения С/а0, равное I&oR&- Напряжение на аноде меньше
напряжения анодной батареи на величину этого падения
напряжения:
U& = Еа — /ао Да.
Пусть в некоторый момент времени t\ в цепь сетки, кроме
напряжения смещения Е0, включили неременное напряжение
сигнала с амплитудой Umc. Для простоты будем считать, что
переменное напряжение синусоидальное. Это напряжение показано на
рисунке в виде временной диаграммы (график //). Ось времени
направлена вниз, а ось напряжения расположена параллельно оси
абсцисс анодно-сеточной характеристики триода.
Как видно из временной диаграммы, мгновенное напряжение
на сетке изменяется: в положительный полупериод напряжения
сигнала величина отрицательного напряжения на сетке
уменьшается, в отрицательный полупериод напряжения сигнала
отрицательное напряжение на сетке, наоборот, возрастает. Но изменению
напряжения на сетке соответствует изменению тока в цепи анода
(график III).
Если используемый участок характеристики (АВ)
прямолинейный, то синусоидальному изменению напряжения на сетке
соответствует синусоидальное изменение анодного тока. Этот ток
пульсирующий и состоит из постоянной составляющей 7а0 и
переменной составляющей с амплитудой /та.
162

На графике IV показано напряжение на анодной нагрузке UR,
а на графике V — напряжение на аноде Ua. Амплитуда
напряжения на аноде п _ / я
и та — 'я) в
Сравнение графиков V я II показывает, что увеличению
напряжения на сетке (от h до t2) соответствует уменьшение
напряжения на аноде, а уменьшению напряжения на сетке (от ta до
1
Л/ г
рч
У"
(
¦ 1
н
-Со
6)
Рис. 118. Эквивалентные
схемы:
а — полная, б —
упрощенная для нижних частот,
е — упрощенная для
верхних частот, г —
упрощенная для средних частот,
S — частотная
характеристика
t3) — увеличение напряжения на аноде. Другими словами, в
усилительном каскаде напряжения на сетке и на аноде
противоположны по фазе, т. е. сдвинуты по фазе на угол 180°.
Амплитуда переменного напряжения на выходе каскада Е7та
значительно больше амплитуды напряжения на его входе Umo
(Uma^Umc). Физически это объясняется усилительным
свойством лампы, благодаря которому изменение напряжения на
сетке оказывает большее влияние на величину анодного тока, чем
изменение анодного напряжения.
6*
163

Для расчета усилительных устройств и исследования их
частотных и фазовых характеристик лампу в усилительном каскаде
заменяют эквивалентным генератором переменной э. д. с, в ц
раз большей напряжения сигнала на сетке (\iUm0) с внутренним
сопротивлением Ru Схему реостатного усилителя для переменной
составляющей тока в этом случае заменяют эквивалентной схемой
(рис. 118, а).
Кроме элементов схемы усилителя, на выходе включена
входная динамическая емкость следующего каскада С0, образуемая
выходной емкостью каскада СВЫх1, входной емкостью следующего
каскада СВх2 и емкостью монтажа Си. Так как эти емкости
включены параллельно, то
Со = Свых1 + Свх2 4- См. D8)
Частотная характеристика реостатного усилителя (рис. 118,5).
Как указывалось выше, причиной неравномерности частотной
характеристики во всем диапазоне частот является наличие в схеме
реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты.
Воспользуемся полной эквивалентной схемой (рис. 118, а) для
объяснения частотной характеристики.
В области нижних частот (обычно 50—200 гц) спад
характеристики объясняется влиянием разделительного
конденсатора С с, являющегося элементом делителя CtRc.
С понижением частоты емкостное сопротивление возрастает.
Следовательно, возрастает и падение напряжения на
конденсаторе. В то же время падение напряжения на сопротивлении йс
уменьшается, т. е. уменьшаются выходное напряжение и
коэффициент усиления. Эквивалентная схема усилителя для
диапазона нижних частот показана на рис. 118, б. Емкость С0 на этом
рисунке не показана, так как ее сопротивление для нижних частот
велико и им можно пренебречь.
В области верхних частот (обычно 3000—10 000 гц)
начинает сказываться влияние емкости С0. По мере увеличения
частоты сопротивление этой емкости уменьшается, вместе с этим
уменьшается и общее сопротивление включенных параллельно
сопротивлений Ra, Re и емкости С0. Чем меньше емкостное
сопротивление (Хс — q с ) ' тем больше его шунтирующее действие.
Это приводит к увеличению тока в цепи, увеличению падения
напряжения на сопротивлении Rt и уменьшению выходного
напряжения. Соответственно уменьшается й коэффициент усиления.
Эквивалентная схема усилителя для верхних частот показана
на рис. 118, в.
В области средних частот (обычно 200—3000 гц)
в эквивалентной схеме можно не учитывать влияние емкостей
Сс и Со, так как сопротивление емкости Сс I ^—^-| по сравнению
164

с сопротивлением Rc, с которым оно соединено последовательно,
мало, а сопротивление емкости С0 f-g—^-J на средних частотах
больше сопротивления i?a, с которым она соединена параллельно.
Поэтому для средних частот можно воспользоваться
упрощенной эквивалентной схемой, изображенной на рис. 118, г. На этом
рисунке параллельно соединенные сопротивления R& и R0
заменены одним сопротивлением.
Воспользуемся этой эквивалентной схемой для определения
коэффициента усиления в области средних частот;
К = JLas- = LA. E0)
" тс U тс
Из эквивалентной схемы для средних частот:
г __ V-U тс
ma R, + R3 •
Подставим значение 1т&
в выражение E0):
К _... V-Umc Дэ __ И'Дэ _ (* /см
Л_ Rt + RB 'Umc Ri + R, Rt • {0l}
Если мы подставим сюда значение R3 из формулы D9),
получим расчетную формулу коэффициента усиления каскада на
средней частоте:
Когда реостатный усилитель собран на пентоде или лучевом
тетроде, у которого Rt весьма велико и намного больше
сопротивления анодной нагрузки [~rL~^^ + ~ff/' формула
упрощается:
где S — крутизна характеристики в рабочей точке.
Чтобы свести к минимуму нелинейные искажения, рабочую
точку устанавливают на прямолинейном участке динамической
характеристики. Напряжение усиливаемого сигнала не должно
быть большим, чтобы лампа работала в пределах прямолинейного
участка ее динамической характеристики и без сеточных токов.
165

Достоинствами реостатного усилителя являются
незначительные нелинейные и частотные искажения, малые размеры и
стоимость; недостатком — то, что часть напряжения источника
питания падает на нагрузочном сопротивлении R& и для получения
необходимого анодного напряжения надо иметь высокое
напряжение Е&.
Выбор величины элементов схемы. В реостатных усилителях
на триоде величину сопротивления анодной нагрузки i?a
принимают равной C-^-5) Ri. Значение Ri берут из справочника. В
зависимости от типа ламп величина R& лежит в пределах 20—500 ком.
Величину сопротивления утечки определяют из соотношения
Лс= B-Т-10) Да, но она не должна превышать 1—1,5 Мом.
Разделительный конденсатор Сс имеет емкость 5000—10000 пф.
Если усилитель собран на пентоде с весьма большим
внутренним сопротивлением (Ri > 1 Мом), величину i?a выбирают по
допустимым частотным искажениям в области верхних частот.
Чтобы шунтирующее действие емкости С0 меньше сказывалось на
верхних частотах, ее сопротивление должно быть больше сопро-
\
тивления йа, т. е. —^—^— ^> Ra. Практически величину Ra
в усилителе на пентоде (и лучевом тетроде) берут равной
приблизительно @,l-r0,2) Ri.
Трансформаторный усилитель
На рис. 119, а показана схема трансформаторного усилителя
на электронной лампе, на рис. 119, б — аналогичная схема на
транзисторе. В трансформаторном усилителе (рис. 119, а) в
качестве анодной нагрузки лампы служит трансформатор. Первичная
обмотка включается между положительным полюсом анодной
батареи и анодом лампы, вторичная — между сеткой и катодом
следующей лампы. Здесь нет необходимости в разделительном
конденсаторе Сс, так как по постоянному току сеточная цепь
лампы следующего каскада отделена от анодной цепи данного
каскада. Нет необходимости и в сопротивлении утечки R0.
Иногда параллельно вторичной обмотке трансформатора
включают шунтирующее сопротивление Rm (на рис. 119, а показано
пунктиром). О назначении этого сопротивления скажем ниже.
Принцип действия трансформаторного усилителя заключается
в том, что при подаче на сетку лампы переменного напряжения
изменяется величина анодного тока. Переменная составляющая
тока, проходя через первичную обмотку трансформатора,
индуктирует во вторичной обмотке э. д. с. сигнала, которая подается
на вход лампы следующего усилительного каскада (или на
сопротивление нагрузки).
На рис. 120, а изображена полная эквивалентная схема
трансформаторного усилителя. Лампа заменена генератором перемен-
166

ной э. д. с. \iUBX с внутренним сопротивлением Я„ а
трансформатор заменен его эквивалентной электрической схемой. Здесь R\,
Li, Lai — активное сопротивление, индуктивность и индуктивность
рассеяния первичной обмотки трансформатора.
Рис. 119. Трансформаторный
усилитель:
а — схема на электронной лампе,
б — схема на транзисторе, « —
частотная характеристика
1
«*
1
%
NJ
if
\>
\
Л
t.
/
В)
Элементы, расположенные на схеме справа от индуктивности
L\, пересчитаны из вторичной цепи в первичную:
приведенное активное сопротивление вторичной обмотки
я'- Ла
я» = —г-
2 ф
\Лампа ^ Трансформатор
1)
Рис. 120. Эквивалентные схемы трансформаторного усилителя:
а — полная, б — упрощенная для нижних частот, в — упрощенная для
верхних частот
167

где п — коэффициент трансформации, равный отношению
числа витков и?2 вторичной обмотки к числу витков Wi первичной
обмотки in = —- );
приведенная индуктивность рассеяния вторичной обмотки
Т ' As2 ,
приведенная входная емкость
Cq = u0 n ;
приведенное выходное напряжение
77' = вых
ВЫХ п '
На схеме Rem означает сопротивление, эквивалентное потерям
в стали. Обычно оно меньше индуктивного сопротивления
первичной обмотки и им пренебрегают.
Частотная характеристика трансформаторного усилителя
(рис. 119, в). Чтобы выяснить причину частотных искажений в
области нижних и верхних частот, воспользуемся полной
эквивалентной схемой, показанной на рис. 120, а, и рассмотрим, как
влияют ее элементы на усиление каскада.
В области нижних частот сопротивление
индуктивности рассеяния намного меньше сопротивления первичной
обмотки трансформатора и им можно пренебречь. Одновременно можно
пренебречь шунтирующим влиянием емкости Со, поскольку на
низкой частоте ее сопротивление велико. Поэтому
рассматриваемую схему можно упростить (рис. 120, б). В этой схеме усиление
зависит от индуктивного сопротивления юЬ\, которое с
понижением частоты уменьшается. При этом ток в анодной цепи
возрастает, увеличивается падение напряжения на внутреннем
сопротивлении лампы Rt. Выходное напряжение и усиление каскада
уменьшаются.
В области верхних частот сопротивление
индуктивности первичной обмотки (coLi) становится очень большим и им
можно пренебречь. В упрощенной схеме для верхних частот
(рис. 120, в) индуктивность рассеяния Ls равна LS\+LS2.
Эта индуктивность вместе с входной емкостью С'0 составляет
1
последовательный контур. На некоторой частоте/в = ¦
имеет место резонанс напряжений в контуре. Этим объясняется
подъем частотной характеристики в области верхних частот (см.
кривую 2 на рис. 119, в).
Этот подъем может быть использован для компенсации
частотных искажений в многокаскадных усилителях. Если подъем иска-
168

жает частотную характеристику и поэтому является
нежелательным, параллельно вторичной обмотке трансформатора включают
шунтирующее сопротивление Rm. При этом коэффициент
усиления уменьшается. На более высоких частотах усиление резко
падает из-за уменьшения сопротивления емкости С'0.
В области средних частот сопротивление первичной
обмотки Q0?i относительно велико, а сопротивление индуктивности
рассеяния Q0LS еще мало. Поэтому можно не учитывать влияние
реактивных элементов схемы и считать, что на работу схемы
влияют только ее активные элементы.
Трансформаторный усилитель имеет ряд преимуществ перед
реостатным усилителем: коэффициент усиления его значительно
больше, так как он определяется не только усилительным
свойством лампы, но и величиной коэффициента трансформации п,
который больше единицы; анодное напряжение почти равно
напряжению анодного источника, так как активное сопротивление
первичной обмотки очень мало; подъем частотной характеристики на
верхней частоте может быть использован для компенсации
частотных искажений в многокаскадном усилителе.
Но трансформаторный усилитель значительно сложнее и
дороже реостатного, обладает неравномерной частотной
характеристикой и вносит значительные нелинейные искажения. Кроме
нелинейности характеристики лампы причиной нелинейных искажений
является нелинейность кривой намагничивания стали сердечника
трансформатора. Этим объясняется ограниченное применение
трансформаторных усилителей в каскадах усиления напряжения.
В заключение коротко остановимся на особенностях
конструкции трансформатора низкой частоты. Как мы видели, частотная
характеристика трансформаторного усилителя значительно более
неравномерна, чем реостатного. Чтобы уменьшить
неравномерность, трансформатор должен обладать возможно большей
индуктивностью первичной обмотки трансформатора L\ и возможно
меньшими индуктивностью рассеяния и межвитковой емкостью.
Для получения большой индуктивности первичной обмотки
сердечник выполняют из ферромагнитного материала. Чтобы
уменьшить индуктивность рассеяния и собственную межвитковую
емкость, применяют секционированную обмотку. Секции разных
обмоток чередуют для улучшения магнитной связи и уменьшения
потоков рассеяния. В усилителях используют броневые и
стержневые трансформаторы.
§ 35. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Усилители мощности предназначены для отдачи во внешнюю
нагрузку заданной мощности. Эта мощность должна отдаваться
усилителем при минимальном потреблении мощности источников
питания и допустимых частотных и нелинейных искажениях,
169

Исходя из этого, выбирают тип лампы, способ ее включения,
режим работы и рабочую точку на характеристике.
Режим работы ламп в усилительных схемах. При
рассмотрении процесса усиления в усилителе было показано, что, изменяя
величину смещения в цепи сетки, можно изменять положение
рабочей точки на динамической характеристике.
Рис. 121 Режимы
работы лампы в
усилительных схемах'
а — класс А, б — класс В,
е — класс AB
В зависимости от положения рабочей точки различают три
возможных режима работы лампы оконечного каскада: режим класса
А, режим класса В и режим класса АВ.
В режиме класса А (рис. 121, а) ток протекает в анодной
цепи в течение всего периода переменного напряжения на сетке.
В этом режиме рабочую точку выбирают примерно в середине
прямолинейного участка характеристики; амплитуда напряжения
на сетке не должна превышать величину напряжения смещения.
Это обеспечивает работу лампы без сеточных токов и
минимальные нелинейные искажения.
Недостатком режима класса А является его низкий к. п. д.
Мощность, потребляемая от источника анодного питания, велика,
так как в анодной цепи протекает большой ток покоя. Полезная
170

мощность мала, потому что амплитуда напряжения, подводимого
к сетке, сравнительно мала и, следовательно, мала амплитуда
колебаний в анодной цепи. Режим класса А применяют в
маломощных усилителях, когда необходимо обеспечить минимальные
нелинейные искажения, а величина к. п. д. не имеет значения.
В режиме класса В (рис. 121, б) ток в анодной цепи
протекает примерно в течение половины периода переменного
напряжения на сетке. Рабочую точку выбирают в начале
характеристики путем увеличения напряжения смещения. Ток покоя равен
нулю или очень мал. В результате этого уменьшается постоянная
составляющая анодного тока и соответственно мощность,
потребляемая от источника анодного питания.
Увеличение смещения позволяет увеличить амплитуду
подводимого к сетке напряжения. Это вызывает увеличение амплитуды
колебаний в анодной цепи и увеличение полезной мощности.
К. п. д. усилителя в режиме класса В достигает 65—70%. Как
показано на графике (рис. 121, б), ток протекает через лампу в
течение первой половины периода. В течение второй половины
периода ток через лампу не протекает, т. е. происходит отсечка
тока. Половина времени прохождения тока через лампу,
выраженная в угловых единицах, называется углом отсечки тока 6. В этом
режиме угол отсечки в равен 90°, или —<г •
Режим класса В имеет следующие недостатки: нелинейные
искажения достигают 35—50%; лампа усиливает только один
полупериод подводимого напряжения, так как в течение другого
полупериода она заперта. Этот режим применяют в двухтактных
схемах усилителей, рассматриваемых ниже.
Режим класса В подразделяют на режимы Bi и Вг. В режиме
Bi лампа работает без сеточных токов, так как Umc < Ес; в
режиме Вг лампа работает с сеточными токами. Так как Umc^> Ес,
на сетку в течение части периода подается положительное
напряжение. Режим Вг применяют в усилителях большой
мощности.
Режим класса АВ (рис. 121, в) является промежуточным
между режимами А и В. В этом режиме лампа работает с углом
отсечки в, равным приблизительно 120—130°. Рабочую точку
выбирают на начальном участке динамической характеристики,
но не в точке запирания лампы. Ток покоя /ао мал, но не равен
нулю. К. п. д. усилителя в режиме АВ составляет 40—50%.
Нелинейные искажения меньше, чем в режиме В. Режим класса АВ
применяют в усилителях средней мощности (десятки ватт). Его
также подразделяют на режимы ABi (без сеточных токов) и АВг
(с сеточными токами).
Способы включения нагрузки в анодную цепь. Работа
усилителя мощности зависит от величины и характера анодной
нагрузки. Нагрузкой усилителя мощности большей частью является
171

электродинамический громкоговоритель, звуковая катушка
которого обладает комплексным сопротивлением и имеет активную и
индуктивную составляющие. Но на средней частоте принято
учитывать только активное сопротивление катушки.
Для получения достаточной мощности на выходе каскада с
наименьшими искажениями нагрузочное сопротивление Да
должно быть согласовано с внутренним сопротивлением Ri лампы
оконечного каскада. При неизменной амплитуде напряжения на
сетке лампа отдает максимальную мощность при равенстве Ra и
Ri или когда коэффициент нагрузки а = -~- = 1.
Для триодов условие постоянства амплитуды напряжения на
сетке не представляет практического интереса. Дело в том, что
с увеличением сопротивления Ra анодно-сеточная характеристика
становится более пологой и нелинейные искажения, вносимые
лампой, уменьшаются. Это позволяет использовать больший участок
динамической характеристики — увеличить сеточное
отрицательное напряжение и амплитуду переменного напряжения на сетке,
не заходя в область нижнего криволинейного участка
характеристики.
Практически установлено, что для усилителя на триоде,
работающего в режиме класса А, целесообразно принять а=—2-=Зч-4.
Полезная мощность при этом уменьшается по сравнению с
максимальной всего на 5—10%, а нелинейные искажения уменьшаются
значительно.
Для пентодов и лучевых тетродов величину а = —~ выбирают
"г
из условия наименьших нелинейных искажений. Величину а
обычно берут равной 0,1—0,25.
Для включения нагрузочного сопротивления в анодную цепь
могут быть применены различные схемы выхода усилителя — с
непосредственным включением нагрузки, с трансформаторным
включением и др.
Схема с непосредственным включением
нагрузки (рис. 122, а) не получила распространения из-за
невозможности согласования сопротивления нагрузки с внутренним
сопротивлением лампы. Сопротивление звуковой катушки
громкоговорителя намного меньше внутреннего сопротивления лампы и
через нее проходит постоянная составляющая анодного тока.
Кроме того, нагрузка находится под высоким постоянным
напряжением относительно земли. Это создает опасность поражения током
для обслуживающего персонала.
В схеме с трансформаторным включением
нагрузки (рис. 122, б) устранены недостатки, присущие
предыдущей схеме. Выходной трансформатор позволяет согласовать
сопротивление нагрузки с внутренним сопротивлением лампы. Из
172

теории трансформаторов известно, что нагрузочное сопротивление
Дн, присоединенное ко вторичной обмотке трансформатора, пере-
считывается в цепь первичной обмотки трансформатора по
формуле
"я — 9~
а л2
где п — коэффициент трансформации. Определим величину п:
'-УЪ
Рис. 122. Схемы выхода усилителя на электронной лампе и на
транзисторе:
а и б — с непосредственным включением нагрузки, в и а — с
трансформаторным включением нагрузки
Пусть внутреннее сопротивление лампы i?,- равно 2250 ом, а
нагрузочное сопротивление (например, сопротивление звуковой
катушки громкоговорителя) #н равно 20 ом. Зададимся
величиной йа.
Ra = 2Rt = 4500 ом, тогда п = у -щ^- = у -^ = TF • т- е-
га< 1.
Отсюда видно, что, применив понижающий трансформатор,
можно согласовать низкоомную нагрузку со значительно большим
внутренним сопротивлением лампы.
В схеме с трансформаторным включением нагрузки постоянная
составляющая анодного тока не проходит через нагрузочное
173

сопротивление. Так как
падение напряжения на
первичной обмотке
трансформатора незначительно,
то напряжение на аноде
почти равно напряжению
анодной батареи. Поэтому
схема с трансформаторным
включением нагрузки
является основной схемой
усилителя мощности.
На рис. 122, б и г
показаны аналогичные схемы
включения нагрузки в
выходную цепь транзистора.
Двухтактная схема
усилителя мощности. Од-
нотактные схемы
применяют в усилителях,
мощность которых не
превышает 3—5 вт. В каскадах
усилителей большей
мощности приходится
использовать в одном каскаде не
одну, а несколько ламп.
При параллельном соединении ламп в однотактной схеме
увеличение мощности достигается увеличением тока в анодной цепи
ламп. Вместе с переменной составляющей анодного тока
возрастает и его постоянная составляющая. Это вызывает дополнительные
трудности в конструировании выходного трансформатора и может
привести к возникновению дополнительных нелинейных
искажений из-за нелинейности кривой намагничивания стали сердечника
трансформатора. Поэтому наиболее распространенной схемой
соединения ламп в одном каскаде является двухтактная схема
(рис. 123, а).
Схема состоит из двух одинаковых половин, называемых
плечами. Если нужно получить мощность большую, чем могут создать
две лампы в двухтактной схеме, в каждое из плеч параллельно
включают не одну, а две или три лампы.
Рассмотрим принцип действия двухтактной схемы. Вторичная
обмотка входного трансформатора имеет вывод от средней точки,
который соединяется с источником напряжения смещения.
Крайние зажимы вторичной обмотки соединены с управляющими
сетками ламп Л\ и Л2.
Первичная обмотка выходного трансформатора имеет вывод от
средней точки, который присоединяется к плюсу источника анод-
Рис. 123. Схемы двухтактных усилителей:
а — на электронных лампах, б — на
транзисторах
174

ного питания; крайние зажимы первичной обмотки соединяются
с анодами этих ламп.
В режиме покоя, когда переменное напряжение не подается,
каждая лампа потребляет от источника постоянные токи
i"ao = /"ao = /ao. В общей
цепи (через источник Еа)
протекает ток 10, равный
2/ао • В первичной обмотке
выходного
трансформатора ТОКИ 1'ао И /"ао ИМвЮТ
противоположные
направления и создают в
сердечнике трансформатора
равные и противоположно
направленные постоянные
магнитные потоки.
Результирующий постоянный
магнитный поток равен
нулю и поэтому
отсутствует постоянное подмагни-
чивание сердечника.
При подведении
переменного напряжения на
сетки ламп
результирующие сеточные напряжения
изменяются в противофа-
зе. На графике,
изображенном на рис. 124, а,
показано изменение
мгновенного значения напряжения
на сетке первой лампы е'с
(сплошная кривая) и на
сетке второй лампы е"с
(пунктирная кривая).
На графике, изображенном на рис. 124, б, показаны
соответствующие им изменения анодных токов ламп Л\ и Л2.
Ток, потребляемый от источника питания, т. е. ток,
протекающий в общем проводе анодного питания, равен сумме этих токов:
<P-A(L'a
Рис.
124. Графики работы двухтактного
усилителя:
а — мгновенное значение напряжения на
сетках ламп, б — изменения анодного тока,
в — общий ток, потребляемый от
источника, е — магнитный поток, создаваемый
токами ламп
С + К •
Переменные составляющие токов i'a и i'& находятся в про-
тивофазе и в общем проводе взаимно уничтожают друг друга.
Постоянные же составляющие токов складываются, и поэтому общий
ток, потребляемый от источника, равен удвоенному току покоя
(рис. 124, в).
175

Отсутствие в цепи анодного источника переменной
составляющей анодного тока позволяет уменьшить паразитную связь,
возникающую в многокаскадном усилителе через внутреннее
сопротивление общего анодного источника питания.
Токи, протекающие через каждую из половин первичной
обмотки, направлены относительно среднего вывода в
противоположные стороны. Поэтому магнитный поток Ф, создаваемый
токами обеих ламп
где А — коэффициент пропорциональности (рис. 124, г).
Магнитный поток, определяемый постоянными составляющими
анодного тока ламп Л\ и Лг, равен нулю, а магнитный поток,
определяемый переменными составляющими токов ламп, складывается
т. е. он в два раза больше магнитного потока, создаваемого током
одной лампы. Следовательно, мощность в нагрузке равна сумме
мощностей, развиваемых каждой лампой в отдельности.
— t
Рис. 125. Компенсация четных
гармоник в двухтактном усилителе
Рис. 126. Фазоинверсная схема с
разделенной нагрузкой
Пусть рабочая точка выбрана на криволинейном участке анод-
но-сеточной характеристики (график / на рис. 125). Как показано
на рисунке, кривые анодного тока ламп Л\ и Лч ( i'a и i'a )
получаются несимметричными. В таких кривых преобладают четные
(вторая, четвертая и т. д.) гармоники тока.
Переменные напряжения на сетках ламп сдвинуты на 180°
(график //). Соответственно сдвинуты по фазе токи i'& и Q
протекающие через лампы (график ///). Кроме того, эти токи,
протекая через каждую из половин первичной обмотки трансформатора,
направлены относительно среднего вывода в противоположные
стороны. Поэтому при вычитании пульсирующих токов ламп их
переменные составляющие складываются.
176

Как показано на этом графике, менее искаженный полупериод
одного тока складывается с более искаженным полупериодом
другого тока. Результирующая кривая (график IV) получается
симметричной, т. е. не содержит четных гармоник, и нелинейные
искажения уменьшаются. Кроме того, симметричность схемы
уменьшает влияние пульсаций питающих напряжений.
Таким образом, двухтактная схема обладает следующими
преимуществами перед однотактной схемой:
компенсирует четные гармоники, что приводит к
значительному уменьшению нелинейных искажений. Это позволяет применять
в двухтактной схеме экономичные режимы классов В и АВ;
устраняет фон от пульсаций питающих напряжений;
устраняет постоянное подмагничивание сердечника выходного
трансформатора;
компенсирует переменную составляющую тока в цепи анодного
источника и ослабляет паразитную связь между каскадами.
К недостаткам схемы двухтактного усилителя следует отнести
большое количество деталей схемы, необходимость применения не
менее двух усилительных ламп и необходимость подачи на вход
симметричного напряжения, т. е. двух равных по величине и
противоположных по фазе напряжений.
Достоинства схемы сохраняются лишь при симметрии плеч.
Это требует подбора ламп с одинаковыми параметрами и
симметрии двух половин первичной обмотки выходного трансформатора.
Двухтактная схема усилителя мощности на транзисторах
(см. рис. 123, б) обладает свойствами, аналогичными схеме на
электронных лампах.
Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером.
Постоянное напряжение между эмиттером и базой создается делителем
напряжения /?дь ЙД2. В цепь эмиттера включено
стабилизирующее сопротивление Rg.
В приведенных двухтактных схемах усилителей задача подачи
на сетки ламп Л\ и Аг равных по величине и противофазных
напряжений решается путем использования входного
трансформатора. Вторичная обмотка этого трансформатора должна иметь
вывод от средней точки. Но необходимость применения
трансформатора связана с удорожанием установки, увеличением ее веса и
возрастанием частотных и фазовых искажений. Лучшие
результаты дают схемы реостатно-емкостного типа, которые получили
название фазоинверсных схем.
Фазоинверсные схемы. На рис. 126 показана фазоинверсная
схема с разделенной анодной нагрузкой. Анодная нагрузка лампы
реостатного каскада разделена на две части. Одна часть R'a, рав-
ная -4-, включена между плюсом анодной батареи и анодом лам-
ту
пы, вторая часть В'а, также равная -у-, — между минусом анодной
177

батареи и катодом. С каждого из сопротивлений снимают
половину усиленного напряжения, которое через разделительные
конденсаторы Cci и Сс2 и сопротивления утечек R0i и R02 подают к
сеткам ламп двухтактной схемы.
Как видно из схемы, эти напряжения имеют противоположные
полярности. Чтобы напряжения были равными по величине,
элементы схемы должны быть равны:
Ra == Ra; Rci — ^с2>" сс1 — Сс2.
Достоинством схемы является ее простота и необходимость
иметь всего одну лампу, основным недостатком — малый
коэффициент усиления. Как видно из схемы, падение напряжения на
сопротивлении R'a' прикладывается к сетке лампы Л\ в противо-
фазе с напряжением сигнала и уменьшает его. Кроме того,
выходное напряжение составляет половину колебательного напряжения,
развиваемого лампой в анодной цепи. Поэтому эту схему не
применяют в усилителях сравнительно большой мощности,
требующих от предоконечного каскада большого напряжения
возбуждения.
Для повышения коэффициента усиления служит
автобалансная, или самобалансирующая, фазоинверс-
ная схема (рис. 127, а).
Переменное напряжение ?/вхЬ подводимое к сетке лампы Л\,
усиливается в К0 раз. Усиленное напряжение UBblxu равное
^bxi^o, с сопротивления Rci подводится к сетке лампы Лз
двухтактного усилителя. Сопротивление утечки R0\ представляет
собой делитель напряжения, составленный из сопротивлений R'oi
и R"ol. С сопротивления R"ei делителя снимают напряжение ?7Вх2
на вход лампы Л%. Это напряжение находится в противофазе с
напряжением UbxI-
Элементы целителя напряжения R'ol и R'oi должны быть
подобраны так, чтобы напряжение, подаваемое на вход лампы Л2, было
в Ко раз меньше напряжения Z/выхь подводимого к сетке
лампы Л3. В этом случае напряжение, подводимое к сетке лампы Л2,
будет равно напряжению, подводимому к лампе Л\\
иа
Сопротивление делителя R"cl должно быть меньше сопротивления
утечки RCi в Ко раз:
Дс1 _ 1
Лп Ко
Поворрт фазы строго на 180° обеспечивается только в области
средних частот.
Различия параметров ламп и элементов схемы затрудняют по-
178

лучение равенства С/Вых1 = С/выхг- Для поддержания равенства
напряжений в схему включают балансирующее сопротивление Re-
При полной симметрии схемы токи ламп Л\ и Лг, протекающие
через сопротивление Дб, будут взаимно компенсироваться, как
равные по величине и противофазные. Но если нарушится сим-
Рис. 127 Фааоинверсные схемы:
a — автобалансная схема, б — упрощенная автобалансная схема
метрия, то одно из напряжений может быть больше другого. Пусть
#вых1 больше ?/Вых2, тогда ток fai больше ?аг. На сопротивлении i?g
появится падение напряжения С/о, равное (ia\—га2)Дб. Это
напряжение сложится с напряжением, снимаемым с сопротивления
R"cl на лампу Л2. Напряжение Ubx2 возрастет и возрастет ?/ВЫх2.
179

Упрощенная автобалансная схема показана на
рис. 127, б. В этой схеме роль делителя выполняют неравные по
величине сопротивления ЙС1 и RC2- Принцип действия этой схемы
и ее свойства такие же, как и схемы, изображенной на рис. 127, а.
На практике эту схему часто применяют вследствие ее простоты.
§ 36. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ
Обратной связью называется подача напряжения с выхода
усилителя на его вход. Обратная связь может быть вредной,
возникающей в результате нежелательного влияния различных цепей
усилителя друг на друга,
<?
К.
И
р
вин
Рис. 128. Скелетная схема усилителя
обратной связью по напряжению
и полезной, создаваемой
путем включения в схему
специальных элементов
обратной связи.
Обратная связь бывает
положительной и
отрицательной. Положительной
она бывает тогда, когда
приходящие с выхода на
вход колебания совпадают
по фазе с входными
колебаниями, отрицательной — когда приходящие с выхода на вход
колебания находятся в противофазе с входными колебаниями.
Величина напряжения, подаваемого на вход усилителя через
цепь обратной связи, может зависеть или от величины выходного
напряжения, или от величины тока в нагрузке, или одновременно
от выходного напряжения и тока в нагрузке. В соответствии с
этим различают следующие схемы обратной связи:
схемы обратной связи по напряжению;
схемы обратной связи по току;
схемы со смешанной обратной связью.
Рассмотрим схемы обратной связи по напряжению и по току.
Скелетная схема усилителя с обратной связью по напряжению
показана на рис. 128. Напряжение, подаваемое с выхода на вход
усилителя, называется напряжением обратной связи U$. При
положительной обратной связи напряжение между сеткой и катодом
лампы
а при отрицательной обратной связи
ив=*иа-щ.
Обозначим отношение . р через р* и назовем его коэффициен-
180

том обратной связи. Коэффициент f$ показывает, какая часть
выходного напряжения подается обратно на вход усилителя.
Обозначим также коэффициент усиления каскада без обратной
связи через К:
к =
и*
а коэффициент усиления того же каскада с обратной связью
через Яр :
Ка =
'вых
Для положительной обратной связи
U^UC-U9 и ^пол = ^_.
Для отрицательной обратной связи
UBX = Uc + V, и Яротр = ^|_.
Разделим числитель и знаменатель в этих выражениях на Uc
и заменим отношение Лых величиной К, тогда получим
К& отр = 1 + рЯ • ^
Эти формулы показывают, что коэффициент усиления каскада
при положительной обратной связи возрастает, а при
отрицательной — уменьшается.
Уменьшение коэффициента усиления при отрицательной
обратной связи объясняется тем, что напряжение обратной связи
уменьшает напряжение на сетке. Оно становится меньше
напряжения входного сигнала. Уменьшение действующего на сетке
лампы напряжения вызывает уменьшение напряжения на выходе
и соответственно уменьшение коэффициента усиления каскада.
Увеличение коэффициента усиления при положительной
обратной связи объясняется тем, что напряжение обратной связи,
совпадая по фазе с сигналом, увеличивает напряжение на сетке
лампы и вместе с тем увеличивает напряжение на выходе усилителя.
При положительной обратной связи знаменатель формулы E4)
может обратиться в нуль A—рй" = 0), а коэффициент усиления
•^Рпол — в бесконечность. Физически это означает, что ничтожно
181

малые случайные напряжения на входе лампы могут вызвать
значительные напряжения на выходе. Усилитель в этом случае
превращается в генератор паразитных колебаний. Равенство p\Sf = l
является условием самовозбуждения усилителя.
Отрицательная обратная связь уменьшает все виды искажений.
При наличии нелинейных искажений в усилителе напряжения
высших гармонических составляющих подаются с выхода на его
вход. Эти напряжения находятся в противофазе с
соответствующими гармоническими составляющими, создаваемыми
усилителем, и частично компенсируют их.
Рис. 129. Схемы отрицательной обратной связи:
а — по напряжению, б — по току
Отрицательная обратная связь уменьшает частотные
искажения и поэтому выравнивает частотную характеристику. Спад
частотной характеристики на крайних частотах диапазона
уменьшается в связи с тем, что с уменьшением выходного напряжения
уменьшается напряжение обратной связи, подводимое на вход
усилителя. Подъем частотной характеристики на некоторых частотах
вызывает увеличение выходного напряжения, а вместе с тем и
напряжения обратной связи. В результате этого напряжение на
входе уменьшается и снижается подъем характеристики.
Схемы отрицательной обратной связи. Принципиальная
схема усилителя с обратной связью по напряже-
182

нию показана на рис. 129, а. Напряжение обратной связи С7"р
снимается с сопротивления #2 делителя напряжения CRiRz. Это
напряжение действует навстречу входному напряжению, т. е.
имеет место отрицательная обратная связь. Конденсатор С
включен для того, чтобы напряжение обратной связи не содержало
постоянной составляющей. Для снижения частотных искажений
сопротивление конденсатора должно быть для самых низких
частот в 5—10 раз меньше суммы сопротивлений /?i+#2.
Схема обратной связи по току показана на
рис. 129, б. Напряжение обратной связи С/р пропорционально току,
протекающему через сопротивление смещения Лр. Если возросло
напряжение на сетке, увеличивается анодный ток и напряжение
С/р . Это напряжение подается к сетке лампы навстречу входному
напряжению.
Отрицательная обратная связь по току возникает в
усилительной схеме, если сопротивление смещения в цепи катода не
заблокировано емкостью достаточной величины.
В рассмотренных схемах напряжение обратной связи
действует в цепи сетки последовательно с напряжением сигнала
t/вх Такая обратная связь называется последовательной.
На рис. 130 показана схема, в которой напряжение обратной
связи подается параллельно напряжению входного сигнала.
Цепочка из сопротивлений R, R0\ и конденсатора С подключена
параллельно выходу каскада. Конденсатор С не пропускает
постоянную составляющую напряжения.
Напряжение обратной связи снимается с сопротивления Ra\ и
подается параллельно входному напряжению. Сопротивление R
переменное. Если сопротивление R
уменьшить, напряжение обратной
связи, снимаемое с сопротивления
До, возрастает, но так как оно про-
тивофазно входному напряжению,
напряжение на сетке уменьшается
и снижается ?7ВХ.
Применяют схемы обратной связи
по напряжению, охватывающей 2—3
каскада, например оконечный и пред-
оконечный каскады. На рис. 131
изображена схема двухкаскадного
усилителя с обратной связью. В
выходном каскаде напряжение снимается
с точки m или с точки п и через
блокировочный конденсатор С и сопротивление Ri подается в цепь
катода первой лампы.
Величина обратной связи определяется величинами R\ и #2-
Если напряжение снимается с точки т, то любые искажения,
вносимые трансформатором, обратной связью не компенсируются;
Рис.
130. Схема параллельной
обратной связи
183

если же напряжение снимается с точки п, то частотные искажения,
вносимые трансформатором, компенсируются. Но когда
трансформатор понижающий, напряжение на вторичной обмотке может
быть недостаточным для обратной связи. В этом случае
напряжение снимают с точки т.
Рис. 131. Схема двухкаскадного усилителя с об~
ратной связью
Примером схемы с отрицательной обратной связью является
усилитель с катодной нагрузкой, называемый катодным
повторителем (рис. 132). В этом каскаде напряжение, падающее на
нагрузочном сопротивлении RB, действует в цепи сетки в противо-
фазе с входным напряжением.
Катодный повторитель обладает следующими особенностями:
если в обычном усилителе нагрузочное сопротивление RH
включено между анодом и плюсом анодной батареи, в данной схеме
сопротивление Ян включают между катодом и минусом анодной
батареи;
если в обычном усилителе общим электродом для цепей входа
и выхода является катод, в данной схеме общим электродом
является анод. Дело в том, что для переменного тока сопротивление
источника анодного питания очень мало и анод оказывается
подключенным к общему проводу. Поэтому усилитель с катодной
нагрузкой называют усилителем с общим, или заземленным, анодом;
если в обычном усилителе происходит сдвиг фазы между
выходным и входным напряжением на 180°, усилитель с катодной
нагрузкой не поворачивает фазу сигнала. Действительно, пусть в
данный момент напряжение сигнала, подводимого к сетке,
увеличивается. При этом возрастает анодный ток и падение напряжения
на сопротивлении RH. Потенциал катода относительно общего
провода возрастает, т. е. возрастает выходное напряжение; таким об-
184

разом, напряжение на выходе совпадает по фазе с входным
напряжением.
Как показано на схеме (рис. 132), выходное напряжение
снимается с сопротивления RH. Это же напряжение действует в цепи
сетки. Полярность напряжения такова, что она действует
навстречу входному напряжению. В результате этого переменное
напряжение на сетке, т. е. между сеткой и катодом, представляет собой
разность между входным и выходным напряжениями. Поэтому
выходное напряжение С/Вых несколько меньше входного напряжения
и коэффициент усиления меньше единицы.
в!
\(—
21Л
1, 0
Рис. 132. Схема катодного повторителя Рис. 133. Схема змиттерного
повторителя
Таким образом, напряжение на выходе каскада с катодной
нагрузкой как бы повторяет по величине и фазе входное
напряжение, вследствие этого каскад и называется катодным повторителем.
В катодном повторителе происходит усиление по току, а
следовательно, усиление по мощности. Действительно, входное
сопротивление лампы большое и примерно равно сопротивлению
утечки i?c. Напряжение на входе UB% равно /BX#c. Напряжение на
выходе С/вых равно /выхйн.
Отсюда коэффициент усиления по току
и„
я. =
uR
Если принять примерно равными напряжения UBUx и UBS, то
К: **
Но так как сопротивление Д0>ДН, то и Kt получится большим.
Коэффициент усиления по мощности примерно равен
коэффициенту усиления по току.
Катодный повторитель обладает большим входным и малым
выходным сопротивлениями. Поэтому его применяют для согла-
185

сования небольшого сопротивления нагрузки с большим выходным
сопротивлением предыдущего каскада.
На практике также применяют схему на транзисторе,
включенном по схеме с общим коллектором (рис. 133). Эта схема,
называемая эмиттерным повторителем, аналогична по своим свойствам
схеме катодного повторителя.
Паразитные положительные обратные связи в усилителях. Мы
уже отмечали, что обратная связь бывает положительной и
отрицательной. При положительной обратной связи колебания,
проходящие с выхода на вход усилителя, совпадают по фазе с входными
колебаниями. Но такая обратная связь в усилителях редко
используется. Положительные обратные связи возникают через цепи, не
предусмотренные схемой, и носят название паразитных связей.
Эти связи приводят к появлению дополнительных искажений и
могут явиться причиной генерации (самовозбуждения) усилителя.
Причинами паразитных связей может быть связь анодных и
сеточных цепей через междуэлектродную емкость сетка — анод лампы
(Ca-ci), через общие источники анодного питания, магнитные и
электрические поля.
С увеличением коэффициента усиления опасность
самовозбуждения усилителя возрастает. Для уменьшения емкости Ca-ci
применяют лампы с малыми междуэлектродными емкостями анод —
сетка. Для ослабления связи через источники питания желательно
применять источники с малым внутренним сопротивлением,
раздельное питание каскадов от отдельных источников и
развязывающие фильтры. Действие развязывающих фильтров и выбор их
элементов были рассмотрены в § 33.
Причиной паразитной емкостной связи являются
емкости между элементами схемы и монтажа анодных и сеточных
цепей каскадов, входа и выхода усилителя, емкость между входом
усилителя и посторонними источниками переменного тока и др.
С целью уменьшения паразитной емкостной связи необходимо
правильно размещать элементы схемы и провода. В некоторых
случаях применяют электростатические экраны. Экран
выполняют в виде проволочной оплетки, алюминиевой фольги и т. п. и
присоединяют к корпусу усилителя. В экран помещают в первую
очередь такие провода и элементы схемы, которые связаны с входом
усилителя.
Причиной паразитной индуктивной связи являются
индуктивные связи между входом усилителя и различными
источниками переменного тока, создающими магнитные поля. Такие
связи возникают, главным образом, при наличии входного
трансформатора. Переменные магнитные поля выходных или питающих
трансформаторов, пересекая витки обмоток входного
трансформатора, наводят в них э. д. с. паразитной связи. При достаточном
усилении эта э. д. с. может быть причиной генерации усилителя.
Для уменьшения паразитной индуктивной связи входной транс-
186

форматор помещают в экран, выполненный из металла или сплава,
обладающего малым удельным сопротивлением (медь или латунь).
Принцип действия экрана заключается в том, что переменное
магнитное поле трансформатора, пересекая экран, индуктирует
в нем вихревые токи. Эти токи в свою очередь создают магнитное
поле противоположного направления. Поэтому результирующее
магнитное поле, которое выходит за пределы экрана, значительно
уменьшается. Для уменьшения паразитной связи между
трансформаторами усилителя катушки располагают так, чтобы их оси
были взаимно перпендикулярны. Уменьшение индуктивных
связей может быть также достигнуто путем рационального монтажа
схемы.
§ 37. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
В усилителях низкой частоты часто применяют регулировку
усиления и регулировку тембра.
Регулировку усиления используют для изменения
выходного напряжения и для предотвращения перегрузки каскадов
при сильном возрастании входного напряжения. Регулировка уси
ления позволяет поддерживать неизменным коэффициент усиле
ния усилителя при замене ламп и колебаниях величины питающе
го напряжения.
Такая регулировка может быть плавная и скачкообразная. Для
плавной регулировки применяют потенциометры (потенциометри-
ческая регулировка), для скачкообразной регулировки —
ступенчатые делители напряжения. Регулировку усиления обычно
помещают во входной цепи или в первых каскадах усилителя.
На рис. 134 показаны простейшие схемы потенциометрической
регулировки усиления. В схеме, изображенной на рис. 134, а, тщп
регулировки используют сопротивление нагрузки источника
сигнала, на рис. 134, б — сопротивление анодной нагрузки лампы, на
рис. 134, е — сеточное сопротивление, на рис. 134, г — сопротивле
ние шунта вторичной обмотки трансформатора.
Достоинствами этих схем являются простота и возможность
регулирования усиления в больших пределах, недостатком —
непостоянство частотных характеристик. На частотах примерно до
10 кгц это непостоянство незначительно. Поэтому эти схемы
широко применяют в усилителях, рассчитанных на полосу звуковых
частот до 10 кгц.
Для плавного регулирования усиления могут быть
использованы электронные лампы, обладающие переменной крутизной
характеристики S. При изменении положения рабочей точки на
характеристике изменяется крутизна, а вместе с тем и коэффициент
усиления каскада. Для регулировки таким способом используются
экранированные лампы, так как в трехэлектродных лампах
усиление мало зависит от положения рабочей точки.
187

г©
0
«,.
ы
"л
1 Ф ffl
а;
*;
©
+ 0
Hh
т т "Г I i
В)
Рис. 134. Схемы регулировки усиления изменением:
а — сопротивления нагрузки источника, б — сопротивления анодной
нагрузки, в — сеточного сопротивления, г — сопротивления шунта во
вторичной обмотке трансформатора
Рис. 135. Схемы регулировки усиления изменением режима:
а — напряжения смещения на управляющей сетке, б — напряжения
на экранирующей сетке

На рис. 135 показаны схемы регулировки усиления изменением
режима: напряжения смещения на управляющей сетке и
напряжения на экранирующей сетке.
Рис 136 Схемы регулировки усиления обратной
связью:
а — в ламповом каскаде, б — в транзисторном каскаде с
эмиттерной стабилизацией, в — в транзисторном каскаде о
коллекторной стабилизацией
"©
Cds
Регулировка усиления может быть также осуществлена
изменением величины отрицательной обратной связи (рис. 136). В
схеме, показанной на рис. 136, а,
при увеличении
сопротивления i?p напряжение
отрицательной обратной связи,
подаваемое на вход усилителя,
возрастает; вместе с этим
усиление падает. В схеме,
изображенной на рис. 136,6,
регулировка усиления
осуществляется изменением
сопротивления переменному
току в цепи эмиттера
усилителя, на рис. 136, в —
изменением сопротивления
переменному току между
коллектором и базой.
+ ?
Риг 137. Стсема регулятора тембра
189

Регулировку тембра используют для изменения
частотной характеристики усилителя на нижних или на верхних
частотах. Регуляторы тембра могут быть введены в цепь межкаскадной
связи или в цепь обратной связи. Одна из таких схем показана на
рис. 137; она позволяет регулировать частотную характеристику
со стороны верхних частот. Регулятор R и емкость С включены
параллельно первичной обмотке трансформатора. Чем меньше
сопротивление R, тем в большей степени емкость С шунтирует
первичную обмотку трансформатора и коэффициент усиления падает.
На средних и нижних частотах сопротивление конденсатора
достаточно велико и изменение сопротивления R не оказывает
влияния.
§ 38. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ (ВИДЕОУСИЛИТЕЛИ)
Широкополосные усилители, или видеоусилители,
предназначены для усиления сигналов в весьма широкой полосе частот,
например от единиц герц до десятков мегагерц. В основу
видеоусилителя положена схема реостатного усилителя (см. рис. 117, я),
обладающего наиболее равномерной частотной характеристикой.
Сначала такие усилители использовались для усиления
сигналов изображения, откуда и получили название
видеоусилителей.
В § 34 было показано, что частотная характеристика этого
усилителя имеет спад со стороны нижних и верхних частот из-за
реактивных элементов схемы — разделительного конденсатора Сс и
емкости Со, подключенной параллельно выходу данного каскада
(см. рис. 118, а). Посмотрим, какое влияние оказывают элементы
схемы на искажение видеоимпульса. Пусть на вход усилителя
подано напряжение прямоугольной формы (рис. 138, а). Начало
импульса называется передним фронтом, а конец импульса — задним
фронтом.
Емкости Сс и Со, имеющиеся в схеме усилителя, приводят к
искажению формы импульса, и напряжение на выходе ?/Вых
(рис. 138, б) значительно отличается от напряжения на входе UBX
(рис. 138, а). Объясняется это тем, что заряд и разряд
конденсатора происходят не мгновенно, а постепенно.
При подведении к цепи RC напряжения, имеющего форму
прямоугольного импульса (передний фронт), заряд конденсатора
происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени по
экспоненциальному закону (участок от на рис. 138, б). При этом
заряд конденсатора и возрастание на нем напряжения происходят
тем быстрее, чем меньше постоянная времени цепи (x3—RC).
Соответственно, и при выключении напряжения (задний фронт)
разряд конденсатора происходит не мгновенно, а в течение
некоторого времени по экспоненциальному закону (участок nl на
190

рис. 138, б). Уменьшение напряжения происходит тем быстрее,
чем меньше постоянная времени цепи разряда (fp=.RC).
При этом искажение переднего и заднего фронтов импульса
(участки от и nl) обусловлено, главным образом, постоянными
времени заряда и разряда емкости Со.
Причиной искажения плоской вершины импульса является
наличие разделительного конденсатора Сс. На участке тп (рис.
138, б) уменьшение выходного напряжения обусловлено тем, что
происходит заряд и увеличение
напряжения на конденсаторе Сс. Чем больше
постоянная времени цепи заряда этого
конденсатора, тем медленнее
происходит его заряд и меньше спад плоской
части импульса.
Как будет выяснено в главе XI, для
неискаженной передачи резких
изменений напряжения (фронтов импульса)
нужно хорошее воспроизведение на
выходе усилителя высокочастотных
составляющих напряжения. Для
неискаженной передачи медленных изменений
напряжений (плоской вершины
импульса) нужно хорошее воспроизведение
на выходе усилителя низкочастотных
составляющих напряжений.
Другими словами, для неискаженной
передачи импульса в целом усилитель
должен обладать равномерной
частотной характеристикой в очень широком
диапазоне частот. Для этого
приходится уменьшать сопротивление анодной
нагрузки i?a (при этом уменьшается
коэффициент усиления) и применять
схемы коррекции частотной характеристики.
На рис. 139, а показана схема низкочастотной
коррекции, которая служит для коррекции плоской вершины
импульса. В анодную (или коллекторную) цепь каскада
последовательно с анодной нагрузкой /?а включается цепочка #фСф.
Величина емкости конденсатора Сф берется такой, чтобы его
сопротивление на средних частотах было ничтожно малым по сравнению
с сопротивлением Вф. На нижних частотах сопротивление
конденсатора Сф возрастает.
При воздействии на вход каскада плоской вершины импульса
растет напряжение на конденсаторе Сс, а напряжение на выходе
иБых уменьшается. Но вместе с тем на нижних частотах,
соответствующих плоской вершине импульса, возрастают сопротивление
конденсатора Сф, полное сопротивление нагрузки анодной цепи
Рис. 138. Искажения формы
прямоугольного импульса
реостатным усилителем:
а — напряжение на входе, б —
напряжение на выходе
191

и коэффициент усиления. Напряжение на аноде возрастает и по
этому выравнивается плоская вершина выходного импульса.
В схеме высокочастотной коррекции (рис. 139, б)
последовательно с сопротивлением нагрузки Да включен корректирующий
дроссель ?а. Индуктивность этого дросселя вместе с полной
емкостью Со (показана пунктиром) составляют параллельный
контур, резонансная частота которого лежит в области верхних
частот. При резонансе сопротивление контура возрастает. Вместе с
этим увеличиваются
сопротивление анодной
нагрузки и напряжение на
выходе. Это компенсирует
уменьшение усиления на
верхних частотах от
влияния емкости Со'
^0 — ^вых + Свх 2 + Си,
Ще СВых1 — выходная
емкость лампы;
СВх2 — входная
емкость
следующей лампы;
См — емкость
монтажа.
Кроме описанных схем,
существуют и другие
схемы коррекции (схемы со
сложной коррекцией, кор-
if Уцш рекцией верхних частот
"' при помощи фильтра RC
и др).
В видеоусилителях
используют специальные
широкополосные пентоды.
Как было показано,
коэффициент усиления
реостатного усилителя на
пентоде К равен SR&. Но в
широкополосном
усилителя на верхних частотах
начинает оказывать влияние паразитная емкость С0. При
возрастании частоты сопротивление этой емкости уменьшается. Общее
нагрузочное сопротивление также уменьшается, вместе с этим
уменьшается и коэффициент усиления каскада.
Для обеспечения значительного усиления в широкой полосе
частот лампа должна иметь большую крутизну S и малую
паразитную емкость CD. Другими словами, широкополосная лампа
Рис. 139. Схема коррекции частотной
характеристики:
а — низкочастотный, б — высокочастотный
192

должна обладать большим отношением уг-. В паразитную емкость
С0 в основном входят емкости СВЫХ1 и СВХ2'.
^0 tS> ^ВЫХ1 ~f~ ^ВХ2'
с
Отношение у = —^ -7—7; называется коэффициентом широ-
^ ВЫХ1 "Г ^ ВХ2
кополосности лампы. Чем больше Yj тем большее усиление
обеспечивает лампа в заданной полосе частот.
К широкополосным лампам относят пентоды 6Ж1П, 6Ж5П,
6Ж9П, 6Ж11П, 6П9, 6П15П и др.
§ 39. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Рассмотрим работу усилителей, в которых происходит
усиление не только переменной, но и постоянной составляющей
сигнала. Такие усилители называют усилителями постоянного тока.
Они применяются во всевозможной радиоэлектронной аппаратуре,
в ламповых вольтметрах, осциллоскопах, схемах автоматической
регулировки усиления радиоприемников, стабилизации тока и
напряжения и в ряде других случаев.
Усилители постоянного тока делятся на два основных типа:
усилители прямого усиления и усилители с преобразованием.
Усилители прямого усиления. Чтобы осуществить усиление не
только переменной, но и постоянной составляющей сигнала,
необходимо применить схему гальванической связи между каскадами.
Схема междукаскадной связи не должна содержать деталей,
сопротивление которых зависит от частоты. Так, например, нельзя
использовать для этой цели схему реостатного усилителя (см.
рис. 117, а), так как в ней разделительный конденсатор Сс
преграждает путь постоянной составляющей анодного напряжения
к управляющей сетке следующей лампы.
Одной из схем усилителя постоянного тока является схема с
делителем напряжения (рис. 140, а). Каскады усилителя питают
от делителя напряжения R\—R5, подключенного к источнику
питания Ей. Напряжение смещения на сетку лампы Л\ снимается с
сопротивления R\. Напряжение анодного питания на лампу Л\
снимается с сопротивлений R2 и Яг. Напряжение смещения на сетку
лампы Л2 снимается с сопротивления делителя й3 и сопротивления
анодной нагрузки i?ai. При этом величину сопротивления из
подбирают такой, чтобы напряжение, снимаемое с этого
сопротивления, было меньше падения напряжения на сопротивлении i?ai на
величину необходимого отрицательного смещения на сетке
лампы Л2.
Напряжение анодного питания на лампу Л2 снимается с
сопротивлений i?3—Rb- При этом величину напряжения, снимаемого е
сопротивления R$, берут равной падению напряжения на сопро-
7 Заказ № Ц00
193

тивлении i?a2- Тогда выходное напряжение Е/Вых, снимаемое с анода
лампы Лг и точки соединения сопротивлений R± и R&, при
отсутствии сигнала на входе лампы Л\ оказывается равным нулю.
Для определения коэффициента усиления каскада пользуются
формулой E1), в которой Ra заменяют на Ла. Частотная
характеристика усилителя постоянного тока изображена на рис. 140, б.
Как видно, коэффициент усиления К при уменьшении частоты
сигнала / до нуля остается таким же, как и на средних частотах.
вин
Рис. 140. Усилитель постоянного тока прямого
усиления:
а — схема, б — частотная характеристика
В рабочих условиях напряжение на электродах не остается
постоянным, а изменяется во времени. Причинами этих изменений
являются: изменение напряжения источников питания усилителя,
изменения параметров ламп и деталей схемы вследствие их
старения и колебания окружающей температуры. Эти изменения
напряжения усиливаются последующими каскадами и поступают на
выход.
В результате при отсутствии напряжения сигнала на входе
усилителя на его выходе появляется напряжение. Примерный вид
этого напряжения показан на рис. 141. Оно имеет медленно
изменяющуюся во времени постоянную составляющую (пунктирная
кривая) и беспорядочные колебания около постоянной
составляющей (ломаная кривая). Это явление называется дрейфом нуля.
Дрейф нуля оценивают изменением входного напряжения,
вызывающим такое изменение выходного напряжения, т. е. напряжение
дрейфа относят к входной цепи.
194

Рис. 141. Дрейф нуля в усилителе
постоянного тока
6
Дрейф нуля является очень вредным явлением в усилителе
постоянного тока. Если напряжение дрейфа на выходе усилителя
окажется порядка напряжения сигнала, искажения в работе
усилителя будут недопустимо большими. Напряжение дрейфа может
также вывести рабочую точку ц
за пределы рабочей области ха- '
рактеристики лампы.
Основными способами уменьшения
напряжения дрейфа являются:
предварительный прогрев
усилителя, стабилизация
источников питания и использование
компенсационных и балансных
схем.
Одной из таких схем
является схема с катодной
компенсацией, уменьшающая дрейф от
изменения напряжения накала
(рис. 142). В этой схеме обычно используют сдвоенный триод.
Лампа Лг является компенсационной. Сопротивления R\ и Дг,
включенные в общий катодный провод, служат для подачи
отрицательного смещения на
сетки ламп.
На лампу Л\ подается
смещение с сопротивления
Ri+R2, а на лампу Лг — с
сопротивления Й1. При
увеличении напряжения
накала возрастает
напряжение дрейфа. Ток в цепи
анода лампы Л2
возрастает, а вместе с этим
увеличивается падение
напряжения на сопротивлении
R\+R2. Отрицательный
полюс этого напряжения
подается на сетку лампы
Л[, и происходит
компенсация напряжения
дрейфа.
Для полной
компенсации напряжения дрейфа
! сопротивление R2 берут
равным §~~ , где S2 — крутизна характеристики лампы Л2 в точке
покоя.
Усилители с преобразованием. В усилителях постоянного тока
прямого усиления колебания напряжения дрейфа удается снизить
R.
•V -^ Лг>-
\j4Jh
ч*
ФО
*,
I
/?,
Рис. 142. Схема усилителя постоянного
тока с катодной компенсацией дрейфа
нуля от изменения напряжения накала
7*
195

примерно до ста микровольт. Для усиления напряжения ниже ста-
микровольт применяют усилители постоянного тока с
преобразованием. Блок-схема такого
"гEГ
БМ
Г
У БД
показана
на
Н
Рис. 143. Блок-схема усилителя
постоянного тока с преобразованием
усилителя
рис. 143.
Напряжение сигнала XJ\,
имеющее спектр частот от О
до /в, при помощи балансного
модулятора БМ модулирует
по амплитуде напряжение
генератора Г несущей частоты
F. Колебание несущей
частоты подавляется балансным
модулятором, и на его выходе появляются модулированные
колебания со спектром нижней и верхней боковых полос, лежащим в
пределах от F—/в до F+fB. После усилителя У эти колебания
подаются на балансный детектор БД, который выделяет из
модулированных колебаний первоначальный модулирующий сигнал со
спектром частот от 0 до /в. С выхода детектора сигнал поступает
в нагрузку Н.
Для неискаженного усиления несущая частота F должна
превосходить наивысшую частоту усиливаемых колебаний /в не менее
чем в 5—10 раз.
Усилители постоянного тока с преобразованием обладают
рядом преимуществ перед усилителями постоянного тока прямого
усиления: значительно меньший уровень дрейфа, что позволяет
усиливать слабые сигналы; малая чувствительность к колебаниям
питающих напряжений, что дает возможность обходиться без их
стабилизации; простота введения обратной связи и регулировки
усиления. Недостатком является относительная сложность их
схемы.
Вопросы для повторения
1. Как определить коэффициент усиления многокаскадного
усилителя (Я), если известны коэффиценты усиления всех его каскадов Ки К2,
й"з ¦. • ¦ й"п?
2. Что такое частотные искажения и как они влияют на качество
звучания?
3. Почему лампа вносит нелинейные искажения?
4. Каково назначение отрицательного смещения в усилительном
каскаде?
5. Объяснить причину неравномерности частотной характеристики
реостатного усилителя.
6. Чем объясняется подъем частотной характеристики в
трансформаторном усилителе?
7. В чем заключаются особенности режимов А, В, АВ? Каковы их
достоинства и недостатки?
8. Объяснить принцип действия двухтактной схемы.
9. Для чего применяют фазоинверсные схемы усилителей?
196

10. Что такое отрицательная обратная связь и как она влияет на
искажения в усилителе?
11. Объяснить принцип действия схемы усилителя с обратной связью
по напряжению и по току.
12. Как осуществляется коррекция частотной характеристики в
широкополосном усилителе?
13. Объяснить принцип действия усилителя постоянного тока.

ГЛАВА IX
РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
§ 40. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Радиопередатчик предназначен для генерации и излучения
колебаний высокой частоты. На эти колебания воздействуют
сигналы, которые нужно передавать (речь, музыка, телеграфные
знаки).
Блок-схема радиопередатчика (рис. 144) содержит следующие
элементы:
Возбуди -
тель
Антенна \
Усилитель
мощности
1
,

Управляющее
устройство
Рис. 144. Блок-схема передатчика
возбудитель, или задающий генератор, который
служит для получения токов высокой частоты;
усилитель мощности, предназначенный для получения
заданной мощности высокой частоты;
антенну, предназначенную для излучения радиоволн;
управляющее устройство, при помощи которого
осуществляется воздействие сигнала на колебания высокой частоты.
В простейшем случае это может быть телеграфный ключ. Когда
ключ нажат, антенна излучает радиоволны, при отжатом ключе
198

излучение прекращается. При передаче речи или музыки
управляющим устройством служит модулятор, через который колебания
звуковой частоты воздействуют на передатчик.
К радиопередатчику предъявляют определенные требования:
частота колебаний, излучаемых антенной, должна быть
постоянной, т. е. передатчик должен работать точно на отведенной ему
волне;
в зависимости от назначения передатчика мощность колебаний
в антенне должна быть определенной величины. Передатчики
радиовещательных станций, работающих на средних волнах, имеют
мощность сотни киловатт, а коротковолновые передатчики,
например для любительской связи,— десятки ватт;
передатчик не должен вносить заметных искажений при
передаче сигнала;
к. п. д. передатчика должен быть как можно больше. Это
особенно важно для мощных передатчиков и для передатчиков,
которые должны иметь минимальные размеры и вес, например
самолетных.
§ 41. ВОЗБУДИТЕЛЬ
Работа генератора. Переменный ток низкой частоты для
промышленных целей вырабатывают машинные генераторы. Для
радиосвязи нужны переменные токи высокой частоты.
Ток высокой частоты проще всего получить при помощи
лампового генератора (рис. 145). Такой генератор преобразует
энергию постоянного тока, полученную от источников питания, в
энергию токов высокой частоты. Рассмотрим этот процесс подробнее.
При замыкании ключа К в анодной цепи лампы протекает ток,
который заряжает конденсатор колебательного контура. В контуре
возникают свободные колебания. (Процесс свободных колебаний
был рассмотрен в § 19.) Частота колебаний зависит от
индуктивности и емкости контура и определяется формулой
2*УЬКСК
В катушке LK протекает переменный ток заряда и разряда
конденсатора. При этом в катушке Lc индуктируется переменная
э. д. с, которая воздействует на сетку лампы и вызывает
пульсации анодного тока.
Пульсирующий ток содержит постоянную и переменную
составляющие. Переменная составляющая тока поддерживает
колебания в контуре. Колебания становятся незатухающими.
В схеме имеется обратная связь: анодная цепь воздействует
на цепь сетки. Для возбуждения незатухающих колебаний нужно,
чтобы обратная связь была положительной. При этом переменное
199

напряжение, которое создается на контуре переменной составляю
щей анодного тока, совпадает по фазе с напряжением свободных
колебаний. Если же обратная связь будет отрицательной, то коле
бания, возникшие в контуре, быстро затухнут и самовозбуждения
схемы не получится. Можно показать, что при работе схемы пере
менные напряжения на аноде и сетке окажутся сдвинутыми по
фазе на 180°. Это является одним из условий самовозбуждения.
, , hP С>
г^ Т «I 1
Ц\\Т °*
Рис. 145. Схема лампового генератора с индуктивной обратной связью:
а — последовательное питание, б — параллельное питание
Значение фазовых соотношений можно пояснить на примере
механических колебаний. Если подталкивать маятник или грузик,
подвешенный на нитке, в такт с его собственными колебаниями,
но навстречу движению, то колебания прекратятся. Чтобы
раскачать маятник, следует подталкивать его в такт колебаниям и в
направлении его движения.
Нужная фаза обратной связи в схеме легко обеспечивается
переключением концов одной из катушек, обычно катушки обратной
связи Lc-
Для возбуждения колебаний необходимо также, чтобы
обратная связь была достаточно сильной. При слабой связи амплитуда
переменной составляющей анодного тока слишком мала и потери
энергии в контуре не компенсируются.
О наличии колебаний в контуре судят при помощи индикатора,
например лампочки от карманного фонаря, соединенной с витком
провода. В витке индуктируется переменная э. д. с, и лампочка
загорается.
Частота колебаний генератора может изменяться
конденсатором переменной емкости Ск.
В рассмотренной схеме обратная связь обеспечивается взаим-
О
Ч К
•г ?ая
-4-0 ?„&-•—'
а)
8)
200

ной индуктивностью катушек LK и Lc. Поэтому данная схема
называется схемой лампового генератора с самовозбуждением с
индуктивной обратной связью. Генераторы с самовозбуждением
часто называются автогенераторами.
Существует много разновидностей схем автогенераторов. Они
отличаются способами питания лампы (последовательное и
параллельное) и способом обратной связи (индуктивная,
автотрансформаторная и емкостная).
Последовательное и параллельное питание лампы. В схеме,
показанной на рис. 145, а, лампа, контур и источник питания
включены последовательно. Такая схема называется схемой
последовательного анодного питания. В передатчиках применяют также
схему параллельного анодного питания (рис. 145, б). Лампа и
колебательный контур подключены к анодному источнику
параллельно. При этом
контур не находится под
постоянным анодным
напряжением, которое для
мощных ламп составляет
тысячи вольт. Настройка
контура безопасна для
оператора.
Пульсирующий
анодный ток лампы
разделяется на две цепи. Через
конденсатор Ср в
колебательный контур протекает
переменная составляющая.
Постоянный ток в этой
цепи не протекает, этому
препятствует конденсатор
Ср. Дроссель L3P является
препятствием для
переменной составляющей тока.
Через этот дроссель и
источник анодного
питания Е& протекает
постоянная составляющая тока.
Трехточечные схемы.
Рассмотрим схемы
генераторов с
автотрансформаторной и емкостной
обратной связью. В генераторе
с автотрансформаторной связью (рис. 146, а) напряжение обратной
связи снимается с части катушки контура LK. Необходимая фаза
обратной связи достигается тем, что провод, идущий от катода
лампы, подключен к среднему выводу контурной катушки, а про-
Рис. 146. Схемы генераторов:
а — с автотрансформаторной обратной связью,
б — с емкостной обратной связью
201

вода от сетки и анода — к ее концам. Переменные напряжения
на сетке и аноде сдвинуты по фазе на 180°.
В схеме с емкостной связью (рис. 146, б) напряжение обратной
связи снимается с конденсатора Сг- Изменение частоты в этой
схеме осуществляется изменением индуктивности, например, при
помощи вариометра.
В схемах с автотрансформаторной и емкостной связями контур
подключают к лампе тремя точками, поэтому такие схемы часто
называются трехточечными. Назначение деталей Rc, Сс и Lc в
схеме, показанной на рис. 146, б, рассмотрим в следующем
параграфе.
§ 42. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
Схемы каскадов усиления мощности. Все каскады усилителя
мощности передатчика выполняют по схеме генераторов с
независимым, или посторонним, возбуждением. У таких генераторов
переменное напряжение на сетку лампы подается от другого
генератора, например от возбудителя.
-dp
-0
СР
1—.f -|—I
+ /?/¦-
-/
Рис. 147. Схема генератора с посторонним
возбуждением с параллельным анодным питанием
Каскады усиления мощности могут быть выполнены и с
последовательным и с параллельным анодным питанием. Схему
параллельного питания (рис. 147) применяют чаще.
Рассмотрим работу генератора с посторонним возбуждением.
Под действием переменного напряжения на сетке анодный ток
лампы становится пульсирующим. Переменная составляющая
этого тока протекает через конденсатор Ср в контур и пополняет
потери энергии в нем. Чтобы колебания в контуре имели большую
амплитуду, необходимо настроить контур в резонанс с частотой
переменного напряжения на сетке. Для настройки контура служит
конденсатор переменной емкости Ск.
Усилитель мощности передатчика может содержать несколько
каскадов. Первые каскады называются промежуточными, а
последний, связанный с антенной,— выходным, или оконечным.
Маломощные колебания на выходе возбудителя последовательно уси-
202

ливаются каждым каскадом. В зависимости от назначения
передатчика в антенну могут поступать колебания очень большой
мощности (сотни киловатт).
Умножение частоты. В промежуточных каскадах
коротковолновых передатчиков часто производят умножение частоты. При
этом возбудитель работает на сравнительно низкой частоте, а
контур в анодной цепи промежуточного каскада настраивается на
частоту в два или три раза более высокую (на вторую или третью
гармонику).
Как будет показано дальше, при умножении легче обеспечить
стабилизацию частоты передатчика. Кроме того, при этом
уменьшается влияние анодной цепи промежуточного каскада на цепь
сетки, так как контуры в этих цепях настроены на разные частоты.
Это увеличивает устойчивость работы схемы. Однако к. п. д.
каскада в режиме умножения частоты ниже, чем в режиме усиления.
Рис. 148 Сложная схема выходного каскада
Схемы выходных каскадов. Выходные каскады передатчиков
собирают по простой или сложной схеме. В выходном каскаде,
выполненном по простой схеме, антенну включают непосредственно
в анодную цепь лампы. Недостатком такой схемы является то, что
передатчик излучает, кроме основной частоты, еще целый ряд
гармоник и создает помехи расположенным поблизости приемникам.
Сложная схема выходного каскада маломощного передатчика
показана на рис. 148. В анодную цепь включен колебательный
контур, который настраивают на частоту переменного напряжения на
сетке конденсатором Ск.
С катушкой контура LK индуктивно связана катушка антенны
La. Антенная цепь настраивается в резонанс с контуром LiKL>n
изменением индуктивности и емкости. Для грубой настройки этой
цепи служит переключатель, изменяющий индуктивность катушки
LA, для плавной настройки — конденсатор СА. Когда антенная
цепь настроена точно на частоту колебаний контура /-'кС-к» индикэ-
203

торная лампочка Л горит наиболее ярко. После настройки антен
ной цепи лампочка выключается (замыкается накоротко) ключом
К. Для настройки антенной цепи может быть использован и
вариометр.
В мощных передатчиках для получения наибольшего тока в
антенне, кроме того, подбирают наивыгоднейшую связь анодного
контура и антенной цепи.
Все рассмотренные схемы возбудителей, промежуточных и
выходных каскадов могут быть выполнены и на тетродах и на
пентодах. Маломощные генераторы работают на лампах приемно-уси-
лительной серии. Для мощных передатчиков выпускают
специальные генераторные лампы.
Полезная мощность и к. п. д. Работа генератора
характеризуется следующими величинами:
колебательной (полезной) мощностью в контуре /V,
мощностью потерь на аноде лампы Ра, которая затрачивается
на нагрев анода;
подводимой мощностью Р, которую генератор получает от
анодного источника.
Р = Рк + Ра.
Если по каким-либо причинам колебания в контуре не
возникают, например в случае обрыва в цепи контура, то вся мощность,
получаемая от источника анодного питания, затрачивается на
нагрев анода лампы. При этом анод недопустимо нагревается и
лампа может выйти из строя.
Даже в том случае, если контур не настроен на частоту
переменного напряжения на сетке и колебания в нем имеют небольшую
амплитуду, на аноде лампы может выделяться недопустимо
большая мощность. Поэтому при настройке мощного передатчика
соблюдают меры предосторожности. Контур в анодной цепи
настраивают при пониженном анодном напряжении, а контур в цепи
антенны — при слабой связи с антенной.
К. п. д. каскада определяется формулой
К. п. д. зависит от того, в каком режиме работает лампа. В
промежуточных и выходных каскадах мощных передатчиков низкий
к. п. д. недопустим.
Режимы работы ламповых генераторов. Некоторые
маломощные генераторы, например в измерительной аппаратуре, работают
в режиме колебаний первого рода без отсечки анодного тока. Этот
режим аналогичен режиму класса А в усилителях звуковой
частоты. Переменная составляющая анодного тока в этом режиме будет
синусоидальной. Однако форма анодного тока в генераторах не
имеет такого большого значения, как в усилителях низкой часто-
204

ты, по причинам, рассматриваемым ниже. Поэтому режим
колебаний первого рода, имеющий низкий к. п. д., редко применяют в
генераторах.
Значительно выгоднее режим колебаний второго рода с
отсечкой анодного тока. Этот режим имеет много общего с режимом
класса В в усилителях низкой частоты. Рабочую точку (р. т.)
выбирают в начале динамической характеристики анодного тока
(рис. 149), а иногда и за пределами характеристики.
Рис. 149. График работы лампы в режиме коле-'
баний второго рода
Анодный ток имеет форму импульсов. Высота импульсов, угол
отсечки 0, а следовательно, и длительность промежутков между
импульсами зависят от величины напряжения смещения Е0 и
амплитуды возбуждения Umc. В промежутках между импульсами
анодный ток отсутствует, энергия на нагрев анода не расходуется.
Пополнение потерь энергии в контуре происходит так же, как и в
режиме колебаний первого рода, а потери на нагрев анода
уменьшаются. Поэтому к. п. д. в режиме колебаний второго рода выше,
чем в режиме колебаний первого рода.
Однако режим работы с отсечками имеет и недостатки. Дело
в том, что ток в анодной цепи имеет несинусоидальную форму,
а следовательно, кроме основной частоты, содержит целый ряд
других частот, кратных основной (гармоник). Но во всех случаях,
помимо умножения частоты, контур в анодной цепи генератора
настроен на частоту переменного напряжения на сетке, т. е. на
первую гармонику тока. В контуре возникают колебания только
205

этой частоты, так как для токов всех других частот он имеет
малое сопротивление. При несинусоидальном анодном токе
колебания в контуре имеют синусоидальную форму. Контур
«отфильтровывает» высшие гармоники. Этим и объясняется то, что форма
анодного тока в генераторах не имеет такого большого значения,
как в усилителях низкой частоты.
Правда, полностью подавить высшие гармоники удается не
всегда. Хотя и слабо, они воздействуют на антенну передатчика и
излучаются в окружающее пространство. Это может создать
помехи близко расположенным приемникам. Например, если
передатчик работает на волне 20 м A5 Мгц) и одновременно излучает
вторую гармонику, то он может воздействовать на приемник,
настроенный на волну 10 м C0 Мгц).
Уменьшить излучение гармоник можно, применяя контуры,
настроенные па основную частоту. Чем больше контуров имеет
передатчик, тем лучше обеспечивается подавление гармоник.
С этой точки зрения сложная схема выходного каскада,
показанная на рис. 148, более выгодна, чем простая.
Соотношение между амплитудами гармоник зависит от формы
анодного тока, точнее от угла отсечки. Установлено, что при угле
отсечки "в, равном 120°, высшие гармоники относительно малы,
а составляющая основной частоты имеет наибольшую амплитуду.
Поэтому при работе каскада в режиме усиления выгодно выбирать
угол отсечки 120°.
При умножении частоты угол отсечки выбирается другим.
Расчеты показывают, что наибольшая амплитуда второй гармоники
получается при угле отсечки 60°, а третьей — при 40°. Такую
отсечку и нужно обеспечить при удвоении или утроении частоты.
При умножении частоты в промежуточном и выходном
каскадах передатчика необходимо подавить частоту возбудителя, чтобы
колебания этой частоты не излучались антенной. Это является
более трудной задачей, чем фильтрация гармоник, и требует
большого числа колебательных контуров.
Смещение на сетке лампы генератора. Напряжение смещения
на управляющую сетку генераторной лампы можно подавать от
отдельного источника. Однако такой способ слишком дорог и
применяется лишь в мощных передатчиках. Для маломощных
устройств используют схемы автоматического смещения.
Как уже говорилось, искажение формы сигнала в генераторах
не имеет такого большого значения, как в усилителях звуковой
частоты. Поэтому генераторные лампы, как правило, работают
с сеточными токами и напряжение смещения получают от
сеточного тока. Для этого в цепь сетки лампы включают резистор RG
(см. рис. 147). Сеточный ток, протекая через резистор, создает на
нем падение напряжения. Плюс этого напряжения подается на
катод, а минус — на сетку лампы. Чтобы ток высокой частоты не
давал падения напряжения на резисторе i?c, он заблокирован кон-
206

денсатором Сс. Резистор можно включить и так, как показано
на рис. 148.
Особенно важно применять автоматическое смещение от
сеточного тока в генераторах с самовозбуждением. При правильном
выборе резистора йс рабочая точка находится на крутом участке
характеристики лампы. При этом колебания возникают
сравнительно легко и амплитуда их плавно возрастает («мягкий» режим
самовозбуждения). Если же детали сеточного смещения в схеме
генератора отсутствуют, то колебания возникают скачкообразно
(«жесткий» режим самовозбуждения).
При расчете схемы генератора определяют постоянную
составляющую сеточного тока и по заданному напряжению смещения
подсчитывают величину сопротивления Rc. Если резистор R0
включен так, как показано на рис. 148, и имеет сравнительно
небольшую величину, то через него могут замыкаться токи высокой
частоты. Для устранения этого последовательно с резистором Rc
включают дроссель высокой частоты Lc (см. рис. 146, б).
Недонапряженный, критический и перенапряженный режимы.
При работе генератора с сеточными токами напряжение на сетке
в некоторые моменты времени положительно. При этом анодный
ток лампы имеет наибольшее значение и дает наибольшее падение
напряжения на нагрузке. Нагрузкой в анодной цепи лампы
является параллельный контур, сопротивление которого при
резонансе велико.
Напряжение анодного источника в любой момент времени
равно сумме напряжения между анодом и катодом и напряжения на
нагрузке. Следовательно, в те моменты, когда увеличивается
напряжение на нагрузке, на аноде оно уменьшается. Именно в те
моменты, когда на сетке наибольший положительный потенциал,
напряжение на аноде будет наименьшим.
Если напряжение возбуждения на сетке лампы имеет большую
амплитуду, то в некоторые моменты оно может оказаться равным
напряжению на аноде и даже стать больше него. В связи с этим
различают недонапряженный, критический и перенапряженный
режимы работы генератора.
В недонапряженном режиме при всех изменениях
напряжения на сетке оно остается меньше напряжения на аноде. Это
может быть лишь при малой амплитуде напряжения возбуждения.
При этом переменная составляющая тока мала, мала
колебательная мощность Рк и к. п. д. каскада в этом режиме получается
небольшим.
Более выгодным является критический режим, при котором
наибольшее напряжение на сетке равняется наименьшему
напряжению на аноде. При дальнейшем увеличении амплитуды
возбуждения или неправильном выборе сопротивления нагрузки
(резонансное сопротивление анодного контура) может возникнуть
перенапряженный режим. Он невыгоден, так как форма анодного тока
207

недопустимо искажается, импульс «раздваивается», а к. п. д.
возрастает лишь на несколько процентов. Поэтому ламповые
генераторы чаще всего работают в критическом или несколько недона-
пряженном режиме.
§ 43. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ В РАДИОПЕРЕДАТЧИКАХ
Значение стабилизации частоты. Каждому радиопередатчику
отводится определенная частота (длина волны). На эту частоту
настраивается приемник корреспондента. Если в процессе работы
частота колебаний, излучаемых передатчиком, меняется, то прием
его ухудшается, а иногда становится совсем невозможным.
В современной технике передача сигналов происходит с
большой скоростью. Радиоаппаратура должна обеспечивать
беспоисковую бесподстроечную связь. Это значит, что при вхождении в связь
нельзя настраивать приемник и «искать» корреспондента. Связь
должна быть обеспечена с первого же сигнала, а в процессе
работы недопустима подстройка приемника, так как перерыв в связи
даже на несколько секунд создает потерю большого количества
передаваемых сигналов.
Все эти требования можно выполнить лишь при условии
высокого постоянства (стабильности) частоты передатчика. Кроме
того, если передатчик отклоняется от заданной частоты, то он
создает помехи другим линиям радиосвязи.
По существующим нормам допустимые отклонения частоты
передатчика от номинальной не превышают сотых долей
процента. Но есть много факторов, которые влияют на частоту
передатчика и изменяют ее Необходимо принимать специальные меры,
чтобы стабилизировать частоту передатчика.
Существуют две системы стабилизации частоты:
параметрическая и кварцевая.
Параметрическая стабилизация заключается в подборе таких
параметров и элементов схемы, при которых частота генератора
мало зависит от внешних причин. При работе радиостанции
температура окружающей среды может изменяться в широких
пределах. Кроме того, расположенные вблизи деталей контура другие
детали схемы, например лампы, в процессе работы нагреваются.
При изменении температуры, хотя и в слабой степени,
меняются линейные размеры конденсатора и катушки,
диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора, сопротивление
проводов. Следовательно, изменяются и емкость и индуктивность
контура.
Чтобы уменьшить влияние температуры, применяют
материалы, которые мало меняют свои свойства при ее изменении В
качестве диэлектриков используют особые сорта керамики
(радиокерамику). Пластины конденсатора изготовляют из специальных
сплавов.
208

Задающий генератор выполняют на лампе малой мощности,
чтобы она не нагревалась при работе. В тех случаях, когда частота
генератора должна быть особенно устойчивой, его помещают в
термостат. Это устраняет также влияние изменения влажности и
атмосферного давления.
При повышении температуры емкость конденсатора и
индуктивность катушки немного увеличиваются. Чтобы
скомпенсировать эти изменения, параллельно конденсатору контура
включают дополнительный конденсатор с диэлектриком из тиконда.
При нагревании тикондового конденсатора его емкость
уменьшается. Общее изменение емкости контура при изменении
температуры будет очень малым.
На частоту автогенератора влияет также изменение питающих
напряжений. При работе лампы вокруг катода образуется
пространственный заряд. От его объема и плотности зависят
междуэлектродные емкости лампы. При изменении постоянных
напряжений на электродах меняется объемный заряд, а следовательно,
и величины междуэлектродных емкостей. Это влияет на частоту,
в особенности в генераторах дециметровых и сантиметровых волн.
Все питающие напряжения генератора должны быть постоянны,
С этой целью в цепь накала генераторной лампы включают
бареттер, а питание анода и экранной сетки осуществляют через
стабилизатор.
Параметрическую стабилизацию легче осуществить, когда
возбудитель работает на сравнительно низкой частоте. Если частота
возбудителя составляет, например, 0,25 Мгц, то изменение ее на
1% будет равно отклонению от заданной частоты всего на 2,5 кгц.
Если же возбудитель работает на частоте 3 Мгц, то изменение ее
на 1% составит 30 кгц При таком большом изменении частоты
прием у корреспондента прекратится. Поэтому параметрическую
стабилизацию обычно осуществляют в схемах, работающих с
умножением частоты.
Механические вибрации деталей возбудителя также влияют на
его частоту. Это особенно учитывают при конструировании
передвижных радиостанций, применяя прочное крепление деталей и
жесткий монтаж.
Кварцевая стабилизация. Параметрическая стабилизация
осуществляется при работе передатчика на всех частотах заданного
диапазона. В отличие от нее кварцевая стабилизация может
осуществляться только на одной или нескольких кратных частотах.
Принцип кварцевой стабилизации заключается в том, что в
схему возбудителя включают особым образом вырезанную пластинку
кварца (горного хрусталя). Эту пластинку помещают в кварцедер-
жателе между двумя металлическими обкладками. Кварц обладает
пьезоэлектрическим эффектом. Если к металлическим обкладкам
подвести переменное напряжение, то кварц будет совершать
механические колебания, т. е. сжиматься и расширяться. Кварцевая
209

пластинка имеет несколько собственных частот колебаний,
зависящих от ее размеров. Обычно используют так называемые
колебания по толщине. При этом собственная частота кварца
определяется формулой
,__ 2,84
/ — h >
=fcf„
Рис. 150 Схема
замещения
кварца
где / — частота колебаний, Мгц;
Ъ — толщина пластинки, мм.
Пластинка толщиной 1 мм имеет частоту 2,84 Мгц (волна
около 105 м). Очень тонкую пластинку изготовить трудно, поэтому в
передатчиках, работающих с кварцем, обычно
применяют умножение частоты. Возбудитель
работает на сравнительно низкой частоте, а в
последующих каскадах частота увеличивается
в 2—3 раза и более.
Кварцевая пластинка по своим свойствам
эквивалентна колебательному контуру. На рис.
150 показана схема замещения кварца. Левая
ветвь схемы состоит из элементов Ск, LK и гк,
характеризующих свойства кварцевой
пластинки, а правая содержит емкость С0, зависящую
от конструкции кварцедержателя. Если
подсчитать добротность такого контура, то
окажется, что она достигает нескольких десятков
тысяч. Собственная частота кварцевой пластинки
определяется величинами LK и Ск, которые образуют
последовательный колебательный контур. Собственная частота всей схемы
/о, с учетом емкости С0, выше частоты /к, но близка к ней.
(Емкость внутри контура включена последовательно с емкостью Ск.)
Таким образом, кварц,
помещенный в кварцедержатель,
эквивалентен колебательному контуру
с высокой добротностью,
имеющему две резонансные частоты /к
и /о.
Кварц может быть включен в
схему несколькими способами.
Чаще всего его включают в цепь
сетки (рис. 151). Такая схема
называется осцилляторной.
Резонансная частота контура LKCK в
анодной цепи этой схемы должна
лежать в пределах от /к до /0.
При включении схемы в
контуре LKCK возникают свободные колебания. Через емкость Сао
колебания воздействуют на кварцевый контур. Частота колебаний
с„
±г
/7
С
-1-0 f <гЛ—
Рис.
- +
151 Схема генератора
кварцем в цепи сетки
210

этого контура очень стабильна. Переменное напряжение, которое
подается с кварца на сетку лампы, поддерживает устойчивую
частоту колебаний в контуре.
Так как кварц не имеет проводимости для постоянного тока, то
параллельно ему включают сопротивление утечки R0. Для того
чтобы оно не шунтировало кварц и не снижало его добротности,
нужно выбирать Rc достаточно большим. На сопротивлении йс
создается также напряжение автоматического смещения.
Кварцевая стабилизация особенно удобна для передатчиков,
работающих на одной определенной частоте, например для
радиовещательных станций. Если же радиостанция должна работать на
разных частотах, то для каждой частоты нужна отдельная
кварцевая пластинка. Существуют схемы кварцевой стабилизации и в
плавном диапазоне частот, но они сложны.
§ 44. УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЯМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Для передачи каких-либо сообщений необходимо управлять
колебаниями передатчика, т. е. осуществлять манипуляцию или
модуляцию колебаний.
Манипуляция
При работе радиотелеграфного передатчика сигналы создаются
ключом или телеграфным аппаратом и воздействуют на колебания
высокой частоты. Этот процесс называется манипуляцией.
В простейшем случае, например при радиолюбительской связи,
амплитудная манипуляция осуществляется при помощи
телеграфного ключа. При нажатом ключе передатчик излучает
колебания с определенной амплитудой, при отжатом ключе
амплитуда колебаний падает до нуля, излучение прекращается.
Работа ключом осуществляется в соответствии с азбукой
Морзе, где каждая буква или цифра обозначается определенным
сочетанием точек и тире (рис. 152). Прием ведется на слух.
Скорость передачи ключом очень мала. Радист может
передавать не более 30—40 слов в минуту. Поэтому на магистральных
линиях радиосвязи применяют телеграфные аппараты. Они
работают с большей скоростью, и кроме того, позволяют вести прием
непосредственно на телеграфную ленту. Но телеграфный аппарат
регистрирует и помехи, которые возникают во время паузы. Чтобы
уменьшить влияние помех, применяют частотную
манипуляцию. Во время передачи сигнала ток в антенне имеет одну
частоту, а во время паузы — другую (рис. 153).
В приемнике ток одной частоты превращается в постоянный
ток определенного направления, а ток другой частоты — в
постоянный ток противоположного направления. Частотная манипуляция
211

не только уменьшает влияние помех, но и уменьшает спектр час
тот, излучаемых передатчиком. Как будет показано ниже, это дает
большие преимущества.
Модуляция
Процесс управления колебаниями высокой частоты при
передаче речи, музыки или телевизионных сигналов называется
модуляцией.
Переменный ток высокой частоты, который протекает в антенне
передатчика при отсутствии сигнала, называется током несущей
частоты. Он характеризуется определенной амплитудой, частотой
и фазой. Зависимость тока от времени может быть выражена
уравнением:
j = /m()siri(cV + Фо).
где Imo — амплитуда тока;
wo — частота тока;
фо — фаза тока.
Передаваемые сигналы могут воздействовать на одну из этих
величин. В соответствии с этим различают амплитудную,
частотную и фазовую модуляцию. Радиоаппаратура в основном работает
с амплитудной и частотной модуляцией.
В некоторых видах аппаратуры применяется также
импульсная модуляция.
Амплитудная модуляция (AM). Она наиболее часто
применяется при радиотелефонии, т. е. передаче сигналов звуковой
частоты. Амплитуда тока высокой частоты изменяется в такт звуковым
колебаниям (рис. 154). Действительное соотношение между
звуковой и несущей частотой на графике показать невозможно: на одно
колебание звуковой частоты приходятся тысячи высокочастотных
колебаний. Но из графика видно, что огибающая колебаний
высокой частоты повторяет форму тока звукового сигнала ij?.
Глубина модуляции, т. е. степень изменения амплитуд
высокочастотного колебания, в простейшем случае зависит от силы
звука. Чем громче звук, тем больше глубина модуляции. Для
количественной оценки служит коэффициент модуляции, равный
отношению прироста амплитуды тока несущей частоты к амплитуде
тока до модуляции. Коэффициент модуляции обычно выражают в
процентах.
т= Д?«..100%,
'ото
где Д/«, — прирост амплитуды тока при модуляции;
Jmo — амплитуда тока до модуляции.
При нормальной работе коэффициент модуляции имеет
величину 30—80%.
212

Рис. 152. Амплитудная
манипуляция:
а — первичные
телеграфные сигналы, б — ток в
антенне передатчика
Рис. 153. Частотная
манипуляция:
а — первичные
телеграфные сигналы, б — ток в
антенне передатчика, в — тон
в приемнике
Рис. 154. Амплитудная
модуляция:
а — колебания звуковой
частоты (первичный сигнал),
б — ток в антенне
передатчика

Процесс амплитудной модуляции не является сложением коле
баний высокой и низкой частоты. Это более сложный процесс.
Нелинейные системы. Модуляцию колебаний высокой частоты
в передатчиках и некоторые другие процессы в радиоаппаратуре,
например детектирование и преобразование частоты в приемниках,
осуществляют при помощи нелинейных элементов цепи.
Рассмотрим этот вопрос подробнее, так как он имеет большое
значение в радиотехнике.
Известно, что закон Ома выражает зависимость между
напряжением, приложенным к данному сопротивлению, и протекающим
по нему током.
U
R '
/ =
Ток в цепи изменяется пропорционально напряжению.
Зависимость тока в цепи от приложенного к ней напряжения называется
вольт амперной
характеристикой цепи.
Закон Ома справедлив для
цепи постоянного и
переменного тока с активным
сопротивлением, а также для
действующих значений
переменных токов и напряжений в
цепях с индуктивностью или
емкостью. При этом
предполагается, что активное
сопротивление, индуктивность и
емкость постоянны, не
зависят от напряжения и тока в
цепи, т. е. являются
линейными элементами. Вольтам-
перная характеристика цепи,
состоящей из линейных
элементов, изображается прямой
линией (рис. 155, а).
Рассуждая строго,
активное сопротивление, емкость и
индуктивность изменяются
при изменении тока или напряжения. Однако в большинстве
случаев изменения этих величин так незначительны, что ими
пренебрегают и считают все элементы электрической цепи линейными
элементами.
Если к линейной цепи приложить переменное напряжение
(рис. 155; б), то, как видно из графика, изображенного на
рис. 155, в, форма тока в цепи в точности соответствует
приложенному напряжению. При воздействии переменного синусоидального
Рис. 155. Воздействие переменного
напряжения на цепь с линейными
элементами:
а — вольтамперная характеристика
линейной системы, б — график напряжения, е —
график тока
214

и транзистор могут считаться
1т,
V:
±L
Jut 1и hi
f
напряжения с частотой ш = 2я/ точно такую же частоту будет
иметь и ток.
Но во многих случаях принципиально необходимы нелинейные
элементы, характеристики которых отличаются от прямой.
Примером может служить выпрямитель, в цепи которого при
приложенном переменном напряжении должен протекать выпрямленный
пульсирующий ток.
В радиотехнике наиболее часто приходится иметь дело с
характеристиками электронных ламп и транзисторов. Эти
характеристики имеют прямолинейные участки (см. рис. 13 и 41). При
работе в пределах этого участка лампа
линейными элементами. Если же
при работе используются и
криволинейные участки, то возникают
нелинейные искажения. При
рассмотрении вопроса о нелинейных
искажениях (§ 33) было показано,
что при этом на выходе устройства
возникают новые частоты, которых
не было на входе. Это является
принципиальным отличием работы
нелинейных систем и имеет
большое значение для осуществления
процесса модуляции.
При амплитудной модуляции
на входе модулируемого каскада
действуют переменные
напряжения несущей и звуковой частоты, а на выходе каскада, кроме этих
частот, получаются и другие. Следовательно, модулируемый каскад
передатчика является нелинейным элементом. Другими словами,
он должен всегда работать в режиме колебаний второго рода. При
работе этого каскада в режиме колебаний первого рода (на
прямолинейном участке характеристики лампы) модуляцию осуществить
нельзя.
Состав AM колебания. Теория и практика показывают, что
модулированные колебания являются суммой нескольких
высокочастотных колебаний с разными частотами и амплитудами.
Если модуляция осуществляется простым, т. е. синусоидальным
звуком с частотой F, то модулированное колебание содержит три
составляющие:
колебание несущей частоты /;
колебание верхней боковой частоты f+F;
колебание нижней боковой частоты /—F.
Например, если несущая частота 1 Мгц, а звуковая 1 кгц, то
верхняя боковая частота составляет 1001 кгц, а нижняя — 999 кгц.
Амплитуды боковых колебаний одинаковы и всегда меньше
половины амплитуды колебания несущей частоты.
Рис. 156. Спектральная
диаграмма AM колебания при
модуляции одним тоном
215

к
Состав модулированного колебания можно показать при
помощи спектральной диаграммы (рис. 156). На горизонтальной оси от
кладывают частоты, вертикальные отрезки соответствуют ампли
тудам колебаний.
При модуляции сложным звуком, который состоит из
нескольких синусоидальных колебаний, состав модулированного
колебания более сложен. Каждый простой звук, т. е. каждый тон, дает
свою пару боковых частот. В результате образуется верхняя и
нижняя боковые полосы частот (рис. 157). Передатчик излучает целый
спектр частот. Общая ширина спектра определяется теми
составляющими, частоты которых наиболее отличаются от несущей. Эти
составляющие возникают при
воздействии звука самого
высокого тона. Следовательно,
ширина спектра зависит от
наивысшей частоты
модуляции. Она равна удвоенной
верхней частоте модуляции.
_ В § 33 было показано,
*~ что для передачи речи доста-
I a. i | <* § (а| точна полоса звуковых частот
'^fl^l i^^i До 3000 гц. Это соответствует
l||ll j^l^l ширине спектра частот нере-
II ' ' датчика 6 кгц. При высоком
Рис 157. Спектральная диаграмма AM качестве передачи музыки
колебания при модуляции сложным верхняя звуковая частота со-
авУком ставляет 15—20 кгц, что
соответствует ширине спектра
30—40 кгц. На такую полосу частот и следовало бы проектировать
радиоаппаратуру. Но практически полоса пропускания аппаратуры
бывает меньше. При этом самые нижние и самые верхние боковые
частоты не воспроизводятся и форма передаваемого сигнала
несколько искажается.
Сужение спектра частот необходимо по многим причинам. Во-
первых, обеспечить широкую полосу пропускания всего тракта
радиосвязи или радиовещания технически очень трудно.
Аппаратура получается сложной. Во-вторых, при современном уровне
развития техники много радиопередатчиков работают
одновременно. Каждому из них должна быть отведена определенная полоса
частот. В диапазоне средних и даже промежуточных волн имеется
мало частот, и передатчикам в этих диапазонах «тесно». И,
наконец, в-третьих, сужение полосы пропускания радиотелефонной
аппаратуры до 9—10 кгц внесет вполне допустимые искажения.
Схемы амплитудной модуляции. Амплитудная модуляция
осуществляется в одном из промежуточных каскадов передатчика.
В схеме возбудителя амплитудную модуляцию не осуществляют,
так как при этом снижается стабильность частоты передатчика.
216

В соответствии с колебаниями звуковой частоты изменяется
напряжение на аноде или одной из сеток лампы промежуточного
каскада. В соответствии с этим различают схемы анодной и
сеточной модуляции или модуляции на экранную или защитную сетку.
Рис. 158. Схема сеточной модуляции
Одной из распространенных схем является схема сеточной
модуляции, в которой звуковой сигнал воздействует на управляющую
сетку (рис. 158). Источником напряжения звуковой частоты
служит микрофон, включенный в первичную обмотку
трансформатора Тр. На вторичной обмотке создается напряжение звуковой
частоты up, которое периодически
складывается с напряжением Е0
или вычитается из него.
Одновременно на управляющую
сетку лампы действует напряжение
высокой частоты с предыдущего
каскада передатчика. Для токов
высокой частоты источник
смещения и вторичная обмотка
микрофонного трансформатора
зашунтированы конденсаторами
С\ и Сг.
Как уже говорилось,
напряжение смещения и амплитуду
высокочастотных колебаний
выбирают так, чтобы обеспечить
работу лампы с отсечками
анодного тока. Следовательно,
анодный ток будет импульсным
(рис. 159). При отсутствии
звука высота импульсов анодного
Ток микрофона
Рис. 159. Графики процесса
сеточной и анодной модуляции
217

тока неизменна. При воздействии звука импульсы тока изменяются
в соответствии с изменениями тока в микрофоне. В колебательный
контур LKCK подается большее или меньшее количество энергии,
и переменный ток в контуре, а следовательно, и в антенной цепи
будет модулированным.
Такую схему применяют в маломощных передатчиках, где все
питающие напряжения сравнительно невелики. В передатчиках
большой мощности колебания звуковой частоты, возникающие
на вторичной обмотке трансформатора, усиливаются усилителем
низкой частоты и только после этого подаются в цепь сетки
модуляторной лампы. Усилитель низкой частоты вместе с микрофоном
называется модуляционным устройством или модулятором.
мовулятор
генератор
Рис 160 Схема анодной модуляции
В каскадах с мощными триодами используют схему
анодной модуляции (рис. 160). Напряжение звуковой частоты
усиливается лампой модулятора. Нагрузкой этой лампы служит
трансформатор низкой частоты Тр, на вторичной обмотке которого
возникает усиленное напряжение звуковой частоты. Через эту
обмотку подается анодное питание на лампу генератора. Под
воздействием звуковых колебаний напряжение на аноде генераторной
лампы меняется со звуковой частотой. Напряжение смещения,
снимаемое с сопротивления Дс, обеспечивает работу лампы с
отсечками анодного тока. Импульсы анодного тока изменяются по высоте,
и колебания в контуре становятся модулированными. Кривые
токов, приведенные на рис. 159, соответствуют физическим
процессам и в данной схеме.
В передатчиках малой и средней мощности в качестве
генераторных ламп используют пентоды и лучевые тетроды. Если
подавать напряжение звуковой частоты на экранную сетку, то
получится модуляция на экранную сетку, а если подавать его и на анод
и на экранную сетку, то можно осуществить анодно-экран-
ную модуляцию. Анодно-экранная модуляция позволяет
лучше использовать лампу, получить большую полезную мощность.
218

Частотная модуляция (ЧМ). При частотной модуляции
передаваемый сигнал воздействует на частоту колебаний передатчика.
Из рис. 161 видно, что при отсутствии сигнала в антенне
передатчика протекает немодулированный ток высокой частоты (ток
несущей частоты). При воздействии сигнала частота колебания
меняется. На графике показан простейший случай модуляции
синусоидально изменяющимся напряжением. В течение одного
полупериода частота тока в антенне больше частоты несущей, в течение
другого — меньше. Она изменяется в такт с изменением звукового
сигнала. Чем громче звук, тем больше изменения частоты.
Амплитуда тока в антенне остается неизменной.
1А
36у па.
нет !^"""
ЛА А аЬаП
1
1
ШШЛЛ1Л
Ш1/1Щ1
Звук
ЛЛАЛ
i/vvVl
I
i
i
/1/1/"
Рис. 161 Частотная модуляция-
•колебания звуковой частоты (первичный сигнал),
б — ток в антенне передатчика
Глубина модуляции, т. е. степень воздействия сигнала на
несущую частоту, в этом случае оценивается девиацией частоты.
Девиация частоты есть наибольшее отклонение ее от среднего значения
(от несущей частоты).
На графике (рис. 161) показан только принцип частотной
модуляции. Чтобы сделать график более наглядным, изменения
частоты показаны слишком резкими. В действительности, в процессе
модуляции частота изменяется лишь на десятые доли процента.
Например, при несущей частоте 30 Мгц изменения частоты
составляют 20 кгц. Отношение девиации частоты Д/ к модулирующей
частоте F называется индексом модуляции и обозначается щ:
__ 'макс
Til f — j; .
Частотная модуляция имеет большое преимущество перед
амплитудной, так как позволяет значительно ослабить помехи в
радиоприемнике. Кроме того, в передатчиках ЧМ лучше используются
лампы. При всех изменениях сигнала они работают на полной
мощности.
Однако частотная модуляция имеет и очень большой
недостаток, ограничивающий ее применение в передатчиках длинных,
средних и даже коротких волн. Дело в том, что передатчик ЧМ при
219

тТТтГ
> —
<
1
к
ч
[
•5
Mit.
^
передаче одного и того же сигнала излучает гораздо более
широкую полосу частот, чем передатчик AM.
Расчеты показывают, что даже в простейшем случае модуляций
синусоидальным тоном колебание, модулированное по частоте,
содержит не две боковые частоты, а бесконечно большое число их
(рис. 162). Каждая последующая составляющая отличается от
предыдущей на частоту, равную частоте модуляции F. Боковые
частоты образуют спектры частот.
Соотношение амплитуд в спектре зависит от индекса
модуляции vfif. Если m,f гораздо меньше единицы, то значительные
амплитуды имеют только первые боковые частоты f+F и f—F. В этом
случае полоса пропускания
/д,| аппаратуры может быть
такой же, как при амплитудной
модуляции. Это случай
узкополосной частотной
модуляции. При узкополосной
модуляции качество передач низ-
¦*-. ^.^ ^Д ^ кое, а помехи подавляются
слабо.
Рис. 162. Спектральная диаграмма Дри работе радиовеща.
тельных передатчиков,
которые должны обеспечить
высокое качество передачи сигнала, индекс модуляции rtif больше
единицы. При этом составляющие боковых частот имеют относительно
большие амплитуды, и для неискаженного воспроизведения
сигнала аппаратура должна обеспечить полосу пропускания в несколько
сотен килогерц.
Радиовещание с частотной модуляцией осуществляют на волнах
короче 5 м. Более длинные волны не могут быть использованы по
следующим причинам. Во-первых, как было показано в главе IV,
широкую полосу пропускания имеют контуры, настроенные на
достаточно высокую резонансную частоту. Во-вторых, в диапазоне
средних, промежуточных и коротких волн с трудом размещаются
даже AM передатчики, каждый из которых занимает полосу частот
всего 9 кгц. Метровый диапазон УКВ является значительно более
«вместительным», и здесь возможна работа ЧМ передатчика,
занимающего широкую полосу частот.
В отличие от амплитудной, частотная модуляция должна
осуществляться в задающем генераторе, так как влиять на частоту
передатчика в последующих каскадах практически невозможно.
Передаваемый сигнал, например колебание звуковой частоты,
воздействует на индуктивность или емкость контура возбудителя.
Широко применяется в передатчиках ЧМ схема с реактивной
лампой, т. е. с электронной лампой, внутреннее сопротивление
которой имеет индуктивный или емкостный характер. Такая схема
содержит лампу и цепь RC, обеспечивающую сдвиг фаз между
220

анодным током и анодным напряжением на 90°. Одна из таких
схем показана на рис. 163 (лампа Л2 и цепь RC). Возбудитель
собран на лампе Л\ по трехточечной схеме с индуктивной обратной
связью. Параллельно контуру возбудителя включена реактивная
лампа Л2. Параллельно зажимам анод — катод лампы Л% включена
цепь из сопротивления R и конденсатора С. В этой цепи протекает
переменный ток.
Рис. 163. Схема частотной модуляции с реактивной лампой
Uak
Ж
Сопротивление R выбирают большим, чтобы емкостное
сопротивление конденсатора С было значительно меньше R( 2-we" С -R 1.
При этом можно считать, что ток I в цепи RC будет совпадать по
фазе с переменным напряжением J7a на
аноде лампы Л2.
На конденсаторе С возникает переменное
напряжение U0 (рис. 164), которое отстает от
тока в этой цепи, а следовательно, и от
напряжения на аноде лампы Л2 на 90°.
Напряжение Uc с конденсатора С
подается на сетку лампы Л% (см. рис. 163), и в цепи
анода возникает переменная составляющая
тока, которая совпадает по фазе с сеточным
напряжением и отстает от напряжения на
аноде приблизительно на 90°.
Таким образом, переменный ток в анодной
цепи лампы Л% отстает от переменного
напряжения на аноде на угол, близкий к 90°. Это
имеет место в цепи переменного тока с
индуктивностью. Следовательно, лампа имеет реактивное сопротивление
индуктивного характера.
При работе микрофона в такт с колебаниями звуковой частоты
меняется крутизна характеристики и амплитуда переменной
составляющей анодного тока. При неизменном анодном напряжении
Рис. 164.
Векторная диаграмма
токов и
напряжений в схеме с
реактивной лампой
221

это равносильно изменению реактивного сопротивления лампы,
т. е. эквивалентной индуктивности. Так как реактивная лампа
включена параллельно контуру возбудителя ЬкСк, то будет
изменяться частота возбудителя.
Рис. 165. Виды импульсной модуляции:
- колебание звуковой частоты (первичный сигнал),
¦ модуляция по амплитуде, в — модуляция по фазе,
е — модуляция по длительности импульса
Импульсная модуляция. За последние годы значительное
распространение получили импульсные системы радиосвязи. В таких
системах передаваемый сигнал воздействует на прямоугольные
импульсы постоянного тока. В дальнейшем эти импульсы
преобразуются в импульсы токов высокой частоты, которые излучает
антенна передатчика.
При воздействии передаваемого сигнала, например колебаний
звуковой частоты (рис. 165, а), может изменяться амплитуда
(высота) , длительность (ширина) или частота чередования импульсов.
В соответствии с этим различают несколько видов импульсной
модуляции.
При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) под
действием сигнала изменяется амплитуда импульса (рис. 165, б). Этот вид
модуляции не имеет широкого применения. Как и при амплитуд-
222

ной модуляции синусоидальных колебаний, в этом случае на линию
радиосвязи сильно воздействуют помехи.
При временной импульсной модуляции (ВИМ) под
воздействием модулирующего напряжения импульсы смещаются по
времени (рис. 165, е). Этот вид модуляции иногда называется фазово-
импульсной (ФИМ).
Пропорционально напряжению сигнала может изменяться и
длительность импульса (рис. 165, г). Этот вид модуляции
называется длительно-импульсной (ДИМ) или широтно-импульсной
(ШИМ).
Схемы импульсной модуляции будут рассмотрены в главе XII.
§ 45. ПЕРЕДАТЧИКИ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ (СВЧ)
Частоты свыше 30 Мгц называются сверхвысокими частотами
(СВЧ). Как было показано в § 7 и 23, для работы на
сверхвысоких частотах оказываются непригодными обычные электронные
лампы и колебательные контуры, состоящие из конденсаторов и
катушек. Генерирование колебаний высоких частот имеет
некоторые особенности. С увеличением частоты колебаний уменьшаются
полезная мощность и к. п. д. У каждой электронной лампы
существует предельная частота, выше которой ее нельзя использовать в
схеме автогенератора: колебания не будут возбуждаться. Поэтому'
электронные лампы применяют
лишь на метровых волнах
диапазона СВЧ, т. е. на сравнительно
низких частотах. В этом диапазоне
наиболее часто используются
трехточечные схемы автогенераторов.
В диапазоне СВЧ неприменима
схема включения лампы с общим
катодом. Проходная емкость
лампы для сверхвысоких частот
представляет собой малое
сопротивление. Через эту емкость возникает
паразитная обратная связь.
Кроме того, в схеме с общим
катодом при изменении частоты
колебаний изменяется обратная
связь, т. е. нарушается режим
работы генератора. Наивысшая
частота генерируемых колебаний в
схеме с общим катодом ниже, чем
в схеме с общей сеткой.
Поэтому в диапазоне метровых волн, а также и на более
коротких волнах широко применяют схему с общей сеткой.
Наиболее распространенная однотактная схема генератора с об-
Рис. 166 Схема
автогенератора метрового диапазона волн
223

щей сеткой изображена на рис. 166. Для токов высокой частоты
сетка лампы заземлена через емкость С3, а катод изолирован от
корпуса через дроссели Др\ и Др2.
Между анодом и сеткой включен четвертьволновый коротко-
замкнутый отрезок линии, играющий роль колебательного
контура. Постоянная составляющая сеточного тока создает на
резисторе i?c напряжение смещения, определяющее режим работы
генератора. Конденсаторы С\, С2, С4 и С$ — блокировочные.
Частота колебаний, генерируемых схемой, регулируется
изменением длины отрезка линии LH. Обратная связь изменяется путем
изменения индуктивности дросселей Др\ и Др2. Изменение
обратной связи почти не влияет на генерируемую частоту.
Вход
Рис, 167. Схема двухтактного усилителя мощности
метрового диапазона волн
Генераторы метровых волн часто работают на симметричный
выход. В этом случае целесообразно использовать двухтактные
схемы, одна из которых показана на рис. 167.
Для переменных токов и напряжений сетки ламп заземлены
через конденсаторы С\ и С2. В анодные и катодные цепи
включены колебательные контуры. Каждый контур содержит виток
провода и переменный конденсатор небольшой емкости.
Входной колебательный контур, включенный в цепь катода,
заземлен через конденсатор С г, блокирующий анодный источник.
Напряжение возбуждения на сетке каждой лампы равно
половине напряжения, выделяющегося на контуре. Для постоянной
составляющей тока средняя точка входного контура соединена с
минусом анодного источника через дроссель L\.
Выходной колебательный контур, включенный в анодные цепи
ламп, для переменных токов заземлен через блокирующий
конденсатор Ci. Питающее напряжение на аноды ламп подается через
дроссель L2.
В диапазоне дециметровых волн применяют маячковые и ме-
таллокерамические лампы. В качестве колебательных систем в
224

этом диапазоне используют отрезки коаксиальных линии, которые
удобно соединять с дисковыми выводами ламп.
Для генерирования и усиления колебаний в диапазоне
сантиметровых волн применяют клистроны, магнетроны, лампы бегущей
волны и лампы обратной волны.
Клистроны. В клистроне энергия источников питания
преобразуется в переменный ток высокой частоты путем периодического
изменения плотности потока электронов в вакууме.
Колебательные системы в клистроне выполнены в виде
объемных резонаторов. Различают отражательные (однорезонаторные)
и пролетные (двухрезонаторные) клистроны.
Вход
Э- выход
Рис 168. Схема пролетного клистрона
В пролетном клистроне (рис. 168) электронный поток,
создаваемый катодом 1, фокусируется управляющей сеткой 2, на
которую подается небольшое напряжение Е0, отрицательное по
отношению к катоду. Изменяя это напряжение, можно управлять
электронным потоком. Под действием ускоряющего поля анода 3
электроны удаляются от катода и попадают в электрическое поле
первого резонатора Р\, который вместе с двумя сетками С\ и Сг
образует группирователь.
К резонатору Pi при помощи отрезка коаксиальной линии
подведено переменное напряжение высокой частоты. При этом
потенциалы сеток С\ и С2 попеременно изменяют свой знак. Когда
потенциал сетки С% положителен, а сетки С\ отрицателен, электроны
в пространстве между сетками приобретают большую скорость
(ускоряющее поле). Когда же потенциал сетки Сг отрицателен,
а сетки С\ положителен, движение электронов замедляется
(тормозящее поле).
8 Заказ № 1100
225

При воздействии высокочастотного переменного напряжения
электроны, прошедшие через сетки резонатора с меньшей
скоростью, сблизятся с электронами, которые пройдут через сетки
резонатора позднее, но с большей скоростью. Образуются сгустки и
разрежения электронного потока, происходит группирование
электронов. Возникает электронный поток с переменной плотностью.
На некотором расстоянии от резонатора Pi помещен второй
резонатор Р%, который вместе с сетками С3 и Ci образует
улавливатель. Через сетки улавливателя проходит электронный поток с
переменной плотностью и взаимодействует с электрическим полем
резонатора Р%
В момент, когда потенциал сетки Сц отрицателен, а сетки С3
положителен, сгустки электронов тормозятся полем резонатора и
отдают резонатору часть энергии. В следующий момент, когда
напряжение на сетках изменит знак, через резонатор пройдет участок
электронного потока с меньшей плотностью. При этом небольшая
часть энергии резонатора затрачивается на ускорение движения
электронов.
Энергия сгруппированных электронов выделяется в резонаторе.
Часть ее идет на покрытие потерь, а часть отводится в нагрузку.
Далее электроны попадают на анод 3 (иногда его называют
коллектором). Напряжение на аноде выбирают так, чтобы скорость
электронов вблизи анода была близка к нулю. При этом большая
часть энергии электронов отдается улавливателю.
Обычно резонатор Рг настраивают на ту же частоту, что и
резонатор Pi, и колебания на выходе клистрона имеют ту же частоту,
что и на входе. Но клистрон может работать и в режиме
умножения частоты. Для этого резонатор Pi настраивают на одну из
гармоник входного напряжения.
Мы рассмотрели работу клистрона с посторонним
возбуждением. Если же связать между собой резонаторы, например, при
помощи волновода, то клистронный генератор может работать в
режиме самовозбуждения. Частота генерируемых колебаний в этом
случае определяется размерами резонаторов. Недостатком работы
двухрезонаторного клистрона в режиме самовозбуждения является
то, что оба резонатора должны быть точно настроены на одну
частоту. При работе в диапазоне частот это трудно выполнить.
Поэтому двухрезонаторные клистроны применяют в основном для
усиления колебаний СВЧ или для умножения частоты в
радиопередатчиках. Их выпускают на частоты 400—10000 Щгц с мощностями
от нескольких ватт до десятков киловатт.
В отражательном клистроне один и тот же резонатор является
и груцпирователем и улавливателем (рис. 169). Электронный
поток, создаваемый катодом 1, фокусируется и управляется
напряжением на управляющей сетке 2. Ускоряющее поле создается
сетками 3, имеющими положительный потенциал. При включении
клистрона в резонаторе возникают свободные колебания, на сет-
226

( SI 1/0-
Г~Л
\л<У
ках 3 появляется переменное напряжение, под действием которого
электроны группируются по скорости. На отражатель 4 подается
напряжение, отрицательное- по отношению к катоду, поэтому
электронный поток попадает в тормозящее поле отражателя и
возвращается обратно к резонатору.
Напряжение на отражателе можно подобрать так, чтобы
группы электронов возвращались к резонатору в тот момент, когда Eia
сетке С\ отрицательный потенциал, а на сетке С2 положительный.
Движение электронов
тормозится, и они отдают часть своей
энергии резонатору. Это
повторяется периодически и в
резонаторе возникают
незатухающие колебания СВЧ.
Частота колебаний зависит
от размеров резонатора и
напряжения на отражателе. Изменяя
объем резонатора или это
напряжение, можно изменять
частоту.
Зависимость частоты от
напряжения на отражателе
используют, например, в схемах
частотной модуляции. При
помощи витка, введенного в резонатор, можно передать энергию
колебаний в нагрузку. Отражательный клистрон проще пролетного,
но имеет низкий к. п. д. и может применяться для генерации мало-
2 I I
П.
W
-0 0-
Рис. 169.
Схема отражательного
клистрона
Н<-Н,,
Н у н„
Рис. 170. Диод в
магнитном поле
Рис. 171. Траектории движения
электронов при различных значениях
напряженности магнитного поля в
магнетроне
мощных колебаний (до нескольких ватт). Обычно отражательные
клистроны используют в качестве маломощных генераторов,
например, в схемах радиолокационных приемников.
Магнетроны. Электронный прибор, в котором управление
магнитным потоком осуществляется с помощью электрических и
магнитных полей, называется магнетроном.
8*
227

Рассмотрим простейший магнетрон — диод с катодом в виде
нити, расположенной по оси цилиндрического анода (рис. 170).
Диод помещен в постоянное магнитное поле, направленное
параллельно катоду 1. На анод 2 подается постоянное напряжение,
положительное по отношению к катоду. Под действием этого
напряжения электроны, излучаемые катодом, летят к аноду в радиальных
направлениях. Линии магнитного поля направлены
перпендикулярно к направлению движения электронов, поэтому электроны
отклоняются от прямолинейного направления. Траектории их
движения искривляются.
В зависимости от напряженности магнитного поля Н движение
электронов происходит по-разному. На рис. 171 показаны
различные случаи движения электронов. При отсутствии магнитного поля
(Н = 0) электроны движутся в радиальных направлениях. Если
увеличивать напряженность магнитного поля Н, то траектория
электронов искривляется. При определенном значении
напряженности, называемом критическим (#кр), происходит резкое
уменьшение анодного тока, так как электроны только касаются анода и
возвращаются обратно к катоду.
Рис. 172. Разрез многорезонаторного магнетрона
С поверхности катода вылетает огромное количество
электронов. Они имеют высокие скорости и, следовательно, обладают
большой энергией. Если затормозить движение электронов, то эта
энергия может быть использована для поддержания колебаний высокой
частоты.
228

В настоящее время применяют многорезонаторные магнетроны.
Первые конструкции таких магнетронов были разработаны
советскими инженерами Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым в
1936—1937 гг. Анод 2 многорезонаторного магнетрона выполнен
в виде массивного медного цилиндра (рис. 172). Вдоль оси
цилиндра имеется широкая полость, в которой помещен оксидный
подогревный катод 1 с большой поверхностью. Вокруг центральной
полости высверлено четное количество параллельных отверстий 4,
соединенных с центральной полостью продольными щелями.
Внутренняя полость каждого отверстия представляет собой
объемный резонатор. В одном из резонаторов помещен виток
провода 5 для связи с нагрузкой. Снаружи анод имеет охлаждающие
радиаторы 3. Между анодом и катодом приложено большое
постоянное напряжение.
Вдоль оси магнетрона действует сильное постоянное магнитное
поле, которое создается специальным магнитом. Магнетрон
расположен между полюсами магнита (на рис. 172 магнит не
показан).
Полость каждого резонатора подобна витку катушки, а щель,
связывающая резонатор с центральной полостью, подобна
конденсатору. При включении магнетрона в резонаторах возникают
свободные колебания, причем магнитное поле в основном
сосредоточено в полости резонатора, а электрическое — в щели.
Процесс возникновения колебаний происходит следующим
образом» При включении источников питания в резонаторах
возникают свободные колебания. Резонаторы связаны общей полостью,
поэтому колебания, возникшие в одном из них, мгновенно
возбуждают колебания и во всех остальных резонаторах. Внутри каждой
полости возникает переменное магнитное поле, а во внутреннем
пространстве анода, окружающем катод, образуются переменные
электрические поля. Распределение электрических полей для
какого-то одного момента времени показано на рис. 173, а.
Вращающееся вокруг катода электронное «облако»
взаимодействует с электрическим полем резонаторов. Одни электрические
поля тормозят движение электронов, а другие, направленные
противоположно, ускоряют его. Электроны группируются в
пространственные заряды, напоминающие по форме спицы вращающегося
колеса (рис. 173, б). Число «спиц» вдвое меньше числа
резонаторов.
Тормозящиеся электроны отдают большую часть своей энергии
электрическому полю резонаторов, этим в магнетроне
поддерживаются незатухающие колебания СВЧ. Резонатор, в котором имеется
виток связи с нагрузкой, связан со всеми другими резонаторами,
поэтому в нагрузку передается энергия всех резонаторов.
Многорезонаторные магнетроны имеют сравнительно высокий
к.п. д. (до 70%). Их широко применяют в импульсных
передатчиках.
229

Лампы бегущей, волны (ЛБВ) обладают следующими
преимуществами перед клистронами и магнетронами: обеспечивают боль^
шое усиление в широкой полосе частот и имеют меньший уровень
собственных шумов. В лампах бегущей волны также применен
принцип группирования электронов.
ю
6)
Рис 173. Принцип действия магнетрона:
а — распределение электрических полей, б — образование
странственных зарядов
про-
Электронная пушка, состоящая из катода 1, управляющего
электрода 2 и анода 3, создает сфокусированный электронный
поток (рис. 174). Этот поток проходит вдоль оси спирали 4. Спираль
вместе с баллоном помещена в металлический цилиндр 5. На
цилиндре расположена фокусирующая катушка 6, которая
обеспечивает фокусировку электронов вдоль оси спирали.
-Ill
J/.
^ 1
* J
~вхоа
i^f.
WTTTTB
Рис. 174. Схема устройства и включения лампы бегущей
волны (ЛБВ)
Коллектор 7 служит для улавливания электронов.
Усиливаемый сигнал поступает с входного волновода. Начало спирали Ш\
помещено во входном волноводе и играет роль приемного
штырька. В спирали возникает бегущая волна. Она распространяется
230

вдоль провода спирали, т. е. по винтовой линии со скоростью,
близкой к скорости света C00 000 км/сек). А скорость
распространения волны вдоль оси спирали меньше во столько раз, во сколько
окружность витка спирали больше ее шага (т. е. расстояния
между витками). Обычно спираль конструируется так, что движение
волны вдоль оси происходит примерно в десять раз медленнее, чем
по виткам спирали, т, е. со скоростью v около 30 000 км/сек. Таким
образом, спираль является замедляющей системой.
В любой момент времени вдоль оси спирали образуются
участки, тормозящие и ускоряющие движение потока электронов.
Участок на протяжении одной полуволны является тормозящим, а
соседний, также длиной в полуволну,— ускоряющим.
Напряжение на аноде подбирают так, чтобы скорость
электронного луча, попадающего в спираль, была немного больше
скорости v. Поле бегущей волны взаимодействует с электронным
потоком. На участке тормозящего поля электроны группируются в
сгустки Постепенно уменьшая скорость, они отдают энергию
полю, усиливая бегущую волну. Попадая на участки ускоряющего
поля, они увеличивают свою скорость и, обгоняя поле, постепенно
переходят в следующий участок, где поле тормозящее, и снова
отдают энергию бегущей волне. Это происходит по всей длине
спирали. По мере перемещения волны к концу спирали амплитуды
тока и напряжения волны увеличиваются. Происходит усиление
колебаний. На конце спирали имеется штырек Ш^, который
возбуждает колебания в выходном волноводе.
Для очень коротких сантиметровых или миллиметровых волн
замедляющие системы выполняют не в виде спирали. Это могут
быть волноводы со стенками в виде гребенок или волноводы
зигзагообразной конструкции.
Лампы бегущей волны могут работать на частотах 3000 Мгц а
выше как усилители и как генераторы колебаний СВЧ. В
основном их выпускают двух типов — входные, применяемые в
приемниках радиорелейных линий и радиолокационных приемниках,
и выходные, используемые в передатчиках радиорелейных линий
мощностью от 1 до 20 вт.
Лампы обратной волны (ЛОВ). Они имеют много общего с
лампами бегущей волны, но электронный поток взаимодействует
с электромагнитной волной, распространяющейся в обратном
направлении (отсюда и название — лампа обратной волны).
Электронный поток, фокусированный электронной пушкой,
движется вдоль замедляющей системы и поступает на коллектор.
Возбуждаемая в лампе бегущая волна движется от коллектора
к электронной пушке. Вывод энергии осуществляется со стороны
электронной пушки. Лампа обратной волны может применяться
как для усиления, так и для генерации колебаний СВЧ.
Особенностью ее является то, что она как усилитель и как генератор легко
перестраивается на другую частоту только путем изменения пи-
231

тающего напряжения. Напряжение изменяется от нескольких
сотен до нескольких тысяч вольт. Это дает возможность изменять
частоту колебаний в больших пределах.
Вопросы для повторения
1 Какое назначение имеет возбудитель в схеме передатчика?
2 Как происходит процесс самовозбуждения в схеме генератора?
3 В чем состоит принципиальное отличие генератора с посторонним
возбуждением от автогенератора?
4. Какие особенности имеет режим колебаний второго рода?
5 С какой целью применяют стабилизацию частоты в схемах
радиопередатчиков? Какими способами ее осуществляют?
6 Что называется модуляцией колебаний? Какие виды модуляции
применяют в современных радиопередатчиках?
7 Как осуществляется амплитудная модуляция? Какой состав имеют
колебания, модулированные по амплитуде?
8 Как можно осуществить частотную модуляцию? Почему частотную
модуляцию не применяют на длинных и средних волнах?
9 Какие особенности имеют передатчики СВЧ?
10. Как устроен многорезонаторный магнетрон и каким образом в нем
осуществляется процесс генерации колебаний?
И. Из каких элементов состоит отражательный клистрон? Как
осуществляется работа клистрона?

ГЛАВА X
РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 46 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Радиоприемное устройство предназначено для извлечения,
преобразования и использования энергии электромагнитных волн.
Задачу извлечения энергии электромагнитных волн из
окружающего пространства и преобразования ее в энергию токов
высокой частоты выполняет приемная антенна. При помощи
колебательных контуров, настроенных на определенную частоту, в
приемнике выделяется сигнал нужной станции.
Мощность принятого сигнала обычно очень мала, и
подавляющая часть приемников имеет усилительные ступени. Далее в
приемнике происходит процесс преобразования модулированных
колебаний высокой частоты в колебания звуковой частоты. Этот
процесс называется детектированием и осуществляется в
детекторной ступени.
Выходным устройством приемника, в котором используется
преобразованная энергия сигнала, может быть громкоговоритель,
телефоны, реле, записывающее устройство и др. Радиоприемные
устройства применяют в радиосвязи и радиовещании, телевидении,
радиолокации и многих других отраслях техники.
Каждый радиоприемник характеризуется следующими
показателями: чувствительностью, избирательностью, качеством
воспроизведения. Кроме этих основных показателей, радиоприемное
устройство, как и другие виды аппаратуры, характеризуется
устойчивостью работы, экономичностью, надежностью и простотой
конструкции.
Способность радиоприемника принимать слабые сигналы
называется его чувствительностью. Чем меньше входное напряжение,
необходимое для нормальной работы приемника, тем выше его
чувствительность. Чувствительность радиовещательного приемника
равна десяткам микровольт, телевизионного приемника — сотням
микровольт или единицам милливольт.
Способность приемника выделять сигналы нужной станции
называется избирательностью. Передающие радиостанции работают
на близких друг другу волнах. Кроме того, различные технические
233

устройства создают помехи радиоприемнику. Чем выше
избирательность приемника, тем меньше действуют на приемник
посторонние радиостанции и помехи.
Однако если приемник пропускает слишком узкую полосу
частот, то могут возникнуть искажения, так как некоторые боковые
составляющие модулированного сигнала будут ослаблены. Поэтому
каждый приемник в зависимости от назначения должен иметь
вполне определенную избирательность.
V
Входная
цепь
УВЧ
Детектор
УНЧ
I
Рис. 175. Блок-схема приемника прямого усиления
Чем меньше искажений вносит приемник, тем лучше качество
воспроизведения. В главе VI были рассмотрены причины
искажений, возникающих при усилении сигналов. Кроме того, искажения
вносят и колебательные контуры. Чем выше избирательность
приемника, тем уже полоса частот, которую он пропускает, и тем
более «острую» кривую резонанса должны иметь колебательные
контуры (см. рис. 57). Но при этом боковые частоты модулированного
сигнала ослаблены и форма его меняется.
Таким образом, требования высокой избирательности и
хорошего качества воспроизведения противоречат друг другу. В
последующих параграфах будет показано, как разрешается это
противоречие.
Наиболее простыми являются радиоприемники
прямого усиления. Обычно их применяют для приема
радиотелефонных сигналов — речи или музыки. Колебания, принятые
антенной, действуют на входную цепь, которая представляет собой
контур или систему контуров (рис. 175). Входная цепь обеспечивает
выбор сигналов нужной станции. Усилитель высокой частоты
(УВЧ) содержит один или два каскада усиления на электронных
лампах или транзисторах. Нагрузкой лампы служит колебательный
контур.
В детекторной ступени осуществляется преобразование
модулированных колебаний высокой частоты в колебания,
соответствующие передаваемому сигналу. Детектором может служить лампа
или полупроводниковый диод.
Усилитель низкой частоты (УНЧ) состоит из одного-двух
каскадов усиления колебаний низкой частоты на электронных лампах
234

или транзисторах. Нагрузкой такого приемника служат телефоны
или громкоговоритель.
По схеме прямого усиления часто собирают радиолюбительские
приемники на полупроводниковых триодах.
§ 47. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ
Входными цепями приемника называются цепи, связывающие
приемную антенну с первой усилительной ступенью. Назначение
входных цепей заключается в том, чтобы передать напряжение
сигнала с антенны на сетку первой лампы и ослабить напряжение
помех. Существуют различные схемы входных цепей. Схема,
изображенная на рис. 176, а, называется схемой емкостной связи
с антенной. Приемную антенну обычно не настраивают на частоту
принимаемого сигнала. Чтобы цепь антенны по возможности
меньше влияла на контур входной цепи, емкость конденсатора С0
выбирают небольшой E—50ng5).
В схеме индуктивной связи с антенной (рис. 176, б) связь
между антенной катушкой LA и катушкой контура LK также выбирают
слабой. Схемы емкостной и индуктивной связи с антенной просты;
их широко применяют в приемниках самых различных типов.
На рис. 176, в приведен пример многоконтурной входной цепи
с емкостной связью. Такая схема обеспечивает высокую
избирательность, но она сложна, поэтому применяется сравнительно
редко.
S2S
i i i
a; S) в)
Рис. 176. Схемы входных цепей:
а — емкостная связь с антенной, б — индуктивная связь с антенной,
в — сложная многоконтурная входная цепь
§ 48. УСИЛИТЕЛИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Как уже говорилось, нагрузкой усилителя высокой частоты
служит колебательный контур, настроенный в резонанс на частоту
принимаемого сигнала. Поэтому усилители высокой частоты
называются резонансными. В радиовещательных приемниках в
каскадах УВЧ обычно используют пентоды.
V
s
235

Основным показателем работы усилителя высокой частоты
является коэффициент усиления. Он зависит от свойств лампы и
резонансного сопротивления контура и может быть определен
(для каскада на пентоде) но формуле
рез ^^рез»
где S — крутизна характеристики лампы;
2Рез — резонансное сопротивление контура.
Чем выше крутизна характеристики и больше резонансное
сопротивление, тем больше коэффициент усиления.
Если усилитель высокой частоты содержит несколько каскадов,
то общий коэффициент усиления равен произведению
коэффициентов усиления отдельных каскадов.
sf-
¦ Ь П О/
а
Рис. 177. Схема УВЧ с прямым включением контура в цепь
анода
Очень часто применяют схему УВЧ с непосредственным
(прямым) включением контура в цепь анода (рис. 177). Для удобства
настройки приемника переменные конденсаторы анодного
контура Сч и входного контура С\ имеют одну ось (блок конденсаторов).
Физические процессы в схеме УВЧ аналогичны процессам в
схеме усилителя звуковой частоты. Отличие состоит в том, что на
сетку лампы УВЧ обычно подают переменное напряжение
значительно меньшей амплитуды и более высокой частоты (рис. 178).
Это напряжение снимается с входного контура или с контура
предыдущего каскада. Под воздействием переменного напряжения
анодный ток становится пульсирующим. Переменная
составляющая тока пополняет потери энергии в анодном контуре ?2Сг
(рис. 177). На контуре создается усиленное переменное
напряжение. Через разделительный конденсатор Ср это напряжение
подается на следующий каскад усиления или на детектор.
236

Одним из недостатков схемы с прямым включением контура
является то, что конденсатор контура Сг находится под
постоянным анодным напряжением и его приходится изолировать от
корпуса.
От указанного недостатка свободна схема с трансформаторным
включением контура в цепь анода (рис. 179). Контур L2C2 не
находится под постоянным анодным напряжением. Усиленное
переменное напряжение
снимается непосредственно
с этого контура на
сетку следующей лампы.
Большое значение
имеет выбор лампы
усилителя высокой
частоты. Лампа шунтирует
колебательный контур.
Это снижает его
добротность и ухудшает
избирательность приемника.
Чем больше внутреннее
сопротивление лампы,
тем слабее она
шунтирует контур. Поэтому
для работы в ступенях
УВЧ применяют
пентоды высокой
частоты, имеющие большое
внутреннее
сопротивление.
На работу схемы также оказывают влияние междуэлектродные
емкости лампы. Через проходную емкость лампы (анод — сетка)
входной контур и контур в анодной цепи оказываются связанными
Рис.
178. График физических процессов в
схеме УВЧ.
а — анодно-сеточная характеристика лампы, б —
график напряжения на сетке, в — график
анодного тока
Рис. 179. Схема УВЧ с трансформаторным
включением контура в цепь анода
237

между собой. В схеме возникает положительная обратная связь.
Если междуэлектродная емкость Сас велика, то может возникнуть
самовозбуждение схемы и усилительный каскад превратится в
генератор. Пентоды высокой частоты, имеющие малую проходную
емкость, пригодны и с этой точки зрения. Наиболее часто
применяют пентоды 6К4П, 6К1П, 6КЗ, 1К1П. В каскадах УВЧ могут
быть применены и полупроводниковые триоды с достаточно
большой верхней граничной частотой (П-27, П-28, П-410, П-411 и др.).
Чтобы избежать самовозбуждения, при монтаже схемы УВЧ
желательно обеспечить возможно более слабую связь сеточных и
анодных цепей: разносить соответствующие детали и провода,
экранировать провода.
Для устранения паразитных связей через общий источник
анодного питания в каскадах УВЧ используют развязывающие
фильтры.
§ 49. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ
Детекторная ступень является главной ступенью любого
приемника. Существуют приемники, не имеющие ни одного каскада
усиления высокой или низкой частоты. Но без детекторной
ступени прием осуществить нельзя. Детектор должен преобразовать
высокочастотные колебания в колебания низкой, модулирующей
частоты.
Для осуществления процесса детектирования чаще всего
применяют диоды, в том числе и полупроводниковые. В некоторых
схемах для детектирования служит триод или более сложная
электронная лампа.
Рассмотрим работу детекторной ступени на примере схемы
диодного детектора (рис. 180). Модулированные колебания высокой
частоты поступают на
детекторную ступень. Диод обладает
выпрямительными свойствами.
Поэтому ток в цепи диода
возникает лишь в течение одного
полупериода напряжения,
действующего на колебательном
контуре. Ток имеет импульсную
форму и, как показывают
расчеты, содержит постоянную
составляющую, переменную
составляющую высокой частоты и
переменную составляющую
звуковой частоты.
Нагрузкой диода служит сопротивление R @,1—0,5 Мом).
Параллельно этому сопротивлению включен конденсатор С\,
имеющий емкость 100—200 пф. Для токов высокой частоты он имеет
КУНЧ
Рис 180 Схема диодного детектора
238

а)
малое сопротивление, поэтому на нагрузочном сопротивлении R
выделяется только постоянное напряжение и напряжение звуковой
частоты. Через конденсатор С% на усилитель низкой частоты
подается только переменное напряжение звуковой частоты.
Конденсатор Сг должен иметь малое сопротивление для токов низкой
частоты, а следовательно, достаточно большую емкость (десятые или
сотые доли микрофарады).
Рассмотрим процесс работы диодного детектора (рис. 181). При
воздействии немодулированного сигнала импульсы анодного тока
имеют одинаковую высоту. При
этом ток в цепи диода не
содержит составляющей звуковой
частоты. На нагрузочном
сопротивлении детектора выделяется
только постоянное напряжение.
На усилитель низкой частоты
сигнал не поступает. Только при
воздействии модулированного
напряжения с детектора
снимается напряжение звуковой
частоты uR (рис. 181, в).
В детекторной ступени
часто применяют половину
двойного диода или один из диодов
комбинированной лампы FГ1,
6Г7, 6ГЗП). Вместо электронной
лампы в схеме диодного
детектора выгодно применять
полупроводниковый диод, так как он
имеет малые размеры и не
требует расхода энергии в цепи
накала. В детекторных ступенях
используют диоды Д2Б, Д2В
и др. Схема и физические процессы остаются теми же, что и при
использовании электронной лампы.
UlnnnnnnM
-»-t
и* <
61
— t
1)
Рис. 181. График физических
процессов в цепи диодного детектора:
а — напряжение на контуре, б — ток в
цепи детектора, в — напряжение на
нагрузке
Рис. 182. Схема сеточного детектора
239

Диодный детектор не усиливает колебаний и поэтому может
применяться для детектирования достаточно сильных сигналов,
т. е. в приемниках, имеющих каскады усиления высокой частоты.
Достоинством диодного детектора являются малые искажения.
В приемниках прямого усиления часто применяют схему
сеточного детектора (рис. 182). В этой схеме детектирование
осуществляется в цепи управляющей сетки. Из схемы видно, что сеточная
цепь аналогична цепи диодного детектора. На резисторе Rc
выделяется напряжение, пульсирующее со звуковой частотой. Оно
действует на анодный ток лампы. В анодном токе возникает
составляющая звуковой частоты, которая создает на сопротивлении
анодной нагрузки i?a падение напряжения. Таким образом, в анодной
цепи лампы сигнал усиливается.
На сетку лампы детектора одновременно с колебаниями
звуковой частоты действуют и колебания высокой частоты.
Следовательно, и в составе анодного тока есть высокочастотная слагающая.
Но так как в схему включен конденсатор С\ емкостью 100—200 пф,
то токи высокой частоты замыкаются через этот конденсатор на
землю и не дают падения напряжения на резисторе i?a. Через
конденсатор С2 напряжение звуковой частоты подается на следующий
каскад.
Сеточный детектор пригоден для детектирования слабых
сигналов. При сильных сигналах он работает с искажениями, так как
на резисторе Rc создается
слишком большое
постоянное напряжение, которое
смещает рабочую точку
лампы на криволинейный
участок характеристики.
В схемах сеточного
детектора обычно применяют
пентоды высокой частоты,
дающие большое усиление
сигнала.
В схеме анодного
детектора (рис. 183)
модулированное напряжение
высокой частоты с контура
ЬКСК подается на сетку лампы. Одновременно с ним на сетку
подается отрицательное напряжение смещения, которое выбрано так,
чтобы рабочая точка оказалась на нижнем сгибе анодно-сеточной
характеристики лампы. При этом анодный ток имеет
импульсную форму и содержит переменную составляющую звуковой
частоты.
Выходное напряжение снимается с нагрузочного
сопротивления Да. Конденсатор С\ имеет то же назначение, что и в схеме
сеточного детектора.
К УНЧ
Рис. 183 Схема анодного детектора
240

Анодный детектор менее чувствителен, чем сеточный, и
наиболее пригоден для детектирования сильных сигналов. Достоинством
его является то, что лампа работает без сеточных токов. При этом
участок сетка — катод не шунтирует контур, что имеет место в
схемах диодного и сеточного детекторов, избирательные свойства
контура не ухудшаются.
Рис 184 Схема
однолампового регенеративного приемника
§ 50. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРИЕМ
В приемниках прямого усиления детекторную ступень часто
выполняют по регенеративной схеме, что дает значительное
усиление сигнала и более громкий прием. На рис. 184 показана схема
однолампового регенеративного
приемника. В сеточной цепи лампы
осуществляется детектирование. В
анодную цепь включена катушка
индуктивности La, связанная с катушкой
сеточного контура LK, которая
называется катушкой обратной связи.
Принцип регенерации
заключается в следующем. Высокочастотная
составляющая анодного тока,
протекая по катушке La, индуктирует в
катушке контура LK переменное
напряжение. Это напряжение
складывается с напряжением приходящего
сигнала. Амплитуда напряжения,
действующего на сетку лампы, возрастает.
Изменения анодного тока становятся более глубокими, т. е.
возрастает и амплитуда переменной составляющей анодного тока.
Обратная связь в регенеративной ступени должна быть
положительной и не слишком большой. Если ее увеличивать, например,
сближая катушки La и LK, то возникнет процесс самовозбуждения.
Схема будет генерировать собственные колебания, которые,
складываясь с принимаемым сигналом, создадут сильные искажения.
Поэтому при приеме радиотелефонных станций, т. е. речи и
музыки, подбирают слабую обратную связь, не доводя ее до предела,
называемого порогом генерации.
Недостатком регенеративного приема является то, что высокую
чувствительность невозможно сочетать с устойчивостью работы.
Высокая чувствительность приемника получается при работе
схемы вблизи порога генерации. Но при этом даже небольшое
изменение питающих напряжений или частоты приходящего сигнала
резко изменяет режим работы каскада. В схеме возникает
генерация или сильно уменьшается чувствительность.
Эти недостатки устранены в сверхрегенеративном приемнике.
Такой приемник работает в режиме генерации, но помехи сигналу
241

не возникают, так как генерация колебаний прерывается с
ультразвуковой частотой. Источник напряжения ультразвуковой частоты
(вспомогательный генератор) включается в цепь сетки лампы
(рис. 185) и изменяет величину напряжения смещения.
Режим работы лампы выбран так, что при положительном
полупериоде колебаний возникает генерация колебаний в схеме
приемника, а при
отрицательном — прерывается. В
качестве вспомогательного гене-
К УНЧ ратора может быть
использован отдельный генератор с
самовозбуждением или
специальные так называемые
схемы самогашения.
Сверхрегенеративный
приемник имеет большую
чувствительность. Усиление одного
„„„ _ каскада такого приемника
Рис. 185. Схема сверхрегенеративного „„„„»,„ ^rrofV™- лт™0™„
приемника ПРИ приеме слабых сигналов
доходит до сотен тысяч.
Сверхрегенеративные схемы
применяют в приемниках УКВ. В них используют маломощные
триоды, пригодные для работы на СВЧ.
§ 51. СУПЕРГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМ
Приемники прямого усиления имеют крупные недостатки, в
связи с чем в настоящее время их применяют сравнительно редко.
Для обеспечения хорошей чувствительности нужно увеличивать
число каскадов усиления высокой частоты. Но при большом числе
каскадов УВЧ трудно избавиться от генерации, причиной которой
являются паразитные связи.
Для получения хорошей избирательности приемник должен
иметь большое число колебательных контуров. Все эти контуры
нужно настраивать на частоту принимаемой станции. Обычно для
этого используют блок конденсаторов переменной емкости.
При перестройке контуров емкости всех конденсаторов должны
изменяться совершенно одинаково. Этого можно добиться только
для двух или трех конденсаторов. Объединение в блоке большего
числа их чрезвычайно усложняет конструкцию и налаживание
приемника. Так как в процессе работы контуры перестраивают
на разные частоты, то невозможно получить постоянную
чувствительность и избирательность приемника во всем диапазоне частот.
Эти недостатки устранены в приемниках супергетеродинного
типа. В настоящее время супергетеродинные приемники являются
наиболее распространенными. В схеме супергетеродинного
приемника (рис. 186) усилитель высокой частоты, детектор и усилитель
242

низкой частоты имеют то же
назначение, что и в
приемниках прямого усиления. В
отличие от приемника прямого
усиления здесь усиление
производится не на частоте
принимаемого сигнала, а на пониженной
частоте, которая называется
промежуточной.
Напряжение высокой
частоты с контура УВЧ поступает
на преобразователь, который
состоит из гетеродина и
смесителя. Гетеродин является
маломощным генератором с
самовозбуждением и вырабатывает
колебания высокой частоты,
отличающиеся от частоты
принимаемого сигнала в
радиовещательных приемниках на 465 кгц.
Колебания сигнала и гетеродина
одновременно действуют на
смеситель. Возникает явление
биений, заключающееся в том,
что при сложении колебаний,
немного отличающихся по
частоте, амплитуда
результирующего колебания периодически
изменяется (рис. 187). В
некоторые моменты оба
колебания совпадают по фазе и
складываются, а в другие
моменты — противоположны по фазе
и вычитаются. Частота, с
которой изменяются амплитуды,
равна разности частот
слагаемых колебаний.
В схеме супергетеродина на
сетку лампы смесителя
подаются колебания сигнала и
гетеродина. Суммарное переменное
напряжение высокой частоты
изменяется по амплитуде.
Изменения амплитуд происходят с
разностной частотой D65 кгц).
Лампа смесителя работает
в нелинейном режиме. Ее анод-

Колебании частотой f/
ный ток имеет целый ряд переменных составляющих. Например,
если частота приходящего сигнала 1000 кгц, а частота гетеродина
1465 кгц (обычно ее берут выше частоты сигнала), то анодный ток
лампы смесителя содержит частоты 1000; 1465; 465; 2000; 2930 кгц
и еще другие так называемые комбинационные частоты и
гармоники. Однако контур в анодной цепи смесителя настроен на частоту
465 кгц и на нем выделяется напряжение только этой частоты,
которая и является промежуточной частотой приемника.
При приеме модулированного
сигнала напряжение промежуточной
частоты будет также модулировано,
причем при преобразовании частоты
форма модулирующего колебания
сохраняется неизменной.
Усилитель промежуточной
частоты (УПЧ) обычно имеет несколько
каскадов усиления. Переменное
напряжение с выхода УПЧ поступает
на детектор.
Супергетеродинный приемник
имеет большие преимущества перед
приемником прямого усиления.
Контуры усилителя промежуточной
частоты всегда настроены на одну и ту
же частоту и при приеме различных
станций их не нужно перестраивать.
Основное усиление
осуществляется на сравнительно низкой частоте
и паразитные обратные связи слабее,
чем в приемнике прямого усиления.
Поэтому можно применить большое
число каскадов УПЧ.
Кроме того, на промежуточной частоте можно получить
большее усиление одного каскада, чем на частоте сигнала. Большое
усиление увеличивает чувствительность приемника, а большое
число резонансных контуров повышает избирательность.
Чувствительность и избирательность приемника постоянны в
широком диапазоне частот. И, наконец, большое усиление
сигнала дает возможность применить различные регуляторы и
другие устройства, улучшающие качество работы приемника.
Однако супергетеродинный приемник имеет и недостатки.
Прежде всего, из-за наличия большого числа ламп и других деталей,
а также из-за большого усиления у него велики собственные
шумы. Схема и конструкция супергетеродинного приемника слоя^-
нев, чем приемника прямого усиления. Кроме того, в
супергетеродинном приемнике наблюдаются помехи особого вида. В
рассмотренном выше примере частота сигнала была 1000 кгц. Частота
Рис. 187. Процесс биений:
а — первое колебание б —
второе колебание, в —
результирующее колебание
244

гетеродина, которую чаще всего берут выше частоты сигнала,
должна быть при этом 1465 кгц. Разность этих двух частот и
составляет промежуточную частоту. Предположим теперь, что на частоте
1930 кгц работает радиостанция и напряжение этой частоты
действует на преобразователь. Разность частот этой станции и
гетеродина составляет 1930—1465=465 кгц, т. е. равна промежуточной
частоте. Поэтому сигнал мешающей
станции усиливается каскадами УПЧ ''
и прослушивается на выходе. Т <
Такие помехи называются
зеркальными или симметричными, так
как частота мешающей станции /зп у f f
отличается от частоты гетеродина /г с г *п
на столько же килогерц, на сколько
И частота сигнала/с (рис. 188). Зада- Рис 188 Возникновение sep-
r v „ / г-* калънои помехи
чу ослабления зеркальной помехи
выполняют входные контуры и контуры
УВЧ, которые настроены на частоту нужной станции.
Избирательность супергетеродинного приемника по зеркальному каналу
является одним из важных показателей его работы. Для приемников
1-го класса прием по зеркальному каналу должен быть ослаблен
не менее чем в сотни раз D0—60 дб).
§ 52. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
Выбор промежуточной частоты приемника имеет большое
значение. Чем меныце промежуточная частота, тем легче получить
большой коэффициент усиления каждого каскада. Кроме того, при
низкой промежуточной частоте конденсатор контура УПЧ имеет
большую емкость, что уменьшает влияние различных паразитных
емкостей. Но при низкой промежуточной частоте увеличивается
влияние зеркальной помехи, так как она находится ближе к
резонансной частоте входного контура.
Промежуточная частота должна лежать в диапазоне частот,
где находится наименьшее количество мощных радиостанций.
Если на промежуточной частоте приемника окажется
какая-либо работающая станция, то ее сигналы через различные
паразитные связи могут воздействовать на вход УПЧ и будут усилены.
Это создаст помехи приему.
Наименее «загруженными» являются диапазоны частот 100—
120 и 400—500 кгц. Поэтому ГОСТом установлена промежуточная
частота «всеволновых» радиовещательных приемников 465 ±
±2 кгц. В приемниках УКВ приняты промежуточные частоты
6,75, 8,4 и 10,7 Мгц.
Для преобразования частоты применяют диоды, триоды,
пентоды и многосеточные лампы. Диодные преобразователи
используют в приемниках УКВ. Схемы преобразователей, выполненные
245

на пентодах или более сложных лампах, делят на односеточные и
двухсеточные.
При односеточном преобразовании напряжения сигнала и
гетеродина подают на одну и ту же сетку пентода или триода
(рис. 189). Такая схема проста, не требует применения
многосеточных ламп, но имеет большой недостаток: контур гетеродина
и контур УВЧ оказываются связанными и при изменении режима
работы каскада УВЧ частота гетеродина меняется. При этом
разность частот гетеродина и принимаемого сигнала не равна 465 кгц
и прием делается неустойчивым. Поэтому в радиовещательных
приемниках чаще применяют двухсеточные преобразователи
частоты.
На рис. 190 показана схема двухсеточного преобразователя
частоты на гептоде с отдельным гетеродином. Гетеродин собран на
триоде по схеме с автотрансформаторной обратной связью.
Переменное напряжение с контура гетеродина подводится на третью
сетку гептода через конденсатор связи Сс. Напряжение сигнала
с входного контура или контура УВЧ снимается на первую сетку
гептода. На сопротивлении RK создается напряжение
автоматического смещения. Это напряжение обеспечивает работу лампы в
нелинейном режиме, т. е. с отсечками анодного тока. Нагрузкой
лампы служит контур, настроенный на промежуточную
частоту.
В некоторых случаях схема преобразователя не имеет
отдельного гетеродина (рис. 191). Анодом гетеродина служит
экранирующая сетка лампы преобразователя. Гетеродин может быть
собран, например, по трехточечной схеме с автотрансформаторной
обратной связью. Две точки контура подключены к катоду и
первой управляющей сетке, третья точка заземлена, но по
переменной составляющей оказывается подключенной к аноду гетеродина
через емкость С.
Настройку приемника на частоту принимаемой станции
производят блоком переменных конденсаторов, включенных в контуры
УВЧ и контур гетеродина (на схемах, показанных на рис. 190 и
191, — одновременным изменением емкостей С\ и Сг). С помощью
подстроечных конденсаторов, не показанных на схемах, при
заводской регулировке обеспечивается постоянство промежуточной
частоты. При любой настройке разность частот гетеродина и
принимаемой станции должна быть равна 465 кгц.
§ 53. УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
Для усиления промежуточной частоты обычно применяют
полосовые усилители. Так называются усилители, имеющие
сравнительно резко ограниченную полосу пропускания.
В § 20 было показано, что требования высокой
избирательности и малых искажений противоречат друг другу. Это
противоречие трудно разрешить, применяя в качестве нагрузки лампы оди-
246

Dm УВЧ
КУПЧ
Рис. 189. Схема односеточного преобразователя
частоты
КШ
-0
Рис. 190. Схема двухсеточного преобразователя частоты
на гептоде с отдельным гетеродином
От Ув</ it W tt
?с
КУПИ
Рис. 191. Схема преобразователя частоты без отдельного
гетеродина

о-- Идеальная
Реальная
ночный контур. Если же в анодную цепь лампы включить
несколько контуров, сильно связанных между собой, то можно получить
кривую резонанса, близкую к идеальной (рис. 192, а).
Наиболее часто применяют каскады с двухконтурными
полосовыми фильтрами. Схема такого каскада показана на рис. 192, б.
Оба контура настроены на
одну и ту же частоту и
имеют одинаковые параметры.
Они образуют полосовой
фильтр. Фильтры всех
каскадов УПЧ и фильтр в цепи
анода преобразователя
частоты выполняют одинаково.
Для точной подстройки на
промежуточную частоту ис-
пользуют катушки с
перемещающимися сердечниками.
%• fr ^ Связь между контурами
i---j] I ~\g T обычно подбирают близкой
t~rtr -*- ? 5w -j- Выход к критической. В некоторых
1^2 ^ приемниках связь между
контурами можно изменять
с целью регулировки
ширины полосы пропускания.
Процесс работы
усилителя промежуточной частоты
не отличается от процесса
работы УВЧ (см. рис. 178).
Ток промежуточной частоты,
протекающий в контуре
L\C\ (рис. 192, б),
индуктирует в катушке L2
переменную э. д. с. В контуре ЪчСг
также возникают колебания промежуточной частоты.
Переменное напряжение с контура L2C2 подается на следующий каскад
приемника.
В усилителях промежуточной частоты могут применяться и
полупроводниковые триоды П420, П421, П422, П423 и др. На
частоте 100—150 кгц каскад усиления, собранный по схеме с
заземленным эмиттером, дает усиление по мощности до 100 раз.
Вход
6)
Рис. 192 Усилитель промежуточной
частоты:
а — резонансная кривая, б — схема
§ 54. РЕГУЛИРОВКИ В ПРИЕМНИКАХ
Чтобы приемник хорошо работал в любых условиях, нужно
иметь возможность регулировать его работу. Чаще всего
необходима регулировка коэффициента усиления. Близко расположенные
248

мощные станции создают большую амплитуду напряжения на
входе, сигналы маломощных отдаленных станций слабы и создают
малое входное напряжение. Даже при приеме одной и той же
станции напряжение сигнала может меняться, например,
вследствие явления замирания. У многих приемников можно регулировать
полосу пропускания, чем улучшается качество звучания.
Регулировки могут быть ручными и автоматическими.
Регулировка усиления. Все радиовещательные приемники
имеют ручную регулировку усиления (регулятор громкости). Однако
при быстром изменении входного сигнала, например вследствие
явления замирания, ручная регулировка неприменима. Поэтому
широко применяют автоматическую регулировку
усиления ( АРУ). Иногда ее называют автоматической
регулировкой чувствительности (АРЧ) или автоматической
регулировкой громкости (АРГ).
Для осуществления АРУ в каскадах УВЧ и УПЧ используют
высокочастотные пентоды с удлиненной характеристикой. На
управляющие сетки этих ламп подают отрицательное смещение,
снимаемое с нагрузки детектора. Чем больше амплитуда сигнала, тем
большее напряжение смещения подается на сетки усилительных
ламп и тем меньше усиление усилительных каскадов.
Существует много различных схем АРУ. В схеме простой АРУ
(рис. 193, а) напряжение промежуточной частоты, снимаемое с
контура УПЧ, действует в цепи детектора. На сопротивлении
нагрузки R, равном /?i + #2, выделяется постоянное напряжение,
которое через фильтр ЛфСф подается на сетки усилительных ламп.
Фильтр служит для того, чтобы на сетки ламп не попало
напряжение звуковой частоты, также выделяющееся на нагрузке
детектора. Для устранения паразитных связей между каскадами через
цепи АРУ в цепь каждой управляющей сетки включают
развязывающий фильтр.
Недостатком простой схемы АРУ является то, что она
уменьшает усиление даже при слабых сигналах. Поэтому наиболее
распространенной является схема АРУ с задержкой, которая
начинает действовать только при определенном уровне сигнала (рис.
193, б). При слабых сигналах усиление приемника не
уменьшается. Диод 1 служит детектором. С его нагрузочного сопротивления
#2 снимается напряжение звуковой частоты на сетку УНЧ. Диод 2
служит детектором АРУ.
На детектор АРУ через конденсатор С3 C0—100 пф) подано
напряжение промежуточной частоты с контура УПЧ. Резистор R3
является нагрузкой детектора АРУ. С него снимается
дополнительное напряжение смещения на сетки ламп УПЧ и УВЧ.
Через сопротивление R3 на детектор АРУ подается
отрицательное напряжение задержки B—3 в). При отсутствии сигнала
или слишком слабом сигнале детектор АРУ оказывается запер-
249

тым, АРУ не действует. Только при сильных сигналах, когда
напряжение, снимаемое с колебательного контура, больше
напряжения задержки, в цепи детектора возникает ток, на нагрузке
детектора появляется напряжение и на сетки усилительных ламп
подается отрицательное напряжение.
Регулировка полосы пропускания приемника. Полосу
пропускания приемника обычно изменяют вручную, например при
помощи переключателя. При широкой полосе пропускания сигнал
принимается с меньшими искажениями, но при этом в приемник
проникает много помех. Широкую полосу пропускания
целесообразно иметь при приеме близко
Детектор
КУНЧ
Рис. 193.
а — простая,
расположенных мощных
станций, уровень сигнала которых
значительно выше уровня
помех. Если же ведут прием
слабых сигналов далеко
расположенной станции, то лучше
иметь узкую полосу
пропускания: помехи значительно
ослабляются.
В супергетеродинных
приемниках полоса пропускания
определяется прежде всего
полосой пропускания усилителя
промежуточной частоты.
Поэтому регулировка полосы
пропускания осуществляется в
каскадах УПЧ.
Для этого чаще всего изменяют связь между контурами
полосового фильтра, например, изменяя взаимное расположение
катушек или применяя дополнительные
элементы схемы.
На рис. 194 показана схема
регулировки полосы пропускания при помощи
дополнительной катушки. Катушка состоит
из нескольких витков, связанных с
первым контуром полосового фильтра
сильной связью. При включении катушки
(положение переключателя Ш) связь между
контурами увеличивается, форма
резонансной кривой меняется и полоса
пропускания становится более широкой. Для
получения узкой полосы пропускания переключатель сгавят в
положение У.
Схемы супергетеродинных приемников. Рассмотрев элементы
схемы приемника, ознакомимся с его полной принципиальной
схемой. Одна из таких схем в упрощенном виде показана на рис. 195.
« t V ( « »»
ш
Рис. 194. Схема
регулировки полосы
пропускания
250

Приемник предназначен для работы на трех диапазонах
(длинные, средние и короткие волны). Переход с одного диапазона на
другой осуществляется переключателями lli—Пв,
расположенными на общей оси.
Антенная цепь связана с входным контуром индуктивной
связью. УВЧ выполнен на пентоде по схеме параллельного
анодного питания. В схеме применен двухсеточный преобразователь
частоты.
К УНЧ
?,К УПЧиУВЧ
г
*,П ¦?•
-и,.
Схемы АРУ:
б — с задержкой
Гетеродин собран на триодной части лампы преобразователя
по трехточечной схеме с автотрансформаторной обратной связью.
Входной контур, контуры УВЧ и гетеродина настраивают
конденсаторами переменной емкости, объединенными в общий блок.
Схема содержит один каскад УПЧ. Анодный детектор, детектор АРУ
и первый каскад УНЧ выполнены на двойном диод-триоде.
Напряжение АРУ подается на управляющие сетки УВЧ,
преобразователя и УПЧ. Выходная ступень собрана на лучевом
тетроде. Нагрузкой приемника служит громкоговоритель.
Схема супергетеродинного приемника на полупроводниковых
триодах (переносного приемника «Атмосфера-2М») изображена на
рис. 195, б. Приемник имеет диапазон длинных и средних волн.
Переход с одного диапазона на другой осуществляется кнопочным
переключателем.
Напряжение сигнала с катушки L\ или Ьч подается на базу
триода Т) типа П402. Напряжение гетеродина с катушки L'3 или
L'k поступает в цепь эмиттера того же триода. Здесь
осуществляется преобразование частоты.
На1рузкой триода Т\ служит сложный полосовой фильтр
(катушки Ъь, Lq, Lr я конденсаторы C\S—Ci&).
Напряжение промежуточной частоты усиливается двумя
каскадами УПЧ (триоды Тг и Гз типа П402) и подается на детектор
251

гчуч'рч Ns,
>^~t
\
***.
¦H
"v
*^
*^

3
й
s
3
S
сь ¦&
с
н
г
к
3
<п
Si.
W
а.
<и
к
й>
л
Ч
щ
я
Л
"Ч
«
3
к*
3
а-
й
3
«1
С!
о
о
S
н
<
•
и
о
S
а
га
и
н
И
1
к>
X
а
р
ti
и
й
и
в
а
к
О)
го
3
а,

(диод Д\ типа Д7В). Напряжение низкой частоты с нагрузки
детектора поступает на усилитель низкой частоты, имеющий три
каскада (триоды T^—Ti). Выходной каскад приемника выполнен
по двухтактной схеме с трансформаторным выходом. Нагрузкой
служит громкоговоритель.
§ 55. ПРИЕМ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Блок-схема приемника частотно-модулированных сигналов
(рис. 196) отличается от схемы приемника амплитудно-модулиро-
ванных сигналов (см. рис. 175) тем, что в ней имеется
амплитудный ограничитель и вместо обычного амплитудного детектора
применен частотный детектор.
Входная
цепь
УЗЧ
Смеси
тель
1
Гетеро
дин
- УПЧ
Ограни
читель
Частот
ныи
детектор
УНЧ -
выходное
- устрой
стбо
Рис. 196. Блок-схема приемника частотно-модулированных сигналов
Амплитудный ограничитель. Под действием помех сигнал на
входе приемника оказывается модулированным не только по
частоте, но и по амплитуде. Ограничитель служит для устранения
паразитной амплитудной модуляции а
подачи на частотный детектор
напряжения, модулированного только по
частоте. Чтобы осуществить эту задачу, в
детекторе должна существовать
определенная зависимость выходного
напряжения от входного.
Эта зависимость, называемая
характеристикой ограничителя, в идеальном
случае выражается ломаной линией
(рис. 197). Напряжение Um, при
котором характеристика становится
горизонтальной, называется порогом
ограничения. Обычно к входу ограничителя подводят напряжение,
амплитуда которого в 2—3 раза больше порога ограничения. При этом
изменения амплитуды напряжения на входе не влияют на
величину выходного напряжения.
Рис. 197.
Характеристика ограничителя
254

Т /
1 I
* 1—\-—
0 *",
- .
¦-»
1
Рис. 198 Ограничение за счет анодного
тока
Как видно из графиков, показанных на рис. 198, напряжение
на входе изменяется и по частоте и по амплитуде, а напряжение
на выходе модулировано только по частоте. Обычно ограничитель
представляет собой каскад усиления промежуточной частоты,
работающий в специальном
режиме.
Существуют и другие
схемы ограничителей. Они будут
рассмотрены в § 60.
Частотный детектор.
Частотный детектор должен
преобразовать колебания,
модулированные по частоте, в
колебания низкой звуковой
частоты.
В простейшем случае в
качестве частотного
детектора используют каскад
усиления промежуточной частоты,
анодный контур которого
расстроен относительно несущей частоты. Как видно из графика,
изображенного на рис. 199, работа происходит «на скате» резонансной
кривой. При изменении частоты приходящего сигнала изменяется
амплитуда напряжения на контуре.
Таким образом, изменения частоты сигнала преобразуются в
изменения амплитуды. Дальнейшее
преобразование амплитудно-моду-
лированного сигнала можно
осуществить детектором любого типа.
Так как ветви резонансной кривой
нелинейны, то простейший
частотный детектор вносит искажения и
его применяют лишь в
приемниках, качество работы которых
невысокое.
Большое распространение
получила схема дискриминатора,
показанная на рис. 200. Контур в
анодной цепи ограничителя и
связанный с ним вторичный контур
настроены на среднюю
промежуточную частоту сигнала. На аноды
первого и второго диода подведено
переменное напряжение первичного контура и половина
переменного напряжения вторичного контура. При воздействии средней
промежуточной частоты, которая является и резонансной частотой
контуров, анодные токи обоих диодов одинаковы. На
сопротивление. 199. График работы
частотного детектора с расстроенным
контуром
255

ниях R\ и i?2 создаются одинаковые по величине напряжения.
Напряжение на выходе равно нулю.
Когда частота сигнала уменьшается, напряжение на
сопротивлении R\ увеличивается, а на сопротивлении R2 уменьшается. На
выходе появляется положительное напряжение. В те моменты,
когда частота сигнала увеличивается, возрастает напряжение на
сопротивлении #2, а на выходе появляется отрицательное
напряжение.
Ограничитель
Дискриминатор
Рис. 200. Схема дискриминатора
Таким образом, на выходе схемы возникает переменное
напряжение, изменения которого соответствуют изменению частоты
приходящего сигнала. Высокочастотные колебания,
модулированные по частоте, преобразуются в колебания звуковой частоты,
соответствующие тому звуку, который воздействовал на микрофон
передатчика. Далее, как и в приемнике амплитудно-модулирован-
ных сигналов, напряжение звуковой частоты усиливается и
подается на нагрузку (например, громкоговоритель).
Большим достоинством приемников
частотно-модулированных колебаний является возможность применения амплитудного
ограничителя, что заметно уменьшает влияние помех.
Недостаток частотной модуляции, как было уже показано, заключается
в том, что передатчик излучает очень широкую полосу частот.
Соответственно широкую полосу пропускания A50—200 пгц)
должен иметь и приемник ЧМ.
§ 56. ПРИЕМНИКИ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Общие сведения. Радиоприемники СВЧ широко применяют в
радиосвязи, телевидении, радиолокации и других отраслях
радиотехники. По сравнению с радиоприемниками длинных,
средних и .коротких волн приемники СВЧ имеют некоторые
особенности. Прежде всего на СВЧ во многих случаях неприменимы
обычные колебательные контуры и лампы. Вместо колебательных
256

контуров, состоящих из конденсатора и кагушки, используют
отрезки линий и объемные резонаторы.
Для усиления и генерирования колебаний применяют
специальные устройства, например лампы бегущей или обратной волны
и клистроны. Кроме того, при приеме на сверхвысоких частотах
уровень внешних помех невелик. Поэтому чувствительность
приемника определяется его внутренними шумами. Снижение уровня
собственных шумов приемника имеет на СВЧ особое значение.
И. наконец, полоса пропускания приемника СВЧ должна быть
значительно шире, чем приемника длинных, средних и коротких
волн. В связи с этими особенностями приемники СВЧ отличаются
от приемников других диапазонов и по конструкции и по схеме.
Входные устройства приемников СВЧ. В зависимости от
диапазона волн приемника применяют различные схемы и
конструкции входных устройств. Чтобы уровень полезного сигнала
значительно превышал уровень собственных шумов антенной цепи и
первой лампы, в приемниках СВЧ выбирают сильную связь
антенны с входным контуром. Основным требованием к входному
устройству приемника СВЧ является согласование фидерной линии
с антенной и входом приемника. При согласовании получается
наибольший полезный сигнал на входе приемника.
Одна из распространенных схем входной цепи приемника
метровых волн показана на рис. 201. Антенна связана с контуром
автотрансформаторной связью. Согласование с входом приемника
достигается подбором степени связи (положение точки М).
В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн в качестве
входных цепей применяют отрезки коаксиальных линий и
волноводов.
Усиление на частоте сигнала в приемниках СВЧ. Для
усиления колебаний с частотами ниже 75 Мгц (волна длиннее 4 м)
используют обычные высокочастотные пентоды с большой
крутизной и колебательные контуры из малогабаритных катушек и
конденсаторов. Контур чаще всего настраивают изменением ин-
дуктивностей, а не емкостей, например перемещением внутри
катушки латунного сердечника.
Как было показано в главе VI, на высоких частотах не удается
получить большое усиление одной ступени. Это тем более
невозможно на сверхвысоких частотах, где входное и выходное
сопротивления каждой ступени усилителя очень малы. В диапазоне
75—500 Мгц D—0,6 м) можно использовать только некоторые
типы пальчиковых ламп. В дециметровом диапазоне волн
применяют лампы с дисковыми вводами и отрезки коаксиальных линий,
в сантиметровом диапазоне — лампы бегущей волны, а в качестве
колебательных систем — отрезки коаксиальных линий и объемные
резонаторы.
Схемы усилительных каскадов с заземленным катодом,
распространенные в диапазонах сравнительно длинных волн, исполь-
9 Заказ М 1100
257

зуют и на СВЧ. Примером может служить схема УВЧ (рис. 202).
В отличие от рассмотренных ранее схем УВЧ в данной схеме
катушка LK и входная емкость лампы Л% соединены
последовательно. Выходная емкость лампы Л\ оказывается соединенной с
входной емкостью лампы Лч не параллельно, а последовательно. Это
уменьшает общую паразитную емкость колебательного контура.
Такая схема дает усиление примерно в 2—3 раза и используется
на частотах до 400 Мгц.
Рис. 201. Схема входной Рис. 202. Схема УВЧ с последова-
цепи приемника метровых тельным включением катушки в
волн анодную цепь
Широко применяют на СВЧ схему с общей сеткой, которая
позволяет использовать триоды для усиления колебаний высоких
частот. Известно, что недостатком триода является большая
емкость сетка — анод. Это на высоких частотах особенно вредно, так
как может привести к генерации схемы. Но триод дает
значительно меньший уровень собственных шумов, чем пентод. Поэтому
выгодно использовать триод вместо пентода хотя бы в первой
ступени приемника.
В схеме с общей сеткой управляющая сетка является
электростатическим экраном между входной и выходной цепями.
Паразитная связь между этими цепями осуществляется через емкость
анод — катод. Эта емкость очень мала (сотые доли пикофарады)
и не оказывает вредного влияния на работу каскада.
Схему с общей сеткой обычно применяют в диапазоне
дециметровых волн, где используют лампы с дисковыми вводами. На
рис. 203 изображена конструкция усилительного каскада с общей
сеткой на такой лампе. Здесь же показана электрическая схема
этого каскада. Лампа помещена внутри отрезка коаксиальной
линии. Три цилиндра, находящиеся один внутри другого, образуют
две короткозамкнутые линии, которые служат колебательными
258

системами каскада. Входной колебательный контур включен
между сеткой 2 и катодом 1 лампы, а выходной — между сеткой 2 и
анодом 3. Таким образом, сетка является общим электродом и для
входной и для выходной цепи. Настраивают колебательные
системы кольцевыми поршнями 4.
Так как одна ступень на СВЧ дает небольшое усиление,
применяют многокаскадные схемы усилителей.
/ Выход
+ А \\
Рис. 203. Усилительный каскад на лампе с
дисковыми вводами
Широко распространены так называемые каскодные схемы,
имеющие много разновидностей. Наиболее распространенной
является схема на двух триодах, один из которых включен по
схеме с заземленным катодом, а второй — с заземленной сеткой
(рис. 204).
Напряжение усиливаемого сигнала С/вх подается на зажимы
сетка — катод первого триода Л\. Второй триод Л2 одновременно
служит и нагрузкой для первого триода и усилительным
элементом. Через оба триода протекает одна и та же переменная
составляющая анодных токов.
Нагрузкой усилителя служит резонансный контур. Он
образован катушкой L и распределенными емкостями (на схеме показа-
9*
259

Рис. 204. Каскадная схема усилителя
ны пунктиром). Для получения достаточно широкой полосы
пропускания контур зашунтирован сопротивлением Rs-
Напряжение смещения на сетку первого триода подается с
сопротивления i?2. Для получения напряжения смещения на сетке
второго триода в схему включен делитель из сопротивлений /?3 и
#4. Напряжение смещения
снимается с сопротивления
2?4.
Для переменной
составляющей тока сетка второго
триода заземлена через
конденсатор С3. Катод первого
триода заземлен через
конденсатор Си Усиленное
напряжение снимается с катушки L
и подается на вход
следующей ступени (лампа Л$).
Выполненная таким
образом каскодная схема дает
примерно такое же усиление,
как одна ступень на пентоде,
но имеет значительно
меньший уровень собственных
шумов. Возможность паразитной генерации исключается, так как
сетка второго триода заземлена.
Но даже и каскодная схема на СВЧ дает сравнительно
небольшое усиление. Поэтому в супергетеродинных приемниках СВЧ
усиление на частоте сигнала обычно очень мало. Преобразование
частоты с понижением ее в таких приемниках еще более важно,
чем в приемниках сравнительно длинных волн.
Преобразователи частоты приемников СВЧ. Многосеточные
лампы для преобразования частоты в приемниках СВЧ
неприменимы ввиду большого уровня собственных шумов. В приемниках
СВЧ гетеродин обычно собирают на отдельной лампе, а в
качестве смесителя применяют другую лампу или полупроводниковый
диод.
В диапазоне частот до 100 Мгц (волна длиннее 3 м) смесители
выполняют на высокочастотных пентодах. Здесь используют
пентоды с большой крутизной (до 20 ма/в), что дает большой
коэффициент усиления преобразовательного каскада и снижает
уровень вносимых им шумов. Напряжение сигнала и напряжение
гетеродина подают на управляющую сетку пентода. Чтобы
энергия полезного сигнала не ответвлялась в цепь гетеродина, связь
смесительной лампы с гетеродином выбирают слабой.
Приемники сантиметровых волн не имеют каскадов УВЧ.
Частота принимаемого сигнала очень высока и усиление на этой
частоте трудно осуществить. Лишь за последнее время для усиле-
260

ния на частоте сигнала стали применять лампы бегущей волны.
При отсутствии УВЧ первым каскадом приемника является
смеситель. Вследствие высокого уровня собственных шумов пентод-
ные смесители для этого случая непригодны и применяются
смесители на триодах. В таких смесителях используют или
сверхвысокочастотные пентоды в триодном включении, или дисковые
триоды. В триодных смесителях могут применяться двойные
триоды. Один триод используют в качестве смесителя, а другой —
в качестве лампы гетеродина.
В диапазоне дециметровых волн широко распространены
диодные смесители. Они дают низкий уровень собственных шумов, но
не обеспечивают усиления полезного сигнала и, кроме того,
требуют подведения значительной мощности от гетеродина.
Рис 205. Схема диодного смесителя
Принципиальная схема диодного смесителя показана на рис.
205. Процесс преобразования частоты в общих чертах происходит
так же, как и при использовании многосеточной лампы. В цепи
диода действуют напряжения сигнала и гетеродина. Диод обладает
односторонней проводимостью, т. е. является нелинейной
системой. Ток в цепи диода имеет импульсную форму и содержит
переменные составляющие. В числе их есть и составляющая
промежуточной частоты, равная разности частот сигнала и гетеродина.
На эту частоту настроен контур L\Ci. На контуре выделяется
напряжение промежуточной частоты. На сопротивлении R, зашун-
тированном конденсатором С, создается постоянное напряжение,
которое определяет режим работы диода.
В сантиметровом диапазоне волн вакуумные диоды создают
слишком большой уровень шума и не могут быть использованы.
В этом диапазоне широко применяют кристаллические смесители.
Кристаллический диод 1 (рис. 206) помещен внутри резонатора 2.
Электромагнитное поле резонатора создается под суммирующим
воздействием приходящего сигнала и гетеродина. Диод находится
в пучности электрического поля. В цепи диода возникает ток,
261

который, как и во всех других типах преобразователей, имеет
составляющую промежуточной частоты. С усилителем
промежуточной частоты смеситель соединяется посредством коаксиального
кабеля.
В некоторых конструкциях смесителей используют жесткие
коаксиальные линии (рис. 207). Кристаллический диод 2
помещен внутри линии 1 вдоль ее оси. По центральному стержню
линии на диод поступает напряжение сигнала с антенны.
Напряжение от гетеродина по линии 4 передается на линию 6.
Внутренний стержень линии 6 одним концом укреплен на втулке 5,
которая навинчена на конец линии. На другом конце этот
стержень имеет небольшой диск 3. Изменяя положение втулки с
резьбой, можно приближать или удалять диск от внутреннего
стержня линии 1. Этим изменяют связь гетеродина со смесителем.
Смеситель соединен с усилителем промежуточной частоты
коаксиальной линией. На частотах выше 4000 Мгц (волна короче 7,5 см)
коаксиальные линии заменяют волноводами.
От ан 'zzzz'A
из
От ге- антенны
уш^^^/шт^^ к тч
\vzzzzzz2 тер о-
дана
Л УПЧ
'^^Л Отгетеро-
"* вина
Рис. 206. Схема кристаллического
смесителя
Рис. 207. Кристаллический
смеситель с использованием жестких
коаксиальных линий
Большим недостатком кристаллических смесителей является
их чувствительность к перегрузкам. Диод может выйти из строя
даже при незначительном токе. Обычно к нему подводят мощность
не более 1 мет.
Конструктивное выполнение гетеродинов, так же как и
усилителей и преобразователей, зависит от диапазона рабочих частот.
До частоты 1000 Мгц (волна длиннее 30 см) гетеродины собирают
на триодах. Могут быть применены высокочастотные пентоды
пальчиковой серии в триодном включении или триоды с
дисковыми вводами. На частотах ниже 300—350 Мгц, где
используют обычные колебательные контуры, гетеродин может быть
выполнен по схеме с емкостной или автотрансформаторной
связью.
262

Широко применяют включение лампы по схеме с заземленной
сеткой или с заземленным анодом. На частотах выше 350 Мгц
гетеродины выполняют на дисковых триодах в сочетании с
отрезками коаксиальных линий. В диапазоне сантиметровых волн в
схемах гетеродинов используют отражательные клистроны.
Регулировку частоты колебаний производят изменением
напряжения на отражательном электроде или изменением расстояния
между сетками.
Усиление промежуточной частоты в приемниках СВЧ. К
усилителю промежуточной частоты в приемниках СВЧ предъявляют
особые требования. Приемники СВЧ служат для приема частотно-
модулированных или импульсных сигналов. И в том и в другом
случае они должны обеспечивать достаточно широкую полосу
пропускания. Промежуточная
частота приемников должна
быть достаточно высокой и
лежать в пределах 3—80 Мгц.
В диапазоне сантиметровых
волн усиление на частоте
сигнала, как правило, не
осуществляется. Первый каскад усилителя
промежуточной частоты
является вообще первым
усилительным каскадом приемника.
Поэтому в нем необходимо обеспе- '
чить малый уровень
собственных шумов.
Нагрузкой лампы усилителя
промежуточной частоты служит
контур. В приемниках СВЧ,
имеющих большую
промежуточную частоту, параллельно катушке контура конденсатор не
включают. Емкость контура составляется из емкости лампы, катушки и
монтажа. Схема с одиночным колебательным контуром во многих
случаях не может обеспечить нужной полосы пропускания. Часто
применяют схемы с попарно расстроенными контурами. Каждый
каскад содержит по одному колебательному контуру, но контуры
первого и второго каскадов расстроены относительно друг друга.
Кривые резонанса двух соседних каскадов сдвинуты (рис. 208).
Общая резонансная кривая двухкаскадного усилителя имеет
достаточно широкую полосу пропускания. В каскадах промежуточной
частоты приемников СВЧ могут также применяться схемы с
полосовыми фильтрами из двух контуров, рассмотренные в § 53.
Сравнение различных схем усилителей промежуточной
частоты показывает, что наибольшее усиление дает схема с попарно
расстроенными контурами, а наименьшее — резонансный
усилитель с одиночным контуром.
/,
J \>
1
1
/?\
\; Ч
1
¦>
'Pi
Jp2
f
Рис. 208. Кривые резонанса двух
каскадов УПЧ с
попарно-расстроенными контурами
263

Ранее было показано, что полоса пропускания колебательного
контура и его добротность связаны соотношением.
2Д/:
А
Q
-др
ГФ
Чтобы получить широкую полосу пропускания каскада, нужно
иметь низкую добротность контура. Но при этом контур имеет
малое резонансное сопротивление и коэффициент усиления
каскада также мал (не более 10). Поэтому чувствительные приемники
имеют по 8—10 каскадов усиления промежуточной частоты.
Детектирование в приемниках СВЧ. Как и в приемниках более
длинных волн, в приемниках СВЧ наибольшее распространение
получили диодные
детекторы. На рис. 209 изображена
схема детектора, имеющая
широкое применение для
детектирования колебаний
промежуточной частоты.
Последний каскад усилителя
промежуточной частоты
имеет два связанных контура.
Каждый контур состоит из
катушки индуктивности и
емкости ламп и схемы.
Напряжение
промежуточной частоты действует в
цепи диода, нагрузкой
которого служит сопротивление R,
зашунтированпое конденсатором С. С этого сопротивления
снимается напряжение. Форма напряжения повторяет форму сигнала,
действующего на колебания высокой частоты в передатчике.
Сопротивление нагрузки детектора выбирают сравнительно
небольшим — несколько килоом. Как будет показано в главе XI,
это уменьшает искажения при приеме импульсных сигналов.
Емкость С, шунтирующая резистор, должна быть по крайней мере
в 5—10 раз больше емкости анод —катод диода. При этом почти
все напряжение с катушки L2 будет сниматься на диод и
детектирование будет эффективным.
Чтобы напряжение промежуточной частоты не воздействовало
на следующую ступень, в схему включен дроссель LHP. В
диапазоне сантиметровых волн эта схема может быть выполнена на
кристаллическом диоде.
Автоматическая подстройка частоты (АПЧ). В приемниках
СВЧ широко применяют автоматическую подстройку частоты
АПЧ. При изменении частоты передатчика частота гетеродина
автоматически изменяется так, что промежуточная частота оста-
Рис. 209.
Схема диодного
приемника СВЧ
детектора
264

ется неизменной. Кроме того, схема АПЧ стабилизирует работу
и при изменении частоты самого гетеродина.
Блок-схема АПЧ приемника метровых волн показана на рис. 210.
Напряжение промежуточной частоты с выхода УПЧ подается
на дискриминатор, который в схемах АПЧ чаще называют разли-
чителем. Принцип работы дискриминатора был рассмотрен в
предыдущем параграфе. Предположим, что в процессе работы частота
принимаемого сигнала или гетеродина изменилась так, что
разностная промежуточная частота стала больше той, на которую
настроены контуры УПЧ. При этом на выходе дискриминатора
появится напряжение определенной полярности.
Смеситель
Гетеродин
УПЧ

Управитель
Детектор
Различи-
тель
а)
Различи
тель
i К смеси-
i телю
Гетеродин
Управи
тель
Генератор
поиска
В)
Рис 210. Блок-схемы АПЧ:
а — простейшая, б — с поиском
Чем больше изменилась частота, тем больше это напряжение.
Если же изменение частоты сигнала или гетеродина привело к
понижению разностной частоты, то на выходе дискриминатора
появится напряжение противоположной полярности. Это
напряжение воздействует на управитель.
В качестве управителя используют реактивную лампу,
которую включают параллельно контуру гетеродина. Выходное напря-
265

жение дискриминатора изменяет крутизну характеристики
реактивной лампы, а следовательно, и ее реактивное сопротивление.
Поэтому частота гетеродина меняется в соответствии с выходным
напряжением дискриминатора. Эти изменения компенсируют
первоначальный уход частоты. В результате промежуточная частота
приемника остается почти неизменной.
В приемниках частотно-модулированных сигналов, где
частотный детектор выполнен как дискриминатор, применять АПЧ
особенно удобно. Управляющее напряжение снимается с выхода
частотного детектора, и отдельный дискриминатор не нужен. АПЧ
широко применяют в приемниках частотно-модулированных
сигналов и радиолокационных приемников.
В приемниках сантиметровых волн также осуществляют АПЧ.
Наиболее простой является следящая схема АПЧ, которая
подстраивает приемник при небольших отклонениях частоты. В такой
схеме напряжение с выхода дискриминатора усиливается
усилителем постоянного тока и воздействует на отражатель клистрона.
При этом изменяется частота клистронного генератора. Более
совершенной является схема АПЧ с поиском, которая ведет поиск
корреспондента даже при исчезновении сигнала на выходе
дискриминатора.
Блок-схема АПЧ с поиском показана на рис. 210, б. В отличие
от следящей системы АПЧ в данной схеме имеется генератор
поиска. При большой расстройке передатчика сигнал на входе
приемника исчезнет. При этом схема автоматически переходит
в режим поиска. Включается генератор поиска, который создает
периодически изменяющееся напряжение пилообразной формы.
Это напряжение воздействует на гетеродин, частота которого
изменяется до тех пор, пока настройка на передатчик не будет найдена
вновь. После этого схема автоматически переходит в режим
автоподстройки.
§ 57. ПОМЕХИ РАДИОПРИЕМУ И НОВЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛОВ
Помехи радиоприему возникают по различным причинам.
В диапазоне длинных и средних волн сильно сказываются
атмосферные помехи, возникающие при различных
электрических разрядах в атмосфере. Они создают трески и шорохи,
затрудняющие прием. Зимой атмосферные помехи слабы, но летом
сказываются сильно, а при близких грозовых разрядах могут сделать
прием совсем невозможным. В приемниках, где обеспечено
большое усиление сигнала (например, в супергетеродинных), влияние
атмосферных помех особенно велико. Борьба с атмосферными
помехами затруднительна. Для уменьшения их влияния
рекомендуется уменьшать длину антенны и высоту ее подвеса. На
коротких волнах атмосферные помехи невелики, а в диапазоне УКВ
они почти совсем не проявляются.
266

Индустриальные, или промышленные, помехи
создаются различными электрическими установками и даже
бытовыми электроприборами. Источником таких помех служат
электрические искры, возникающие при включении и выключении
аппаратуры, при работе городского электротранспорта,
автотранспорта (искры в системе зажигания) и т. д. Помехи радиоприему
создают также ртутные выпрямители, высокочастотные
медицинские установки, рентгеновская аппаратура, электросварочные
аппараты и многие другие устройства.
Помехи от электрических установок могут проникать в
приемник как через антенну, так и другими путями. Например,
электромагнитное поле помехи может воздействовать непосредственно
на катушку колебательного контура или монтажные провода.
Часто помехи попадают в приемник через сеть электропитания.
Борьба с индустриальными помехами ведется прежде всего там,
где они возникают.
В нашей стране существует обязательное для всех
организаций и ведомств указание о подавлении радиопомех. Разработаны
допустимые нормы, за выполнением которых следит
Государственная инспекция электросвязи. Источник помех, например систему
зажигания в автомашине или самолете, экранируют.
Параллельно разрывным контактам электрических цепей включают
искрогасители. В простейшем случае это емкость и сопротивление.
Чтобы высокочастотные помехи не распространялись по
проводам, в провода включают специальные фильтры. Однако даже
применение всех этих мер в крупных промышленных центрах
может оказаться недостаточным. Поэтому радиоприемные центры
обычно размещают за городом, на достаточном расстоянии от
источников помех.
Современный приемник конструируют так, чтобы уменьшить
влияние помех. Катушки колебательных контуров, контура
промежуточной частоты и некоторые лампы помещают в специальные
экраны. Монтаж выполняют на металлическом шасси, которое
заземляют. Экранируют и некоторые провода.
В настоящее время количество работающих радиостанций
очень велико. Поэтому в антенне, кроме сигнала нужной станции,
могут возникать и э. д. с. от других радиостанций. Помехи такого
рода называются интерференционными. Чем выше
избирательность приемника, тем меньше влияют на него сигналы
других радиостанций. Если мешающая радиостанция расположена
близко и имеет значительную мощность, в антенную цепь можно
включить специальный фильтр, настроенный на частоту этой
станции. Токи мешающих сигналов при этом не попадут в
приемник.
При приеме слабых сигналов особенно большое значение
имеют помехи, возникающие в самом приемном устройстве, —
собственные шумы. Исследования показывают, что источниками
267

таких помех являются движущиеся электрические заряды —
электроны и ионы. Электроны, имеющие наименьшую массу из
всех заряженных частиц, обладают наибольшими скоростями и
особенно часто являются причиной собственных шумов.
В каждом отрезке провода или резисторе имеются свободные
электроны, совершающие хаотическое тепловое движение. В
процессе этого движения происходят столкновения, изменяющие
величину и направление скорости. Движение электрона в
промежутке времени от одного столкновения до другого можно
рассматривать как элементарный электрический ток, величина которого
зависит от скорости движения, а длительность — от времени
свободного пробега электрона.
Множество электронов создают слабые и кратковременные
импульсные токи, вызывающие шум на выходе приемника. Такие
помехи называются «белым» шумом. В реактивных элементах
схемы (индуктивность, емкость) белый шум не возникает.
В электровакуумных приборах с накаленным катодом
возникают так называемые дробовые шумы. Причина их —
неравномерное излучение электронов с катода. В многоэлектродных приборах
дробовые шумы еще более заметны, так как электронный поток
распределяется неравномерно по времени между электродами.
На сверхвысоких частотах сказывается инерция электронов.
Время движения электрона внутри лампы соизмеримо с
длительностью усиливаемого сигнала. Электрон, пролетая мимо сетки,
наводит в ней электрический заряд. Возникают дополнительные
шумы, называемые наведенными.
В результате на выходе приемника даже при отсутствии
сигнала имеется напряжение, которое создается его собственными
шумами. Если принимаемый сигнал слабее собственного шума
приемника, то его можно выделить на фоне шумов только
специальными методами.
т» - сигнал
Качество работы приемника определяется отношением
на выходе. Чем больше это отношение, тем легче выделить
полезный сигнал. Наибольшее значение имеют собственные шумы
первых каскадов приемника и, особенно, входного, так как они
усиливаются всеми последующими каскадами.
Особое значение имеют собственные шумы для приемников
СВЧ. Как уже говорилось, некоторые приемники сантиметрового
диапазона волн не имеют усилителя на частоте сигнала и
непосредственно после входного устройства в них находится
преобразователь частоты. В приемниках более поздних выпусков каскады
УВЧ выполнены на лампах бегущей волны.
За последние годы появились принципиально новые способы
усиления слабых колебаний высокой частоты (квантовые, или
молекулярные, усилители, параметрические усилители, усилители
на туннельных диодах и др.).
268

В квантовых генераторах и усилителях
отсутствует электронный поток, а следовательно, и источник дробовых
шумов. Квантовые приборы могут работать на каких угодно
высоких частотах, так как инерционность электронов в них не играет
никакой роли.
Возможность создания квантовой системы впервые обосновал-
советский ученый В. А. Фабрикант еще в 1939 г. В последующие
годы работы целого ряда советских и зарубежных ученых
позволили создать различные конструкции квантовых генераторов и
усилителей.
Особенно следует отметить заслуги Н. Г. Басова и А. М.
Прохорова, которым в 1959 г. за работы в области квантовой
электроники была присуждена Ленинская премия. Еще в 1951—1952 гг.
ими была обоснована возможность создания молекулярного
усилителя и генератора радиоволн. В основе работы таких приборов
лежит эффект так называемого индуцированного излучения, т. е.
превращения внутренней энергии микрочастиц вещества
(молекул, ионов, атомов) в энергию электромагнитного поля высокой
частоты.
В 1954 г. английский ученый Ч. Таун опубликовал сообщение
о построенном им молекулярном генераторе радиоволн, который
может работать и как усилитель. Его название «Мазер»
образовано первыми буквами английских слов «усиление микроволн
посредством индуцированного излучения».
Последующие работы в этой области показали, что молекулы
некоторых веществ могут излучать очень короткие радиоволны,
соответствующие диапазону видимого света. Так были получены
оптические квантовые генераторы — лазеры, позволяющие
использовать световые волны для радиосвязи и телевизионных передач.
Это дает огромные возможности, так как только в диапазоне
видимого света можно разместить без взаимных помех несколько
миллионов телевизионных каналов.
Квантовые генераторы и усилители являются сложными
устройствами. Они требуют применения сильных магнитных полей
и охлаждения до очень низких температур.
Значительно проще могут быть выполнены
параметрические усилители. Параметрическими называются
электрические цепи, параметры которых могут изменяться под воздействием
внешних сил.
В наиболее распространенных параметрических диодных
усилителях (ПДУ) изменяется емкость цепи.
Чтобы рассмотреть принцип действия таких усилителей,
вспомним, что энергия заряженного конденсатора и величина его
заряда определяются формулами:
269

где W — энергия, дж;
U — напряжение, е;
С — емкость, ф;
q — заряд, к.
Если зарядив конденсатор, отключить его от внешней цепи и
затем уменьшить емкость (раздвинуть пластины), то напряжение
между его пластинами возрастет. Предположим, что емкость
уменьшилась в два раза. Так как конденсатор отключен от
внешней цепи, заряд его остался неизменным. Следовательно,
напряжение увеличилось также в два раза.
Посмотрим, как при этом изменится величина энергии:
С
-тг (Wf
2 у ' йгтп
w= —=— = i^L = cc/2.
Таким образом энергия конденсатора увеличилась вдвое
за счет механической энергии, затраченной на перемещение
пластин.
Если к электрической цепи, например к резонансному
колебательному контуру, подвести слабый электрический сигнал
синусоидальной формы и изменить емкость конденсатора, то можно
получить усиление сигнала. При этом следует уменьшить емкость
(раздвинуть пластины) в тот момент, когда синусоидальный
сигнал имеет максимум и увеличить ее (сдвинуть пластины), когда
усиливаемый сигнал равен нулю.
Итак, частота изменения емкости должна быть в два раза
больше частоты усиливаемого сигнала.
В параметрических диодных усилителях вместо конденсаторов
с раздвигающимися пластинами использованы полупроводниковые
диоды. Емкость диода изменяется под влиянием переменного
напряжения, которое вырабатывает специальный генератор
(генератор «накачки»).
Параметрические диодные усилители имеют малый уровень
собственных шумов. Белый шум отсутствует, так как
сопротивление диода имеет емкостный характер. Такие усилители
применяют для усиления слабых сигналов с частотами сотни мегагерц и
выше. Недостатком их является необходимость в достаточно
мощном генераторе высокой частоты.
Наиболее простыми являются усилители на
туннельных диодах, которые получают все более широкое
применение. Туннельный диод — это полупроводниковый прибор,
имеющий особую форму вольтамперной характеристики (см. рис. 37).
Рост прямого напряжения сначала ведет к росту тока (участок
2 характеристики), а затем ток падает (участок <?). Падающий
участок характеристики соответствует отрицательному
сопротивлению, т. е. на этом участке происходит не поглощение энергии, а,
270

наоборот, диод может отдавать энергию во внешнюю цепь.
Величина отрицательного сопротивления определяется углом наклона
падающего участка характеристики.
Рассмотрим принцип работы усилителя на туннельном диоде
(рис. 211, а). Рабочая точка О на характеристике задается
напряжением источника Е (рис. 211, б). Обычно это напряжение
составляет 100—150 мв. Сопротивление R выбирают немного меньше
отрицательного
сопротивления диода. При этом
нагрузочная прямая MN будет
иметь почти такой же
наклон, что и падающий
участок характеристики. В цепь
диода включен источник
входного сигнала Uc. Под
действием напряжения
сигнала нагрузочная прямая, не
меняя наклона,
перемещается вправо и влево. Точки ее
пересечения с
характеристикой- также будут меняться
(точки А и В — крайние
положения) .
Как видно из графика,
напряжение на диоде при этом
будет больше напряжения
входного сигнала. Произойдет
усиление сигнала по
напряжению. Мощность,
выделяемая на сопротивлении, окажется больше мощности
сигнала, т. е. имеет место усиление и по мощности.
Усилители на туннельных диодах имеют ряд достоинств.
Прежде всего, туннельные диоды почти нечувствительны к внешним
воздействиям. Германиевые диоды сохраняют свои свойства при
изменении температуры от —200 до + 100°С, а кремниевые —
до +300°С. Размеры и вес туннельных диодов очень малы, они
просты в изготовлении и могут применяться для усиления
сигналов как низких, так и высоких частот, включая диапазон СВЧ.
Разработаны схемы на туннельных диодах для частот 1—10 Ггц
A09—1010 гц). Для питания схемы на туннельных диодах нужны
маломощные источники (расход энергии порядка милливатт).
Выходная мощность диода составляет микроватты.
Затруднения встречаются при конструировании
многокаскадных схем. Схемы усилителей на туннельных диодах, так же как
и параметрические усилители, не имеют четкого разделения между
входом и выходом. Для разделения входа и выхода требуются
специальные устройства (ответвители, мостовые схемы).
Рис. 211. Усилитель на туннельном
диоде;
б — график работы
о — схема.
ПОДВОДИМОГО
271

В заключение следует отметить, что рассмотренные
принципиально новые типы усилителей применяются в самых различных
областях радиотехники. Они позволяют увеличить дальность
действия радиолокационных станций, повысить надежность
радиорелейной связи, увеличить скорость работы электронных
вычислительных машин. Усилитель на туннельных диодах или
параметрический усилитель может быть размещен в телевизионной
антенне, что повысит чувствительность телевизора.
Однако наряду с бурным развитием новых областей
усилительной техники продолжают развиваться и области
радиоэлектроники, основанные на старых принципах. Принципиально новая
аппаратура будет применяться лишь там, 1де это более
целесообразно.
Вопросы для повторения
1. Какое назначение имеет детектор в схеме приемника?
2. Какие преимущества имеет супергетеродинный приемник перед
приемником прямого усиления?
3. Как происходит преобразование частоты в супергетеродинном
приемнике?
4. Как осуществляется детектирование ЧМ колебаний?
5 Какие особенности имеют радиоприемники СВЧ?
6. По каким причинам возникают помехи радиоприему? Какое
значение имеют собственные шумы радиоприемника?

ГЛАВА X!
ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
§ 58. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Во многих радиотехнических устройствах используют
импульсный режим работы. В этом режиме токи и напряжения,
действующие в аппаратуре, имеют вид кратковременных импульсов,
отделенных друг от друга сравнительно большими промежутками
времени (рис. 212). Импульсная техника играет огромную роль в
развитии современной ра-
1
Ьи
б/г-
т
Рис. 212. Импульсы тока
диотехники. Л 4
Импульсные
устройства применяют в
аппаратуре радиорелейной связи и
радиолокации, в
телевидении, электронных
математических машинах, в
различных устройствах
военной техники. Все более
широкое распространение
получают импульсные
методы и во многих других
отраслях народного хозяйства при различных измерениях,
подсчете и сортировке изделий, исследованиях строения вещества, в
медицине. Большое значение имеет импульсная техника для
автоматизации производственных процессов.
Видеоимпульсы и радиоимпульсы. На рис. 212 показан импульс
постоянного тока. Так же может быть изображен импульс
постоянного напряжения. Импульсы постоянного тока или напряжения
называются видеоимпульсами.
Видеоимпульсы могут иметь различную форму. На рис. 213
показаны прямоугольные, треугольные и трапецеидальные
импульсы напряжения, а на рис. 214 — импульсы положительной
и отрицательной полярности. Во многих случаях полярность
импульсов имеет большое значение.
Кроме видеоимпульсов, в аппаратуре могут возникать
радиоимпульсы. Это колебания высокой частоты, огибающая которых
изменяется по закону видеоимпульсов (рис. 215).
273

и.
а)
uk
5}
uk
Параметры импульсов. Импульсы характеризуются
следующими параметрами: длительностью, периодом повторения,
скважностью, амплитудным и средним значением. Большую роль играет
закон нарастания и убывания импульса (фронт и срез).
Длительностью называется время от момента возникновения до
момента исчезновения импульса ?и (см. рис. 212). Длительность
импульсов, применяемых в
технике, может быть
различна — от долей секунды
до долей микросекунды.
Время между окончанием
одного импульса и началом
другого называется паузой.
Промежуток времени
от момента появления
одного импульса до момента
появления другого
называется периодом повторения
импульсов. Период
повторения Т равен сумме
длительности импульса tn и
длительности паузы tn.
Величина, обратная периоду
повторения, называется
частотой повторения или
частотой следования
импульсов.
Скважностью
импульсов называется отношение
периода повторения Т к
длительности импульса Ьж.
Скважность обозначают
буквой а и выражают
отвлеченным числом. Пауза
между импульсами бывает
во много раз больше
длительности импульса и
скважность значительно
больше единицы (сотни
или тысячи). Величина,
обратная скважности,
называется коэффициентом
заполнения и обозначается
буквой К.
Амплитуда импульса —
есть наибольшее его
значение (I макс, t/мако)-
Рис. 213. Видеоимпульсы напряжения
различной формы:
а — прямоугольные, б — треугольные, в —
трапецеидальные
+ U
~U У
Рис 214. Видеоимпульсы напряжения
положительной и отрицательной
полярности
274

Чтобы найти среднее значение импульса тока, напряжения или
мощности, нужно ток, напряжение или мощность за время
импульса распределить равномерно на весь период. Так как промежутки
между импульсами значительно больше, чем длительность
импульсов, то среднее значение импульса получается во много раз
меньше амплитудного. Источник, создающий энергию импульса,
работает непрерывно. Его энергия накапливается в специальном
устройстве — накопителе энергии — и отдается за короткое время
длительности импульса. Следовательно, при сравнительно
небольшой мощности источника можно получить большую мощность
кратковременного импульса.
1 1 *t
а)
I-*-
Si
Рис. 215. Видеоимпульсы (а) и
радиоимпульсы (б)
Мощность импульса Ри и мощность источника РСр связаны
между собой соотношением:
где а — скважность импульсов.
При высокой скважности мощность импульса может достигать
огромных значений.
Фронтом импульса называется его боковая сторона. В любой
схеме аппаратуры имеются реактивные элементы —
индуктивности и емкости. Поэтому нарастание и убывание импульса не может
происходить мгновенно, и прямоугольный импульс практически
имеет вид, показанный на рис. 216. Время нарастания импульса
?фР определяется участком ab, который называется передним фрон-
11
275

том или просто фронтом, время спадания tср — участком cd,
который называется задним фронтом или срезом.
Как видно из рис. 216, длительность фронта t$v представляет
собой отрезок времени, в течение которого импульс нарастает от
0,1 до 0,9 амплитудного
значения Um, а
длительность среза ?Ср — время
убывания импульса от 0,9
до 0,1 амплитудного
значения. Длительность
импульса fH отсчитывается на
уровне 0,1 от Uт.
Кроме видео-и
радиоимпульсов, в аппаратуре
импульсной техники
используют периодические
напряжения пилообразной,
прямоугольной (рис. 217}
и другой формы.
Как уже говорилось,
нарастание и убывание
прямоугольного импульса
в аппаратуре не может происходить мгновенно. Вследствие этого
возникают искажения (рис. 218) и форма импульса на выходе
устройства отличается от формы импульса на входе. Аппаратура
должна быть рассчитана так, чтобы искажения не превышали
допустимых норм. Чем короче импульсы, тем труднее выполнить эти
условия.
и
II
0,9Um
&">*,
I
b
а
t«
с
tcp
- »-
d_
t
Рис. 216 Прямоугольный импульс
напряжения с учетом влияния реактивных
свойств цепи
"в* 1
а)
+и
ивых
•I-U
*)
\ /~^_ZZL
tf,
1
\
\ l/m
\
Рис. 217. Периодическое
напряжение несинусоидальной формы.
а — пилообразной б —
прямоугольной
Рис. 218 Искажения импульса
прямоугольной формы
276

Связь между длительностью импульса и полосой пропускания.
Теория и практика показывают, что чем шире полоса пропускания
аппаратуры, тем более короткие импульсы эта аппаратура
способна воспроизводить без искажений.
Полоса пропускания и длительность импульса прямоугольной
формы связаны следующим (приблизительным) соотношением:
'и
где AF — полоса пропускания аппаратуры, гц;
t-ц — длительность импульса, сек.
На практике удобнее выражать полосу пропускания в
мегагерцах, а длительность импульса в микросекундах. Так как 1 Мгц
равен 106 гц, а 1 мксек равна 10~6 сек, то данное соотношение можно
записать так:
AF (Мгц) = , } * 3 . .
Легко подсчитать, что при длительности импульса ?и, равной
1 мксек, полоса пропускания аппаратуры должна быть 1-3 Мгц.
Широкая полоса пропускания является одной из особенностей
импульсных устройств.
§ 59. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В момент включения и выключения аппаратуры имеют место
устанавливающиеся, или переходные, процессы. В импульсной
технике, где воздействие кратковременных импульсов по существу
является многократным включением или выключением тока или
напряжения, переходные процессы имеют очень большое
значение. Эти процессы возникают не только при включении и
выключении аппаратуры, но и при всяком изменении или
перераспределении запаса энергии в любой цепи.
Каждая электрическая цепь обладает определенной емкостью
и индуктивностью. Для заряда или разряда емкости необходим
какой-то конечный промежуток времени, очень короткий с
практической точки зрения, но заметный при малой длительности
импульса. Нарастание и убывание тока при наличии индуктивности
также происходит за какое-то конечное время, соизмеримое с
длительностью импульса. Напряжение на емкости и ток в цепи с
индуктивностью не могут изменяться очень резко, скачком. Это
существенно влияет на форму импульса.
Переходные процессы в цепи сйиС, Рассмотрим переходные
процессы в некоторых цепях, имеющих широкое практическое
применение.
На рис. 219, а показана цепь, состоящая из сопротивления R
и конденсатора С. Если ключ К поставлен в положение 1, то кон-
277

денсатор заряжается от батареи Е. Ток заряда i3 направлен от
плюса батареи к минусу. Направление тока г3 показано на чертеже
сплошной линией со стрелкой. В момент замыкания ключа
напряжение на конденсаторе ис равно нулю. В начальный момент ток
заряда h равен -д-. Напряжение на сопротивлении R в этот
момент равно э. д. с. батареи Е. Постепенно на конденсаторе
появляется напряжение ис, которое увеличивается по мере его заряда.
При этом ток заряда определяется формулой
. _ Е — ис
h д •
Так как ис растет, ток уменьшается, а следовательно,
уменьшается и падение напряжения на сопротивлении R. Через
некоторое время процесс заряда закончится, напряжение на
конденсаторе будет равно напряжению батареи Е, а ток га упадет до нуля.
Заряд
Разряд
Рис 219 Заряд и разряд
конденсатора через
активное сопротивление
« — схема б — напряжение на
конденсаторе в — ток в цепи,
г — напряжение на
резисторе R
На рис. 219, б, в, г показаны графики напряжения на
конденсаторе ис, тока в цепи i и напряжения на сопротивлении uR. Время
заряда зависит от величины R и С. Чем меньше сопротивление и
емкость цепи, тем быстрее зарядится конденсатор. Произведение
величин R и С называется постоянной времени цепи и
обозначается буквой т.
= R-C.
278

Можно показать, что т имеет размерность времени.
г 1 r n /ч-1 л О К, fC ft * СВК
[т] == [RC] = ом • фар = — . — = — = == сек.
Теоретически заряд конденсатора продолжается бесконечно
долго. Но на практике считают, что конденсатор зарядился, если
напряжение на нем достигло 95% от напряжения батареи.
Расчеты показывают, что это происходит за время
t — Зт сек = 3i?C сек.
После того как конденсатор зарядится, поставим ключ К в
положение 2. Конденсатор С разряжается на сопротивление R. В
цепи появляется ток разряда гр, противоположный по направлению
току заряда. Направление тока tp показано на рис. 219, а
пунктирной линией со стрелкой. Напряжение на конденсаторе ис
постепенно уменьшается, также уменьшается ток разряда ip и
напряжение на сопротивлении uR. Графики ис и uR показаны на
рис. 219, б ж г. Напряжение на конденсаторе убывает по тому же
закону, по какому нарастало напряжение в процессе заряда.
Кривая нарастания и убывания напряжения ис называется
экспоненциальной кривой По экспоненциальному закону изменяются
также и ток в цепи и напряжение на сопротивлении R.
Теоретически и разряд конденсатора продолжается бесконечно
долго. Однако практически можно считать процесс законченным,
когда напряжение на конденсаторе уменьшится на 95% от
первоначального значения. Время разряда, так же как и время заряда,
зависит от постоянной времени цепи и может быть определено по
формуле
tp — Зт сек = 3RC сек.
Из рассмотренного видно, что в цепи, состоящей из
сопротивления R и конденсатора С, переходные процессы целиком
определяются постоянной времени цепи т. Поэтому если вместо
включения и выключения батареи подать на вход цепи (точки а, Ь)
прямоугольные импульсы напряжения, то форма тока в цепи и
напряжений на ее участках будет зависеть от соотношения между
длительностью импульса tn и постоянной времени т.
Дифференцирующая цепь. Посмотрим, что произойдет в цепи,
если длительность импульса на входе больше времени
переходного процесса (?и>3т). Передний фронт импульса вызывает заряд
конденсатора. В цепи возникает импульс тока, а на выходе ее (на
сопротивлении R) — импульс напряжения того же знака, что и
напряжение импульса на входе (рис. 220, а, б). "В момент
прекращения входного импульса происходит разряд конденсатора. Это
дает импульс тока и импульс выходного напряжения. При этом
импульс выходного напряжения имеет полярность,
противоположную полярности входного импульса. Таким образом, вместо пря-
279

моутольного импульса определенной длительности на выходе
схемы появляются два кратковременных остроконечных импульса,
разделенных промежутком времени ?и.
Электрическая цепь, состоящая из конденсатора и
сопротивления и имеющая постоянную времени т, намного меньшую
длительности входного импульса ta,
называется дифференцирующей
цепью.
Влияние паразитных
емкостей. Заметное влияние на про-
•л- Вход
Рис. 220. Дифференцирующая
цепь RC:
а — схема, б — импульс напряжения
на входе, в — напряжение на
конденсаторе, г — ток в цепи, в —
напряжение на выходе
Рис. 221. Влияние паразитных
емкостей на работу
дифференцирующей цепи:
а — схема, б — импульс напряжения на
входе, в — напряжение на выходе
цессы в цепи оказывают паразитные емкости, особенно входная
емкость следующего каскада Со (рис. 221, а). При включении
входного импульса конденсатор С и емкость Со оказываются
подключенными последовательно к входному напряжению. Напряжение
280

Uc>.
распределяется обратно пропорционально величинам емкостей С
и С0. Затем начинается заряд конденсатора С через
сопротивление R, и напряжение на выходе уменьшается по экспоненциальной
кривой. Графики напряжения на входе и выходе цепи с учетом
паразитных емкостей показаны на рис. 221, б ж в.
Чем больше емкость Со, тем меньше выходное напряжение.
Таким образом, емкость С0 уменьшает амплитуду выходных
импульсов. Чтобы уменьшить влияние паразитной емкости, емкость
конденсатора С следует
выбирать, по крайней мере, в 4—5 раз
больше емкости Со. А так как
величину постоянной времени j
цепи нужно сохранить
неизменной, то необходимо уменьшать
сопротивление R. Значительно
уменьшать это сопротивление i/g,
нежелательно, так как
увеличивается нагрузка на предыдущий
каскад. Обычно емкость С
выбирают не более 100 пф, а
величина сопротивления R
определяется назначением схемы.
Переходная цепь RC.
Посмотрим, как проходят
процессы в цепи, если ее постоянная
времени больше длительности
импульса (т>1?и). В этом случае ившч
прямоугольный импульс
напряжения на входе заканчивается
раньше, чем происходит заряд
конденсатора (рис. 222).
Напряжение на конденсаторе меньше
напряжения входного импульса.
Напряжение на выходе схемы в
начальный момент, равное
входному напряжению в процессе
заряда, убывает, но до нуля не
падает (рис. 222, г). По окончании входного импульса конденсатор
разряжается. Это вызывает импульс выходного напряжения,
полярность которого противоположна начальному напряжению.
Если увеличивать постоянную времени, увеличивая емкость С
или сопротивление Я, то заряд и разряд конденсатора будут
происходить медленнее. При этом выходное напряжение за время
входного импульса изменяется незначительно. При очень большой
постоянной времени цепи прямоугольный импульс, действующий
на входе цепи, почти без искажений воспроизводится на выходе.
Рис 222. Переходная цепь RC:
¦ схема, б —• напряжение на входе,
- напряжение на конденсаторе С,
г — напряжение на выходе
281

R
-CZh
Вход
С =Ь Выход
в)
fe*
Ur
tn
6)
-*-*
Электрическая цепь, состоящая из сопротивления и
конденсатора и имеющая постоянную времени больше длительности
входного импульса, называется переходной. Примером такой цепи
может служить схема реостатного усилителя напряжения, где
разделительный конденсатор и сопротивление утечки сетки образуют
цепочку RC.
Одна и та же цепь для продолжительных импульсов может
служить дифференцирующей, а для кратковременных —
переходной. Величины
сопротивления R и емкости С
выбирают в зависимости от
назначения цепи и длительности
импульсов. Для
дифференцирующей цепи R и С
берут малыми, а для
переходной — большими.
Интегрирующая цепь с
R и С. Рассмотрим цепь,
состоящую из
сопротивления R и конденсатора С,
в которой выходное
напряжение снимается с
конденсатора (рис. 223, а).
Предположим, что на вход
такой цепи подаются
прямоугольные импульсы
напряжения. В момент
включения входного импульса
конденсатор разряжен и
все напряжение ивх
приложено к сопротивлению R.
По мере заряда
конденсатора напряжение на нем
растет, а на
сопротивлении R уменьшается. В
любой момент времени
напряжение на входе
схемы цвх равно сумме
напряжений на сопротивлении и
конденсаторе. Обычно постоянная времени т таких цепей
значительно больше длительности импульса ta. В этом случае за время
действия импульса конденсатор зарядится лишь до небольшого
напряжения.
После окончания импульса заряженный конденсатор начнет
разряжаться через сопротивление R и внутреннее сопротивление
источника входного напряжения. Ток в цепи будет иметь
направление, противоположное току заряда, а на сопротивлении возни-
Сс
В)
Рис. 223. Интегрирующая цепь RC:
а — схема, б — импульс напряжения на
входе, в — напряжение на резисторе R,
е — напряжение на выходе
282

кает напряжение обратной полярности. Разряд продолжается в
течение паузы между импульсами. При большой скважности
импульса за время паузы конденсатор практически разряжается.
Если же постоянная времени разряда цепи очень велика, то
конденсатор не успеет разрядиться. Выходное напряжение будет
почти постоянным, немного нарастая при действии импульса и
уменьшаясь к концу паузы. Если амплитуда входных импульсов
изменяется, то выходное напряжение воспроизводит закон изменения
амплитуды (рис. 224). Рассмотренная цепь называется
интегрирующей.
"в* ,.
Лл
п
Л_1
U-вЫХ I .
щ
6)
Рис. 224. Напряжения в схеме интегрирующей цепи:
а — импульсы на входе, б — напряжение на выходе
Так же как и дифференцирующая, интегрирующая цепь
состоит из сопротивления и конденсатора, но постоянная времени ее
значительно больше, чем длительность импульса. Выходное
напряжение интегрирующей цепи снимается с конденсатора.
Влияние частотной характеристики на форму импульса. Из
рассмотрения процессов в цепи, состоящей из сопротивления и
емкости, видно, что форма импульса на выходе схемы определяется
величинами С, R и Со. Но от этих же величин зависит и форма
частотной характеристики цепи (это было показано в гл. VI).
Если емкость переходного конденсатора С недостаточно велика,
возникают заметные искажения на нижних частотах.
При усилении импульсных сигналов по этой же причине
искажается плоская вершина импульса. Если емкость конденсатора С
мала, он разряжается быстро и за время длительности входного
импульса выходное напряжение значительно падает.
Форма частотной характеристики схемы на верхних частотах
также связана с искажениями импульсных сигналов. Частотные
искажения на верхних частотах возникают вследствие влияния
паразитной емкости Со. Величина этой емкости имеет значение и
283

при усилении импульсных сигналов. Если емкость Со велика, то
заряд и разряд ее происходит медленно. Передний фронт и срез
импульса растягиваются.
Для передачи импульса с точным сохранением его формы
электрическая цепь должна иметь идеальную частотную
характеристику, т. е. бесконечно широкую полосу пропускания.
Таким образом, между частотной характеристикой цепи и
искажениями импульсных сигналов в этой же цепи существует
определенная зависимость. Это используется на практике. При
исследовании усилителей по искажениям формы выходных сигналов
по сравнению с входным импульсом можно получить
представление о частотной характеристике усилителя, наоборот, по форме
частотной характеристики можно судить об искажениях при
усилении импульсов.
§ 60. ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНЫХ СХЕМ
Ограничители
Во многих случаях бывает необходимо ограничить амплитуду
выходного сигнала определенным уровнем. Эту задачу выполняют
ограничители. Как было показано в главе X, ограничители
применяют в приемниках частотно-модулированных сигналов. Очень
широко используют ограничители и в импульсных схемах.
UtM
Рис. 225 Ограничение
по максимуму
На рис. 225 показан принцип ограничения по максимуму.
Характеристика ограничителя имеет «излом» в верхней части. При
небольших напряжениях на входе выходное напряжение пропор-
284

ционально входному. Если же входное напряжение достигает
значения Um (порога ограничения), то выходной сигнал остается
неизменным при любых изменениях входного напряжения. Таким
же путем можно получить ограничение по минимуму.
В некоторых случаях применяют двусторонние ограничители,
дающие ограничения и по максимуму и по минимуму (сверху и
снизу). Как видно из графиков (рис. 226), при воздействии
синусоидального напряжения на вход напряжение на выходе состоит
из трапецеидальных импульсов различной полярности. При
большой амплитуде входного напряжения и низком уровне
ограничения выходные импульсы имеют почти прямоугольную
форму.
1
-и&
1
+ и$ш
/ 1
/ 1
г 1
1
1
1
Г
1-Щш J
j
+ U,x
)
+ Чвых
\\
—11ч...
j
|1
Рис. 226
Ограничение по максимуму и
минимуму
В качестве ограничителей могут применяться электронные
лампы или полупроводниковые диоды (рис. 227, а). При
положительном импульсе в цепи диода протекает ток. Обычно
сопротивление R во много раз больше сопротивления диода, и напряжение
на выходе имеет почти такую же величину, как и на входе. При
воздействии импульса отрицательной полярности тока в цепи
диода нет.
Если на вход ограничителя подать импульсы с
дифференцирующей цепочки, то на его выходе будут воспроизведены только
положительные импульсы. Изменив полярность включения диода,
можно, наоборот, пропустить только отрицательные импульсы.
285

+ - 0—
Вход
-w-
-0
Выход
-f> -
«)
"вА
идых,
S)
т
¦t
Чтобы изменить порог
ограничения,
последовательно с сопротивлением R
включают источник постоянного
напряжения. Схему
двустороннего ограничителя
выполняют на двух диодах. В
схемах ограничителей
используют и электронные лампы,
например пентоды.
Ограничение можно осуществить в
сеточной или анодной цепи.
Генераторы
релаксационных
колебаний
Рис. 227. Диодный ограничитель:
а — схема, б — импульсы на входе, в —
импульсы на выходе
-1_
Выход
Большое значение в
импульсной технике имеют
схемы для получения колебаний
несинусоидальной формы.
Такие колебания называются
релаксационными. Они могут быть прямоугольными,
пилообразными или какой-нибудь другой сложной формы. Для получения
несинусоидальных колебаний применяют автогенераторы, называемые
релаксационными.
Простейший релакса- < 1 1 ' г——0
ционный генератор может
быть выполнен по схеме,
показанной на рис. 228, а.
При включении цепи
неоновая лампа Л не горит и
конденсатор С заряжается
через сопротивление R.
Как было показано ранее,
время заряда определяется
постоянной времени
цепи т, равной RC.
Сопротивление R выбирают
большим и заряд происходит
сравнительно медленно.
Как только напряжение на
конденсаторе достигает
потенциала зажигания
неоновой лампы, она
загорается. Конденсатор быстро
разряжается через лампу,
а)
Рис. 228. Релаксационный генератор на
неоновой лампе:
а — схема, б — график напряжения на
выходе
286

напряжение на конденсаторе и лампе падает, и она гаснет. Затем
процесс повторяется.
Мультивибраторы
Мультивибратором называется генератор релаксационных
колебаний, форма которых близка к прямоугольной. Колебания
прямоугольной формы содержат множество гармоник. Слово
«мультивибратор» и означает «генератор множества колебаний» (от
латинских слов «raultum» — много и «vibro» — колеблю).
Прямоугольные импульсы напряжения, полученные с выхода
мультивибратора, используют для запуска или переключения
различных схем. В зависимости от назначения мультивибратор
может работать в трех различных режимах: автоколебательном,
ждущем режиме, режиме синхронизации и деления частоты.
ли
0 +
0 Я -
Рис. 229. Схема мультивибратора, работающего в
автоколебательном режиме
Мультивибратор в автоколебательном режиме (в режиме
самовозбуждения) предназначен для генерирования импульсов.
Иногда его называют мультивибратором со свободными колебаниями.
Он представляет собой двухкаскадный реостатный усилитель с
положительной обратной связью (рис. 229).
Обратная связь осуществляется за счет соединения выхода
одного каскада с входом другого через конденсаторы С\ и Ci. Если
лампы Л\ и Лг одинаковы и сопротивления и емкости обоих
каскадов тоже одинаковы (/?ai=#a2; Rc\~Rc2 и С\ — С<х), то
мультивибратор называют симметричным.
Обычно в схеме мультивибратора используют двойной триод.
Рассмотрим принцип действия такой схемы. При включении пи-
287

тания через лампы Л\ и Л% протекают токи. В симметричной
схеме эти токи должны быть совершенно одинаковыми. Но из-за
разброса параметров и различных флюктуации (тепловых изменений)
ток любой из ламп может измениться.
Пусть немного увеличится ток i&i лампы Л\. Это вызовет
увеличение падения напряжения на резисторе Лаь Напряжение на
аноде Л\ при этом уменьшится. (В любой момент сумма
напряжений на резисторе R&\ и на аноде лампы Л\, точнее, между анодом
и катодом, равна напряжению источника анодного питания.)
Конденсатор С\ начнет разряжаться. Ток разряда пройдет по
цепи: левая (положительная) пластина конденсатора С\, лампа Ли
резистор /?с2, правая (отрицательная) пластина конденсатора.
Направление тока разряда показано на рисунке сплошной линией со
стрелкой.
На резисторе RC2 создается падение напряжения.
Отрицательный потенциал на сетке лампы Л2 уменьшит ее анодный ток.
Следовательно, уменьшится и падение напряжения на резисторе Ra2,
а напряжение на аноде Лг увеличится. Это вызовет заряд
конденсатора С2. Ток заряда пройдет от плюса анодного источника Еа
через резистор Лаг, конденсатор С 2, резистор Rci к минусу
источника. Направление тока заряда показано на рисунке пунктирной
линией со стрелкой.
Положительный потенциал на сетке лампы Л\ вызовет еще
большее увеличение ее анодного тока. Так даже ничтожное
увеличение тока i&\ приведет к дальнейшему его увеличению и
уменьшению тока 1ц2- Этот процесс нарастает лавинообразно. В
результате анодный ток лампы Л\ достигнет максимума, а лампа Лг
запрется. Происходит опрокидывание схемы. Длительность
процесса опрокидывапия зависит от постоянной времени цепи и
обычно составляет доли микросекунды.
Лампа Л-} будет заперта до тех пор, пока не закончится разряд
конденсатора С\. По мере разряда конденсатора разрядный ток
и падение напряжения на резисторе ЙС2 уменьшатся и напряжение
на сетке лампы Лг постепенно достигнет величины, при которой
она откроется. Возникнет лавинообразный процесс обратного
направления.
При появдении анодного тока лампы Лг падение напряжения
на резисторе /?аг уменьшит напряжение на аноде лампы Л2. Теперь
будет разряжаться конденсатор С 2. Ток разряда создаст падение
напряжения на резисторе R0i. Отрицательный потенциал на сетке
лампы Л\ уменьшит ее анодный ток и падение напряжения на
резисторе R&\. Напряжение на аноде Л\ увеличится. Будет
заряжаться конденсатор С\ через резистор RC2. Положительный
потенциал на сетке Л2 вызовет дальнейшее увеличение ее анодного тока.
Ток г&2 будет нарастать, а ток i&\ уменьшаться, и очень быстро
лампа Л\ окажется запертой. Произойдет новое опрокидывание
схемы.
288

Таким образом, схема мультивибратора может находиться в
одном из двух состояний, но ни одно из них не является
устойчивым.
Режим работы схемы подобран так, что опрокидывание
происходит значительно быстрее, чем разряд конденсаторов С\ и Сг
через сравнительно большие сопротивления Д01 и ЙС2- Поэтому
мультивибратор будет генерировать импульсы напряжения почти
прямоугольной формы.
На рис. 230 показаны графики напряжений на сетках и анодах
лампы симметричного мультивибратора. В процессе автоколебаний
на сетках ламп поочередно возникает отрицательное напряжение,
запирающее лампу. В соответствии с этим напряжения на анодах
также поочередно возрастают и уменьшаются.
Частота колебаний и форма выходного напряжения
мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме,
определяется только параметрами схемы.
Для симметричного мультивибратора
/ха1 = /ia2 = /та; ncl = ii c2 = лс; ct = C2 = C.
Период колебания такого мультивибратора
где Iо — анодный ток триода;
Uсо — напряжение запирания триода.
Подбирая величины емкостей и сопротивлений, можно
настроить мультивибратор на частоту от нескольких герц до нескольких
десятков килогерц (до 100 000 гц).
В импульсной технике применяют, главным образом,
несимметричные мультивибраторы. В несимметричной схеме
электрические цепи ламп Л\ и Л2 имеют различные постоянные времени.
Поэтому время заряда конденсаторов С\ и С% различно, так же как
и время разряда.
Если, например, емкость конденсатора С\ больше, чем емкость
конденсатора С% то лампа Л\ будет заперта в течение большего
промежутка времени, чем лампа Л2. Графики работы схемы для
этого случая имеют вид, показанный на рис. 231.
Подбирая параметры схемы, можно снимать с выхода
мультивибратора различные по амплитуде и форме напряжения. Обычно
выходное напряжение снимают с анода одной из ламп. Амплитуда
выходного импульса, снимаемого с анода лампы, может составлять
50—70% от напряжения анодного питания. Регулировка
амплитуды импульсов в небольших пределах осуществляется изменением
сопротивлений #ai и йаг- Для регулировки в больших пределах
нужно изменять напряжение анодного питания.
Существует несколько разновидностей схем мультивибраторов.
В схеме рис. 229 обратная связь между каскадами осуществляется
10 Заказ № цдО
289

в анодной цепи (мультивибратор с анодной связью). Но обратная
связь может осуществляться и по катодной цепи. Такая схема
называется мультивибратором с катодной связью (рис. 232).
Так же как и предыдущая, эта схема выполнена на двух
лампах Л\ и Л2. Сетка лампы Л% заземлена. Между сеткой и катодом
лампы включено сопротивление RK, на котором анодные токи
создают падение напряжения.
исг\
у—
1
и
6) t
^ rv.
'
г
г
^
t
г
0
0
"аг>
Рис. 230. Графики напряжений в
схеме симметричного
мультивибратора
а — на сетке первой лампы, б — на
аноде первой яампы, в — на сетке второй
лампы, в — на аноде второй лампы
/ V V V
и и.
л
— г
Рис. 231. Графики напряжений в схеме
несимметричного мультивибратора:
а — на сетке первой лампы, б — на аноде
первой лампы, в — на сетке второй лампы,
г — на аноде второй лампы
Предположим, что в какой-то момент времени лампа Л\
заперта, а лампа Л2 отперта. Отрицательное напряжение на сетке лампы
Л\ создается током разряда конденсатора С. Ток разряда протекает
через лампу Лг и резистор Лс. Направление тока разряда показано
на схеме линиями со стрелками. По мере разряда конденсатора
ток убывает, напряжение на сетке лампы Л\ растет и достигает
такой величины, при которой в цепи анода этой лампы возникает
ток. Этот ток протекает через резистор RK и создает на нем
напряжение, минус которого подается на сетку Л2.
290

Анодный ток лампы Л\ нарастает быстро, что приводит к
запиранию лампы Л%. При этом на сетке лампы Л\ возникает
положительное напряжение и появляется сеточный ток. Напряжение на
сетке возникает за счет тока заряда конденсатора С. Конденсатор
С заряжается от источника питания через резистор йаг, участок
сетка — катод лампы Л\ и резистор RK-
Так как сопротивление участка сетка — катод при наличии
сеточного тока мало (около 1 ком), то ток заряда, а следовательно,
и напряжение на сетке Л\ быстро уменьшаются. Напряжение на
сопротивлении RK также уменьшается и достигает такого значения,
при котором лампа Лг отпирается.
При этом уменьшается напряжение
на аноде лампы Л2, а следовательно,
и на сетке лампы Л\. Анодный ток
лампы Л\ уменьшается, а
напряжение на сетке лампы Л2 возрастает.
Этот процесс заканчивается
запиранием лампы Ли т. е. опрокидыванием
схемы.
После опрокидывания
конденсатор С начинает разряжаться через
сопротивление Rc- Напряжение,
возникающее на этом сопротивлении,
поддерживает лампу Л\ в запертом
состоянии. Разряд конденсатора
происходит медленнее, чем заряд,
поэтому мультивибратор будет
несимметричным. Графики напряжения в
схеме несимметричного мультивибратора с катодной связью
изображены на рис. 233.
Мультивибратор в ждущем режиме (ждущий мультивибратор)
имеет одно состояние устойчивого равновесия. При отсутствии
внешнего пускового импульса схема находится в состоянии покоя
и выходное напряжение ее близко к нулю. При воздействии
пускового импульса возникает импульс выходного напряжения.
Ждущий мультивибратор иногда называют кипп-реле (заторможенное
реле) или мультивибратором с внешним запуском.
Рассмотрим схему ждущего мультивибратора (рис. 234). Это
схема с катодной связью. Для ждущих мультивибраторов она
применяется чаще, чем схема с анодной связью. В схеме с катодной
связью ослаблена нежелательная связь между нагрузкой
(сопротивление йаг) и источником пусковых импульсов. Кроме того,
осуществляется удобная регулировка длительности выходных
импульсов.
При отсутствии пускового импульса лампа Л\ заперта, а
лампа Л2 открыта. Так как через лампу Л\ не протекает ток, то на
сопротивлении #ai нет падения напряжения и напряжение на
Рис. 232. Схема
мультивибратора с катодной связью
10*
291

аноде лампы Л\ равно напряжению источника анодного
питания Еа.
Анодный ток открытой пампы Л2 протекает по цепи:
положительный полюс анодного источника Еа, сопротивление Ra2,
промежуток анод — катод лампы Л2, сопротивление RK, минус источника
1
п
п
п
п
а)
uci
У
ч..
V.
^
V.
У
5)
ик
_TL_h h__h_
>UC1
и
'¦
в)
и
Рис 233. График напряжений в схеме
мультивибратора с катодной связью,
а — на аноде второй лампы б — на сетке первой
лампы, в — на катоде (по отношению к корпусу),
г — на сетке второй лампы
анодного напряжения. Направление тока показано на рисунке
сплошными линиями со стрелками. На сопротивлении RK создается
падение напряжения. Минус этого напряжения через
сопротивление Д2 подан на сетку лампы Л\ и поддерживает ее в запертом
состоянии. Конденсатор Сс заряжен примерно до величины Еа..
292

Внешний импульс положительной полярности подается на
сетку лампы Л\ и отпирает ее. Через лампу Л\ начинает протекать
ток. Возникает падение напряжения на сопротивлении Rah а
напряжение на аноде лампы Л\ уменьшается. Конденсатор Сс
начинает разряжаться. Цепь разряда конденсатора: левая
(положительная) пластина, промежуток анод — катод лампы Ли резисторы RK,
Ri и Д2, резистор Rc, правая (отрицательная) пластина
конденсатора.
Л
Г
-Л_ U
пуск
А,
п irk
чн
R,
? I/,
1 Ц.
I
Ъ —
1
Рис. 234. Схема ждущего мультивибратора с катодной связью
Направление тока разряда показано на рисунке пунктирными
линиями со стрелками. На резисторе R0 создается падение
напряжения, минус которого подан на сетку лампы Л2. Как и во всех
других схемах, процесс быстро, скачком, нарастает и приводит к
запиранию лампы Л%, т. е. к опрокидыванию схемы.
В этом, новом, состоянии, когда лампа Л\ открыта, а лампа Лг
заперта, в схеме происходят медленные изменения и такое
состояние является неустойчивым.
По мере разряда конденсатора Сс ток разряда уменьшается,
напряжение на резисторе Rc уменьшается и постепенно достигает
значения, при котором лампа Лг отпирается.
Анодный ток лампы Л2 создает падение напряжения на
резисторе RK и запирает лампу Ли Конденсатор Сс заряжается по цели:
плюс Еа, резистор #ai, конденсатор Сс, промежуток сетка —
катод лампы Л г, резистор RK, минус Еа. По окончании заряда
конденсатора восстанавливается устойчивое равновесие схемы.
На рис. 235 доказаны графики напряжений в схеме ждущего
мультивибратора. Из графиков видно, что кратковременный
пусковой импульс напряжения на входе вызывает появление более
длительного отрицательного импульса напряжения на аноде
лампы Л\ и такого же положительного импульса на аноде лампы Л2.
293

В зависимости от того, какая полярность импульсов требуется
на выходе, выходное напряжение можно снимать с анода первой
или второй лампы.
Длительность выходного импульса в основном определяется
величинами Rc и Сс (рис. 234). Подбирая их, можно получить
импульсы длительностью в десятки или сотни микросекунд.
Величины сопротивлений i?ai, Ra2 и Вк в меньшей степени влияют на
длительность импульса.
Напряжение источника питания Еа и потенциал запирания
лампы для получения импульсов определенной длительности
должны быть неизменны.
Резисторы Ri и #2 образуют делитель напряжения. С
резистора Д2 на сетку лампы Л2 подается небольшое положительное
напряжение, называемое управляющим напряжением Uy. Изменяя
величину управляющего
напряжения можно регулировать
длительность выходных импульсов,
д1 к ( причем длительность импульса
о) находится в прямой пропорцио-
и< нальной зависимости от величи-
о
-}—| / ны управляющего напряжения.
(и Это удобно для регулировки.
J _^ Мультивибратор в режиме
61 синхронизации. Частота колеба
"?| ний мультивибратора очень не-
/ | 1 стабильна. Она зависит от
парада у метров схемы, токов и напряже-
' -*-/ ний. При изменении напряже-
Щ ния источников питания, смене
„„„.„. . ламп и других случайных изме-
Рис. 235. Графики напряжении в „
схеме жд/щего мультивибратора: нениях частота резко меняется.
о—сигнал пуска, б — напряжение на "Ри СМвНе ЛЭМП, например, OT-
аноде первой лампы, в — напряжение КЛОНеНИв ЧЭСТОТЫ МОЖвТ ДОСТИ-
на анопе второй лампы m жг си п
гать 11)—15 7о. Поэтому
мультивибратор в режиме
автоколебаний применяют редко. Значительно лучше он работает в режиме
синхронизации.
Синхронными называются колебания, частоты которых равны
или отличаются в целое число раз. Генераторы, создающие такие
колебания и связанные между собой, также называются
синхронными.
Напряжение, синхронизирующее работу мультивибратора,
представляет собой синусоидальные колебания или остроконечные
импульсы, частота которых очень стабильна. Его можно взять,
например, от кварцевого генератора. Это напряжение подают на
сетку любой из ламп или в цепь катода. На рис. 236 показана
схема мультивибратора с положительным смещением, в которой син-
294

хронизирующие импульсы подаются на резистор RK, включенный
в цепь катода обеих ламп.
Импульсы синхронизирующего напряжения имеют
отрицательную полярность (плюс на корпус и минус на катод). По
отношению к сеткам ламп импульсы будут положительными. Они
одновременно воздействуют на сетки обеих ламп. Параметры схемы
подобраны так, что период собственных колебаний
мультивибратора больше периода следования импульсов.
Рассмотрим принцип работы мультивибратора (рис. 237, а).
Синхронизирующий импульс 1 поступает на сетки ламп в тот
момент, когда отрицательное напряжение на сетке лампы Л\
превышает потенциал запирания U3 и лампа Л\ заперта. Импульс
напряжения, положительный по отношению к сетке, отпирает лампу.
9 ? +
¦л- ивш Еа
Рис. 236. Схема мультивибратора, работающего в
режиме синхронизации
Если бы мультивибратор работал в автоколебательном режиме,
то отпирание лампы произошло бы позднее. На графике ?Син —
период следования синхронизирующих импульсов, a U и t2 —
длительность импульсов в автоколебательном режиме. Из графика
видно. ЧТО tcs,H<ti.
При отпирании лампы Л\ происходит лавинообразный процесс,
в результате которого запирается лампа Л2. Следующий
синхронизирующий импульс отпирает лампу Л2 и запирает лампу Л\.
Таким образом, в момент прихода каждого импульса происходит
опрокидывание схемы. Импульсы 1,3,5 ж т. д. отпирают лампу Ли
импульсы 2, 4, 6 и т. д. — лампу Л2.
Выходное напряжение можно снимать с анода любой из ламп,
например лампы Л2, как это показано на рис. 236. Частота
колебаний, создаваемых мультивибратором, определяется только
частотой синхронизирующих импульсов. Изменение режима питания и
другие случайные причины почти не влияют на частоту.
295

1синл
Мультивибратор в режиме деления частоты. Синхронизацию
мультивибратора можно осуществить и в том случае, если частота
синхронизирующих импульсов в несколько раз больше частоты
собственных колебаний
мультивибратора. В этом
случае опрокидывание
схемы вызывают не все
синхронизирующие импульсы,
а лишь некоторые из них.
Например, как показано
на рис. 237, б, лишь при
воздействии третьего
импульса напряжение на
сетке лампы становится
достаточным для того, чтобы
отпереть лампу.
Частота колебаний
мультивибратора
оказывается в три раза меньше
частоты
синхронизирующих импульсов. Например,
если к мультивибратору
подведено напряжение с
частотой 75 кгц, то с
выхода его можно снять
напряжение с частотой 25 кгц.
Происходит деление
частоты. Применяя
последовательно несколько
мультивибраторов, можно
обеспечить деление частоты в
большое число раз.
Достоинства и
недостатки мультивибраторов.
Мультивибратор является
простым и надежным в
работе устройством. Однако
мультивибраторы имеют и
недостатки, ограничивающие их применение. Прежде всего,
мультивибратор не может создавать импульсы очень малой
длительности. Кроме того, от мультивибратора нельзя получить импульсное
напряжение с большой скважностью. Наибольшая скважность
обычно не превышает 10 и лишь при ухудшении формы импульсов
ее можно увеличить примерно до 100.
Чтобы обеспечить большую крутизну переднего и заднего
фронта импульсов, нужно уменьшить время заряда и разряда
конденсаторов в схеме, т. е. уменьшить постоянную времени цепи.
Рис. 237. Графики напряжений
мультивибратора.
а — в режиме синхронизации, б —
деления частоты
в режиме
296

Для этого, например, в схеме мультивибратора со свободными
колебаниями (см. рис. 229) нужно брать сопротивление i?ai и R&2
и емкости С\ и Сг возможно меньшими. Однако значительно
уменьшать сопротивления #ai и Даг нельзя, так как при этом
напряжения на анодах лампы будут изменяться в небольших
пределах, т. е. будет мала амплитуда выходного напряжения.
Емкости же С\ и С2 должны быть, по крайней мере, в 5—10 раз
больше паразитных емкостей схемы. Обычно С\ и С% берут не
меньше 100—200 пф. Это ограничивает диапазон частот.
Применение мультивибраторов. Мультивибраторы используют
для получения колебаний несинусоидальной формы. Очень
широко применяют их как делители частоты. Так как
несинусоидальное колебание, кроме основной частоты, содержит множество
гармоник, то мультивибратор, оправдывая свое название,
действительно является генератором множества частот.
Принцип деления частоты положен в основу работы кварцевых
часов. Высокостабильный кварцевый генератор синхронизирует
работу мультивибратора на частоте в несколько раз более низкой,
чем частота свободных колебаний мультивибратора. Импульсы,
полученные на выходе первого мультивибратора, синхронизируют
работу второго на еще более низкой частоте и т. д. Полученные
импульсы низкой частоты управляют работой электрических
часов.
Ждущий мультивибратор применяют для удлинения
импульсов и для создания импульсов переменной длительности.
Различные схемы мультивибраторов используют в радиолокационных
устройствах и в аппаратуре телевидения и радиорелейной связи.
Блокинг-генераторы
В качестве генераторов несинусоидальных (релаксационных)
колебаний во многих случаях применяют блокинг-тенераторы.
Форма колебаний, создаваемых ими, зависит от параметров схемы
и может быть очень разнообразной: почти синусоидальной,
прямоугольной и т. д.
Чаще всего блокинг-генераторы используют для генерирования
кратковременных импульсов с большой скважностью. Импульсы
могут иметь любую полярность и длительность от десятых долей
микросекунды до нескольких сотен микросекунд, частоту
повторения — от нескольких импульсов до сотен тысяч в секунду.
Так же как и мультивибратор, блокинг-генератор может
работать в автоколебательном режиме, в ждущем режиме или режиме
синхронизации. Кроме того, он может применяться и для деления
частоты.
Рассмотрим одну из распространенных схем блокинг-генерато-
ра (рис. 238, а). Это схема лампового генератора с
трансформаторной обратной связью. Так как трансформатор имеет сердечник из
297

При подключении схемы к
цепи лампы возникает ток. Он
ферромагнитного материала, то обратная связь между цепью
анода и цепью сетки очень сильная. Для получения сеточного
смещения в цепь сетки лампы включена цепочка Rc и Сс.
Такая схема работает в режиме автоколебаний, но в отличие
от генератора синусоидальных колебаний возбуждается не
непрерывно, а периодически. Процесс самовозбуждения имеет
лавинообразный характер.
источникам питания в анодной
быстро нарастает и, протекая по
первичной обмотке
трансформатора L\, индуктирует во
вторичной обмотке L2 э. д. с.
При положительной обратной
связи направление э. д. с.
таково, что на сетку лампы
подается положительное по
отношению к катоду
напряжение. Это вызывает еще
большее увеличение анодного
тока, причем процесс
лавинообразно нарастает.
Одновременно происходит
быстрый заряд конденсатора
Сс через промежуток сетка —
катод лампы. Направление
тока заряда конденсатора
показано на рисунке
пунктирными линиями со стрелками.
Левая (на схеме) пластина
конденсатора, соединенная с
обмоткой Й2, заряжается
положительно, а правая,
соединенная с сеткой лампы,
отрицательно.
При быстром увеличении
анодного тока лампы также
быстро уменьшается
напряжение на ее аноде вследствие
падения напряжения на
первичной обмотке
трансформатора L\. Эта стадия работы
блокинг-генератора
называется стадией формирования
фронта импульса.
По мере приближения к режиму насыщения лампы скорость
нарастания ее анодного тока уменьшается. При этом уменьшается
и э. д. с, индуктированная в обмотке L2, а следовательно, умень-
Рис 238
— схема, б — напряжение на сетке,
в — напряжение на аноде
298

шается положительный потенциал на сетке лампы, что еще
больше замедляет нарастание тока.
В течение небольшого промежутка времени анодный ток
остается почти неизменным и во вторичной обмотке трансформатора
не индуктируется э. д. с. Этот короткий промежуток времени
соответствует рабочей стадии — формированию плоской части
(вершины) импульса.
Затем начинается разряд конденсатора Сс. Через промежуток
сетка — катод лампы, обладающий односторонней проводимостью,
ток разряда протекать не может и конденсатор разряжается через
резистор Rc. Направление тока разряда показано на рисунке
сплошными линиями со стрелками.
Ток разряда создает на резисторе Rc падение напряжения.
Минус этого напряжения подан на сетку лампы, а плюс на катод.
Отрицательный потенциал на сетке лампы уменьшает анодный
ток. Уменьшающийся ток индуктирует во вторичной обмотке
трансформатора э. д. с, но уже противоположного направления,
что еще больше увеличивает отрицательный потенциал на сетке
лампы.
В начальный момент ток разряда конденсатора велик, процесс
нарастает лавинообразно и приводит к быстрому запиранию
лампы. Эта стадия процесса соответствует формированию среза
импульса.
Конденсатор Сс разряжается через большое сопротивление
Дс, сравнительно медленно и постепенно ток разряда
уменьшается. Уменьшается и отрицательный потенциал на сетке лампы.
Через некоторый промежуток времени лампа отпирается и схема
приходит в исходное состояние. Эта стадия процесса называется
стадией восстановления.
Далее начинается новое нарастание анодного тока и процесс
повторяется.
На рис. 238, б ж в показаны графики изменения напряжения
на сетке и аноде лампы блокинг-генератора. (/ — стадия
формирования фронта импульса, // — формирования плоской части
импульса, III — формирования среза и IV — восстановления )
Импульсы выходного напряжения можно снимать с анода
лампы, причем амплитуда импульса будет почти равна напряжению
источника анодного питания. Если же применить третью обмотку
трансформатора, то на ней можно получить импульсы с
амплитудой, большей чем напряжение источника питания.
Схема блокинг-генератора может быть выполнена и на
транзисторе.
Для работы блокинг-генератора в ждущем режиме на сетку
лампы подают постоянное отрицательное напряжение, запирающее
лампу. Пусковой положительный импульс отпирает лампу, и
блокинг-генератор начинает работать в автоколебательном
режиме.
299

При работе в режиме синхронизации в цепь сетки лампы бло-
кинг-генератора подают синхронизирующие импульсы. Частота
синхронизирующих импульсов должна быть больше, чем частота
колебаний блокинг-генератора в автоколебательном режиме.
Схема блокинг-генератора проста и надежна в работе. При
большой скважности импульсов можно получить большую
мощность импульса даже при применении сравнительно маломощной
лампы. Выходные импульсы имеют крутой фронт и срез, что
является большим достоинством схемы. Все это определяет широкое
применение блокинг-генераторов в импульсной технике.
Большое значение для работы блокинг-генератора имеет
конструкция трансформатора. Этот трансформатор работает в
импульсном режиме и имеет следующие особенности. Резкое
изменение тока в обмотках вызывает и резкие изменения магнитного
потока в сердечнике. При этом увеличиваются потери на
гистерезис и вихревые токи. Поэтому сердечник изготовляют из
специальных материалов с большой начальной проницаемостью и малыми
потерями, например из пермаллоя или стали специальных марок.
Сердечник собирают из очень тонких пластин или выполняют в
виде кольца из стальной ленты. Толщина ленты не более 0,1 мм.
Чтобы уменьшить магнитное рассеяние и междувитковую емкость,
число витков берут небольшим A00—3000).
Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (электронные
устройства с линейным разрядом конденсатора)
В радиотехнических устройствах часто бывает нужно получить
напряжение, изменяющееся прямо пропорционально времени, т. е.
по линейному закону (рис. 239),
Строго линейную зависимость
получить очень трудно. Обычно для
практических целей используют схемы
заряда и разряда конденсатора. Как
было показано в предыдущем
параграфе, напряжение на конденсаторе
в процессе заряда нарастает по
экспоненциальной кривой (см. рис. 219,6).
Используя небольшой участок этой
-*— t кривой, можно получить почти
прямолинейную зависимость
напряжение. 239. График линейно НИЯ от времени. Это возможно толь-
изменяющегося напряже- KQ в и с большой ПОСТОЯННОЙ вре-
ния г
мени.
Однако такой способ
нерационален. Как показывают расчеты, при напряжении источника
питания, равном, например, 100 в, можно получить напряжение,
изменяющееся линейно в пределах от нуля до 5—6 в. Поэтому в прак-
300

if+Ea
¦Ea
тике применяют схемы генераторов линейно изменяющегося
напряжения с отрицательной обратной связью.
Наиболее часто используют схему генератора с линейным
разрядом конденсатора через пентод (рис. 240). Между анодом и
управляющей сеткой пентода включен конденсатор С, который
является элементом обратной связи. Разряд этого конденсатора и
используется для получения линейно изменяющегося напряжения.
Схема работает в ждущем режиме.
В исходном положении на защитную (третью) сетку пентода
подается большое отрицательное напряжение Е03, тока в анодной
цепи нет. Управляющая сетка соединена с плюсом анодного
источника Еа через большое сопротивление Rc. В цепи управляющей
сетки протекает ток,
который создает на резисторе
Rc падение напряжения.
Этот резистор подобран
так, что напряжение на
управляющей сетке близко
к нулю. На экранирующую
сетку подается постоянное
напряжение через
резистор RC2-
Левая обкладка
конденсатора С соединена с
управляющей сеткой
пентода, напряжение на
которой почти равно нулю.
Можно считать эту точку
схемы заземленной, т. е.
соединенной с минусом анодного источника. Правая обкладка
конденсатора С через резистор анодной нагрузки 1?а соединена с
плюсом анодного источника. Так как анодный ток пентода равен нулю,
то на резисторе Ra нет падения напряжения и конденсатор С
можно считать включенным между минусом и плюсом анодного
источника.
Следовательно, в исходном режиме конденсатор заряжен до
напряжения анодного источника Еа, Пусковой импульс
положительной полярности подается на защитную сетку. Он отпирает лампу,
в ее анодной цепи появляется ток, на резисторе Ra возникает
падение напряжения, а напряжение на аноде лампы уменьшается.
Так как напряжение на конденсаторе мгновенно измениться не
может, то понижение потенциала анода-мгновенно передается на
управляющую сетку и на ней возникает отрицательное
напряжение, близкое к потенциалу запирания лампы.
Затем конденсатор С начинает разряжаться (точнее,
перезаряжаться) через промежуток анод — катод лампы, анодный
источник и резистор #о Направление тока разряда конденсатора
показано на рис. 240 пунктирными линиями со стрелками.
-П.
Рис.
240. Схема генератора линейно
меняющегося напряжения
301

В процессе разряда конденсатора потенциал его левой
обкладки, равный потенциалу управляющей сетки, повышается, а
потенциал правой обкладки, равный потенциалу анода лампы,
понижается. Разряд конденсатора продолжается до тех пор, пока на
защитной сетке действует
положительный импульс входного
напряжения.
Если бы в цепи не было
отрицательной обратной связи, разряд
происходил бы по
экспоненциальному закону. Но как только в
анодной цепи возникает ток, в схеме
начинает действовать
отрицательная обратная связь по
напряжению. Любое изменение
напряжения на аноде лампы через
конденсатор передается на управляющую
сетку. Это равноценно увеличению
постоянной времени цепи разряда
конденсатора. Закон изменения
анодного напряжения близок к
линейному.
На рис. 241 показаны графики
изменения напряжения на
защитной сетке, на аноде лампы и на
управляющей сетке. Как видно из
графика, напряжение на аноде лампы изменяется в больших
пределах.
Рис. 241. Графики работы
генератора линейного
напряжения:
а — напряжение на защитной
сетке, 6 — напряжение на аноде,
в — напряжение на управляющей
сетке
Фантастронный генератор
В генераторе линейно изменяющегося напряжения, схема
которого показана на рис. 240, рабочий процесс разряда конденсатора
продолжается лишь в то время, пока на защитной сетке действует
положительный импульс входного напряжения. Другими словами,
импульсы входного напряжения должны иметь достаточную
длительность
Существую! схемы генераторов линейно изменяющегося
напряжения, которые запускаются короткими импульсами. В таких
схемах момент окончания разряда конденсатора определяется
параметрами цепи положительной обратной связи.
Если цепь положительной обратной связи создается
дополнительной лампой, то генератор называется санатронным. Если же в
этой цепи используется катодное сопротивление, то генератор
называется фантастронным.
Рассмотрим схему фантастронного генератора на пентоде
(рис. 242). По принципу действия такая схема напоминает жду-
302

щий мультивибратор. Управляющая сетка пентода подключена к
плюсу анодного источника Е& через резистор Rc. В исходном
состоянии на этом резисторе за счет тока управляющей сетки
создается падение напряжения. Оно вычитается из напряжения
анодного источника и в результате на управляющей сетке имеется лишь
небольшой положительный по отношению к катоду потенциал.
1—Г
Рис. 242. Схема фантастронного генератора
На экранную сетку подано положительное напряжение. Оно
снимается с резистора йг, который вместе с резистором R\
образует делитель напряжения. В цепи экранной сетки протекает ток
и создает на резисторе RK падение напряжения. Минус этого
напряжения через резистор из подается на защитную
сетку. Это отрицательное напряжение запирает лампу по
анодному току.
В исходном состоянии анодный ток лампы равен нулю и на
резисторе йа нет падения напряжения. При этом потенциал анода
равен потенциалу положительного полюса источника анодного
напряжения Еа.
Напряясение на аноде пентода (т. е. между анодом и катодом)
максимально Оно меньше напряжения анодного источника Е& на
величину падения напряжения на резисторе RK. Напряжение на
конденсаторе С почти равно напряжению на аноде лампы. Так как
анодного тока нет, то правую (на схеме) пластину конденсатора
можно считать подключенной непосредственно к плюсу анодного
источника. Левая же пластина соединена с управляющей сеткой,
которая имеет небольшой положительный потенциал по
отношению к катоду.
Исходное состояние схемы является устойчивым. В этом
состоянии схема генератора может находиться неограниченно долго
303

конденсатора:
Для запуска схемы на защитную сетку подается
положительный по отношению к катоду импульс напряжения. Он отпирает
лампу. В анодной цепи возникает ток. На сопротивлении Ra
появляется падение напряжения, а напряжение на аноде лампы
уменьшается.
Через конденсатор С ото изменение напряжения передается на
управляющую сетку. Напряжение на управляющей сетке
уменьшается, т. е. становится отрицательным по отношению к катоду.
Управляющая сетка уменьшает поток электронов, движущихся с
катода. Поэтому уменьшается ток экранной сетки и падение
напряжения на сопротивлении RK. Следовательно, уменьшается
отрицательное напряжение на защитной сетке и анодный ток возрастает.
Этот процесс развивается лавинообразно и происходит очень
быстро, скачком. При некотором значении анодного тока, величина
которого зависит от параметров схемы, лавинообразный процесс
прекращается. Новое состояние схемы по сравнению с исходным
состоянием характеризуется уменьшением напряжения на аноде
и напряжения на катодном сопротивлении RK.
Далее начинается рабочий процесс схемы. Так как потенциал
анода уменьшился, то конденсатор С, правая пластина которого
подключена к аноду лампы, начинает разряжаться. Цепь разряда
правая (положительная) пластина, промежуток
анод — катод лампы, резистор RK,
земля (минус анодного
источника), анодный источник Еа,
сопротивление Rc, левая
(отрицательная) пластина. Направление тока
разряда показано на рисунке
линиями со стрелками.
В процессе разряда
конденсатора в схеме действует
отрицательная обратная связь. Всякое
уменьшение разрядного тока
конденсатора сопровождается уменьшением
падения напряжения на
резисторе Rc. При этом уменьшается
отрицательный потенциал на
управляющей сетке и анодный ток
возрастает. Это, в свою очередь,
приводит к увеличению падения
напряжения на резисторе йа и
уменьшению потенциала анода.
Разрядный ток конденсатора
должен увеличиться.
Как уже говорилось ранее,
отрицательная обратная связь
обеспечивает постепенное и, что осо-
Рис. 243. Графики напряжений в
схеме фантастронного
генератора:
а — положительный импульс запуска
на входе, б — напряжение на аноде,
е — напряжение на управляющей
сетке, г — напряжение на катоде
304

бенно важно, линейное изменение напряжения на аноде лампы. По
сравнению с предыдущей схемой потенциал анода изменяется еще
в больших пределах. По линейному закону изменяется и
напряжение на катодном резисторе Лк-
Разряд конденсатора заканчивается, когда анодный ток
достигает максимального значения, определяемого типом лампы.
Разрядный ток через резистор Rc не протекает, с этого резистора не
подается отрицательное напряжение на управляющую сетку.
Положительный потенциал на управляющей сетке увеличивает ток в
цепи экранной сетки. Увеличивается падение напряжения на
резисторе Вк, и на защитной сетке вновь появляется
отрицательное напряжение. Процесс нарастает быстро, скачком и лампа вновь
запирается по анодному току. Схема приходит в исходное
состояние. На рис. 243 показаны графики напряжений в схеме фантаст-
ронного генератора. Из графиков видно, что линейно
изменяющееся напряжение можно получить в различных точках схемы.
Триггерь!
Для различных переключений в схемах современной
аппаратуры с успехом применяются электронные (бесконтактные) реле.
Электромагнитные (контактные) реле требуют постоянного ухода.
При размыкании цепи между контактами образуется дуга и
контакты постепенно подгорают. Кроме того, такие реле подвержены
механическому износу.
Электронные реле дороже и сложнее электромагнитных, но
значительно более надежны и долговечны. Кроме того, электронные
реле практически безынерционны и могут обеспечивать большое
число переключений цепи в секунду.
Существует много разновидностей электронных реле. Одной из
них является ждущий мультивибратор. Но наиболее широкое
распространение получили триггеры, относящиеся к так называемым
спусковым схемам. В таких схемах по получении входного
сигнала ток и напряжение на выходе изменяются резко, скачкообразно,
подобно тому, как это происходит при замыкании и размыкании
реле.
Схема триггера может быть выполнена на электронных лампах,
транзисторах, тиратронах, магнитных элементах.
Рассмотрим схему триггера на электронных лампах (рис. 244).
В этой схеме используются два триода — Л\ и Л%. Наиболее удобно
применить для этой цели двойной триод. Параллельно источнику
анодного напряжения Еа в схеме включены две цепочки: Даь R\,
Rc2 и Даг", #2 , йен, образующие делители напряжения. С
резисторов Rci и #с2 на сетки ламп снимаются положительные
напряжения. Кроме того, на сетки подается и отрицательное напряжение
смещения Ес от отдельного источника.
305

При включении схемы в анодных цепях обеих ламп протекают
токи, на сетках ламп устанавливаются постоянные напряжения.
Но такое состояние схемы является неустойчивым. Даже при
полной симметрии схемы токи ламп не могут быть длительное время
точно равны друг другу. По какой-либо причине, например
вследствие неизбежных колебаний тока эмиссии, анодный ток одной из
ламп окажется больше, чем другой.
Предположим, что увеличился анодный ток лампы Лч- При
этом возрастает падение напряжения на резисторе Ra2, а
напряжение на аноде Л2 уменьшится. Тогда уменьшится и напряжение
на резисторах Ri и Rci, включенных последовательно с
резистором i?d2.
_Л_ U
Рис. 244. Схема триггера
Теперь на сетку лампы Л\ с резистора ЙС1 будет сниматься
меньшее положительное напряжение и анодный ток этой лампы
уменьшится. Уменьшится также и падение напряжения на
резисторе /?ai. Напряжение на резисторах R\ и Rc2 при этом возрастет,
с резистора ЙС2 будет сниматься большее положительное
напряжение и анодный ток лампы Л2 возрастет еще больше.
Процесс развивается лавинообразно и быстро приводит к
полному запиранию лампы Л\. Анодный ток лампы Л2 при этом
достигает максимального значения. Такое состояние схемы является
устойчивым.
Схема может находиться в этом состоянии сколь угодно долго
до тех пор, пока на сетку лампы Л\ не поступит импульс
положительного напряжения, достаточный для того, чтобы отпереть
лампу. При этом в схеме возникнет лавинообразный процесс обратного
направления.
306

В цепи анода лампы Л\ появится ток, увеличится падение
напряжения на резисторе йаь а напряжение на резисторе i?C2
уменьшится. На сетку лампы Л2 будет сниматься меньшее
положительное напряжение, ее анодный ток уменьшится. Уменьшится
падение напряжения на резисторе Ла2, увеличится положительное
напряжение, снимаемое с резистора Rc\ на сетку лампы Ль ее
анодный ток возрастет еще больше. Этот процесс очень быстро,
скачком приведет к запиранию лампы Л%, а анодный ток лампы Лх
достигнет максимума. Прои-
и ех к
Т
±
— МИ.,.
N
а)
-
—^
3^-
иаЛ
В)
зоидет опрокидывание схемы.
В этом новом состоянии
устойчивого равновесия
схема также может находиться
сколь угодно долго и, чтобы
вызвать опрокидывание ее,
нужно подать на сетку
лампы Л\ импульс
отрицательной полярности.
Таким образом, можно
управлять работой триггера,
подавая на сетку одной из ламп
импульсы чередующейся
полярности.
На рис. 245 показаны
графики напряжений в схеме
триггера. При каждом
пусковом импульсе происходит
опрокидывание схемы, одна из
ламп отпирается, а другая
запирается. В анодной цепи
каждой из ламп возникают импульсы напряжения определенной
длительности, имеющие почти прямоугольную форму.
Если пусковые импульсы имеют неизменную полярность, то
их подают поочередно на сетку то одной то другой лампы. Чтобы
уменьшить связь между схемой триггера и устройством, которое
вырабатывает пусковые импульсы, их подают через
разделительные диоды.
Запускающее напряжение может иметь и другую форму,
отличную от импульсной. Опрокидывание схемы будет происходить
каждый раз, когда это напряжение достигнет величины, достаточной
для отпирания лампы.
Ламповый триггер на триодах хорошо работает до частот в
несколько сот килогерц. Во многих случаях частота импульсов
запуска больше и рассмотренная схема не сможет срабатывать от
каждого импульса. Чтобы уменьшить время переключения
параллельно сопротивлениям В.\ и i?2, включают конденсаторы С\ и С г
E0—100 пф). Без этих конденсаторов междуэлектродная емкость
6) t
Рис, 243. Графики напряжений в
схеме триггера:
а — пусковые импульсы, б —
напряжение на аноде лампы Ль в — напряжение
на аноде лампы Лг
307

заряжается через резисторы R\ или #2, на что требуется некоторое
время. При коротком импульсе схема может не сработать.
Увеличение быстроты действия триггера является очень
важной задачей. В некоторых устройствах быстрота переключений
является решающей. Например, скорость вычисления некоторых
математических машин зависит от быстроты действия триггера.
Для запуска триггера достаточны сигналы очень малой
мощности, порядка миллионных долей ватта. На выходе же триггера
можно получить сигнал во много раз больший. Таким образом,
работа триггера напоминает работу реле, где замыкание цепи
слабого тока может вызвать переключение мощного устройства.
Триггеры очень широко используют для включения или
выключения различных электрических цепей, получения импульсов
напряжения прямоугольной формы, счета частиц вещества или
электрических сигналов и во многих других случаях.
Селекторы импульсных сигналов
Во многих случаях на вход какого-либо устройства
воздействует большое число различных импульсов, имеющих вполне
определенное назначение. Это имеет место в аппаратуре импульсной
многоканальной связи, в телевидении и радиолокации. Как было
показано в § 58, импульсы характеризуются определенными
параметрами: амплитудой, длительностью, фазой (временным
положением), частотой повторения, формой. Поэтому из общей
последовательности можно выделить только импульсы, обладающие
вполне определенными признаками. Устройства, которые
выделяют определенные импульсы, называются импульсными
селекторами.
Амплитудные селекторы могут выделять импульсы, амплитуда
которых выше или ниже определенного уровня. Для этой цели
применяют ограничители.
Селекторы импульсов по длительности в зависимости от схемы
выделяют импульсы, длительность которых больше или меньше
определенной величины. Здесь может быть использована,
например, схема, в которой под действием входного импульса заряжается
конденсатор. Если импульс короткий, конденсатор зарядится до
небольшого напряжения и на выходе схемы напряжения не будет.
При воздействии длительного импульса конденсатор зарядится до
напряжения, при котором на выходе также возникает импульс
напряжения.
Широкое распространение имеет селекция импульсов по
совпадению. Селектор по совпадению, или, как ею часто называют,
каскад совпадений, представляет собой схему с несколькими входами
и одним выходом. Выходной импульс появляется только при
одновременном поступлении импульсов на все его входы. Если
отсутствует хотя бы один входной импульс, напряжение на выходе
308

будет равно нулю. Чаще всего один из импульсов создается в
самой аппаратуре для управления ее работой и называется
селекторным.
Рассмотрим схему каскада совпадений, выполненную на диодах
(рис. 246). На вход схемы поступает последовательность
импульсов, из которой требуется выделить только такие, которые
совпадают по времени с селекторными импульсами. Входные
импульсы подаются на зажимы 1—2. Они могут иметь как
положительную, так и отрицательную полярность. Селекторные
импульсы подаются на зажимы 3—4. Они также могут быть
положительными или отрицательными. Положительный селекторный
импульс подается на клеммы 3—О,
отрицательный — на клеммы 4—0.
Предположим, что на вход
схемы (зажимы 1—2) приходит
положительный импульс. Если при
-с=э
Вход
г
0-
-0
"ifa
Выход
is
о
е
-а
0 -
Рис. 246. Схема селектора по
совпадению (каскада совпадений)
Рис. 247. Селектор по
совпадению импульсов различной
полярности
этом селекторный импульс отсутствует, то входной импульс не
сможет пройти на выход, так как через диод Д\ пройдет ток и цепь
диода шунтирует выход. Если же одновременно с входным
сигналом на схему действует селекторный сигнал, то диод Д\ закроется
и входной импульс пройдет на выход селектора.
При входном импульсе отрицательной полярности и при
отсутствии селекторного сигнала выход зашунтирован диодом Дг. При
одновременном же воздействии входного и селекторного импульса
отрицательной полярности на выходе также будет отрицательный
импульс напряжения.
Селектор импульсов по совпадению в некоторых устройствах
выполнен на пентоде. Пентод должен быть заперт по двум сеткамг
управляющей и экранирующей. Если импульс поступает только на
одну из них, то лампа остается запертой. И только при воздействии
положительных импульсов одновременно на две сетки в анодной
309

цепи появляется ток и на аноде возникает отрицательный импульс
напряжения. Схема на пентоде может быть использована и для
совпадения по трем импульсам. При этом пентод должен быть
заперт по трем сеткам.
В некоторых случаях необходимо, чтобы лампа отпиралась при
одновременном воздействии импульсов различной полярности.
Такая схема показана на рис. 247. На управляющую сетку лампы
подано отрицательное напряжение от отдельного источника.
Напряжение этого источника подобрано так, что лампа будет отперта
только при одновременном воздействии положительного импульса
на сетке и отрицательного на катоде. Существуют схемы
селекторов по совпадению, в которых при одновременном воздействии
импульсов лампа или транзистор оказываются запертыми.
Восстановитель постоянной составляющей
Во многих случаях сигнал имеет постоянную и переменную
составляющие. Но для усиления применяют схемы, которые
пропускают только переменную составляющую. Например, переходная
цепь широко распространенной реостатной схемы усиления имеет
конденсатор, который не пропускает постоянную составляющую.
Тем более не пригодна для
усиления постоянных токов и
напряжений трансформаторная схема
усиления. Поэтому при передаче и
усилении неизбежна потеря
постоянной составляющей.
йен
п
и
и
+ (-)&
Вход
-(+)#
0 +
Выход
ивы*
ш
Ф
Рис. 248 Простейшая схема
восстановителя постоянной составляющей
Рис 249. Графики напряжений
в схеме восстановителя
постоянной составляющей:
а — сигнал на входе, б — сигнал на
выходе
Задачу восстановления постоянной составляющей выполняют
специальные схемы. Простейшая схема восстановителя
постоянной составляющей изображена на рис. 248. Входной сигнал
подается на цепочку RC, выходной снимается с диода. Емкость С и
сопротивление R выбирают достаточно большими. Постоянная
времени цени x—R-C велика по сравнению с длительностью им-
310

пульсного сигнала на выходе. Внутреннее сопротивление диода в
прямом направлении мало.
Предположим, что на входе схемы действует переменное
напряжение (рис. 249, а). При действии отрицательного импульса
диод заперт. Импульс входного напряжения передается на выход.
При действии положительного сигнала через диод проходит ток и
выход схемы оказывается замкнутым накоротко. Все входное
напряжение приложено к конденсатору, и он быстро заряжается.
В течение следующего отрицательного импульса конденсатор не
успевает разрядиться и напряжение на нем остается практически
неизменным. Это постоянное напряжение складывается с
входными импульсами, и напряжение на выходе будет не переменным, а
пульсирующим, т. е. будет содержать и достоянную
составляющую (рис. 249, б).
Восстановление постоянной составляющей необходимо в
радиолокационных и телевизионных приемниках. В радиолокационном
приемнике постоянная составляющая определяет положение
сигнала на экране электроннолучевой трубки. В телевизионном
приемнике от постоянной составляющей сигнала зависит средняя
освещенность кадра.
§ 61. ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Современной науке и технике требуется выполнение многих
и сложных вычислений. Объем этих вычислений настолько велик,
что практически их можно выполнить только путем применения
быстродействующих устройств — электронно-вычислительных
машин (ЭВМ).
ЭВМ может заменить труд десятков тысяч
квалифицированных вычислителей, учесть множество факторов, влияющих на
конечный результат и, что особенно важно, выполнить работу в
предельно короткий срок. ЭВМ делятся на два класса: машины
непрерывного действия и машины дискретного действия.
Машины непрерывного действия или моделирующие машины
могут решать задачи лишь определенного класса и дают
ограниченную точность вычислений. Но конечный результат вычислений
получается очень быстро, практически мгновенно. Такие машины
применяют в системах автоматического управления (например,
приборы управления стрельбой на кораблях).
В отличие от непрерывно, плавно изменяющихся величин
существуют другие, которые могут изменяться лишь прерывисто»
скачками. Такие величины называются дискретными. Они
выражаются цифрами. Поэтому машины дискретного действия — это
цифровые машины (ЭЦВМ).
Цифровые машины универсальны, т. е. могут решать
разнообразные математические задачи. Кроме того, они дают высокую
311

точность вычислений. Благодаря этим их качествам цифровая
вычислительная техника развивается особенно быстро.
Электронные цифровые машины стали сейчас основным
вычислительным средством. Особенно широко применяются
универсальные цифровые машины с программным управлением. Они
пригодны для решения самых различных задач. Программу работы
составляют заранее и вводят в машину. Машина автоматически
производит вычисления и выдает результат.
Промышленность нашей страны выпускает несколько типов
универсальных цифровых машин. Большие машины (БЭСМ-2,
«Стрела») совершают десятки и сотни тысяч математических
операций в секунду над числами, содержащими большое количество
цифр. Быстродействующая вычислительная машина последнего
выпуска (БЭСМ-6) совершает в среднем до миллиона операций в
секунду. Большие машины — это сложные аппараты, содержащие
большое количество различных элементов (БЭСМ-2 содержит
4000 ламп и 5000 полупроводниковых диодов). Малые
вычислительные машины («Урал-1», «Урал-2», «Минск») проще по
устройству, но имеют меньшую скорость работы и меньший диапазон
представления чисел.
Каждая электронная цифровая машина содержит:
устройство ввода исходных данных и программы;
арифметическое устройство, выполняющее арифметические
операции;
запоминающее устройство, необходимое для хранения исходных
данных, табличных материалов, разультатов промежуточных
вычислений и др.;
устройство управления, обеспечивающее последовательность
операций в соответствии с заданной программой;
устройство вывода результатов.
Важнейшими являются арифметическое и запоминающее
устройства. Основными элементами этих устройств являются триггеры
и так называемые логические элементы. Схема триггера была
приведена в предыдущем параграфе. Рассмотрим наиболее простые
примеры логических элементов.
Логические элементы на полупроводниковых диодах и триодах
В схемах логических элементов связь между входными и
выходными сигналами соответствует логическим операциям.
Основными логическими операциями являются операции «И»,
«ИЛИ» и «НЕ».
Логический элемент типа «И» (схема совпадения). Логическую
связь «И» условно изображают знаком умножения (логическое
умножение). Схема имеет несколько входов (А, В, С) и один выход
Р (рис. 250). Сигнал на выходе появляется лишь в том случае,
если будут сигналы на всех входах схемы (т. е. И на первом, И на
312

втором, И на третьем). Если нет сигнала хотя бы на одном из
входов, на выходе сигнала не будет.
Схемы логических элементов могут быть выполнены на
электромагнитных реле, полупроводниковых диодах, транзисторах,
электронных лампах и других элементах.
Рассмотрим принцип действия схемы типа «И» на
полупроводниковых диодах. Такая схема называется диодно-реостатной
(рис. 251).
Если на все входы поданы положительные импульсы
напряжения по амплитуде несколько большие, чем напряжение источника
питания Е, то все диоды
заперты, тока в цепи нет и
на выходе схемы имеется
полное напряжение
источника Е (высокий
потенциал) . Если же на одном из
входов, например на
входе А, напряжение сигнала
отсутствует, то через этот
ВС
А
в
С
И
Р-А В
А
а.
л,-
м,
TL-
з~ И
Л,
JT-
Р = А-В-С
-П.
Рис. 250. Схематическое
обозначение
логического влемента типа И
Рис. 251.
Диодно-реостатная
типа И
диод протекает ток и на сопротивлении R возникает
напряжение.
Это сопротивление выбирается значительно больше любого из
входных сопротивлений (R~^>Ri; J?^>jR2 и т. д.). Поэтому большая
часть напряжения источника будет падать на сопротивлении R, а
напряжение на выходе будет близко к нулю (низкий потенциал).
Для работы с отрицательными входными импульсами нужно
изменить полярность включения диодов.
Диодно-реостатная схема совпадения имеет малое входное
сопротивление (R\; /?2 и т. д.), т. е. сильно нагружает источники
сигналов. Выходное сопротивление ее велико (приблизительно
равно R), а амплитуда выходного сигнала мала. Поэтому на
практике она чаще выполняется на триодах, пентодах или
транзисторах.
На рис. 252 показана схема совпадения на транзисторах. При
отсутствии сигнала все транзисторы отперты, в цепи коллектора
каждого транзистора протекает ток, на сопротивлении R^ создает-
3ia

ся падение напряжения. На выходе схемы возникает
отрицательный потенциал.
Если на все входы одновременно подать положительный
импульс напряжения, то транзисторы будут заперты, напряжение на
сопротивлении #7 окажется близким к нулю, а потенциал на
выходе схемы возрастает от первоначального отрицательного значения
до нуля. Это соответствует положительному выходному импульсу.
Если сигнал подается только на один вход, то потенциал на выходе
схемы изменяется мало, выходной импульс отсутствует.
Вход А
л.
Выход
-П.
Рис. 252. Схема типа И на транзисторах
А
В
С
л
ИЛИ
Р=А*В+С
Логический элемент типа «ИЛИ» (собирательная схема).
Логическую связь «ИЛИ» обозначают знаком сложения (логическое
сложение). Схема имеет несколько входов (А, В, С) и один
выход Р (рис. 253). Сигнал на выходе
появляется, если есть сигнал на одном или
нескольких входах (т. е. ИЛИ на первом,
ИЛИ на втором, ИЛИ на нескольких).
Рассмотрим диодно-реостатную схему
типа «ИЛИ» (рис. 254). При отсутствии
входных сигналов на выходе сигнал
отсутствует. Если на одном из входов,
например на входе А, появляется
положительный импульс напряжения, то диод Д\
открывается и на выходе появляется также положительный импульс
напряжения. Так как сопротивление диода в прямом направлении
мало, то выходной импульс имеет амплитуду, примерно равную
амплитуде входного. Если импульсы поступают одновременно на
несколько входов, то выходной импульс имеет амплитуду, равную
амплитуде наибольшего импульса.
Рис. 253. Схематическое
обозначение
логического элемента типа ИЛИ
314

Диоды Д\, Дч и Дз служат для развязки между собой
источников входных импульсов. Импульс с входа А, например, не может
попасть к входу В, так как для него диод Д% оказывается вклю-
Л,
-П.-
-W-
в
JT-*-
Д,
-И-
/?,
л,
л-
Р=А+В+С
-JT
\R
ченным в обратном
направлении.
Диодно-реостатная
схема «ИЛИ», так же
как и схема «И», дает
сравнительно небольшое
напряжение на выходе.
Поэтому чаще
применяют схемы на
электронных лампах и
транзисторах.
Схема типа «ИЛИ»
на транзисторах
показана на рис. 255. При
отсутствии входных
импульсов транзисторы
заперты небольшим
положительным
напряжением Е0, поданным на базы. Отрицательный импульс, поступающий
на один из входов, отпирает транзистор, в цепи этого транзистора
возникает ток, а на выходе появляется отрицательный импульс
напряжения.
1
Вход А
Рис. 254. Диодно-реостатная схема типа ИЛИ
Рис. 255. Схема типа ИЛИ на транзисторах
Логический элемент типа «НЕ» (схема отрицания, или
инвертор) выполняет логическую операцию отрицания. Эту операцию
315

обозначают знаком «—». Схема имеет один вход А и один выход Р
(рис. 256).
Сигнал на выходе появляется лишь в том случае, если
отсутствует сигнал на входе. Если же на вход сигнал поступает, то нет
сигнала на выходе. Кроме того, схема
меняет полярность импульса.
Рассмотрим диодно-трансформаторную
схему отрицания (рис. 257). При
отсутствии на входе сигнала на выходе действует
положительное напряжение, примерно
равное напряжению источника Е.
Входной положительный импульс
подается на первичную обмотку импульсного
трансформатора Тр. Вторичная обмотка
включается таким образом, чтобы при этом на выходе возникал
импульс отрицательной полярности, уравновешивающий напряжение
источника Е. Следовательно, при воздействии положительного
входного импульса напряжение на выходе уменьшается до нуля.
Рис. 256. Схематическое
обозначение
логического элемента типа ЕЕ
Р'А
нгП-Г т-г —-—CZ}
Рис. 257. Диодно-трансфор-
маторная схема типа НЕ
Рис 258. Схема типа НЕ на тран*
зисторе
Вариант схемы «НЕ» на транзисторе показан на рис. 258. При
отсутствии входного сигнала транзистор заперт небольшим
положительным напряжением Е0, поданным на базу относительно
эмиттера. При воздействии на вход схемы отрицательного
импульса транзистор отпирается и на выходе возникает импульс
положительного напряжения.
Любую сложную логическую схему можно выполнить,
комбинируя элементы «И», «ИЛИ» и «НЕ».
Магнитные логические элементы
В магнитных логических элементах главным образом
используется одна группа магнитных материалов — ферриты. Ферритами
называются окислы металлов. В ЭВМ применяются
магний-марганцевые ферриты MgO • МпО • РегОз (в весовом соотношении
52:7:41).
316

Рис. 259. Гистерезисная
кривая феррита,
близкая к прямоугольной
Из ферритов изготовляют сердечники обычно тороидальной
формы с внешним диаметром 7—10 мм и меньше. На сердечнике
располагают обмотку, по которой пропускают ток.
Магнитные свойства ферритов оказались чрезвычайно
удобными для их применения в ЭВМ. Во-первых, эти материалы
способны очень быстро перемагничиваться (приблизительно за 1 мксек).
Во-вторых, они имеют почти
прямоугольную петлю гистерезиса (рис. 259).
Петлей гистерезиса называется
замкнутая кривая, характеризующая зависимость
магнитной индукции В от напряженности
внешнего магнитного поля Н. Другими
словами, эта кривая показывает, как
происходит намагничивание и перемагничива-
ние материала.
Предположим, что по обмотке
сердечника протекает постоянный ток и обмотка
создает магнитное поле с
напряженностью Нт. При этом магнитная индукция в
сердечнике равна Вт (точка А кривой).
Если уменьшать ток в обмотке, то
будет уменьшаться и напряженность
магнитного поля И. Из графика видно, что
магнитная индукция В при этом почти не меняется. Магнитное
состояние сердечника устойчиво, он остается намагниченным даже тогда,
когда ток в обмотке, а следовательно, и напряженность магнитного
поля равны нулю (точка D). Остаточная магнитная индукция
характеризуется отрезком OD.
Чтобы размагнитить сердечник, нужно создать отрицательную
напряженность магнитного поля, пропустив в обмотке ток
обратного направления. Если напряженность поля будет достаточно
велика (—Нт), то сердечник быстро перемагнитится.
Магнитная индукция достигнет значения — Вт (точка М
кривой) . Это новое магнитное состояние сердечника также устойчиво.
При изменении напряженности поля в больших пределах
магнитная индукция почти не меняется, сердечник остается
намагниченным.
Таким образом, сердечник, выполненный из материала с
прямоугольной петлей гистерезиса, может находиться в одном из
устойчивых магнитных состояний. Чтобы перевести его в другое
устойчивое состояние, нужно создать внешнее магнитное поле с
достаточной напряженностью, т. е. пропустить по обмотке
постоянный ток достаточной силы.
Магнитные сердечники применяются в ЭВМ как
самостоятельно, так и в сочетании с полупроводниковыми диодами и
транзисторами, образуя феррит-диодные и феррит-транзисторные
ячейки.
317

Вход А
el-
Выход р
На рис. 260 изображена схема феррит-диодной ячейки с
четырьмя обмотками на сердечнике. Обмотки А и В являются
входными, обмотка Р — выходной. Четвертая обмотка С служит для
подачи синхронизирующих (тактовых) импульсов.
Эта схема может выполнять функции логического элемента
«ИЛИ». Для этого обмотки А я В должны быть включены в одном
направлении и токи в них должны
быть достаточны для того, чтобы
каждый входной импульс мог
перемагнитить сердечник.
Если на один или оба входа
поданы импульсы тока, то с приходом
тактового импульса появится импульс
тока и в выходной обмотке Р. Если
же импульсы на обоих входах
отсутствуют, то тактовый импульс тока не
сможет перемагнитить сердечник и в
выходной обмотке тока не будет.
Эта же схема может выполнять
логическую операцию «И». Для этого
нужно подобрать амплитуды входных импульсов и число витков в
обмотках так, чтобы сердечник перемагничивался только при
одновременном воздействии всех входных импульсов.
Магнитные логические элементы просты, дешевы и имеют
высокую надежность. Они все шире используются в современных
вычислительных машинах.
Рис.
Вход В
260 Схема
феррит-диодной ячейки
Системы счисления
Как видно из рассмотренных схем логических элементов,
сигналы на их входах и выходах могут иметь только два значения.
Наличие импульса (высокий потенциал) — одно значение,
отсутствие импульса (низкий потенциал) — другое значение.
Совершенно очевидно, что эти два значения могут выразить
только две цифры. Но общепринятая десятичная система
счисления использует для записи чисел десять цифр @, 1, 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9).
Для изображения этих десяти цифр потребовались бы элементы
с десятью устойчивыми положениями, т. е. такие, которые могут
иметь на выходе десять различных уровней сигнала. Такие
элементы сложны. Поэтому в ЭВМ применяют элементы с двумя
возможными уровнями сигнала (двухпозиционные), но пользуются
другой системой счисления — двоичной.
Двоичная система счисления имеет только две цифры:
0 и 1 и любое число записывается в виде комбинации нулей
и единиц.
318

Двоичная система, так же как и десятичная, является
позиционной: значение каждой цифры, входящей в запись числа,
зависит от ее положения (позиции) в ряду цифр. Например, в числе
Л в двоичной системе счисления первая слева единица означает
действительно единицу, а вторая слева относится к следующему
разряду и означает 2. Следовательно, число 11 в двоичной системе
счисления равно 2 + 1 и равно 3 в десятичной системе.
Соответственно, число 111 равно 4+2 + 1 и равно 7.
Для ввода в электронную вычислительную машину сигналы
должны кодироваться в двоичной системе, а при выводе
результата — переводиться в десятичную систему. Это одна из задач,
которые решают устройства ввода исходных данных и вывода
результата.
Запоминающие устройства
Запоминающие устройства делятся на внутренние (память
машины) и внешние. Их выполняют самым различным образом:
в виде перфокарт, перфолент, магнитных лент или барабанов, в
виде электрических схем на ферритовых сердечниках, диодно-транс-
форматорыых схем и др.
Перфокарта представляет собой лист тонкого картона,
разбитый на колонки и строки. Числа на перфокарте записываются в
двоичной системе, единице соответствует отверстие, а нулю —
отсутствие отверстия.
Колода перфокарт, на которых в виде двоичных чисел
записана программа работы, закладывается в машину. Машина
поочередно пропускает все карты и прощупывает отверстие
контактными щетками. При наличии отверстия в данном месте карты
замыкается электрическая цепь и возникает электрический сигнал,
соответствующий цифре 1.
На перфоленте числа записывают также в виде отверстий.
В некоторых запоминающих устройствах используют
магнитную запись. Принцип такой записи был рассмотрен в гл. VII.
Запись производится на магнитной ленте или магнитном барабане.
Барабан представляет собой алюминиевый цилиндр, на
поверхности которого нанесен слой ферромагнитного материала.
Примером запоминающего устройства на ферритовых
сердечниках может служить схема сдвигающего регистра, приведенная
па рис. 261. Регистром называется запоминающее устройство на
одно число.
Каждое звено схемы содержит ферритовый сердечник с тремя
обмотками u>i, ц>2 и и>з, диод Д, конденсатор С и сопротивление R.
Предположим, что в начальный момент магнитное состояние
сердечника Ф\ соответствует цифре 1, а сердечника Фг — цифре 0.
В обмотку юз подается импульс тока, называемый продвигающим.
Сердечник Ф<, перемагничивается, т. е. приводится в состояние,
319

соответствующее цифре 0. При этом в его выходной обмотке w%
индуктируется э. д. с. и конденсатор С\ заряжается через диод Д\.
Так как сопротивление R\ велико, то в обмотку следующего
сердечника Фг ток заряда почти не ответвляется.
Заряд конденсатора С\ прекращается после прекращения
продвигающего импульса. Начинается разряд конденсатора. Ток
разряда протекает через сопротивление R\ и обмотку второго
сердечника и>2- Сердечник Фг перемагничивается, т. е. переводится в
состояние, соответствующее цифре 1.
Таким образом, цифра 1 переместилась из сердечника Ф\ в
сердечник Фг, т. е. на один разряд вправо.
Продвигающие
импульсы
Рис. 261. Схема сдвигающего регистра
Современные ЭВМ выполнены на электронных лампах,
полупроводниках или ферритовых элементах.
Электронные лампы, имеющие сравнительно большие
размеры, а следовательно, и значительные паразитные емкости,
ограничивают быстродействие (производительность) машины до
нескольких Мгц. Машины на полупроводниках могут обеспечить
быстродействие в несколько десятков Мгц.
Однако стремительное развитие науки и техники требует
непрерывного совершенствования ЭВМ. Повышаются требования к
точности вычислений и особенно к быстродействию.
Десятки и сотни миллионов операций в секунду соответствуют
частотам радиодиапазона (десятки и сотни Мгц). На таких
частотах сказываются индуктивности и емкости деталей, имеет
значение длина соединительных проводов. Элементы, собранные из
конденсаторов, резисторов, диодов и триодов, становятся
непригодными.
Начинают осваиваться устройства СВЧ: триггеры на лампах
бегущей волны, логические элементы на волноводных соединениях
и т. п.
Для уменьшения размеров элементов применяют
тонкопленочные схемы и микромодули. Для электронно-вычислительных
машин разрабатываются также устройства, основанные на
принципах молекулярной электроники (оптические квантовые усилители
и генераторы).
320

Вопросы для повторения
1. Какими параметрами характеризуется прямоугольный импульс?
2. Как связаны между собой длительность переходных процессов и
постоянная времени цепи?
3. Какие особенности имеют дифференцирующая, переходная и
интегрирующая цепи RC1
4. Что называется отраничителем и как осуществляется ограничение
сигнала по максимуму?
5. Как осуществляется работа мультивибратора в автоколебательном
режиме?
6. Какие особенности имеет схема и работа мультивибратора в
ждущем режиме?
7. Как возникают импульсные колебания в схеме блокинг-генератора?
8. Какое назначение имеет фантастронный генератор и чем
достигается прямолинейное изменение напряжения на выходе генератора?
9. Какие преимущества имеют электронные реле перед
электромагнитными и как осуществляется процесс переключения (опрокидывание)
в схеме триггера?
10. На каком принципе работает селектор по совпадению?
11. Какие особенности имеют логические элементы типа «И», «ИЛИ»
и «НЕ»?
12. Из каких элементов состоит феррит-диодная ячейка и какие
логические операции она может выполнять?
13. Почему в электронных вычислительных машинах сигнал кодируется
в двоичной системе счисления?
14. Что называется запоминающим устройством
электронно-вычислительной машины? Как выполняются запоминающие устройства?
11 Заказ №1100

ГЛАВА XII
РАДИОЛОКАЦИЯ
§ 62. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Обнаружение различных объектов и определение их
местоположения с помощью радиоволн называется радиолокацией.
Радиолокация основана на явлении отражения радиоволн от
облучаемых объектов, обнаруженном А. С. Поповым в 1897 г. Уже в то
время А. С. Попов предвидел возможность практического
использования этого явления. Большой вклад в развитие радиолокации
внесли советские ученые М. А. Бонч-Бруевич, А. А. Чернышов,
Д. А. Рожанский, Ю. Б. Кобзарев и др.
Наиболее широко применяют радиолокацию во флоте и в
авиации. Радиолокационные установки делают безопасным движение
судов при любой погоде и в любое время суток, при любой
видимости. При этом исключается возможность столкновений судов
друг с другом и с различными подвижными и неподвижными
объектами, обеспечивается безопасность движения в узких проливах,
при входе в порт, при подходе к берегу. Применение
радиолокационных установок на аэродромах делает безопасной посадку
самолета при любых условиях.
Очень большое значение имеет радиолокация в военном деле.
Войска противовоздушной обороны (ПВО) располагают
радиолокационными станциями дальнего обнаружения, которые могут
своевременно обнаружить самолеты или ракеты. Радиолокационные
станции имеют круговой обзор, позволяющий наблюдать
воздушную обстановку в радиусе 300—500 км и более.
Радиолокационные станции орудийной наводки автоматически
наводят артиллерию на самолеты противника. Специальные
радиолокационные прицелы помогают вести прицельную стрельбу,
даже если совсем нет видимости.
Радиолокацию успешно применяют для исследования мирового
пространства. Еще в 1946 г. посредством радиолокационных
установок было измерено расстояние до Луны. За последние годы
проведены эксперименты по радиолокации Венеры, Марса,
Меркурия и Юяитера на расстояние до 600 млн. км. Очень большое
значение имеет радиолокация для космических полетов.
322

Блок-схема импульсной радиолокационной станции. В блок-
схеме простейшей радиолокационной станции (рис. 262)
импульсный генератор СВЧ вырабатывает кратковременные импульсы
высокой частоты (радиоимпульсы), которые усиливаются и
подаются в антенну. Антенна излучает электромагнитную энергию
в окружающее пространство.
В радиолокации применяют остронаправленные антенны.
Электромагнитная энергия радиоволн распространяется в
определенном направлении острым пучком или лучом. Если на пути
радиоволн имеется какое-либо препятствие, то волны отражаются от
него. Часть энергии отраженных волн попадает в антенну станции.
i Передатчик
>
Антенный
переклю
чате/iii
Антенна фидерное
устройство
Генератор
CSV
Модулятор
i
i
_J L_
Синхро
низа/пор
Смеси
тель
УПЧ
Детек
тор
Видео
усилитель

Гетеродин
Р1риемник
ио
инди
катор
Рис 262 Блок-схема импульсной радиолокационной станции
Так как отраженные импульсы очень слабы, то их нужно
усилить. Известно, что усиление проще всего осуществить на более
низкой частоте. Поэтому радиоимпульсы преобразуют по частоте,
усиливают и после детектирования подают на вход
видеоусилителя. Выход видеоусилителя соединен с индикатором. На экране
электроннолучевой трубки индикатора возникает изображение
отраженных импульсов.
Рассмотренный процесс повторяется периодически в строгой
последовательности. Работу всех элементов станции согласуют по
времени. Для этого служит синхронизатор, который вырабатывает
пусковые импульсы. В соответствии с этими импульсами работает
передатчик, включается приемник, осуществляется периодическое
переключение антенны с передачи на прием и обратно.
Импульсный метод определения расстояния. Индикаторное
устройство простейшей станции, предназначенной для
определения расстояния до объекта, представляет собой
электроннолучевую трубку, на экране которой имеются масштабные деления.
Электронный луч трубки передвигается слева направо с опреде-
11*
323

ленной скоростью и вычерчивает на экране горизонтальную линию.
Масштабные деления на этой линии могут доказывать единицы
времени или для удобства отсчета непосредственно километры.
Как видно из блок-схемы станции (рис. 262) колебания СВЧ с
генератора поступают через антенный переключатель в антенну.
При этом небольшая часть мощности «просачивается» в приемник
и поступает на индикатор. На экране индикатора создается
неподвижное изображение передаваемого импульса (рис. 263).
Принятый отраженный сигнал поступает на индикатор позднее и его
изображение получается на экране
правее изображения
передаваемого импульса. Чем больше
расстояние до объекта, тем позднее
приходит отраженный сигнал и тем
больше расстояние между импульсами
па экране. Деления шкалы
позволяют непосредственно определить
расстояние до объекта. Такой ин-
диктор называется индикатором
дальности или индикатором
типа А.
Поиск, слежение и
автоматическое сопровождение цели. Обычно
антенну радиолокационной стан-
Рис. 263. Изображение им- щщ ВЫПОЛНЯЮТ ТЭК, Чтобы МОЖНО
пульсов на „кране индикатора было повернуть ее в нужном на-
дальности и.
правлении. Это позволяет вести
обзор не только в одном
направлении, но и в некоторой части пространства. Чаще всего
радиолокационная станция работает в режиме поиска, т. е. радиолуч
непрерывно перемещается в пространстве, отыскивая объект
наблюдения.
Когда объект найден, за ним устанавливается непрерывное
наблюдение — слежение. Если объект перемещается в
пространстве, то перемещается и луч радиолокационной станции. Это
достигается поворотом антенны. Если антенна поворачивается
автоматически, то станция работает в режиме автоматического
сопровождения объекта (цели).
§ 63. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Мощность в импульсе. Мощность, излучаемая передатчиком в
импульсе, является одним из наиболее важных показателей
работы станции. Средняя мощность за время периода повторения
импульса Рор и мощность импульса РИ связаны между собой
соотношением
324

где о" — скважность импульсов, т. е. отношение периода
повторения импульса Т к его длительности tu.
При большой скважности мощность в импульсе может
достигать очень больших значений даже при сравнительно небольшой
средней мощности, которую обеспечивают источники питания.
В зависимости от назначения станции мощность в импульсе
может быть от 1 до 10000 кет и более. Мощность импульса иногда
называется пиковой мощностью.
Частота повторения импульсов. Количество высокочастотных
импульсов, излучаемых антенной передатчика в секунду,
называется частотой повторения импульсов или частотой посылок.
Частоту повторения выбирают в зависимости от дальности действия
станции. Предположим, что нужно принимать отраженный
сигнал с дальности 200 км. Скорость распространения радиоволн
300000 км1сек. Можно подсчитать, что сигнал передатчика до-
200 км
стигнет объекта за время 300000 км/сек =0,00067 сек, или за
0,67 мсек. Столько же времени нужно для того, чтобы
отраженный от объекта сигнал вернулся к станции. Следовательно,
общий интервал времени для прохождения импульса в прямом и
обратном направлении составляет 1,34 мсек.
Следующий импульс передатчика должен начинаться
несколько позднее прихода отраженного импульса, чтобы не
забивать его. Учитывая это, а также особенности работы
электроннолучевой трубки индикатора (обратный ход луча), время нужно
увеличить. Возьмем интервал времени 2,5 мсек. Это время
составляет период повторения импульса ТИ. Величина, обратная периоду
повторения, называется частотой повторения импульсов Fs.
Частота и период связаны между собой соотношением
F =-*-
1 и т '
1 и
В нашем примере частота повторения равна 400 импульсов в
секунду. При меньших расстояниях до объекта частоту повторения
импульсов берут больше.
Длительность импульсов. Разрешающая способность по
дальности. Длительность импульсов очень важна, когда объект
наблюдения расположен близко. Если передаваемый импульс имеет
большую длительность, то он не успеет закончиться к моменту
прихода отраженного сигнала. Радиостанция все еще будет
излучать импульс и не сможет принять отраженный сигнал. Когда
передача импульса прекратится, на экране будет видна часть
отраженного импульса, но она сольется с изображением передаваемою.
Длительность импульса определяет минимальную дальность
действия радиолокационной станции. Например, если импульс
продолжается 2 мксек, минимальная дальность
300 000 км/сек X 0,000002 сек = 0,6 км = 600 м.
325

Чтобы определить расстояние до более близких объектов, надо
посылать более короткие импульсы.
От длительности импульса зависит также разрешающая
способность станции по дальности, т. е. возможность различать
отдельные объекты, находящиеся на малых расстояниях друг от
друга. Разрешающей способностью по дальности называется
то минимальное расстояние между двумя объектами
наблюдений, при котором отраженные от них сигналы еще видны
раздельно.
Разрешающая способность приблизительно может быть
определена по формуле
Д = 150*и,
где Д — разрешающая способность, м;
tn — длительность импульса, мксек.
При длительности импульса ?и, равной 1 мксек, можно
различить два самолета или корабля, когда расстояние между ними не
менее 150 м. Если же передаваемый импульс будет большей
длительности или объекты будут ближе друг к другу, то их
отраженные сигналы сольются. Чем более короткие импульсы излучает
станция, тем более близкие объекты она может обнаруживать и
тем больше ее разрешающая способность по дальности.
Однако слишком короткие импульсы посылать невыгодно.
Короткий импульс несет мало энергии, и отраженный сигнал будет
слабым. Поглощение и рассеяние радиоволн во время дождя,
тумана, при появлении облаков может привести к тому, что слабый
отраженный сигнал вообще не будет принят.
Кроме того, длительность импульса 1В и полоса пропускания
аппаратуры AF связаны между собой соотношением:
Следовательно, при передаче коротких импульсов аппаратура
станции должна пропускать широкую полосу частот. Это усложняет и
удорожает ее, а также увеличивает влияние помех.
Поэтому в радиолокационных станциях дальнего действия
применяют импульсы большей длительности, чем в станциях среднего
или ближнего действия. Практически используют импульсы
длительностью 0,25—20 мксек. Усиление таких коротких импульсов
может обеспечить только видеоусилитель.
Форма импульсов. В радиолокационных станциях могут
применяться импульсы различной формы. В практике наиболее часто
используют импульсы прямоугольной формы, так как при этом
легче всего возбуждаются колебания в многорезонаторном
магнетроне, который служит генератором сверхвысоких частот. Кроме
того, при прямоугольной форме импульса можно отсчитать
расстояние наиболее точно.
326

Диапазон волн радиолокационных станций. Излучаемый
передатчиком радиоимпульс должен содержать не менее нескольких
сот полных колебаний. Только в этом случае посланный, а
следовательно, и отраженный сигналы будут обладать достаточной
энергией.
Легко подсчитать, что если длительность импульса составляет,
например, 2 мксек и в импульсе содержится 500 колебаний, то
0,000002 сек
время одного колебания (периода) составит 500" ' —
= 0,000 000 004 сек или 4-Ю-9 сек. Это соответствует частоте
250 Мгц или длине волны 1,2 м. Следовательно, в импульсной
радиолокации могут быть использованы только ультракороткие
волны.
Рис. 264. Координаты объекта в пространстве
Работа на ультракоротких волнах необходима и по другим
причинам. Радиоволны отражаются лишь от таких препятствий,
размеры которых больше длины волны. Чем короче волна, тем
более мелкие объекты может обнаружить радиолокатор. Кроме
того, антенны с очень острой характеристикой направленности
практически могут быть сконструированы только для
ультракоротких волн.
В зависимости от назначения радиолокационные станции
работают в метровом, дециметровом или сантиметровом диапазоне
волн.
Координаты, определяющие положение объекта. Для точного
определения положения наблюдаемого объекта в пространстве
нужно знать:
расстояние от станции до объекта;
азимут, или пеленг, т. е. угол в горизонтальной плоскости,
величину которого отсчитывают от направления на север;
угол места, т. е. угол, который отсчитывают вверх от
горизонтальной плоскости.
327

На рис. 264 показано расположение радиолокационной
антенны и наблюдаемого объекта. Антенна находится в пункте А,
объект наблюдения — в пункте В. Расстояние до объекта наблюдения
равно отрезку АВ. Объект наблюдения проектируется на земную
поверхность в точке С. Угол ВАС — угол места. Угол,
образованный отрезком АС и направлением на север (прямая AD),
является азимутом.
Методы определения расстояний
Импульсный метод определения расстояний, рассмотренный в
предыдущем параграфе, дает возможность получить большую
мощность в импульсе при небольшом потреблении энергии источников
питания. В станциях, работающих по такому методу, могут быть
применены небольшие по размерам генераторные лампы. При
этом размеры и вес станции будут малы. Однако при таком
методе определения расстояния могут быть ошибки при отражении
сигнала от местных предметов. Кроме того, обзор пространства
при импульсном методе производится сравнительно медленно,
чтобы получить от объекта наблюдения не один, а несколько
отраженных импульсов. Только в этом случае объект будет обнаружен.
Кроме импульсного метода, применяют и другие методы
определения расстояния (фазометрический метод и метод вариации
частоты).
Фазометрический метод заключается в том, что
передатчик непрерывно излучает радиоволны, а приемник
непрерывно принимает отраженные сигналы. При этом прямая и
отраженная волны имеют различные фазы. Чем дальше объект, тем
более запаздывает отраженная волна и тем больше сдвиг фаз,
который измеряется специальными приборами.
При измерении расстояния по методу вариации
частоты передатчик также непрерывно излучает колебания, но
частота их периодически изменяется.
Предположим, что в какой-то момент времени частота
передатчика была /ь Колебания с этой частотой распространяются до
объекта, и отраженные волны возвращаются в приемник. За это
время частота передатчика изменилась до величины /г и
отличается от частоты отраженного сигнала f\. Чем дальше объект,
тем позднее приходит отраженный сигнал и тем больше разность
частот /i и /г. При неизменном расстоянии до объекта разпость
частот будет постоянной и по ее величине можно судить о
расстоянии.
Фазометрический метод и метод вариации частоты имеют
следующие преимущества перед импульсным методом. Во-первых,
они позволяют измерять очень малые расстояния (до 2—3 л*).
Во-вторых, при этих методах измерения ширина полосы
пропускания приемника значительно уже. Приемник с узкой полосой
328

пропускания может быть сделан более чувствительным, а это
увеличивает дальность действия станции.
Недостатки методов непрерывного излучения заключаются
прежде всего в том, что при больших расстояниях до объекта
нужны большие мощности передатчика, а следовательно, и
источников питания. Кроме того, в приемнике создаются помехи от
своего передатчика и от них трудно избавиться. Оба метода
пригодны только для измерения расстояния до неподвижных или
медленно движущихся объектов.
Такие методы измерения расстояния применяют в самолетных
радиовысотомерах, в судовых установках для предупреждения о
приближении плавающих льдин, айсбергов, других судов.
Методы измерения углов
Определение направления на объект при помощи
радиостанции называется радиопеленгацией. Направление в
горизонтальной плоскости определяется азимутом, или пеленгом,
направление в вертикальной плоскости — углом места. Оба угла могут быть
определены одинаковыми методами. В практике применяют
методы сравнения амплитуд или фаз отраженных сигналов.
Метод сравнения амплитуд. Сравнение амплитуд может быть
проведено максимальным или равносигнальным методом. При
максимальном методе определения азимута антенну
вращают вдоль линии горизонта. Отраженный импульс имеет
максимальную амплитуду в тот момент, когда на объект направлена
ось максимального излучения О А (рис. 265). В этом случае
говорят, что объект находится на пеленге. Именно в этот момент
оператор отсчитывает значение азимута по прибору, который
показывает угловое положение антенны. Этот способ наиболее прост и
широко применяется в радиолокаторах, которые работают в
режиме обзора пространства. Чем уже диаграмма направленности
антенны, тем более точно можно определить направление.
Рис. 265. Максимальный метод определения угла
Равносигнальный метод определения углов
заключается в следующем. Две одинаковые антенны расположены под
небольшим углом одна к другой. Их диаграммы направленности
также располагаются под некоторым углом и накладываются одна
на другую (рис. 266, линии 0—1 и 0—2). Антенны вращаются
совместно, но подключаются к приемнику поочередно. При вра-
329

щении антенн их диаграммы направленности занимают различное
положение относительно направления на объект.
На рис. 266, а показан момент, когда объект А находится в
направлении максимального излучения второй антенны. При этом
на экране индикатора отраженный сигнал, полученный с первой
антенны, мал, а полученный от второй антенны — значительно
больше. В момент времени, показанный на рис. 266, б, сигналы,
принятые обеими антеннами, одинаковы. В этот момент и отсчи-
тывается угол направления на объект. Если продолжать вращать,
антенны, то будет больше сигнал, принятый первой антенной
(рис. 266, в).
А
1
Рис 266. Равносигнальный метод определения угла:
a m в — сигналы различны, б — сигналы равны
Равносигнальный метод в десятки раз точнее максимального
метода. Он дает возможность отсчитывать направление на объект
с точностью до десятых долей градусов.
Метод сравнения фаз. Принцип метода сравнения фаз
заключается в следующем. Радиостанция имеет две антенны 1 и 2,
которые расположены на одной линии и включены постоянно
(рис. 267). Линии, соединяющие антенны с приемником,
включены параллельно. Обе антенны вращаются совместно, не меняя
взаимного расположения.
В момент времени, показанный на рис. 267, а, антенны
направлены на объект, находящийся в точке А, Отраженный от объекта
сигнал достигает обеих антенн одновременно. (При большом
расстоянии от объекта мояшо считать фронт отраженной волны плос-
330

ким.) В антеннах наводятся э. д. с, совпадающие по фазе.
Амплитуда сигнала на входе приемника имеет наибольшее значение.
Теперь рассмотрим момент времени, когда антенны повернуты
(рис. 267, б). В этом случае отраженная от объекта волна сначала
достигает антенны 1, а затем уже — антенны 2. Э. д. с,
наведенные в антенне, сдвинуты по фазе, и суммарный сигнал на входе
приемника уменьшается. Следовательно, угол
нужно отсчитывать в тот момент, когда
сигнал на входе приемника наибольший.
Так как обе антенны включены все время,
то мощность принятого сигнала относительно
большая. Это позволяет определять
направление на более удаленные объекты, чем при
равносигнальном методе. На практике метод
сравнения фаз объединяют с равносигналь-
иым, и это дает наилучшие результаты.
К
приемнику
I I
I I
I I
П1 ' I
Способы обзора пространства
/ / / I
till
I
!
Ж*
\
6)
\ \
\ v
Рис.
267. Метод
сравнения фаз:
а — обе антенны
направлены на объект,
6 — антенны повернуты
В режиме поиска радиолокационная
станция осуществляет обзор некоторой области
пространства. Эту область можно
охарактеризовать наибольшим расстоянием, на
котором радиостанция обнаруживает объект
(максимальной дальностью), сектором обзора по
азимуту и сектором обзора по углу места.
Обзор заданного пространства производится без
пропусков от точки к точке. Координаты
объекта определяются в любой момент с большой
точностью.
Скорость перемещения диаграммы
связана с широтой диаграммы и наименьшим числом отраженных
импульсов, которое нужно принять для получения устойчивого
изображения на экране индикатора. При медленном обзоре быстро
движущийся объект за время между двумя излучаемыми
импульсами переместится на большое расстояние и отраженный сигнал
не даст устойчивой отметки на экране. При слишком быстром
перемещении и узкой диаграмме направленности некоторые объекты
могут быть не обнаружены.
Диаграмма направленности антенны радиолокационной
станции перемещается по определенному закону. Этим законом
определяется способ радиолокационного обзора пространства.
Существуют различные способы обзора. Наиболее распространенными из
них являются круговой, секторный, винтовой, конический и
спиральный.
Простейшим видом обзора является круговой обзор,
который осуществляется вращением диаграммы направленности вокруг
331

Рис. 268 Винтовой
способ обвора пространства
неподвижной оси (обычно вертикальной). Такую систему обзора
применяют в наземных, корабельных или самолетных станциях
обнаружения, она позволяет обнаружить объект в любом
направлении.
При секторном обзоре диаграмма направленности
перемещается в пределах заданного сектора (угла). Такой способ
обзора используют, например, в
станциях береговой обороны, в артиллерийских
станциях разведки наземных целей и
корректировки артиллерийского огня.
При винтовом способе обзо-
р а пространства диаграмма
направленности перемещается по винтовой линии
(рис. 268). Ось О А диаграммы
совершает круговое движение, но при каждом
обороте поднимается над линией
горизонта (увеличивается угол места).
Такой способ обзора позволяет вести
наблюдение не только за наземной, но и
за воздушной обстановкой.
Наиболее совершенным способом
обзора является конический.
Диаграмма направленности вращается в пространстве, образуя конус,
в вершине которого находится антенна (рис. 269). Каждая точка
диаграммы при этом описывает окружность. Если объект
наблюдения находится на оси
конуса, например в точке А, то
при вращении диаграммы
излучение в этом направлении
остается постоянным.
Следовательно, неизменен и
отраженный от объекта сигнал. , .^^ „ ,
Если объект переместится в ""^ ^""^--Л^У В
другую точку, например В, то
при вращении диаграммы он
подвергается то большему, то Рис. 269.
меньшему облучению и
отраженный от него сигнал
меняется.
При автоматическом слежении за объектом изменения
сигнала воздействуют на электрические устройства, которые
заставляют антенну поворачиваться так, чтобы объект все время
находился в направлении оси конуса. Конический способ обзора
пространства применяется очень часто и дает высокую точность
определения направления на объект (до сотых долей градуса).
Спиральный способ обзора по существу является
развитием конического. Одновременно с круговым движением со-
Конический способ обзора
пространства
332

вершается периодическое изменение угла наклона максимального
излучения к оси конуса. В результате движение диаграммы
направленности совершается по спирали. При таком способе обзора
пространство облучается почти непрерывно.
Для поиска и автоматического сопровождения цели
применяются различные системы обзора. При этом чаще всего используют
одну и ту же антенну, но управляют ею различно.
Антенны радиолокационных станций
К антеннам радиолокационных станций предъявляют особые
требования. Прежде всего, антенна должна иметь строго
определенную диаграмму направленности. Как было показано в § 27,
диаграмма направленности является пространственной фигурой и
в зависимости от типа антенны может иметь различную форму.
Рис. 270. Игольчатая диаграмма направленности
В радиолокационных станциях чаще всего применяют антенны
с плоской или игольчатой диаграммами направленности. Плоская
диаграмма направленности соответствует излучению в одной
плоскости. Игольчатой называется диаграмма, симметричная
относительно оси максимального излучения (рис. 270). В зависимости
от назначения станции игольчатые диаграммы могут быть узкими
(угол раствора 2—3°) или довольно широкими (угол 20—25°).
При круговом и секторном обзоре применяют антенны с
плоской диаграммой направленности, при винтовом, коническом или
спиральном — с игольчатой диаграммой.
Конструкция антенны зависит от назначения станции и
рабочего диапазона волн. В метровом диапазоне используют антенну
типа «волновой канал» (см. рис. 91). Для получения узкой
диаграммы направленности может применяться многовибраторная
антенна, которая состоит из большою числа вибраторов,
расположенных в одной плоскости (см. рис. 90).
На более коротких волнах очень широко используют антенну
с параболическим рефлектором. Облучателями такой антенны
служат симметричный вибратор или рупор, которым заканчивается
открытый конец волновода. Чтобы получить узкую диаграмму
направленности, размеры параболического рефлектора берут до-
333

статочно большими. Диаметр рефлектора иногда равен 3—5 м и
более. Для обзора пространства антенна должна вращаться.
Вращение осуществляется с помощью специального двигателя.
Двигателем управляют вручную или автоматически от принятых
приемником и усиленных сигналов.
Вращать всю антенну, т. е. ж облучатель и рефлектор, у
мощных станций трудно из-за больших габаритов и веса антеннофи-
дерного устройства. Поэтому в некоторых случаях меняют
диаграмму, перемещая облучатель относительно неподвижного
рефлектора. Этот способ дает худшие результаты, потому что при
смещении облучателя из фокуса параболы диаграмма
направленности становится более широкой, возникают ее боковые лепестки,
Рис. 271. Получение плоской диаграммы
направленности,
а — рефлектор с тремя облучателями, б — диаграмма
направленности облучателей
что может создать нежелательные помехи. Однако для получения,
например, конического обзора пространства этот способ
оказывается удобным. Рефлектор оставляют неподвижным, а
облучатель вращают относительно оси максимального излучения.
Для получения плоской диаграммы направленности можно
применить антенну с тремя облучателями, один из которых
находится в фокусе параболы, а другие смещены (рис. 271, а).
Диаграмма направленности такой антенны состоит из трех лепестков
(рис. 271, б). Самый узкий создается облучателем 1,
расположенным в фокусе параболы. Облучатель 2 дает лепесток,
расположенный выше первого и более широкий. Лепесток, создаваемый
облучателем 3, расположен еще выше и является наиболее широким.
Для лучшего использования излучаемой энергии применяют
антенну с двумя рефлекторами (рис. 272). Первичный облучатель,
например рупор, направлен в сторону малого рефлектора 2, кото-
334

рый направляет излучение в сторону большого рефлектора 2.
Большой рефлектор излучает энергию в нужном направлении. При
таком способе излучения уменьшается бесполезное рассеивание
энергии.
Антенные переключатели. В радиолокационной станции
антенна является общей и для передачи и для приема. Ее соединяют с
приемником и передатчиком коаксиальным
кабелем или волноводом. Коаксиальный кабель
применяют при работе в метровом или
дециметровом диапазоне волн, а волновод — на
сантиметровых волнах.
Переключение антенны с передачи на прием
и обратно осуществляется автоматически при
помощи антенного переключателя. Существуют
различные схемы антенных переключателей.
Одна из них показана на рис. 273. В этой схеме
используются свойства отрезков короткозамкну-
тых и разомкнутых на конце линий. Схема
имеет два разрядника Р\ и Р2. Когда на выходе
передатчика создается мощный импульс, оба
разрядника пробиваются и на время действия
импульса их контакты оказываются замкнутыми.
Известно, что входное сопротивление коротко-
замкнутой линии длиной в четверть волны очень
велико. Поэтому энергия импульса почти
целиком поступает в антенну.
По окончании импульса восстанавливается первоначальное
состояние разрядника и его контакты оказываются разомкнуты-
Л
4
Рис 272.
Антенна с двумя

рефлекторами
Передатчик
Р,
-Н
Si
*7
Л
-м
<•
Антенна
Приемник
Рис 273. Схема антенного переключателя радиолокационной
станции
335

ми. При этом между точками а\ и а% образуется отрезок линии
длиной"X , разомкнутый на конце. Входное сопротивление такого
отрезка очень мало, и вход передатчика оказывается замкнутым
накоротко. Передатчик как бы отключился от линии. Вся энергия
сигнала, принятая антенной, поступает в приемник.
Дальность действия радиолокационной станции. Каждая
радиолокационная станция имеет предельную дальность действия,
которая зависит от многих факторов. Антенна излучает
радиоволны в виде узкого пучка. По мере удаления от антенны ширина
пучка растет и энергия волн распределяется на все большей
площади. Чем дальше объект наблюдения, тем более слабым сигналом
он облучается. Следовательно, и отраженный сигнал также
слабый. На обратном пути от объекта к станции он сильно
рассеивается в пространстве. Чем уже диаграмма направленности антенны,
тем меньше рассеивается энергия.
Для увеличения дальности целесообразно уменьшать ширину
луча. Но для обзора заданного пространства узким пучком нужно
больше времени. Увеличение же времени обзора затрудняет
обнаружение быстро движущихся объектов.
Максимальная дальность действия радиолокационной станции
определяется выражением:
R
-к]/"-
макс w P '
' пр мий
где в — величина, зависящая от конструкции антенны
радиолокатора и свойств отражающей поверхности;
^изл — импульсная мощность, излучаемая антенной
радиолокатора;
¦Рпр мин — минимальное значение мощности на входе
приемника, необходимое для обнаружения объекта.
Из этого выражения видно, что дальность действия зависит
от мощности передатчика и чувствительности приемника. Но
увеличение мощности передатчика увеличивает размеры и стоимость
аппаратуры Кроме того, с увеличением мощности дальность
действия увеличивается медленно. Например, чтобы удвоить
дальность действия, нужно увеличить мощность в 16 раз. Поэтому
наиболее выгодным способом увеличения дальности является
повышение чувствительности приемника. Это достигается
применением новых малошумящих усилителей.
Дальность действия зависит не только от электрических
характеристик аппаратуры. Прежде всего, она не превышает
расстояния прямой видимости. Это расстояние определяется формулой
d = 3,57 [\rhl + \%),
336

где hi — высота антенны для наземных радиолокационных
станций;
Ji2 — высота объекта, например самолета, над землей.
Чем выше расположена антенна и чем выше летит самолет,
тем больше расстояние, на котором его можно обнаружить (рис.
274). Если антенна станции установлена на высоте 15 м, а
самолет летит на высоте 5000 м, то его можно обнаружить на
расстоянии около 300 км. Если же радиолокационную станцию
расположить также на самолете на высоте 5000 м, то расстояние
прямой видимости будет более 500 км.
Рис. 274. Дальность действия радиолокационной
станции,
На дальность радиообнаружения влияют также свойства
атмосферы и земли. Если ведется наблюдение за самолетами, то
излучение направляется под большими углами к горизонту и
отражение от земли отсутствует. Если же объект наблюдения
находится на поверхности моря или земли, то и при прямом и при
обратном движении луча происходит поглощение и отражение
волн от земной поверхности.
Эффективность отражающей поверхности. Радиоволны хорошо
отражаются от металлических тел. Однако частично их отражают
и другие предметы — здания, деревья, даже плотные облака.
Степень отражения зависит от размеров и формы предмета, его
материала и угла падения луча. Предметы сложной формы —
самолеты, корабли и другие — отражают энергию во всех направлениях.
В приемник радиолокационной станции попадает только малая
часть отраженной энергии.
Отражающие свойства объекта характеризуются его
эффективной отражающей поверхностью. Чем большая часть энергии,
попадающей на объект, отразится в направлении радиолокационной
станции, тем больше эффективная отражающая поверхность.
Величина ее зависит не только от размеров объекта, но и от его
формы, расположения в пространстве и длины волны излучаемых
колебаний.
Параметры радиолокационных станций. Основными
параметрами станции, определяющими ее практическое применение,
являются максимальная и минимальная дальность действия, разре-
337

шающая способность, область обзора и время обзора,
определяемые координаты объекта, точность определения координат. Все
эти величины зависят от назначения станции и определяют ее
технические параметры. Техническими параметрами являются
мощность передатчика, чувствительность приемника, диаграмма
направленности антенны, несущая частота (длина волны),
длительность импульса и частота повторения импульсов.
Максимальная дальность действия в основном зависит от
мощности передатчика и чувствительности приемника и практически
составляет десятки или сотни километров. В обычных условиях
максимальная дальность не может быть больше расстояния
прямой видимости. Минимальная дальность действия при
импульсном методе работы составляет десятки или сотни метров. При
непрерывном излучении она может быть доведена до нескольких
метров (методом вариации частоты и фазометрическим методом
определения расстояния).
Разрешающая способность по дальности в основном зависит от
длительности импульса и практически составляет сотни метров.
Область обзора целиком определяется назначением станции.
Наиболее широко применяют станции кругового обзора. Время обзора
связано со скоростью вращения антенны и составляет несколько
секунд.
Как уже говорилось, положение объекта в пространстве
определяется тремя координатами — расстоянием, азимутом
(пеленгом) и углом места. В соответствии с этим радиолокаторы делят на
одно-, двух- и трехкоординатные. В наиболее простых случаях
определяют только расстояние. Примерами таких устройств могут
служить радиодальномеры и радиовысотомеры. Некоторые
радиолокаторы определяют только направление на объект, т. е. углы
или один из углов, и расстояние. Трехкоординатные
радиолокаторы дают полное представление о положении объекта, определяя
направление и расстояние.
Точность определения координат современных
радиолокационных станций очень велика и составляет 1—2% от измеряемой
дальности и доли градуса по углу. Мощность передатчика в
импульсе достигает больших значений (единицы и десятки
мегаватт). Несущие частоты чаще всего лежат в диапазоне десятков и
сотен мегагерц (метровые, дециметровые и сантиметровые волны).
Длительность импульса определяется дальностью действия
станции и составляет единицы или десятые доли микросекунд. Частота
повторения импульсов — сотни и тысячи герц.
Радиолокация — непрерывно развивающаяся область техники.
Принципиально новые методы усиления сигналов
(параметрические, молекулярные и другие типы усилителей), применение
современных методов генерации импульсов и другие
усовершенствования улучшают характеристики радиолокационных станций и
делают их все более точными и надежными в работе.
338

Применение электронных вычислительных устройств в
совокупности с радиолокационными станциями позволяет очень точно
и быстро определять координаты любого объекта.
§ 64. ПЕРЕДАТЧИКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Основными элементами радиолокационного передатчика
являются генератор СВЧ и импульсный модулятор. Генератор СВЧ
вырабатывает радиоимпульсы, длительность и частота повторения
которых определяется модулятором. Через фидерное устройство
радиоимпульсы поступают в антенну. Кроме этих основных
элементов, передатчик содержит приборы управления и контроля
(реле, переключатели, измерительные приборы) и источники
питания.
источник
питания
Ограничу
тель
накопи
тель
устройство
Генератор
CSV
Рис 275, Блок-схема импульсного модулятора
Генератор СВЧ. Схема и принцип работы генератора СВЧ
зависят от диапазона волн станции. В метровом диапазоне генератор
может быть выполнен на электронных лампах. В дециметровом и
сантиметровом диапазонах наибольшее распространение получили
магнетронные генераторы. Наряду с ними применяют клистроны и
лампы бегущей и обратной волны.
Импульсный модулятор. Как уже говорилось, при малой
длительности импульса и большой скважности мощность импульса
оказывается во много раз больше средней мощности, подводимой
к генератору СВЧ. Энергия, необходимая для создания мощного
импульса, накапливается в специальных накопителях. В
интервале между импульсами накопитель заряжается, а в течение
импульса отдает энергию генератору СВЧ. Переключение с заряда на
разряд осуществляется коммутирующим устройством. Все эти
процессы происходят в импульсном модуляторе, блок-схема
которого показана на рис. 275.
В качестве накопителя энергии могут применяться емкости,
индуктивности или искусственные линии. Коммутирующим
устройством служит электронная лампа или ионный прибор.
339

Ограничитель необходим для того, чтобы ограничить
потребление энергии от источника питания при включении
коммутирующего устройства.
Коммутатор на электронной лампе позволяет
включать генератор СВЧ на любое время в соответствии с
импульсом напряжения на управляющей сетке лампы модулятора. Если
этот импульс имеет небольшую длительность, то разряд
накопителя будет не полным, а частичным.
К генератору
СВЧ
Рис. 276. Схема импульсного модулятора на
электронной лампе
Схема такого модулятора показана на рис. 276. В интервале
между импульсами лампа модулятора заперта отрицательным
смещением Ес. Конденсатор С заряжается от источника Е& через
сопротивления Ri и #2. При воздействии импульса на сетку
модуляторной лампы она отпирается и образуется цепь разряда
конденсатора С через лампу и генератор СВЧ. Конденсатор
разряжается до тех пор, пока на сетке модуляторной лампы действует
положительный импульс. С окончанием импульса лампа
запирается и процесс разряда заканчивается. Заряд конденсатора
происходит через сопротивление йг. Через генератор СВЧ конденсатор
заряжаться не может. Величину сопротивления йг берут
достаточно большой, чтобы при разряде оно не шунтировало генератор
СВЧ.
Если емкость конденсатора С будет достаточно велика, то к
концу разряда напряжение на нем уменьшится очень незаметно
(на 1—2%). При этом импульс напряжения, подаваемый на
генератор СВЧ, имеет почти прямоугольную форму. Это особенно
важно для работы магнетронных генераторов. Если импульс,
подаваемый на анод магнетрона, отличается от прямоугольного, то меняется
частота колебаний генератора. В схемах импульсных
модуляторов применяют специальные типы электронных ламп (ГИ-30,
ГМИ-83 и др.).
В качестве коммутирующего устройства кроме электронных
ламп используют ионные приборы — тиратроны или
специальные типы разрядников. Импульс, поступающий на ионный при-
340

бор, определяет только начало разряда накопителя. Процесс
продолжается до полного разряда накопителя.
Время замыкания цепи разряда зависит не от внешнего
импульса, а от свойств схемы самого накопителя (рис. 277). В промежутке
между импульсами конденсатор С заряжается от источника Е
через сопротивление R\. При воздействии импульса на сетку
тиратрона он зажигается. Конденсатор быстро разряжается на
сопротивление /?2 и на генератор СВЧ поступает импульс тока.
Происходит почти полный разряд конденсатора, и напряжение на нем
сильно меняется. Поэтому импульс на входе генератора СВЧ
сильно отличается от прямоугольного. Если вместо конденсатора
применять искусственную линию, выполненную из цепочки емкостей
и индуктивностей, то форма импульса улучшится.
К генератору
Рис. 277. Схема импульсного модулятора па
тиратроне
Модуляторы с газонаполненными приборами даже при
применении искусственной линии дают худшую форму импульса, чем
модуляторы на электронных лампах. Кроме того, эти приборы
обладают инерцией и пршодны для работы лишь при частоте
повторения импульсов не более 1000—2000 гц. Однако они имеют и
большие преимущества перед электронными лампами. Питание
ионных приборов экономичнее. Ионные приборы позволяют
коммутировать большие токи (порядка сотен ампер). При больших
токах те же мощности можно получать при меньших напряжениях.
Это позволяет применять импульсные трансформаторы и снижать
напряжение питания.
§ 65. ПРИЕМНИКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Радиолокационные станции работают в диапазоне метровых,
дециметровых и сантиметровых волн. Следовательно, приемники
этих станций являются приемниками СВЧ. Это определяет их ос-
341

новные особенности. Радиолокационные приемники должны
обладать высокой чувствительностью, которая в диапазоне СВЧ
ограничивается уровнем собственных шумов приемника. Полоса
пропускания должна быть достаточно широкой, чтобы не возникало
заметных искажений импульсного сигнала.
К приемникам радиолокационных станций предъявляют особые
требования в смысле помехозащищенности. Приемник не должен
принимать сигналы, отраженные от посторонних объектов,
например местных предметов. Он должен быть защищен от воздействия
сигналов других передатчиков.
В радиолокационных приемниках, как правило, применяют
автоматическую подстройку частоты (АПЧ). Приемник всегда
должен быть настроен на частоту сигналов, излучаемых
передатчиком. Частота же этих сигналов в процессе работы недостаточно
устойчива. При вращении антенны, на которую нагружен
передатчик, изменяется величина нагрузки. Это влияет на частоту магне-
тронного генератора.
Изменение частоты генератора может происходить и по другим
причинам, например вследствие вибрации деталей или
нестабильности напряжений источников питания. Разность частот
передатчика и гетеродина приемника при всех изменениях частоты
передатчика должна оставаться постоянной и равной промежуточной
частоте приемника. Это обеспечивается схемой АПЧ. В
радиолокационных приемниках применяют одноканальную или двухканаль-
ную схему АПЧ.
В блок-схеме радиолокационной станции с одноканальной АПЧ
(рис. 278, а) передатчик генерирует радиоимпульсы, которые
излучаются антенной. Часть энергии излучаемых колебаний через
разрядник приемника попадает на смеситель. На выходе
смесителя возникают импульсы промежуточной частоты, которые
усиливаются каскадами УПЧ. Для автоматической подстройки служит
частотный детектор АПЧ и управитель. После одного или двух
каскадов УПЧ напряжение промежуточной частоты снимается на
частотный детектор АПЧ.
Недостатком одноканальной схемы АПЧ является то, что через
разрядник приемника на смеситель могут действовать импульсы
слишком большой мощности. Смеситель в этом случае
перегружается, а это нарушает нормальную работу схемы АПЧ. Двухканаль-
ная схема АПЧ более совершенна.
В блок-схеме станции с двухканальной АПЧ (рис. 278, б)
имеется делитель, который обеспечивает необходимый уровень
радиоимпульсов на входе схемы АПЧ. Эти импульсы поступают на
специальный смеситель АПЧ. Одновременно на смеситель
подаются колебания с гетеродина приемника. На выходе смесителя
возникают колебания, частота которых равна разности частот
передатчика и гетеродина. Эти колебания усиливаются и подводятся к
частотному детектору АПЧ. При отклонении частоты передатчи-
342

ка от номинальной на выходе детектора возникает напряжение,
которое через управитель действует на гетеродин приемника.
Схема двухканальной АПЧ более сложна, чем схема однока-
нальной АПЧ, но дает лучшие результаты. Во-первых, в этом
случае устранена перегрузка смесителя. Во-вторых, импульсы
поступают на вход приемника, минуя разрядник, что уменьшает
искажения. Обе рассмотренные схемы являются схемами следящей
днтц-
Разрядник
приемни
ка
] Разрядник
Хпередат
Передат
чик
АНТ\
Разрядник
приемника
Разрядник
передатчика
Смеси
тель
1-2 нас
кадаУПЧ
Гетеро
дин
УпраВи
тель
Частот
ныи den?e/\-i
тор АПЧ
Остам
ные кис
кадыУПЧ
Детектор
Видео
усили
тель
Киндика
тори
а)
Смеситель
приемника
-~ УПЧ
Детектор
Видео
усилитель
инди
катору
Делитель
моииности
Гетеродин
Управитель
Смеситель
АПЧ
Усилитель
АПЧ
Частотный
детектор
АПЧ
Передатчик
S)
Рис. 278. Блок-схемы радиолокационной станции:
а — с одноканальной АПЧ, б — с двухканальной АПЧ
АПЧ. В радиолокационных станциях может применяться и схема
АПЧ с поиском.
Построение схемы приемника и его конструктивное выполнение
зависят от диапазона частот, в котором работает станция. На
частотах ниже 1000 Мгц имеется усилитель высокой частоты. Для
усиления используют пентоды высокой частоты или дисковые
триоды. В последнем случае колебательные контуры выполняют в ви-
343

де отрезков коаксиальных линий. На частотах выше 1000 Мгц
(волна короче 0,3 л*) для усиления на частоте сигнала применяют
лампы бегущей волны.
Преобразователи приемников, работающих на частотах ниже
1000 Мгц, выполняют на триодах или пентодах с отдельными
гетеродинами. Промежуточные частоты радиолокационных
приемников обычно берут в пределах 15—100 Мгц. Усиление по
промежуточной частоте в тех случаях, когда приемник работает без
усилителя высокой частоты, доходит до сотен тысяч раз. В некоторых
радиолокационных приемниках применяют двойное
преобразование частоты.
В усилителях промежуточной частоты используют как
одиночные резонансные контуры, так и схемы с парами или тройками
одноконтурных расстроенных каскадов. Эти схемы обеспечивают
большое усиление на один каскад при достаточно широкой полосе
пропускания приемника.
Чаще всего в каскадах УПЧ работают пентоды с большой
крутизной и малой проходной емкостью. При отсутствии ступеней УВЧ
уровень шума первого каскада УПЧ должен быть минимальным.
В этом случае хорошие результаты дает каскодная схема,
выполненная на двух триодах.
При большом общем усилении по промежуточной частоте
необходимо принимать специальные меры по устранению
паразитных обратных связей (применять развязывающие фильтры,
рационально размещать лампы).
В радиолокационных приемниках чаще всего используют
диодные детекторы. Чтобы обеспечить быстрое нарастание и спадание
сигнала, цепь нагрузки детектора должна иметь малую постоянную
времени. Поэтому сопротивление нагрузки детектора берут
небольшим (не более 1—2 ком). На выходе детектора выделяется
напряжение видеосигналов, амплитуда которых около 1—2 в. На
электроннолучевую трубку индикатора нужно подать напряжение,
равное десяткам или сотням вольт. Поэтому в приемнике имеется
несколько каскадов усиления видеосигналов. Первые каскады
видеоусилителя могут быть выполнены по обычной схеме усилителя
на сопротивлениях. При малой длительности импульса вводят
элементы высокочастотной коррекции.
При сильном отраженном сигнале электроннолучевая трубка
индикатора оказывается перегруженной. Чтобы избежать этого,
первый каскад видеоусилителя выполняют в виде ограничителя по
максимуму. Последний каскад должен обеспечить необходимое
выходное напряжение, и его обычно выполняют на достаточно
мощной лампе по схеме с катодной нагрузкой.
Так как импульсы имеют малую продолжительность, то для
уменьшения расхода энергии источников питания на сетку лампы
подается отрицательное запирающее напряжение, и лампа
отпирается только при воздействии импульса.
344

В радиолокационных станциях индикатор удален от
видеоусилителя. Выход видеоусилителя соединяют с электроннолучевой
трубкой экранированным коаксиальным кабелем.
§ 66. ИНДИКАТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Назначение индикатора
Индикатор преобразует электрические сигналы, поступающие
с выхода радиоприемника, в сигналы, доступные для наблюдения.
Индикатор должен отмечать появление, исчезновение и
интенсивность поступающих сигналов, а также позволять определять
координаты объекта в пространстве.
Эти задачи решаются чаще всего при помощи
электроннолучевой трубки. На экране трубки можно одновременно наблюдать
импульсы, отраженные от большого количества объектов, которые
создают общую картину наблюдаемой обстановки.
Электроннолучевая трубка практически не обладает инерцией:
импульсы на экране возникают мгновенно, в соответствии
с отраженными от объекта сигналами. Для управления
электроннолучевой трубкой требуется очень небольшое количество
энергии.
Чтобы получить изображение на экране электроннолучевой
трубки, применяют два метода — амплитудной индикации и ярко-
стной индикации. Метод амплитудной индикации со-
состоит в том, что при воздействии импульса электронный луч
трубки отклоняется от первоначального положения. При методе
яркости ой индикации приходящий импульс изменяет
яркость светового пятна, которое создается лучом на экране. В более
сложных случаях применяют трубки с несколькими электронными
пучками. Работа электронного индикатора связана с другими
узлами радиолокационной станции и строго синхронизирована.
Типы индикаторов
Существующие типы индикаторов различают по назначению,
методу индикации и типу применяемой развертки изображения.
Кроме того, индикаторы могут служить для определения одной
или двух координат наблюдаемого объекта. Если нужно
определить все три координаты объекта, радиолокационную станцию
выполняют с двумя или несколькими индикаторами.
Назначение индикатора определяется назначением станции.
Могут быть наземные, самолетные, судовые и другие индикаторы.
По методу индикации различают индикаторы с амплитудной или
яркостной отметкой.
Индикаторы с амплитудной отметкой могут служить:
индикаторами дальности, индикаторами угла, индикаторами дальности и
одного угла.
345

Индикаторы с яркостной отметкой применяют в двух случаях:
для измерения дальности и одного из углов — азимута или угла
места, для измерения углов.
В индикаторах угла обычно используют наиболее простой вид
развертки — линейную развертку. В индикаторах дальности с
амплитудной отметкой применяют линейную, круговую или
спиральную развертки. При яркостной отметке используют радиаль-
но-круговую или строчную развертки. Ниже будет показано, как
осуществляются такие виды развертки.
Наибольшее распространение получили следующие типы
индикаторов:
индикатор дальности с амплитудной отметкой и линейной
разверткой — индикатор типа А, индикатор дальности и угла с
яркостной отметкой и радиально-
круговой разверткой —
индикатор кругового обзора
(ИКО).
Индикатор типа А. В
простейшем индикаторе
(индикаторе типа А) на
горизонтально-отклоняющие
пластины электроннолучевой
трубки подается пилообразное
напряжение от генератора
развертки (рис. 279). При этом
луч перемещается по
горизонтальной линии. При
воздействии отраженного импульса с выхода видеоусилителя
поступает напряжение на вертикально-отклоняющие пластины трубки.
При этом электронный луч отклоняется в сторону от прямой и
возвращается на прежнюю линию движения, когда отраженный
импульс закончится.
На экране возникает импульс, амплитуда которого тем больше,
чем больше амплитуда отраженного импульса на входе приемника.
Изображение, получаемое на экране индикатора типа А, показано
на рис. 263. Первый импульс попадает на индикатор с
передатчика станции. Второй подается с выхода приемника. По расстоянию
между импульсами на экране судят о расстоянии до объекта
наблюдения.
Индикатор кругового обзора (ИКО). В этом индикаторе
применена радиально-круговая развертка, являющаяся одним из видов
линейной развертки. Движение луча осуществляется по радиусу
от центра экрана к краю (рис. 280). Эта линия вращается вокруг
центра синхронно с вращением антенны по азимуту. В любой
момент конец линии развертки указывает направление
максимального излучения антенны. За один оборот антенны электронный луч
пробегает все радиальные линии экрана, и весь экран слабо
свели детектора
приемника
Рис. 279 Блок-схема индикатора типа А
346

тится. Отраженные от объекта импульсы модулируют яркость
свечения луча. На экране появляются светлые пятна. Расстояние
пятна от центра экрана в определенном масштабе соответствует
расстоянию до объекта.
Направление на объект определяют по положению той
радиальной линии на экране, на которой находится объект. Отраженные
импульсы дадут все объекты, находящиеся в зоне наблюдения
станции. На экране индикатора получается панорамное
изображение окружающей обстановки с наблюдателем в центре экрана
(рис. 281). Такое изображение позволяет наблюдать одновременно
за всеми объектами, расположенными в зоне действия станции.
Рис. 280. Радиалъно-круговая раз- Рис. 281. Экран индикатора кругово-
вертка го обзора
В индикаторах кругового обзора обычно применяют
электроннолучевые трубки с магнитным отклонением. Для отклонения
луча используют катушки, по которым пропускают ток
пилообразной формы. Это дает возможность создать на экране трубки
радиальную светящуюся линию от центра до края экрана.
Для получения радиально-круговов развертки необходимо,
чтобы эта линия вращалась вокруг центра экрана. В простейшем
случае это достигается вращением отклоняющей катушки вокруг
оси трубки. Вращение катушки совершается синхронно с
вращением антенны. За один оборот антенны светящаяся линия на
экране совершает также один оборот. Для вращения катушки
служит небольшой мотор. Более удобно для вращения луча создавать
вращающееся магнитное поле при помощи двух пар неподвижных
катушек.
В индикаторе кругового обзора (рис. 282) на отклоняющую
катушку поступают импульсы тока от генератора развертки.
Катушка вращается. Радиальные светящиеся линии покрывают
347

экран, и весь экран слабо светится Работой генератора развертки
управляет синхронизатор Отраженные от объекта импульсы
усиливаются видеоусилителем и модулируют яркость свечения луча.
На экране возникают изображения наблюдаемых объектов в виде
ярких пятен Генератор отметок дальности модулирует яркость
луча и создает на экране метки, по которым можно определить
расстояние до объекта.
Синлро
низатир
От детектора
приемника
Высокое
напряжение
управляющий
электрод
Рис 282 Упрощенная блок-схема индикатора кругового обзора
§ 67. СИНХРОНИЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ
Устройство, управляющее работой всех умов станции,
называется синхронизатором Синхронизатор имеет следующее
назначение синхронизирует пусковые импульсы передатчика, создает
импульсы, отпирающие приемник на время приема; управляет
работой 1енератора развертки индикатора.
В некоторых станциях синхронизатор является отдельным
устройством и работает от внешного генератора,
стабилизированного кварцем. Внешний генератор создает синусоидальные или
релаксационные колебания. Эти колебания преобразуются в
пусковые, или синхронизирующие, импульсы нужной частоты, формы и
амплитуды и управляют работой всех элементов станции.
В других случаях применяют самосинхронизирующие системы,
где пусковые и синхронизирующие импульсы создает модулятор
передатчика. При этом синхронизатор как отдельное устройство не
существует. Такие системы просты в конструктивном отношении,
но при использовании их углы и расстояния определяются с
меньшей точностью
348

Синхронно-следящая система
В радиолокационных станциях часто бывает необходимо
обеспечить одновременное и одинаковое вращение в пределах
некоторого угла двух различных устройств, находящихся на расстоянии
друг от друга. Передавать движение при помощи каких-либо меха
низмов, разместив, например, эти механизмы на общем валу,
практически очень неудобно. Обычно в этом случае используют
электрическую синхронную передачу.
Принцип такой передачи состоит в следующем. Первичный
механизм, например антенна, вращается по азимуту. Механическое
движение антенны преобразуется в электрические токи
специальным устройством, которое называется датчиком угла поворота
антенны По проводам эти сигналы передаются на другое
устройство — приемник Здесь происходит обратное преобразование,
электрические сигналы превращаются в механическое
перемещение вторичного механизма, например отклоняющей катушки
индикатора или шкалы на пульте управления станцией.
В качестве датчиков и приемников чаще всего применяют
специальные машины переменного тока, так называемые сельсины.
Синхронную передачу при помощи сельсинов используют не
только в радиолокационных устройствах, но и во mhoihx других
областях техники
Устройство и работа сельсина. Сельсин представляет собой
электрическую машину переменного тока, на роторе которой
расположена однофазная первичная обмотка, а на статоре —
трехфазная вторичная Для уменьшения потерь на вихревые токи ротор
и статор собраны из отдельных пластин.
Ротор укреплен на валу, который приводится в движение от
первичного механизма На этом же валу насажены контактные
кольца Через них к ротору подводичся переменное напряжение
Внутри пазов статора уложены три обмотки, соединенные звездой
Они расположены так же, как обмотки статора трехфазного
асинхронного двигателя, т. е их магнитные потоки сдвинуты в
пространстве на 120°.
Электрическая схема сельсина показана на рис. 283 К обмотке
ротора Pi, Рг подведено переменное напряжение. Протекающий
в обмотке ток создает переменный магнитный поток, который
индуктирует в обмотках статора С\, С2 и Сз переменные э д. с
Величина и фаза э д. с каждой обмотки зависят от взаимного
расположения ротора и статора Если, например, магнитный поток
ротора совпадает по направлению с магнитным потоком первой обмотки
статора С\, то в ней наводится наибольшая э. д. с, а в двух
друшх обмотках Сг и Сз э д с будет меньше.
Каждому положению ротора соответствуют определенные
величины э. д с. в обмотках При повороте ротора величина всех
трех э д. с. меняется Если ротор плавно вращается, то в обмотках
349

р,
0
0
статора возникают переменные э. д. с, сдвинутые по фазе на 120°.
При синхронной передаче один из сельсинов служит датчиком,
а другой — приемником. Принципиально один и тот же сельсин
может быть использован или как датчик, или как приемник.
Только в тех случаях, когда от одного датчика
работают несколько приемников, сельсин-датчик
должен быть рассчитан на большую мощность.
При синхронной передаче обмотки ротора (об-
/~~*\ мотки возбуждения) сельсин-датчика и сельсин-
¦—(v^^^r)—I приемника включают в цепь общего источника
переменного тока (рис. 284). Обмотки статора
(фазные обмотки) соединяют между собой проводами.
Обмотки сельсин-датчика и сельсин-приемника
образуют общие электрические цепи.
Под действием о. д. с, индуктированных в
обмотках сельсин-датчика, в этих цепях протекают
переменные токи. Но если роторы сельсин-датчика
и сельсин-приемника расположены одинаково по
отношению к обмоткам статора, то в обмотках
сельсин-приемников индуктируются э. д. с, равные по
величине и направленные противоположно э. д. с.
в фазных обмотках сельсин-датчика. В результате
токи во всех фазных цепях будут равны нулю.
Ротор сельсин-приемника окажется неподвижным.
Это соответствует согласованному положению сельсинов. В таком
положении они находятся, например, когда антенна станции
неподвижна.
Ротор сельсин-датчика механически связан с антенной. При
вращении антенны он повертывается вместе с ней и на такой же
Рис. 283
Электрическая
схема сельсина
~ 1108
500 ги
Сельсин
датчик
я.
Сг
¦ <
1
0.
Сг
1 .
F
Семьей//
приемник
Рис. 284. Схема синхронной передачи
350

угол. Угол поворота ротора называется углом рассогласования.
При этом равенство э. д. с. в фазных цепях нарушается, в этих
цепях возникают токи. Обмотки статора сельсин-приемника
создают магнитный поток, который взаимодействует с магнитным
потоком ротора. Возникает вращающий момент, и ротор
сельсин-приемника поворачивается точно на такой же угол, на какой был
повернут ротор сельсин-датчика.
Блок-схема синхронно-следящей системы радиолокационной
станции. При работе радиолокационной станции в режиме
слежения антенна станции автоматически поворачивается в нужном
направлении. Это осуществляется при помощи следящего
привода, представляющего собой систему автоматического
регулирования.
Входное
устроист
Сельсин
датчик
Линия
Сельсин
прием
ник
Усили
тель
Исполни
тельный
механизм
Рис. 285. Блок-схема синхронно-следящей системы
Рассмотрим работу синхронно-следящей системы в простейшем
случае, при ручном управлении станцией (рис. 285). При
движении объекта, за которым ведут наблюдение, оператор станции
вращает небольшой штурвал, расположенный на пульте управления
станции. Штурвал является как бы входным устройством
системы. Угол поворота штурвала передается ротору сельсин-датчика,
который связан проводами с сельсин-приемником.
Сельсин-приемник в этой схеме часто работает в режиме трансформатора. Ротор
его остается неподвижным.
Рассогласование, которое возникает при повороте ротора
сельсин-датчика, вызывает в обмотке возбуждения сельсин-приемника
напряжение — сигнал рассогласования. Этот сигнал усиливается
усилителем и поступает на исполнительный механизм, т. е.
двигатель антенны.
Для усиления сигналов рассогласования наиболее широко
применяют электромашинные усилители (ЭМУ). В принципе
электромашинный усилитель представляет собой генератор постоянного
тока, на обмотку возбуждения которого подается усиливаемое
напряжение.
При автоматическом сопровождении цели на входное
устройство синхронно-следящей системы попадает сигнал от самой
антенны. Если на объект направлен максимум ее излучения, то
отраженный от него сигнал также будет максимальным. При движении
объекта он перемещается с направления максимального
излучения, и отраженный сигнал уменьшается по амплитуде. Это
уменьшение амплитуды и служит сигналом рассогласования, воздейст-
351

вующим на входное устройство синхронно-следящей системы.
Специальные схемы выделяют рассогласование по азимуту и углу
места, и в результате сигнал действует па приводной двигатель
антенны.
Вопросы для повторения
1. В чем заключается принцип радиолокации и как определяется
расстояние до объекта при помощи индикатора дальности?
2. Что называется разрешающей способностью по дальности? Как
связаны между собой разрешающая способность и длительность импульса?
3. Какими методами определяются расстояние до объекта и
направление на объект?
4. Какие способы обзора пространства применяют в
радиолокационных станциях?
5 От чего зависит дальность действия радиолокационной станции?
6. Из каких основных элементов состоит схема передатчика
радиолокационной станции?
7. Какие особенности имеют приемники радиолокационных станций?
8. Какие устройства служат индикаторами радиолокационных станций?
9. Как осуществляется работа синхронно-следящей системы при помощи
сельсинов?

ГЛАВА XIII
РАДИОРЕЛЕЙНАЯ СВЯЗЬ
§ 68, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Радиорелейная линия связи предназначена для передачи на
большое расстояние телефонных переговоров и телевизионных
программ. Современная аппаратура радиорелейной связи может
обеспечить одновременный разговор нескольких тысяч абонентов
и передачу нескольких программ черно-белого и даже цветного
телевидения. По радиорелейной линии могут также передаваться
телеграфные сигналы и радиовещательные программы.
!— 50-70 км *(
Оконечная Промежуточная Промежуточная Оконечная
станция А станция станция станция Б
Рис. 286. Радиорелейная линия
Радиорелейная линия представляет собой цепочку
ультракоротковолновых радиостанций, расположенных на расстоянии 50—
70 км друг от друга (рис. 286). Антенна станции излучает
радиоволны в направлении первой промежуточной станции. Там
передача принимается, усиливается и передается на следующую
промежуточную станцию. Так осуществляется передача до оконечной
станции Б. Процесс приема, усиления и дальнейшей передачи
сигнала называется ретрансляцией, поэтому промежуточные
станции называются ретрансляционными.
Диапазон волн. При большом числе телефонных каналов и
передаче телевидения радиорелейная линия занимает полосу
частот в несколько сотен мегагерц. Передачу такой широкой полосы
нельзя осуществить на коротких и тем более на средних или
длинных волнах. В диапазоне же дециметровых и сантиметровых
Ж
1
12 Заказ № 1100
353

волн радиорелейные линии размещаются свободно. Например,
участок сантиметрового диапазона только от 7,5 до 8 см
соответствует полосе частог 250 Мгц. Такая полоса может обеспечить
работу большого числа телефонных каналов. Кроме того, на
ультракоротких волнах остронаправленные антенны имеют малые
размеры, связь устойчива в любое время года и суток, при работе
возникают малые помехи.
Для радиорелейной связи отведены определенные участки
метрового, дециметрового и сантиметрового диапазона волн. Эти
участки используют в зависимости от назначения линии, ее
протяженности и числа каналов.
При большом числе каналов нужна широкая полоса частот,
которую легче «разместить» на более коротких волнах.
Для радиолиний с малым числом каналов используют более
длинные волны. Они обеспечивают связь даже при отсутствии
прямой видимости между станциями, так как могут огибать
небольшие препятствия (дифракция волн).
Достоинства радиорелейной связи. Радиорелейная линия
имеет большое преимущество перед радиосвязью на коротких
волнах — она обеспечивает работу очень большого числа телефонных
каналов и передачу телевидения. Ни то, ни другое при связи на
коротких волнах обеспечить нельзя.
Современные линии проводной связи, выполненные из
коаксиального кабеля, пропускают достаточно широкую полосу частот.
Однако радиорелейные линии имеют преимущества и йеред ними.
Строительство радиорелейной линии может быть выполнено в
более короткий срок и обходится дешевле, чем строительство
кабельной линии. Радиорелейная линия дает большую
экономию цветных металлов — меди и свинца. Промежуточные
усилители кабельной линии нужно устанавливать примерно через
каждые 6 км, т. е. значительно чаще, чем усилители радиорелейной
линии. В горах, в болотистой местности, при переходе через водные
преграды оборудовать радиорелейную линию значительно проще,
чем линию проводной связи. Качество передачи телефонных
разговоров по радиорелейной линии такое же, как при передаче по
наилучшей кабельной линии.
Недостатками радиорелейной связи являются сложность
аппаратуры и сравнительно большое потребление энергии.
Блок-схема радиорелейной линии связи. Каждая
радиорелейная линия обеспечивает дуплексную работу, т. е. одновременную
передачу в двух противоположных направлениях. Поэтому каждая
оконечная станция имеет передатчик и приемник, а каждая
промежуточная — два передатчика и два приемника. Передача и
прием происходят на разных частотах и взаимных помех нет.
На рис. 287 показана блок-схема радиорелейной линии с
двумя ретрансляционными пунктами. Абонентские линии с
телефонной станции подходят к аппаратуре уплотнения. Эта аппаратура
354

преобразует разговорные токи в общий
сигнал, который модулирует колебания
передатчика.
Антенна передатчика излучает
колебания с частотой f\. Эти колебания
принимаются приемной антенной
промежуточной станции и воздействуют на
приемник 1. Приемник настроен на
частоту сигнала /ь
Принятый сигнал усиливается и
действует на передатчик 1, который
излучает тот же сигнал, но на другой несущей
частоте /з в сторону следующей
промежуточной станции. На оконечной
станции принятый сигнал детектируется и
поступает в аппаратуру уплотнения.
Здесь он преобразуется в разговорные
токи, которые разделяются по
абонентским линиям. Так обеспечивается
передача от станции А к станции В Точно
таким же образом происходит передача
сигнала и в противоположном
направлении. Оба направления работают
одновременно.
Диапазон многоканальной
радиорелейной линии при помощи полосовых
фильтров разделяют на несколько
поддиапазонов, называемых стволами.
Каждый ствол предназначен для передачи
одной телевизионной программы или
нескольких сотен телефонных
переговоров.
На радиорелейных линиях
применяют остронаправленные антенны с
шириной луча 1—2°. Всю энергию,
излучаемую передатчиком, направляют в
сторону следующей станции.
Остронаправленные приемные антенны уменьшают
действие помех. Кроме острой
направленности, антенны радиорелейных
линий должны обеспечить широкую
полосу пропускания, т. е. должны одинаково
хорошо работать в полосе частот,
занимаемой несколькими высокочастотными
стволами. Этим требованиям отвечают
параболические и линзовые
антенны.
иошнэнодп у
Л
\\
tl
1
,
tt "
~Ю1НЭНШ01/иП
Ddfiuinanuuy
>
<ъ
¦5-3:
fe
^
II
3: Й
^
1
Прием
ник t
^
Прием
ник
Пере
датчик
•iN /J\
<?>
*
SL
<§
*
^Ы
is *
^1
Л13
^±N /±N
Ж Ж
tl
Ss =<
I*
T
кпнзншои-ип
DdfiuJDdDuuy
1 - I I , , у , , || , , , ,
ипшнанодпу
% Si
з
5
К
К
о
3
3-
ч
ч
й
в
о.
«
ч
&>
е.
о
3
о.
ч
3
а.
12*
355

§ 69. ПРИНЦИПЫ
МНОГОКАНАЛЬНОЙ
ПЕРЕДАЧИ. УПЛОТНЕНИЕ
РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ
СВЯЗИ
Использование
линий для нескольких
одновременных связей
называют уплотнением.
Аппаратура уплотнения
обеспечивает получение
нескольких каналов на
одной линии. Для
радиорелейной связи
применяют две системы
уплотнения — с частотным
или временным
разделением каналов.
Уплотнение по
частоте. Принцип
уплотнения по частоте можно
рассмотреть,
воспользовавшись схемой, на
которой показана
одновременная работа двух
каналов в одном
направлении (рис. 288). У 1-го и
2-го абонентов
установлены микрофоны. Токи
низкой частоты с
микрофонов через модулятор
действуют на колебания
высокой частоты.
Генератор первого канала
имеет частоту /i,
генератор второго канала —
частоту /2. В каждом из
каналов применена
амплитудная модуляция.
Хорошая передача речи
обеспечивается при
полосе частот примерно
300—3400 гц.
Следовательно, при
амплитудной модуляции каждый
канал будет занимать
полосу частот 6800 гц.

Для уменьшения взаимных помех каждый канал подключен к
общему групповому усилителю через отдельный фильтр. После
усиления колебания обоих каналов поступают на модулятор
передатчика. В этом случае применяют частотную модуляцию.
Колебания передатчика излучаются передающей антенной и
принимаются на следующей станции. В приемнике осуществляется
необходимое усиление, а затем при помощи таких же фильтров, как и на
передающей стороне, происходит разделение полосы частот
каждого канала. Детекторы выделяют колебания звуковой частоты,
которые действуют на телефоны 3-го и 4-го абонентов.
Система с амплитудной модуляцией каждого канала и
частотной модуляцией несущей частоты передатчика была предложена
советскими специалистами И. С. Гоноровскям и В. И. Сифоровым
и сейчас широко применяется в нашей стране и за рубежом. При
такой системе модуляции аппаратура получается наиболее
простой и мало чувствительной к помехам.
На рис. 288 показан лишь принцип частотного разделения
каналов. Схема реальной аппаратуры значительно сложнее. Во-первых,
для одновременной передачи в двух направлениях число
элементов схемы нужно увеличить вдвое. На обеих сторонах должны
быть и передающие и приемные устройства. Во-вторых, реальная
аппаратура содержит не два канала, а значительно больше.
В-третьих, в аппаратуре уплотнения нужны специальные
устройства, которые обеспечивают действие разговорных токов только в
одном направлении. Например, совершенно недопустимо, чтобы
разговорный ток, поступающий к абоненту с приемного
устройства, попадал на модулятор этого же канала.
Очень важной задачей является получение возможно большего
числа каналов в заданной полосе частот. Для этого спектры частот
соседних каналов стремятся расположить возможно ближе друг
к другу. Но это усложняет конструкцию фильтров и усиливает
взаимные помехи. Большой выигрыш в этом отношении дает
передача только на одной боковой полосе частот — однополосная
модуляция.
Как было показано в § 44, колебание несущей частоты не
содержит передаваемого сигнала, но имеет большую амплитуду. Это
колебание бесполезно загружает линию передачи. Колебания
обеих боковых полос соответствуют одному и тому же передаваемому
сигналу, поэтому достаточно передавать в линию только одну
боковую полосу частот. При этом спектр частот, занимаемый
одним каналом, уменьшается примерно в два раза. Следовательно,
в два раза можно увеличить число каналов в линии. Передача на
одной боковой полосе частот оказывается выгодной и широко
применяется, хотя и требует более сложной аппаратуры.
Систему уплотнения по частоте широко используют на
практике. Советскими специалистами разработана типовая аппаратура
на 60 и 600 каналов (Р-60 и Р-600). Достоинством частотного
357

уплотнения каналов является сравнительно простое сочетание
радиорелейной линии с высокочастотными кабельными линиями.
Радиорелейная линия может служить продолжением кабельной
линии связи. Типовая высокочастотная аппаратура проводной
связи К-12, К-24 и К-60 работает на том же принципе, что и
аппаратура частотного уплотнения радиорелейных линий.
м,0
Лини_я связи L_lSj
о
Рис. 289. Схема работы распределительного устройства при
уплотнении по времени
Уплотнение по времени. Принцип уплотнения по времени
заключается в том, что передача каждого канала осуществляется не
непрерывно, а в виде определенной последовательности
импульсов. Импульсы каждого канала передаются поочередно. Чтобы
понять принцип уплотнения по времени, рассмотрим схему,
показанную на рис. 289. По такой схеме можно осуществить
одновременную передачу в одном направлении четырех каналов.
Микрофоны 1, 2, 3 и 4 абонентов подключают к линии механическим
переключателем — распределителем. Такой же распределитель
имеется на приемной стороне. Оба распределителя вращаются с
одинаковой скоростью и в одинаковой фазе (синхронно и синфаз-
но). В тот момент, когда распределитель передатчика проходит
по контакту первого канала, распределитель приемника
подключает к линии телефон абонента первого канала.
На рис. 290, а—г показаны разговорные токи каждого канала
(пунктирные линии) и соответствующие им импульсы тока. Из
графиков видно, что импульсы всех каналов чередуются. На
передатчик воздействует общая последовательность импульсов и
модулирует его несущую частоту. В данном случае применена
амплитудно-импульсная модуляция каждого канала (АИМ).
При уплотнении по времени токи в аппаратуре имеют
импульсный характер. Поэтому связь с уплотнением по времени
называется импульсной связью.
Теория и практика показывают, что передача даже небольшого
числа импульсов в течение одного периода звуковой частоты
вполне обеспечивает в телефонах нужную форму тока. Естественно,
358

iE
a)
l канал
>-—тг
^-~
J канал
"Tr—-
что мощность принятого в телефонах сигнала при импульсной
передаче меньше, чем при непрерывной, но это компенсируется
применением усилителей.
В пределе достаточно передавать на каждый период звукового
колебания только два импульса (рис. 291). Даже в этом случае в
телефонах воспроизводится ток нужной формы. Наивысшая
частота для хорошей
телефонной передачи 3400 гц. Сле- U 1«аиа/1
довательно, каждый канал
должен иметь частоту
повторения импульсов не
менее 6800 гц. На практике
ее увеличивают до 8000 гц
и называют тактовой
частотой. Период повторения
импульсов при этом
125 мксек.
На схеме (см. рис. 289)
распределители должны
подключать каждый канал
к линии 8000 раз за
секунду, т. е. делать 8000 об/сев.
Вполне понятно, что
механические переключатели
для такой работы
непригодны. Они показаны на
схеме лишь для
рассмотрения принципа передачи.
В реальной аппаратуре
применяют электронные
распределители.
Синхронная и
синфазная работа передающих и
приемных устройств также
обеспечивается
электрическими методами. Вместо
импульсов одного из
каналов в линию посылают
специальные
синхронизирующие импульсы. Эти
импульсы отличаются от
импульсов каналов большей
амплитудой или
увеличенной длительностью; в
некоторых случаях их
выполняют двойными. По
этим признакам синхрони-
Рис. 290. Временное уплотнение линии
четырьмя каналами:
а — г — импульсные разговорные токи 1, 2, 3
и 4-го каналов, д — общий ток, е — ток
высокой частоты, модулированный общим
разговорным током (радиоимпульсы)
359

зирующие импульсы выделяются на приемной стороне и
поступают на синхронизирующее устройство.
Очень важным являете» вопрос о длительности канальных
импульсов. Схема распределителя, показанная на рис. 289,
составлена так, что между выключением одного и включением другого
канала есть некоторые промежутки времени. Казалось бы, что это
исключает взаимные помехи
с Ток микроазона каналов. Однако на этой
схеме не показаны другие
устройства, необходимые для
работы линии: усилители,
передатчики, приемник и т. д.
Все эти устройства содержат
индуктивности и емкости,
переходные процессы которых
могут «растянуть» фронт
импульса и вызвать помехи
между каналами. Поэтому
промежутки времени между
импульсами должны быть
достаточно большими. Сами же
импульсы должны быть
короткими.
Чем больше каналов
содержит линия, тем короч,е
должны быть импульсы
каждого канала. На практике
длительность каждого
импульса равна микросекундам
и даже долям микросекунды.
Передачу же коротких
импульсов трудно осуществить. Длительность импульса и полоса
пропускания аппаратуры связаны между собой соотношением
1
1
Импульсы
-кг .
Ток телефона
Рис. 291. Передача непрерывного
сигнала импульсами
AF
1-
«и
Следовательно, при кратковременных импульсах полоса
пропускания аппаратуры должна быть достаточно широкой. Чем
больше каналов содержит линия, тем шире полоса пропускания.
Но расширение полосы пропускания усложняет и удорожает
аппаратуру. Поэтому при временном уплотнении в одном стволе
радиорелейной линии размещается не более нескольких десятков
каналов.
Система с уплотнением по частоте обеспечивает работу
большого числа каналов и хорошо сочетается с линиями проводной
связи. Недостатком этой системы является сравнительно сложная
360

и дорогая аппаратура (фильтры, кварцевые генераторы и др.).
При временном разделении каналов, т. е. при импульсной связи,
аппаратура получается более простой, создает меньшие
нелинейные искажения и менее подвержена влиянию помех. Но
аппаратура с временным уплотнением может обеспечить работу только
небольшого числа каналов.
§ 70. ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ
Для многоканальной телефонной связи и передачи телевидения
широко применяют аппаратуру Р-60/120 с уплотнением по частоте.
Типовой комплект аппаратуры содержит оборудование линии,
состоящей из трех стволов. Два ствола обеспечивают дуплексную
работу и используются для многоканальной телефонной связи.
Каждый из этих стволов может быть использован для 60 или 120
телефонных каналов или для передачи телевизионной программы.
Третий ствол обеспечивает работу только в одном направлении и
предназначен для передачи одной телевизионной программы.
На любой промежуточной станции телевизионный канал и
канал звукового сопровождения могут быть выделены без
дополнительного оборудования. Промежуточные станции аппаратуры
Р-60/120 рассчитаны на работу без обслуживающего персонала.
Диапазон частот аппаратуры 1600—2000 Мгц (волна 18—15 см).
Мощность передатчика 2,6 вт. Чувствительность приемника
200 мкв. Расстояние между станциями линии 50—60 км.
Аппаратурой Р-60/120 могут быть оборудованы телефонные линии
длиной до 2500 км и линии телевизионной передачи до 1000 км. При
большей протяженности линии качество передачи будет ниже
существующих норм. Аппаратура Р-60/120 является типовой
современной аппаратурой радиорелейных линий и широко
распространена.
На линиях большой протяженности с большим числом каналов
применяют аппаратуру Р-600 («Весна»). Диапазон частот
аппаратуры 3400—3900 Мгц (8,8—7,7 см). Типовой комплект
аппаратуры содержит оборудование шести высокочастотных стволов.
Каждый ствол может быть использован для работы 600
телефонных каналов или передачи телевизионной программы со звуковым
сопровождением. Часть телефонных каналов может быть
использована для передачи телеграфа и фототелеграфа. Аппаратура
может обеспечить передачу радиовещательной программы.
Кроме шести рабочих стволов предусмотрены еще два ствола
для служебной связи, управления промежуточными
необслуживаемыми станциями и передачи сигналов с них на оконечные и
главные промежуточные станции. Телефонные каналы можно
выделять на тех промежуточных станциях, где есть аппаратура
выделения. Программа телевидения может быть выделена или
введена на любой станции.
361

Радиорелейные линии в нашей стране получают все более
широкое распространение. С помощью магистральных радиорелейных
линий осуществляют телефонную междугородную связь и
передачу телевизионных программ на большое расстояние. Главные
промежуточные станции могут служить ретрансляционными
телевизионными центрами. Выделенный телевизионный сигнал
усиливается, преобразуется по частоте (с сантиметрового диапазона на
метровый) и после усиления передается в окружающее
пространство. Радиус действия такой станции, как и любого телевизионного
центра, может быть 100—200 км. Радиорелейные линии
обеспечивают повсеместный прием радиовещания, передачу
фототелеграфа. За последнее десятилетие в нашей стране построена развитая
сеть радиорелейных линий. Система Интервидения и Евровидения,
позволяющая вести обмен телевизионными программами, также
использует радиорелейные линии.
Огромное значение имеют радиорелейные линии в горной
местности, например линия, связавшая столицы трех республик —
Алма-Ата, Фрунзе и Ташкент. В горной местности не приходится
строить высокие мачты. Прямая видимость между соседними
станциями обеспечивается при установке антенн на вершине горы.
Для питания аппаратуры, освещения и отопления помещений
используют микроГЭС, построенные на небольших горных реках, или
батареи фотоэлементов, использующие солнечную энергию.
В крупных населенных пунктах все большее распространение
получают пригородные радиорелейные линии протяженностью
несколько десятков километров. Широко применяют
радиорелейные линии, расположенные вдоль линий электропередач. Пока
используется аппаратура с малым числом каналов. При создании
единой энергосистемы всего Советского Союза возникнет
необходимость в многоканальной аппаратуре. Очень широко используют
радиорелейную связь на железнодорожном транспорте. Вдоль
нефтепроводов и газопроводов также оборудованы радиорелейные
линии.
Вопросы для повторения
1. Как осуществляется радиорелейная связь и какие достоинства она
имеет?
2. Как выполняется уплотнение по частоте в многоканальной
аппаратуре?
3. На каком принципе основано уплотнение по времени? Почему
аппаратура с временным уплотнением не может обеспечить работу с большим
числом каналов?

ГЛАВА XIV
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
§ 71. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Телевидение дает возможность видеть изображение объектов,
которые нельзя наблюдать непосредственно, например объектов,
находящихся на большом удалении.
Изображение подвижного или неподвижного объекта
превращается в электрические сигналы. Эти сигналы передаются
телевизионным передатчиком. Телевизионный приемник (телевизор)
принимает сигналы и преобразует их в изображение, которое
возникает на экране электроннолучевой трубки. Телевизионные
сигналы можно передавать не только при помощи радио, но и по
проводам.
В предыдущих главах мы познакомились с передачей по
радио звука. Передача изображения является более сложной
задачей. Восприятие человеком звука и изображения различно. При
каком угодно сложном звуке в один момент времени ухо
воспринимает сумму всех составляющих, т. е. один суммарный звук.
Зрение же дает возможность в один и тот же момент наблюдать
множество предметов. С учетом особенностей человеческого
зрения и были разработаны принципы, положенные в основу
современного телевидения.
Еще в 1897 г. преподаватель Петербургского технологического
института Б. Л. Розинг предложил применять для приема
изображения электроннолучевые трубки (устройство таких трубок было
рассмотрено в § 12). Это предложение было осуществлено. В
настоящее время все передающие и приемные телевизионные
устройства основаны на использовании различных электроннолучевых
трубок. Советским ученым С. И. Катаевым в 30-х годах была
предложена конструкция передающей трубки — иконоскопа. Позднее
были разработаны и другие типы передающих трубок —
супериконоскоп (иконоскоп с переносом изображения), ортикон, видикон.
Для приема изображения применяют трубки, называемые
кинескопами.
Рассмотрим упрощенную блок-схему телевизионной
системы (рис. 292). Изображение передаваемого объекта при
363

3
г>
в
<ь
ад
о.
ад
й
>а
о
*
к
о
з
сз
а
ад
ад
ад
Е-
ад
н
о
&
о
ч
в
К
Ж
ад
з-
о
о,
с
Рч
ел
Сч>
ад
а
и-
помощи объектива
проектируется на
передающую трубку.
Электронный луч этой трубки
последовательно,
элемент за элементом,
обегает все изображение.
Движением
электронного луча управляет блок
развертки. На выходе
передающей трубки
возникают импульсы тока,
создающие сигнал
изображения. Они
называются видеоимпульсами.
Усиленный
видеоусилителем сигнал
поступает на передатчик
и модулирует колебания
высокой частоты. Для
передачи изображения
применяют
амплитудную модуляцию.
Антенна передатчика
излучает в окружающее
пространство радиоволны. В
приемной антенне
наводится э. д. с, частота и
форма которой
соответствует передаваемым
сигналам. Принятые
сигналы поступают в
канал изображения,
представляющий собой
приемник импульсных
сигналов. Усиленные
радиоимпульсы
детектируются. На выходе
детектора получаются
видеоимпульсы, которые
после усиления
подаются на управляющий
электрод кинескопа и
модулируют яркость
луча.
Электронный луч
кинескопа должен переме-
364

щаться в строгом соответствии с движением электронного луча
передающей трубки — синхронно и синфазно с ним. Синхронизация
осуществляется передачей специальных синхронизирующих
импульсов, которые вырабатываются синхрогенератором. Эти
импульсы через блок развертки управляют работой передающей трубки и,
кроме того, передаются на приемное устройство вместе с
сигналами изображения. В приемном устройстве-синхроимпульсы
отделяются от сигнала изображения и управляют работой блока
развертки кинескопа.
При телевизионном вещании одновременно с передачей
изображения ведется передача звукового сопровождения. Напряжение
звуковой частоты с микрофона поступает на усилитель и затем
модулирует колебания высокой частоты передатчика звукового
сопровождения. В канале звукового сопровождения используется
частотная модуляция. Оба передатчика через специальный
разделительный фильтр подключаются к одной общей антенне. В
приемной антенне возникают и телевизионные сигналы, и сигналы
звукового сопровождения. После усиления сигналы звуковой
частоты отделяются и воздействуют на громкоговоритель приемника.
§ 72. ПЕРЕДАЧА ИЗОБРАЖЕНИЙ
Передающие трубки
Основным элементом современного телевизионного передатчика
является передающая электроннолучевая трубка. В этой трубке
происходит преобразование оптического изображения
передаваемого объекта в электрические импульсы.
Рассмотрим процесс преобразования изображения на примере
видикона. Работа видикона основана на явлении внутреннего
фотоэффекта, т. е. изменении сопротивления полупроводника при
изменении его освещенности. Таким свойством обладают селен,
сернистый свинец, трехсернистая сурьма и другие вещества.
Устройство видикона схематически показано на рис. 293. В
небольшой стеклянной колбе цилиндрической формы помещена
полупрозрачная металлическая сигнальная пластина 1. На нее
нанесена фотопроводящая мишень 2 — очень тонкая пленка из селена
или трехсернистой сурьмы. В противоположном конце колбы
расположен электронный прожектор, состоящий из катода 3,
управляющего электрода 4 и первого анода 5. Между первым анодом
и мишенью находится цилиндрический анод 6 с металлической
мелкоструктурной сеткой 7. Для фокусировки луча служит
фокусирующая катушка 8, а для управления лучом (развертки) — две
пары отклоняющих катушек 9.
Изображение через полупрозрачную сигнальную пластину
проектируется на фотомишень. В соответствии с изображением одни
участки мишени будут освещены больше, другие меньше.
365

Поток электронов, который создается электронным
прожектором, под действием ускоряющего поля анодов движется по
направлению к фотомишени. Он сфокусирован в тонкий пучок —
электронный луч. Так как напряжение на сигнальной пластине
значительно меньше напряжения на втором аноде, то, пройдя через сетку,
электроны теряют скорость и оседают на поверхности мишени.
Часть электронов отражается и движется обратно по направлению
к прожектору.
2 3
/ \ ^ХЛ^УХХХХХУхУХХХЛгУУУХХХХУ!
Сдетовой
поток
И усилителю.
-WOS
Рис. 293 Устройство видикона
Представим себе мишень видикона состоящей из множества
отдельных элементов. Каждый элемент содержит емкость С и
сопротивление R, величина которого зависит от освещенности.
Наименьшее сопротивление имеют сильно освещенные элементы.
На обратной стороне мишени, обращенной к электронному
прожектору, возникает невидимое «электрическое» изображение:
сильно освещенные участки имеют более высокий потенциал,
слабо освещенные — более низкий.
Электронный луч под действием отклоняющих катушек
последовательно, элемент за элементом, обегает всю поверхность
мишени, заряжая элементарные конденсаторы. Ток заряда каждого
элемента протекает по цепи: плюс источника Е, сопротивление
нагрузки Rn, сигнальная пластина 1, фотопроводящая мишень 2,
электронный луч, катод, корпус, минус источника Е.
Чем ниже был потенциал элемента, тем больший ток заряда
протекает через сопротивление Вн. Таким образом, изображение
передаваемого объекта преобразуется в ряд последовательных
электрических импульсов, из которых складывается сигнал
изображения. Напряжение сигнала изображения, возникающее на
сопротивлении йн, подается на вход усилителя изображения.
366

Видиконы проще по конструкции, чем другие передающие
трубки, имеют малые размеры и высокую чувствительность. Их
применяют в промышленных и специальных телевизионных
установках (например, на железнодорожном транспорте) и в
телевизионном вещании для передачи кинофильмов.
Высокая чувствительность к инфракрасным и
ультрафиолетовым лучам позволяет использовать специальные видиконы для
передачи невидимых объектов (в темноте). Недостатком видикона
является инерционность. При Передаче бысгродвижущихся
объектов изображение на приемной трубке смазывается, четкость
уменьшается.
Высокую четкость обеспечивают супериконоскопы. Эти
трубки сложнее видиконов, имеют меньшую чувствительность и
применяются лишь для передачи хорошо освещенных объектов из
телевизионной студии Для ведения внестудийных передач
используют сулерор1иконы.
Развертка электронного луча
Процесс передачи изображения по элементам называется
разверткой изображения. Чаще всего передаваемое изображение
разбивают на горизонтальные строки. Такой способ развертки
называется растровым. Растровая развертка может быть прогрессивной
или чересстрочной.
Кадры
Строки
Рис. 294 Прогрессивная развертка изображения
Прогрессивная развертка. Самый простой вид развертки —
прогрессивная развертка. Рассмотрим, как она осуществляется в
трубке с электростатическим отклонением луча (рис. 294). На
отклоняющие пластины X подают пилообразное напряжение от
генератора строчной развертки. Электронный луч с постоянной
скоростью перемещается слева направо (прямой ход строчной раз-
367

вертки). Напряжение генератора достигает наибольшего значения
как раз в тот момент, когда луч подходит к правому краю экрана.
После этого напряжение быстро падает до нуля и электронный луч
возвращается к левому краю, в исходное положение (обратный
ход строчной развертки).
На пластины У подают пилообразное напряжение от
генератора кадровой частоты. Эта частота ниже частоты строчной
развертки. Электронный луч под действием напряжения кадровой
развертки постепенно опускается сверху вниз (прямой ход
кадровой развертки) и, дойдя до нижнего края экрана, быстро
поднимается вверх в исходное положение (обратный ход).
Процесс развертки напоминает процесс чтения страниц
текста: слева направо вдоль строки, затем быстрый переход влево
к началу новой строки, а по окончании страницы переход из
правого нижнего угла к левому верхнему углу следующей страницы.
Луч движется под одновременным воздействием двух
напряжений. В результате на экране трубки возникает сетка из
параллельных друг другу слегка наклоненных линий. Эти линии
образуют прямоугольную форму, так называемый растр. Отношение
ширины растра к его высоте называется форматом кадра. В
Советском Союзе принят формат приблизительно 4:3. Это
отношение близко к формату кинокадра и удобно при передаче
кинофильмов.
Для передачи изображения служит только прямой кадровый
ход. Время обратного кадрового хода занимает несколько
периодов строчной развертки, которые не используют для передачи
изображения. Строки, соответствующие прямому кадровому ходу,
называются активными, а строки, соответствующие обратному
ходу, — пассивными. Сумма активных и пассивных строк
составляет полное (номинальное) число строк в кадре.
Связь между четкостью изображения и полосой пропускания
аппаратуры. Число строк разложения и частота повторения
кадров имеют большое значение при передаче изображений. Чем
больше число строк, тем больше четкость изображения. При большом
числе строк на экране можно различить даже мелкие детали.
В Советском Союзе стандарт четкости составляет 625 строк. В
других странах приняты другие стандарты четкости. Это затрудняет
обмен программами. Поэтому в настоящее время большинство
стран переходит на стандарт четкости 625 строк.
Зная число строк, можно подсчитать число элементов, из
которых состоит телевизионное изображение. Ширина строки
определяется диаметром пятна на экране, которое создает электронный
луч. По вертикали пятно имеет такие же размеры. По высоте
экрана размещается 625 строк, а ширина равна 4/з высоты. Можно
представить себе экран разделенным на вертикальные полоски,
число которых равно "з--625 «800. Таким образом, число элемен-
368

тов разложения равно 625X800 = 500 000. Практически число
активных строк меньше 625, поэтому число элементов
разложения несколько меньше 500 000. Первые телевизионные передачи в
нашей стране в 1931 г. велись при 1200 элементах разложения.
Отсюда видно, как совершенствуется техника телевизионных
передач.
Частота повторения кадров при передаче подвижных
изображений должна быть не меньше 40—50 в секунду. При меньшей
частоте наблюдается мель-
1-й
полукадр
2-й
полукадр
Полный
кадр
z
в
я
10
и
н
^Г"^
^S^~~-
"~^ЗГ~—¦
^~-*-^!\~~~~
^~^~Sr
~~*-—¦—. \
Рис. 295. Чересстрочная развертка
изображения
кание изображения. Число
строк и частота
повторения кадров определяют
полосу частот, необходимую
для передачи
изображения. Высокое качество
изображения получается при
большом числе элементов
разложения, а большое
число элементов
соответствует очень широкой полосе
частот.
Определим наибольшую частоту сигнала изображения. Она
имеет место при передаче изображения, которое состоит из
предельно мелких деталей, дающих на экране изображение, равное
диаметру пятна на экране. Более мелкие детали электронный луч
«различить» не может.
Предположим, что передается изображение, состоящее из
вертикальных черно-белых полос предельно малой ширины. Как мы
уже подсчитали, таких полос будет 800. Черная и белая полоса
дадут положительный и отрицательный импульс тока, т. е.
составят один период переменной составляющей тока сигнала.
Следовательно, при развертке одной строки возникнет 400 периодов.
Каждый кадр создаст 400X625 = 250 000 периодов. При частоте
повторения кадров 50 в секунду частота сигналов изображения будет
250 000X50 = 12 500 000 периодов в секунду, или 12,5 Мгц. Все
проделанные вычисления можно свести в формулу:
, _ А. Jl.
'г.. мякп Ч 9. ' П'
где /с макс — максимальная частота сигнала изображения;
4
~3~— формат кадра;
z — число строк;
п — частота повторения кадров.
Из формулы видно, что максимальная частота сигнала
изображения, а следовательно, и полоса частот, необходимая для
передачи, растет пропорционально квадрату числа строк.
369

Чересстрочная развертка. Для сужения полосы частот
применяют чересстрочную развертку. Передаваемое изображение развер-
1
тывается через строку, т. е. два раза. За 50" секунды луч пробегает
1
все нечетные строки (первая, третья и т. д.), а за следующую tjo"
секунды — четные строки. На рис. 295 показан прямой ход луча
при чересстрочной развертке. В действительности движение
луча сложнее, так как на обратный ход луча тоже затрачивается
некоторое время.
Полный кадр при чересстрочной развертке состоит из двух
полукадров. За 1/25 секунды он возникает на экране два раза, за
секунду — 50 раз и мелькания не наблюдается. Наивысшая частота
сигнала при этом определяется той же формулой, что и при
прогрессивной развертке, но число кадров будет в два раза меньше.
j 4 z3 4 6252 ос с с я/г
f = -7г- • -о- • п = -s- • —7г~ • 25 » 6,5 Мгц.
'а. макс 3 2 3 2 > т
Четкость изображения остается без изменения, а частота сигнала
уменьшается в два раза.
Чересстрочная развертка значительно сложнее прогрессивной.
Четные строки должны ложиться точно между нечетными. Это
значит, что частоты генераторов строчной и кадровой развертки
должны быть строго постоянны. Даже при небольшом изменении
одной из частот чередование строк становится неточным, одни
строки накладываются на другие и изображение будет менее
четким.
Генераторы развертки
В современных передающих и приемных трубках используют
электромагнитное отклонение луча. Генератор развертки должен
создавать ток пилообразной формы. Этот ток пропускается по
отклоняющим катушкам и управляет движением электронного луча
трубки.
Наибольшее распространение получили генераторы развертки,
состоящие из трех элементов: генератора импульсов, ступени
формирования напряжения и усилителя мощности. Генератор
импульсов создает короткие прямоугольные импульсы. Для этой цели
применяют несимметричный мультивибратор или блокинг-генера-
тор. Ступень формирования напряжения представляет собой
схему с линейным зарядом или разрядом конденсатора. Так как
отклоняющие катушки потребляют довольно большой ток, то
необходимо обеспечить усиление. Поэтому последняя ступень
генератора работает в режиме усиления мощности
370

Полный телевизионный сигнал
При телевизионной передаче кроме сигнала изображения
необходимо передавать синхронизирующие и гасящие импульсы.
Синхронизирующие импульсы управляют работой генераторов
развертки приемной трубки. Гасящие импульсы необходимы для
того, чтобы погасить луч в приемной трубке во время строчного
и кадрового обратных ходов. Если этого не сделать, возникнут
искажения — вертикальные складки вблизи правого края кадра.
Рис. 296 Образование сигнала изображения
Таким образом, полный телевизионный сигнал (ПТС)
содержит сигнал изображения, строчные и кадровые синхронизирующие
импульсы, строчные и кадровые гасящие импульсы. Сигнал
изображения на выходе передающей трубки изменяется в
соответствии с освещенностью отдельных элементов изображения. В
большинстве трубок темным элементам соответствует большой сигнал,
а светлым — малый. Такую полярность сигнала называют
отрицательной. Напряжение сигнала на нагрузочном сопротивлении
трубки очень мало — не более сотых долей вольта. Поэтому сигнал
необходимо усилить. В каждом усилительном каскаде с анодной
нагрузкой полярность сигнала меняется.
371

Рассмотрим процесс образования сигнала на примере (рис.
296). Луч проходит по строке АВ. Ярко освещенным, белым
элементам изображения соответствует уровень сигнала, называемый
уровнем белого. Самые темные детали дают более высокий
уровень — уровень черного. Элементы средней яркости передаются
на промежуточных уровнях.
Во время обратного хода строчной развертки изображение не
передается. Это время используется для передачи строчных
синхронизирующих импульсов. Чтобы в приемнике легко было
отделить их от сигнала изображения, они имеют большую амплитуду,
т. е. передаются в области «чернее черного». По существующим
стандартам уровень вершины синхроимпульсов принимают за
100%, уровень черного — за 75%, а уровень белого — за 10—15%.
Ucuzh , i
Синхроимпдль с
Уровень
черного
Рис. 297 Синхронизирующие и гасящие импульсы
Сигнал изображения содержит и переменную и постоянную
составляющие. Как мы видели, частота переменной составляющей
зависит от числа элементов, из которых складывается
изображение. Амплитуда переменной составляющей сигнала зависит от того,
насколько контрастно изображение. Если имеются очень яркие и
очень темные детали, то амплитуда будет большой.
Постоянная составляющая зависит от средней освещенности
данного кадра и в процессе передачи изменяется очень медленно.
При усилении телевизионного сигнала происходит потеря
постоянной составляющей. Как было показано в главе VI, для усиления
видеосигналов используют реостатные схемы усилителей. Связь
между каскадами в таких схемах осуществляется через
конденсатор. Для пропускания очень низких частот, соответствующих
изменениям постоянной составляющей, нужен конденсатор
невыполнимо большой емкости. Поэтому при усилении происходит
потеря постоянной составляющей и она восстанавливается в выход-
пом каскаде передатчика и в видеоусилителе приемника.
Строчные синхронизирующие импульсы синхронизируют
работу генератора строчной развертки передатчика и приемника. Эти
импульсы передаются во время обратного хода строчной разверт-
372

ки. Длительность строчного импульса составляет около 10%
длительности строчного хода, что соответствует нескольким
микросекундам. Форма строчных импульсов должна быть прямоугольной.
Строчный гасящий (бланкирующий) импульс имеет большую
длительность и передается на уровне черного (pnci 297). Кадровые
синхронизирующие и гасящие импульсы аналогичны строчным, но
имеют большую длительность. Длительность синхронизирующего
импульса составляет 3—5%, а гасящего — 6—8% от длительности
периода кадровой развертки и равна сотым долям секунды.
Синхронизирующие импульсы вырабатываются
мультивибратором или блокинг-генератором. В некоторых устройствах
работают мультивибраторы в ждущем режиме. Для получения
строчных и кадровых импульсов необходим делитель частоты. Для этой
цели также служат мультивибраторы и блокинг-генераторы.
Чтобы импульсы имели прямоугольную форму, используют
амплитудные ограничители. Полный телевизионный сигнал подается на
передатчик и модулирует колебания высокой частоты.
Диапазон волн, применяемых для телевидения
Для осуществления модуляции необходимо, чтобы несущая
частота была по крайней мере в 8—10 раз больше частоты
модуляции. Приняв наибольшую частоту сигнала изображения 6,5 Мгц,
можно подсчитать, что передатчик должен иметь частоту не
меньше 50—60 Мгц. Это соответствует волнам 5—6 м и короче.
В Советском Союзе для передачи телевизионных программ
предусмотрено двенадцать каналов. Каналы с 1 по 5 занимают
частоты 48,5—100 Мгц (волны 6,2—3 м). Каналы с 6 по 12
соответствуют частотам 174—230 Мгц A,68—1,32 м). При приеме
любого канала несущая частота сигнала изображения отличается от
несущей частоты звукового сопровождения на 6,5 Мгц. Полоса
частот, занимаемая телевизионным передатчиком любого канала,
составляет 8 Мгц.
§ 73. ПРИЕМ ИЗОБРАЖЕНИЙ. БЛОК-СХЕМА ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА
Блок-схема современного телевизионного приемника показана
на рис. 298. Телевизионный сигнал, излучаемый передатчиком,
воздействует на приемную антенну, которая подключена к входу
УВЧ. Сигналы звука и сигналы изображения усиливаются и
поступают на смеситель. Одновременно на смеситель действуют
колебания гетеродина.
Между частотой гетеродина и несущими частотами звука и
изображения возникают биения. В результате биений на выходе
смесителя появляются переменные напряжения промежуточной
частоты звука и изображения. Они отличаются друг от друга на
6,5 Мгц.
373

U0M33UTJ}/
я
S
3
to
КЗ
Он

Усилитель промежуточной частоты настроен на
промежуточную частоту изображения. Но он имеет широкую полосу
пропускания и поэтому усиливает также и напряжение промежуточной
частоты звука. Усиленные сигналы поступают на детектор, где
в результате биений образуется напряжение разностной частоты
6,5 Мгц.
Выше говорилось, что для передачи изображения применяют
амплитудную модуляцию, а для передачи звукового
сопровождения — частотную. Поэтому напряжение на выходе детектора
оказывается модулированным по амплитуде изображением, а по
частоте звуком. Это напряжение усиливается видеоусилителем.
На выходе видеоусилителя происходит разделение сигналов
звука и изображения. Сигнал изображения поступает на кинескоп
и модулирует яркость свечения луча. Звуковые сигналы
выделяются в отдельный канал, где поступают на ограничитель,
частотный детектор и усилитель звуковой частоты. После усиления
колебания звуковой частоты воздействуют на громкоговоритель.
Синхронизирующие импульсы выделяются также на выходе
видеоусилителя и поступают в канал синхронизации и развертки.
Здесь происходит разделение строчных и кадровых импульсов.
Синхронизирующие импульсы поступают в отклоняющую систему
и управляют ее работой.
В рассмотренной схеме основное усиление сигналов звука и
изображения происходит в одних и тех же каскадах, до разделения
каналов. Поэтому она называется одноканальной.
Приемная антенна. Для приема телевизионных сигналов на
небольших расстояниях чаще всего применяют симметричный виб
ратор. Длина вибратора приблизительно равна половине длины
принимаемой волны. При приеме передач первого канала, у кото
рого несущая частота изображения соответствует волне 5,72 м,
длина вибратора должна быть около 2,8 м. Вибратор выполняют
из трубок диаметром 8—10 мм. Чем больше диаметр трубки, тем
более широкую полосу частот может пропускать антенна.
Вибратор располагают горизонтально, как можно выше над
поверхностью земли. Как видно из диаграммы направленности
симметричного вибратора (см. рис. 89), его нужно располагать
перпендикулярно направлению на телевизионный центр.
Для приема телевизионных сигналов на больших расстояниях
применяют более сложные антенны. Очень широко
распространена антенна типа «волновой канал» из трех, пяти или более
элементов. Вблизи от телевизионного центра возможен прием на
комнатную антенну.
Антенну соединяют с входом телевизионного приемника
высоковольтным коаксиальным кабелем. Волновое сопротивление
кабеля должно быть примерно равно сопротивлению излучения
вибратора. Только в этом случае сигнал из антенны полностью
поступает в кабель. Кроме того, присоединение кабеля не должно
375

нарушать симметрии антенны. Поэтому кабель соединяют с
антенной при помощи согласующих устройств. Простейшим из них
является схема, показанная на рис. 299. Из кабеля выполняют
петлю. Для первого телевизионного канала длины отрезков кабеля h
и h соответственно равны 2 м 85 см и 95 см. Такая схема
обеспечивает хорошую передачу сигнала из антенны в кабель. Из кабеля
сигнал поступает на вход приемника.
Входные цепи и УВЧ. Антенная цепь может быть связана
с входным контуром
индуктивной или
автотрансформаторной связью. Во
многих случаях
конденсатор входного контура
отсутствует, и емкость
контура складывается из меж-
дувитковой емкости
катушки, емкости монтажа и
ламп.
Параметры входной
цепи должны быть
подобраны так, чтобы
пропускалась полоса частот
телевизионного канала и кабель
был нагружен на
сопротивление, равное его волновому сопротивлению.
Как было показано в предыдущем параграфе, несущая частота
телевизионною передатчика равна десяткам или сотням мегагерц
при ширине полосы частот
299 Соединение кабеля
антенной
с приемной
>¦
К
8 Мгц. Следовательно,
усилитель высокой частоты должен
работать на очень высоких
частотах и обеспечивать
широкую полосу пропускания.
При этом большое значение
имеют искажения. Частотные
и фазовые искажения
снижают качество изображения.
Например, при ослаблении
низких частот неправильно
распределяется яркость
крупных объектов.
Для усиления
видеосигналов служит реостатная схема
с коррекцией частотных и фазовых
JL
Са
О
6,5 мгц-
fu3 f3S
300 Резонансная кривая
УВЧ
~*~f
каскадов
искажении, выполненная на
FЖ9П, 6Ж1П, бСЗПидр.).
Усилитель высокой частоты обычно имеет один каскад усиления.
лампах с высоким отношением
376

В качестве нагрузки в анодной цепи лампы может применяться
одиночный контур или связанные контуры. УВЧ должен
пропускать без искажений как несущую сигнала изображения, так и
несущую звукового сопровождения. Разность между этими несущими
при работе любого канала 6,5 Мгц. Поэтому резонансная кривая
контура УВЧ должна иметь вид, показанный на рис. 300.
Для расширения полосы пропускания контуры шунтируют
небольшими активными сопротивлениями. За последние годы
широко используют каскадную схему, дающую такое же усиление, как
и один каскад на пентоде, но значительно меньший уровень
собственных шумов.
Преобразователь. Современные телевизионные приемники
выполняют по супергетеродинной схеме. Частота принятого сигнала
понижается преобразователем, и дальнейшее усиление
осуществляется на промежуточной частоте. Для преобразования частоты
в телевизорах не применяют сложные многосеточные лампы из-за
высокого уровня их собственных шумов. В качестве смесителя
используют пентод или триод с большой крутизной.
Гетеродин чаще всего выполняют на триоде по трехточечной
схеме с емкостной обратной связью. Частоту гетеродина выбирают
выше частоты изображения и звука. Обычно промежуточная
частота изображения 34,25 Мгц, а промежуточная частота звука
27,75 Мгц.
Блоки ПТП и ПТК. Высокочастотную часть современных
телевизоров выполняют в виде блока, содержащего усилитель высокой
частоты, гетеродин и смеситель. Один и тот же блок может
применяться в различных типах телевизоров. Блок ПТП
(переключатель телевизионных программ) позволяет принимать пять
телевизионных каналов и три радиовещательных станции с частотной
модуляцией. Переход с одной станции на другую осуществляется
переключателем барабанного типа. Блок ПТК (переключатель
телевизионных каналов) дает возможность принимать любой из
двенадцати каналов телевидения.
Усилитель промежуточной частоты. Основное усиление сигнала
в любом супергетеродинном приемнике осуществляется на
промежуточной частоте. Обычно УПЧ содержит 3—4 каскада. Для
получения достаточно широкой полосы пропускания применяют
полосовые фильтры. В зависимости от условий приема форму
частотной характеристики УПЧ можно регулировать, изменяя четкость
изображения.
Детектор видеосигнала (видеодетектор). Преобразует
напряжение промежуточной частоты изображения в напряжение,
повторяющее форму полного телевизионного сигнала. Кроме того,
на нагрузке детектора выделяется напряжение частотой 6,5 Мгц,
модулированное сигналом звука. Наиболее часто применяется
схема диодного детектора, дающая наименьшие искажения. Ее
выполняют на полупроводниковом диоде.
377

Видеоусилитель. Должен иметь достаточно широкую полосу
пропускания. При широкой полосе пропускания усилитель не
может обеспечить большого усиления. Один каскад дает усиление в
10—15 раз. Поэтому приходится применять несколько каскадов,
в каждом из которых вводят элементы частотной коррекции для
низших и высших частот.
Двухканальная схема приема. Сигналы звука и изображения
можно разделить на выходе смесителя и осуществить их
раздельное усиление. Такая схема применялась в телевизионных
приемниках, но одноканальная схема оказалась более выгодной. При
изменении частоты
гетеродина промежуточные
частоты звука и
изображения изменяются на одну и
ту же величину. Это дает
высокую устойчивость
звукового сопровождения.
Кроме того, осуществить
усиление на частоте
6,5 Мгц можно при
меньшем числе каскадов, чем
на частоте 27,75 Мгц.
Приемные
телевизионные трубки (кинескопы).
Для приема
телевизионного изображения применяют трубки с электромагнитным
отклонением луча и электростатической фокусировкой. Они просты в
эксплуатации и дают большое отклонение луча.
Устройство кинескопа схематически изображено на рис. 301.
В горловине стеклянной или металло-стеклянной колбы
расположен электронный прожектор. Он состоит из катода 1,
управляющего электрода 2, ускоряющего электрода 3 и анода 4. Сигнал
изображения подается на управляющий электрод и модулирует
яркость свечения луча.
На горловину трубки надеты катушки 5 строчной и кадровой
развертки. Часть трубки покрыта изнутри проводящим слоем 6,
состоящим из мельчайших частичек графита, размешанного в воде
(аквадаг). Аквадаг служит для отвода вторичных электронов,
выбиваемых с экрана. Кроме того, он поглощает лучи света,
попадающие в трубку, и уменьшает отражение света от внутренних
стенок колбы (отраженный свет мешает наблюдать
изображение) .
Экран трубки 7 покрыт люминофором — веществом, которое
светится под действием ударяющихся о него электронов. В
качестве люминофоров применяют соединения некоторых металлов,
например цинка с кремнием, серой или кислородом. Цвет свечения
экрана зависит от состава люминофора и его обработки. Для теле-
Рис, 301 Принцип устройства кинескопа
378

визионных приемников обычно применяют кинескопы с белым
свечением.
В современных кинескопах экран металлизируют, т. е. на слой
люминофора наносят очень тонкую @,5—1 мк) зеркальную
пленку алюминия. Эта пленка направляет лучи в сторону наблюдателя
и увеличивает яркость свечения экрана.
Но электроны могут пробить пленку, только обладая
достаточно большими скоростями. Поэтому в кинескопах с
металлизированным экраном напряжение на втором аноде должно быть не
меньше 6—8 кв.
Кинескопы выпускаются с прямоугольным экраном,
соответствующим формату кадра 4: 3 или 5 :4. Они имеют стандартную
маркировку. Первые две цифры
показывают размер диагонали в
сантиметрах, затем следуют буквы ЛК,
означающие «лучевой кинескоп».
Цифры после букв — номер заводской
разработки; последняя буква
соответствует цвету свечения экрана.
Например, 35ЛК2Б — лучевой
кинескоп с размером диагонали экрана
35 см, с белым свечением.
В телевизорах старых выпусков
применялись трубки с круглым
экраном, например 18ЛК5Б, 23ЛК7Б
(первые цифры показывают диаметр
экрана в сантиметрах). Такие
трубки имели небольшой размер экрана
при сравнительно большой длине.
Отечественная промышленность
непрерывно совершенствует
конструкцию кинескопов. В
унифицированных телевизорах УНТ 47/59
применяют высококачественные кинескопы 47ЛК6Б и 59ЛК6Б,
дающие изображение больших размеров при сравнительно малой длине
трубки. Это достигается большим углом отклонения луча (до 110°).
Кинескоп 59ЛК6Б (рис. 302) имеет размер растра 34X45,5 см
и длину 38 см.
Рис, 302 Внешний вид
кинескопа 59ЛК6В
§ 74. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕЛЕВИДЕНИЯ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Телевизионное вещание получило в нашей стране очень
широкое распространение. В других областях народного хозяйства
телевидение также играет большую роль. Широкие возможности
открывает применение телевидения в управлении
производственными процессами. На крупных заводах и производственных
комбинатах устанавливаются комплекты промышленной телевизион-
379

ной аппаратуры, позволяющие наблюдать различные участки
предприятия с одного пункта. Телевизионную камеру
устанавливают на мачте среди железнодорожных путей, и диспетчер видит
обстановку на путях. Это повышает четкость и оперативность
работы по роспуску и формированию железнодорожных составов.
Такие же установки могут применяться на речном и морском
транспорте, например в крупных портах.
Телевидение может помочь лучше организовать работу на
стройках, в шахтах. Наблюдательные телеустановки могут быть
полезны в таких местах, где опасно находиться человеку,
например в камерах с вредными излучениями или высокими
температурами. Подобные же установки применяют в научных целях,
например при изучении ядерных реакций. Телевидение используют
также в медицине. За работой опытного хирурга во время
операции может одновременно наблюдать многочисленная аудитория
студентов-медиков.
Имеются установки подводного телевидения, которые служат
для поисков затонувших кораблей и управления механизмами при
их подъеме. Такие же установки могут применяться для
обследования шлюзов и подводной части кораблей. При помощи
установок, чувствительных к инфракрасным лучам, можно вести
телепередачи в темноте и видеть невидимое.
Огромна роль телевидения в исследовании космических
пространств. Именно телевизионные установки, находящиеся на
борту автоматической межпланетной станции, дали возможность
сфотографировать невидимую с земли часть- Луны. Телевизионной
аппаратурой оснащена современная армия, воздушный и морской
флот. Возможности телевидения далеко не исчерпаны, и в
дальнейшем его будут еще более широко использовать в самых
различных областях народного хозяйства.
В настоящее время проводятся новые разработки аппаратуры
цветного и объемного телевидения, систем с большим
телевизионным экраном, совершенствуются приемные телевизионные трубки.
Вопросы для повторения,
1. Как осуществляется передача изображения при помощи видикона?
2. Что называется разверткой изображения? Какие достоинства имеет
чересстрочная развертка?
3 Почему для четкой передачи изображений телевизионная аппаратура
должна обеспечивать широкую полосу пропускания?
4 Из каких элементов состоит полный телевизионный сигнал?
5. Как устроена приемная телевизионная трубка?

ЛИТЕРАТУРА
Аксенов В. Н. Выпрямители и трансформаторные подстанции. М.,
Связьиздат, 1961.
А м а л и ц к и и М. В. Основы радиотехники. М., Связьиздат, 1959.
Баркан В. Ф., Жданов В. К. Радиоприемные устройства. М., Обо-
роигиз, 1960.
Белоцерковский Г. Б. Основы импульсной техники и
радиолокации. Издательство «Судостроение», 1965.
Бодиловокий В. Г. Электровакуумные и полупроводниковые
приборы в устройствах автоматики, телемеханики и связи. М., Издательско-
полиграфическое объединение МПС, 1963.
Браммер Ю. А., Малинский В. Д. Радиотехника. М., Госэнерго-
издат, 1961.
Буланов Ю. А., Усов С. Н. Усилители низкой частоты и радиопри
емные устройства. М., Госэнергоиздат, 1960.
Власов В. Ф. Электронные и ионные приборы. М., Связьиздат, 1960
Войшвилло Г. В Усилители низкой частоты на электронных
лампах, М., Связьиздат, 1959.
Геккер И. Р и Яковлев Д. А. Новые типы усилителей. М.—Л.,
издательство «Энергия», 1966.
Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М., Связьиздат, 1960.
Жеребцов И. П. Радиотехника. М., Связьиздат, 1963.
И а ю м о в Н. М. Курс радиотехники. М., Воениздат, 1958.
И з ю м о в Н. М. Основы радиотехники. М., Издательство «Связь», 1965.
Казииик М. Л. иСафрошин Н. А. Основы телевидения. М.,
Высшая школа, 1966.
Калашников А. М., Слуцкий В. 3. Электровакуумные приборы
и импульсная техника. М., Воениздат, 1965.
Кауфман М. С, Я н к и н Г. М. Электронные приборы. М.,
Госэнергоиздат, 1960.
Костыков Н. В., К р ы ж а н о в с к и й В. Д. Основы телевидения
М., Воениздат, 1961.
Кривицкий Б. X. Элементы и устройства импульсной техники. Со
ветское радио, 1961.
Надененко СИ Антенны. М., Связьиздат, 1959
Сифоров В. А. Приемники сверхвысоких частот М., Воениздат, 1958
Соболевский А. Г. Импульсная техника. М., Госэнергоиздат, 1958
Т е р е н т ь е в Б. П. Радиопередающие устройства. М , Связьиздат, 1962.
Федосеева Е О. Усилительные устройства. Л., Искусство, 1961.
Ц ы к и н Г. С. Усилители электрических сигналов. М., Госэнергоиздат,
1962
Чистяков Н И., Сидоров В. М, Мельников В. С.
Радиоприемные устройства. М., Связьиздат, 1958.
Под общей редакцией Чистякова Н. И. Радиосвязь и вещание. М.,
Связьиздат, 1961.
381

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
От издательства 2
Глава I Введение
§ 1. Радиотехника и электроника 3
§ 2. Принципы радиопередачи и радиоприема 7
Глава II. Электронные, ионные и полупроводниковые приборы
§ 3. Основные сведения об электронных процессах И
§ 4. Катоды электронных ламп 15
§ 5. Устройство электронных ламп 18
§ 6. Двухэлектродные лампы (диоды) 19
§ 7. Трехэлектродные лампы (триоды) 24
§ 8. Четырехэлектродные лампы (тетроды) 34
§ 9. Лучевые тетроды и пентоды . . 36
§ 10 Комбинированные и многосеточные лампы.
Электронно-оптический индикатор настройки 39
§ И. Электронные лампы для сверхвысоких частот . 41
§ 12. Электроннолучевые трубки 45
§ 13. Ионные приборы 49
§ 14. Полупроводниковые диоды и триоды .......... 55
§ 15. Фотоэлементы 67
Глава III. Выпрямители и стабилизаторы
§ 16. Выпрямители переменного тока 70
§ 17. Сглаживающие фильтры 73
§ 18. Стабилизаторы напряжения и тока 74
Глава IV. Колебательные системы
§ 19. Свободные колебания в контуре 79
§ 20. Последовательный колебательный контур 83
§ 21. Параллельный колебательный контур 89
§ 22. Связанные колебательные контуры 95
§ 23. Системы с распределенными постоянными . 101
Глава V. Распространение радиоволи
§ 24. Влияние атмосферы на распространение радиоволн 114
§ 25. Общие свойства радиоволн. Распространение радиоволн
различных диапазонов 116
Глава VI. Антенно-фидерные устройства
§ 26. Излучение электромагнитной энергии 123
§ 27. Антенны длинных, средних и коротких волн 128
§ 28. Ангепны для ультракоротких волн 133
§ 29. Фидерные устройства и волноводы . . • 135
Глава VII Электроакустические приборы и звукозапись
§ 30. Микрофоны 139
§ 31. Громкоговорители и телефоны 141
§ 32. Запись и воспроизведение звука 143
Глава VIII Усилители низкой частоты
§ 33. Общие сведения об усилителях низкой частоты , 148
§ 34. Усилители напряжения 160
§ 35. Усилители мощности 169
§ 36. Обратные связи в усилителях 180
§ 37. Регулировки в усилителях низкой частоты 187
382

Стр
§ 38. Широкополосные усилители (видеоусилители) 190
§ 39. Усилители постоянного тока . . 193
Глава IX. Радиопередающие устройства
§ 40. Общие сведения 198
§ 41. Возбудитель 199
§ 42. Усилитель мощности 202
§ 43. Стабилизация частоты в радиопередатчиках ... .... 208
§ 44. Управление колебаниями высокой частоты 211
§ 45. Передатчики сверхвысоких частот (СВЧ) 223
Глава X. Радиоприемные устройства
§ 46. Общие сведения 233
§ 47. Входные цепи 235
§ 48. Усилители высокой частоты . ... 235
§ 49. Детектирование 238
§ 50. Регенеративный прием 241
§ 51 Супергетеродинный прием 242
§ 52. Преобразователи частоты 245
§ 53. Усилители промежуточной частоты 246
§ 54 Регулировки в приемниках 248
§ 55 Прием частотно-модулированных сигналов ... .... 254
§ 56. Приемники сверхвысоких частот . . 256
§ 57. Помехи радиоприему и новые способы усиления сигналов . . 266
Глава XI. Основы импульсной и вычислительной техники
§ 58. Импульсные процессы 273
§ 59 Переходные процессы .... 277
§ 60. Элементы импульсных схем 284
§ 61. Основы вычислительной техники 311
Глава XII. Радиолокация
§ 62. Общие сведения 322
§ 63 Качественные показатели радиолокационных станций .... 324
§ 64. Передатчики радиолокационных станций 339
§ 65. Приемник радиолокационных станций 341
§ 66. Индикаторные устройства радиолокационных станций . . . 345
§ 67. Синхронизирующие устройства радиолокационных станций . . 348
Глава XIII. Радиорелейная связь
§ 68 Общие сведения .... 353
§ 69 Принципы многоканальной передачи. Уплотнение
радиорелейных линий связи 356
§ 70. Применение радиорелейных линий 361
Глава XIV. Телевидение
§ 71. Общие сведения 363
§ 72 Передача изображений ... 365
§ 73. Прием изображений Блок-схема телевизионного приемника . . 373
§ 74. Применение телевидения в народном хозяйстве 379
Литература . 381

3. М. Пруслин, М. А. Смирнова
РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Редактор М. В. Кобринская
Художник С. Г Абелин
Технический редактор Э. М. Чижевский
Корректор М. М. Малиновская
Т—08042. Сдано в набор 18/ХП-67 г. Подписано к печати 28/V—70 г Формат
бОХЭОУш. Объем 24 печ. л. Уч-изд. л. 22,17. Изд. № ЭГ-110. Тираж 185 000 экз.
Цена в переплете № 5 — 61 коп. Цена в переплете № 7 — 70 коп. Зак. 1100.
План выпуска литературы для профтехобразования издательства «Высшая
школа» на 1970 г. Позиция 54-
Москва, К-51, Неглинная ул, д. 29/14,
Издательство «Высшая школа»
Отпечатано с матриц ярославского полиграфкомбината Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР. Ярославль, ул. Свободы, 97.