Файл: Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие].pdf

амилитудно-модулироваиных сигналов называют линейным де­ тектированием.

to

линейного детектора, выполненная на триоде и работающая режиме анодного детектирования.

Преимуществом линейного детектирования по сравнению с квадратичным является значительно меньший коэффициент не-

51

линейных искажений. В рассматриваемом примере составляю­ щие, кратные звуковой частоте (29, 39 и т. д.), непосредственна не видны. Однако они будут иметь место, если учесть иска­ жения формы импульсов анодного тока за счет нелинейности реальной характеристики. В то же время, если при анодном детектировании выбрать угол отсечки анодного тока 6=^90°; то это тоже приведет к увеличению нелинейных искажений, так как при б=р90° угол отсечки зависит от амплитуды напряжения возбуждения. В силу этого коэффициенты разложения им­ пульса анодного тока, в том числе и а0, будут зависеть от ам­ плитуды возбуждения. Это обстоятельство нарушает линейную зависимость между амплитудой входного напряжения и ампли­ тудой низкочастотной составляющей, что увеличивает нелиней­ ные искажения. Следует отметить, что угол отсечки в 90° обя­ зателен лишь при анодном детектировании. Более детально возможные схемы амплитудных детекторов рассматриваются в курсе „Радиоприемные устройства".

§2.5. Нелинейное усиление и умножение частоты

В§ 2.1 при рассмотрении вопроса о воздействии гармони­ ческой э. д. с. на нелинейный элемент было показано, что анод­ ный ток, Помимо постоянной составляющей, содержит составляю­

щие частоты возбуждаю­ Uff) COS йп щего напряжения и ее высших гармоник. Если в анодную цепь включить параллельный колеба­ тельный контур, настро­ енный на частоту возбуж­ дающего напряжения (рис. 2.17), то его сопро­ тивление на этой частоте будет максимально и

равно

R эО' СгL ;рQ,

где L, С и г --параметры элементов контура;

-характеристическое (или волновое) сопротивле­ ние контура;

: ^ = —“ —рвачество (добротность) контура.

Для колебаний кратных частот (2<в, 3® и т. д.) такой кон­ тур будет представлять малое емкостное сопротивление, поэ­ тому падением напряжения на контуре за счет высших гар­ моник можно пренебречь и считать напряжение на контуре по

52

форме воспроизводящим напряжение на входе, а по величине, при достаточно большом эквивалентном сопротивлении Рэ0, превосходящим его.

Такое устройство, содержащее электронную лампу с коле­ бательным контуром в анодной цепи,' настроенным на частоту возбуждающего напряжения, и источником постоянного напря­ жения (Еа) называется резонансным усилителем или усили­ телем высокой частоты. Физически такое устройство является преобразователем энергии постоянного тока (анодного источ­ ника) в энергию переменного тока высокой частоты.

Если исходное положение рабочей точки выбранена середине линейного участка характеристики лампы, а возбуждающее на­ пряжение сравнительно невелико, так что в пределах его из­ менения характеристику можно считать линейной (рис. 2 .2 ), анодный ток будет содержать только две составляющие: по­ стоянную (1а0) и первую гармонику (1а1). Такой режим усиле­ ния называется линейным. Так как при линейном усилении спектр анодного тока не содержит колебаний высших гармони­ ческих составляющих, то, в качестве нагрузки усилителя может быть использовано сопротивление, не обладающее избиратель­ ными свойствами (активное сопротивление, дроссель и т. д.). Линейное усиление широко используется в усилителях слабых сигналов и усилителях звуковых частот.

Однако такой режим усиления оказывается энергетически невыгодным, когда требуется получить большие амплитуды вы­ ходного напряжения (при большой мощности), в'силу малого коэффициента полезного действия анодной, цепи. Под коэффи­ циентом полезного действия анодной цепи понимается отноше­

где —коэффициент использования анодного напряжения

(при линейном усилении ; < 1 ).

Из выражения (55) следует, что при одном и том же коэф­ фициенте использования анодного напряжения к. и. д. анодной цепи зависит от отношения амплитуды первой гармоники анод­ ного тока к постоянной составляющей.

53

В случае линейного усиления это отношение всегда меньше

достигнуто уменьшением1 постоянной составляющей (/а0), т. е. смещением исходного положения рабочей точки в сторону ниж­ него изгиба характеристики лампы (работа с отсечкой анодного тока). Такой режим усиления принято называть нелинейным усилением. При нелинейном усилении спектр анодного тока всегда содержит колебания частот, кратных частоте возбуж­ дающего напряжения (2со, 3«>...), поэтому в качестве нагрузки таких усилителей обычно применяется колебательный контур., настроенный на частоту возбуждающего напряжения.

Нелинейное усиление колебаний высокой частоты широко' используется на практике. За небольшим исключением все уси­ лительные каскады радиопередающих устройств работают в не­ линейном режиме. Покажем, что при нелинейном усилении к. п. д. более высокий, чем в случае линейного усиления. Для этого воспользуемся результатами, полученными в § 2 .1 , когда рассматривался пример воздействия гармонической э. д. с. на

что значительно больше коэффициента полезного действия, определенного в предыдущем примере. Следует отметить, что при нелинейном усилении коэффициент использования анодного напряжения может быть равным и даже больше единицы, что, в свою очередь, повышает к. п. д.

Выше отмечалось, что в случае нелинейного усиления (ра­ бота с отсечкой анодного тока] анодный ток, наряду с состав­ ляющей основной частоты, содержит колебания кратных частот. В усилителях высокой частоты эти составляющие являются не­ желательными, так как приводят к искажению формы усили­ ваемых колебаний, и их-стремятся отфильтровать в анодной нагрузке усилителя.

В то же время наличие высших гармоник тока в анодной цепи позволяет осуществить важное для практики умножение частоты. Отличие умножителя частоты от рассмотренного усилителя высокой частоты состоит в том, что нагрузка его в

54

тоте, на которую он настроен (на резонансной частоте), то на­ пряжение на выходе умножителя будет практически опреде­ ляться только той составляющей анодного тока, на которую он настроен. Величина (амплитуда) напряжения на выходе ум­ ножителя при одном и том же сопротивлении нагрузки R3n за­ висит от амплитуды тока соответствующей гармоники

^ тги~'^эп^ап>

которая, в свою очередь, зависит от угла отсечки, так как по­ следний определяет коэффициент разложения соответствующей гармоники. Из рис. '2.5 видно, что для коэффициента разложе­ ния каждой составляющей существует оптимальный угол от­ сечки анодного тока, при котором он максимален.

Так, например, для второй гармоники я2макс--0,276 при 6—60°, для третьей азмакс -0,185 при 4--40° и т. д-. В общем случае оптимальный угол отсечки связан с номером гармоники сле­ дующим соотношением:

120'

Это позволяет при осуществлении умножения выбрать такой режим работы (угол отсечки), при котором требуемая состав­ ляющая анодного тока будет иметь наибольшую величину.

Умножители частоты находят широкое, применение на прак­ тике, особенно в радиопередающих устройствах. В частности, применение умножения частоты в промежуточных каскадах диапазонных передатчиков позволяет выполнить возбудитель более низкочастотным и более стабильным.

Умножение частоты находит применение также в схемах высокостабильных диапазонных возбудителей е кварцевой ста­ билизацией частоты, в некоторых схемах частотной и фазовой модуляции и т. д.

Существенными недостатками умножителей частоты такого типа следует считать их сравнительно малый к.'и. д. (так как

мало отношение -—-), уменьшающийся с ростом коэффициента

‘ а 0

умножения, и наличие побочных колебаний (колебаний неже лаемых частот) в нагрузке умножителя.

Г л а в а III

ГЕНЕРИРОВАНИЕ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

§ 3.1. Общие сведения о явлении самовозбуждения

Большинство современных -радиотехнических, устройств основано на использовании синусоидальных колебаний различ­ ных частот.

Создание незатухающих синусоидальных колебаний, их гене­ рирование является одной из основных проблем современной радиотехники.

Генератор—это устройство, которое преобразует энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока задан­ ной частоты.

Техническая реализация лампового генератора незатухаю­ щих колебаний может быть осуществлена различными спосо­ бами. но, тем не менее, все генераторы могут быть подразде­ лены на два больших класса:

— генераторы с внешним (независимым) возбуждением; ■— генераторы с самовозбуждением, или автогенераторы. Общим для этих двух классов генераторов является то, что

и те и другие являются преобразователями энергии постоян­ ного тока в энергию переменного тока.

Отличие между ними заключается в том, что в генераторах с внешним возбуждением потребление энергии от источника постоянного тока регулируется внешним воздействием,, а в авто­ генераторах управление потреблением энергии от источника постоянного тока осуществляется в самой системе без внеш­ него воздействия. В силу эторо частота и амплитуда устано­ вившихся колебаний (стационарный режим) в автогенераторе целиком и полностью определяются параметрами автогенера­ тора, тогда как в генераторе с внешним возбуждением частота колебаний определяется частотой возбудшнеля (равна или кратна частоте возбуждающего напряжения), а амплитуда колебаний зависит и от возбудителя и от..шараметров самого генератора.

56

Предметом najnero изучения в этой главе являются авто­ генераторы, или генераторы с самовозбуждением. Изучение генераторов с внешним возбуждением (мощных резонансных усилителей) проводится в курсе „Радиопередающие устрой­ ства “.

Автогенераторы, независимо от их технической реализации,

соидальных (гармонических) колебаний.

В дальнейшем будем рас­ сматривать исключительно автогенераторы синусо­ идальных колебаний.

Большинство современ­ ных автогенераторов сину-'

соидальных колебаний выполняется на электронных лампах или полупроводниковых приборах. Ламповый автогенератор, обоб­ щенная схема которого изображена на рис. 3.1, содержит элек­ тронную лампу, источник постоянного тока и линейную цепь (колебательную систему). Часть энергии переменного тока, вы­ рабатываемой в автогенераторе, используется для регулирова­ ния потребляемой энергии от источника постоянного тока. Роль регулятора в автогенераторе выполняет электронная лампа.

На рис. 3.2 изображена конкретная схема автогене­ ратора, в которой лампа при­ соединяется к колебатель­

Аной системе тремя точками,

а управляющее напряжение (напряжение обратной связи! снимается с емкости (С2). Такая схема автогенератора носит название трехточеч­ ной с емкостной обратной связью.

Чтобы ,$учше представить работу такого автогенератора, рассмотрим качественно процессы, происходящие в отдельных, элементах схемы, поясняя' их соответствующими кривыми (рис. 3.3). Допустим, что в момент включения источника по­ стоянного напряжения в контуре (L, С1, С2) в результате удар­ ного возбуждения или флюктуации возникли колебания. При этом напряжение наконтуре будет изменяться по закону, близкому к гармоническому (рис. 3.3а). Под действием колеба­

57