книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

На рис. 128 изображен ламповый генератор синусоидальных колебаний с индуктивной обратной связью и последовательным анодным питанием. При включении источника питания в кон­ туре возникают затухающие колебания, частота которых зави­ сит от параметров контура LKCK.

При работе лампы напряжения на сетке и на аноде сдвину­ ты относительно друг друга на 180°. Чтобы колебания в конту­ ре были незатухающими, необходимо напряжение обратной свя­ зи из анодной цепи в сеточную подавать в противофазе, т. е. со сдвигом на 1180°. Это осуществляется правильным подключением катушки обратной связи. Для получения в контуре колебаний достаточной мощности амплитуда обратной связи должна быть ■большой, что обеспечивается подбором степени связи.

Рис. 128. Схема лампового ге-		Рис. 129. Схема лампового генератора
нератора	синусоидальных коле-	синусоидальных колебаний с автотраисфор-
баний с	индуктивной обратной	маторной обратной связью
	связью

Рассмотренный ламповый генератор незатухающих колеба­ ний, у которого переменное напряжение подается на управляю­ щую сетку от собственного колебательного контура, является генератором с самовозбуждением.

В схеме лампового генератора с автотрансформаторной об­ ратной связью и последовательным включением питания ;(рис. 1*29) переменное напряжение поступает на управляющую сетку лампы с части контура Lg. Необходимая величина обрат­ ной связи обеспечивается подбором количества витков катушки обратной связи Lg, подключенной между сеткой и катодом. Так как вывод от катушки М заблокирован по переменной состав­ ляющей на катод, напряжения на сетке и аноде находятся от­ носительно катода в противофазе. Таким образом создаются ус­ ловия самовозбуждения этого генератора. Его работа подобна работе лампового генератора с индуктивной обратной связью. Конденсатор Сб блокирует по переменной составляющей источник питания. Чтобы сетка лампы не находилась под напряжением пи­

130

тания, установлен конденсатор Се. Резистор Rg предназначен для стенания электронов с сетки лампы в процессе ее работы.

По такому же принципу работает ламповый генератор с ем­ костной обратной связью и параллельным питанием (рис. 130). Его схема отличается только тем, что переменное напряжение подается на управляющую сетку лампы с конденсатора Си ко­ торый вместе с’ конденсатором С2 составляет емкость контура.

Рис. 130. Схема лампового генератора синусоидаль­ ных колебаний с емкостной обратной связью

Конденсатор С2 является элементом связи. Колебательный кон­ тур включен в цепь сетка — анод лампы. Так как конденса­ торы Ci и С2 соединены в общей точке с катодом лампы, пере­ менное напряжение на сетке и на аноде сдвинуто по фазе отно­ сительно катода на 180°. Конденсатор Ср является разделитель­ ным и служит для того, чтобы постоянное напряжение анодного питания не попало на контур и не замкнуло источник питания. Дроссель Др препятствует прохождению переменной составляю­ щей анодного тока лампы через источник питания. Из-за нали­ чия конденсатора Ср и дросселя Др цепи переменной и постоян­ ной составляющих анодного тока разделены.

Изменение напряжения питания и нагрев деталей схемы при­

водят к нестабильности	вырабатываемой	частоты колебаний
в ламповом генераторе.	Для обеспечения	такой стабилизации

стабилизируют источник питания, делают подбор деталей или осуществляют специальную стабилизацию, например с помощью кварцевой пластины, устанавливаемой в цепи сетки.

5*

Г л а в а 7

ИМПУЛЬСНАЯ ТЕХНИКА

§ 1. Виды импульсов, применяемых в радиолокации

Под импульсом понимают кратковременное отклонение нап­ ряжения пли тока от некоторого постоянного уровня, в част­ ности от нуля.

Существуют два вида импульсов:

—видеоимпульсы;

—радиоимпульсы.

Видеоимпульсом называют напряжение (ток), мгновенные значения которого кратковременно отличаются от нуля или постоянной величины.

Радиоимпульсом называют некоторое количество высоко­ частотных синусоидальных колебаний (пачка, пакет) напряже­ ния (тока) с постоянными или изменяющимися по определен­ ному закону амплитудами.

Импульсы имеют различные формы; наиболее распростра­ ненными являются прямоугольная, трапецеидальная, треуголр- . ная, экспоненциальная, колокольная. Реальные импульсы формы,

строго соответствующей названию, не имеют. Так, например, прямоугольные имеют форму, близкую к трапецеидальной, тре­ угольные к экспоненциальной.

Различают импульсы положительной и отрицательной по­ лярности, а также двусторонние (разнополярные) импульсы.

Кпараметрам импульсов относятся:

—амплитуда С/„;

—длительность импульса tH;

—■длительность фронта *ф;

— длительность среза (спада) тс; —1 период следования (повторения) Т\

— мощность Р.

Рассмотрим реальный прямоугольный видеоимпульс и его параметры (рис. 131),

132

Амплитуда UM— это наибольшее значение напряжения или тока импульса данной формы. Амплитуда импульса измеряется в кВ, В, мВ, мкВ.

За активную длительность импульса тиа принимают проме­ жуток времени, измеренный на уровне, соответствующем поло­ вине амплитуды.

Длительность импульса определяют на уровне 0,1 Нм (0,1 /м) или по основанию. В дальнейшем, если это особо не оговорено, длительность будет определяться по основанию. Длительность импульса измеряется в единицах времени: с, мс, мкс.

ш

	tn
	t
	т
Рис, 131. Реальный прямоугольный им­	Рис. 132. Последовательность двух
пульс	импульсов

Под фронтом понимают боковую сторону импульса. Разли­ чают передний и задний фронты. Последний иногда называют спадом, или срезом, импульса. Длительность переднего фронта определяет время нарастания импульса, а длительность заднего фронта — время спада.

Чем меньше тф и тс по сравнению с ти, тем больше форма импульса приближается к прямоугольной.

Периодом повторения импульсов Т называют время между началом двух соседних однополярных импульсов (рис. 1132). Он измеряется в с, мс, мкс. Величина, обратная периоду повторе­ ния, называется частотой повторения (следования) импульсов f. Она определяет количество импульсов в течение одной секунды и измеряется в Гц, кГц, МГц. Часть периода Т занимает пау­ за tn— отрезок времени между окончанием и началом соседних импульсов, т. е. та= Т —tn.

Отношение периода следования к длительности импульсов называется скважностью q.

Отношение длительности импульса к периоду повторения на­

зывается коэффициентом заполнения f.
Т	'и	Г	tn
Я =	Т —	т	(71)

133

Энергия, выделившаяся в цепи за период следования и отне­ сенная к длительности периода, определяет среднюю мощность импульса

	Р	= ХР_				(72)
	‘	ср — т
Энергия, выделившаяся в цепи			при	прохождении	импульса
и отнесенная к его	длительности,		определяет мощность			в им­
пульсе		W_
	Р					(73)
Сравнивая значения Рср и Ри, получим
Рп% = РсрТ\	Р и = - ^	= Р с &		Рср = - ^ = Р«Ъ		(74)
Видим, что средняя мощность			в q раз меньше		мощности
в импульсе.

Генерирование импульсов осуществляется генераторами ре­ лаксационных колебаний. Релаксационные колебания — это несннусоидальные периодически повторяющиеся колебания, как правило, разрывные.

Любой генератор релаксационных колебаний состоит из трех основных частей: колебательной системы (накопителя), источ­ ников энергии и вакуумного прибора.

Колебательная система служит для возбуждения релаксаци­ онных колебаний нужной формы и представляет собой, как пра­ вило, цепь RC, обладающую способностью накапливать энер­ гию. Источник энергии необходим для питания элементов схемы. Вакуумный прибор является устройством, регулирующим по­ дачу энергии от источника энергии в колебательную систему и

играет роль	переключателя	(коммутатора), периодически от­
ключающего	разрядную цепь и подключающего		накопитель
к цепи заряда.		колебаний состоит из	периодиче­
Таким образом, процесс

ского притока энергии к накопителю и передачи ее в разрядную цепь.

Прежде чем перейти к конкретным схемам релаксационных генераторов, рассмотрим работу их основного элемента — нако­ пителя, представляющего собой цепь RC.

З а р я д и р а з р я д к о н д е н с а т о р а ч е р е з с о п р о ­ т и в л е н и е . При включении любо.й цепи номинальная вели­

чина тока в ней устанавливается не мгновенно и	не сразу падает
до нуля при ее размыкании. Время, в течение	которого ток и

напряжение в цепи достигают своих установившихся значений,

называется временем	установления, а сам процесс — переход­
ным процессом.	■

134

Рассмотрим переходные процессы, происходящие в цепи, со­ стоящей из сопротивления R, конденсатора С, источника пита­ ния Е и рубильника К (рис. 136).

При разомкнутом рубильнике К конденсатор С не заряжен. Переведем рубильник в положение «1». Начнется процесс за­ ряда конденсатора, и по цепи идет ток заряда. Так как в начале

процесса заряда напряжение на обкладках конденсатора отсут-

£

ствует ( « с = 0), ток заряда максимален и равен 4 = -^- и все

напряжение источника приложено к активному сопротивлению, т. е. E = ur . По мере заряда конденсато­ ра напряжение на активном сопро­ тивлении уменьшается по экспонен­ циальному закону, по такому же за­ кону убывает и ток заряда конден­ сатора.

C W 7'

т1 ■-от|о: ■—

и

Рис. 133. Схема заряда и раз­ ряда конденсатора ■

Рис. 134.		Графики	токов
и	напряжений при		заряде
и	разряде	конденсатора
	через сопротивление:
а — графики		заряда;	6 — гра­
	фики	разряда

Закон изменения тока заряда t3 и напряжения uR описыва­

ется выражениями	__£_
_t_
is = -^-e Rc; uR= iaR =	ue RC,	(75)
__t_

где e	RC — экспоненциальный множитель.
Когда напряжение конденсатора равно напряжению источ­
ника	(ис =Е), ток заряда прекращается. На рис. 134, а пока­

заны кривые изменения тока и напряжения на конденсаторе С и сопротивлении R экспоненты.

Для разряда конденсатора поставим рубильник в положе­ ние «2». Конденсатор С замкнется через сопротивление R, и по цепи пойдет ток разряда г'р, равный в начальный момент г =

ис	иР „
= - ~ =	---- По мере разряда конденсатора напряжение на

135

нем uc и на uR = —uc уменьшается,	причем,	чем меньше эти иа-
пряжения, тем меньше ток разряда	гр = —	и„
		и скорость убы­

вания ил, ис и ip.

Ток в цепи и напряжения на конденсаторе и сопротивлении показаны на рис. 134, б.

После полного разряда конденсатора ток разряда прекра­ тится.

Время заряда и разряда конденсатора зависит от величины сопротивления R и емкости С. Если величина сопротивления R очень мала или равна нулю, то заряд и; разряд конденсатора произойдут практически мгновенно. При увеличении сопротив­ ления ток заряда и разряда уменьшается, а поэтому время за­ ряда и разряда возрастает пли, что то же самое, уменьшается скорость заряда или разряда конденсатора. При увеличении емкости конденсатора увеличивается количество электричества, которое он может накопить, поэтому конденсатор большой ем­ кости заряжается дольше.

Таким образом, с увеличением R и С увеличивается время заряда конденсатора, и наоборот, с уменьшением R и С это время уменьшается. Длительность заряда зависит от произве­

дения RC, которое получило название постоянной				времени.
Если R в омах, С в фарадах, то постоянная времени выражается
в секундах.
Постоянная времени показывает, за какое время напряжение
на конденсаторе,	включенном в зарядную цепь, возрастет					до
0,63 напряжения источника, и обозначается т,			т. е. i = RC.
При разряде постоянная времени характеризует время, в те­
чение которого	напряжение на конденсаторе		уменьшается			на
0,63 первоначального напряжения заряда конденсатора.
Сх е м ы р е л а к с а ц и о н н ы х		г е н е р а т о р о в .		Простей­
шая схема релаксационного генератора (рис. 1135, а)				состоит из
источника питания Е, колебательной системы			(конденсатора			С
и сопротивления R) и неоновой лампы.					через
При включении питания конденсатор С заряжается
сопротивление R. В момент, когда напряжение на конденсаторе
достигает напряжения зажигания		неоновой лампы,		она	зажи-

R

t

Рис. 135. Релаксационный генератор на неоновой лампе

136

гается и конденсатор быстро разряжается до напряжения пога­ сания неоновой лампы. После этого конденсатор начинает вновь заряжаться, и процесс повторяется. Такой генератор вырабаты­ вает пилообразное напряжение (рис. 135,6), являющееся одним из видов релаксационных колебаний. Частоту колебаний при заданном напряжении источника питания можно регулировать

	изменением	сопротивления R или	п
	емкости С.
	Недостатки такой схемы — невоз­
	можность управления моментом за­
	жигания и	нестабильность частоты
	колебаний.
	Более совершенная схема получе­
	ния пилообразных колебаний, со­
	бранная на тиратроне, представлена
	на рис. 136. Она работает по тако­		Рис. 136. Генератор релакса-
	му же принципу, что и схема с нео­
			ционных колебаний на тира­
	новой'лампой. Но, регулируя напря­		троне
	жение на	сетке тиратрона, можно

изменять напряжение зажигания, меняя тем самым частоту пилообразных колебаний. Эта схема имеет то преимущество, что тиратрон, обладая малым внутренним сопротивлением, соз­ дает ничтожные потери при пропускании больших токов, поэто­ му она применяется в модуляторах и устройствах автоматиче­ ского регулирования.

§ 2. Мультивибраторы

Мультивибратором называется генератор колебаний, имею­ щих форму, близкую к прямоугольной. Слово «мультивибра­ тор» означает генератор множества колебаний, что указывает на то, что генерируемые колебания имеют сложную форму, об­ разованную суммированием множества синусоидальных коле­ баний.

Мультивибраторы применяются для генерирования импуль­ сов прямоугольной формы, для деления частоты, для расшире-' ния импульсов, в качестве пусковых или переключающих уст­ ройств и могут работать в трёх различных режимах: автоколе­ бательном, синхронизации и ждущем.

При работе в автоколебательном режиме мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением, т. е. выходное напряжение создается в результате процессов, происходящих в самой схеме независимо от внешнего воздействия.

При работе в режиме синхронизации мультивибратор рабо­ тает так же, как генератор с самовозбуждением, но на него воз­ действует извне специальное синхронизирующее напряжение, частота которого определяет частоту напряжения, вырабатывае­ мого мультивибратором.

137

При работе в ждущем режиме мультивибратор работает как генератор с посторонним возбуждением. В этом случае процессы в схеме начинаются каждый раз после подачи на его вход спе­ циального пускового напряжения.

Мультивибраторы классифицируются по следующим приз­ накам:

по методу возбуждения:

—с самовозбуждением (симметричные и несимметричные);

—с посторонним возбуждением (с одним или двумя поло­ жениями устойчивого равновесия);

по способу связи:

—с анодной связью;

—с катодной связью.

Схема мультивибратора с самовозбуждением представлена на рис. 137, а. Она представляет собой двухкаскадный усили­ тель на сопротивлениях, у которого выход одного каскада сое­

динен с входом другого. Сопротивления	7?	и 7?	являются
анодными нагрузками ламп. Сопротивления	7?^	и R	— сопро­

тивления утечки; совместно с емкостями Ci и С2 они образуют цепи RC, являющиеся колебательной системой схемы.

Включим источник питания. Через обе лампы потекут анод­ ные токи, конденсаторы С, и С2 будут заряжаться, при этом конденсатор С\ зарядится до потенциала анода лампы Л и а кон­

денсатор С2 — до потенциала анода лампы Л2.		При равенстве
всех элементов (мультивибратор в этом случае		называют сим­
метричным) можно предположить,	что схема окажется в состоя­
нии равновесия, т. е. что анодные	токи и напряжения в соот­

ветствующих точках обеих ламп будут одинаковы,

138

В действительности это состояние неустойчивого равновесия, так как величины анодных токов ламп подвержены некоторым колебаниям из-за непостоянства количества электронов, эмиттируемых катодами в каждый момент времени.

Пусть, например, немного возрос анодный ток лампы Л х. Это вызовет некоторое снижение анодного напряжения иа_ и раз­

ряд конденсатора Сх через лампу Л х и сопротивление R . Ток разряда конденсатора Сх, проходя через сопротивление R

создает падение напряжения, «минусом» приложенное к управ­ ляющей сетке лампы Л2. Это вызывает уменьшение анодного тока лампы Л2 п возрастание анодного напряжения иЯг, что

в свою очередь приводит к увеличению тока заряда конденса­ тора С2.

Ток заряда конденсатора С2 проходит по цепи плюс источ­

ника питания	Ей ~>.R. C2^-R„.	— земля. .
При этом	на сопротивлении	R создается падение напря­

жения, приложенное «плюсом» к сетке лампы Л х.

Это напряжение способствует еще большему увеличению анодного тока лампы Л х, еще большему снижению анодного напряжения ю и более интенсивному разряду конденсатора Сх.

Такое взаимодействие элементов схемы приведет к увеличению до насыщения тока лампы Л х и к уменьшению до нуля тока лампы Л2. Лампа Л х полностью отпирается, а лампа Л2 запи­ рается. К такому состоянию схема приходит лавинообразно за очень короткий промежуток времени. Так как ток разряда кон­

денсатора Сх изменяется по	экспоненциальному закону,			паде­
ние напряжения на сопротивлении R		уменьшается и в опре­
деленный момент достигает	потенциала	отпирания	лампы Л2.
Лампа Л2 отпирается. Анодное напряжение лампы			Л2 падает
и конденсатор С2 начинает	разряжаться	через, лампу по		цепи

С2-> J72—»■Rgt~* C2j создавая на сопротивлении 7?^ падение нап­

ряжения, приложенное «минусом» к сетке лампы Л х. Обратный процесс продолжается до тех пор, пока ток лампы Л х не умень­ шится до нуля, а ток лампы Л2 не достигнет максимального зна­ чения, что приведет к отпиранию лампы Л2 и запиранию лампы

Л и ит. д.

На рис. 1137, б приведены графики напряжений в схеме муль­ тивибратора. Запирание лампы происходит очень быстро и изоб­ ражено вертикальными линиями. В то время как лампа Л х от­ перта и напряжение на аноде мало, что соответствует отрица­ тельному прямоугольному импульсу напряжения, на аноде лампы Л2 поддерживается высокое анодное напряжение. Выра­

батываемые импульсы	можно	снимать	с промежутка анод —
катод лампы Л х или Л2 выхода		схемы в зависимости		от того,
какого знака импульс мы хотим снять.			(Rai ф R аа,	Rgi Ф R
В несимметричном	мультивибраторе

139