Управляющее напряжение возникает только в том случае, когда частота колебаний клистрона превышает частоту настройки эталонного резонатора. Максимально возможное значение управ ляющего напряжения обычно превышает напряжение запирания лампы фантастрона Egl0 и бывает порядка 15—25 а.
Зависимость управляющего напряжения от частоты колебаний, генерируемых клистроном, легко снимается экспериментально. Р1змененне частоты колебаний клистрона обычно осуществляется из менением объема резонатора. При этом не должно быть соединения между фантаетроном и фазовым детектором.
5. Рабочие графики для абсолютной системы АПЧ
Типичная зависимость частоты и мощности колебаний, генери руемых клистроном, от величины напряжения на отражателе при двух объемах его резонатора изображена на рис. 2.250. В нижней
части рисунка показано, как изменяется напряжение |
на |
отражате |
ле клистрона, если фантастрон работает |
в режиме поиска. Из ри |
сунка видно, что зависимость частоты |
генерируемых |
колебаний от |
напряжения на отражателе клистрона |
близка к линейной. Она за |
метно отклоняется от линейной закономерности только |
при таких |
напряжениях на отражателе, при которых колебательная |
мощность |
клистрона становится ничтожно малой. |
|
|
|
|
По данным рис. 2.249 и 2.250 можно |
рассчитать |
зависимость |
частоты и мощности колебаний клистрона от величины управляю щего напряжения, подаваемого на сетку фантастрона, при условии, что он работает в режиме слежения. В этом режиме фантастрон работает*как усилитель постоянного напряжения с коэффициентом усиления около 50. Поэтому небольшое изменение величины управ ляющего напряжения вызывает значительное изменение напряже ния на отражателе клисг.рона.
Зависимость частоты и мощности колебаний клистрона от величи
|
|
|
|
|
ны управляющего напряжения часто снимается экспериментально |
(в тех пределах, в которых |
фантастрон является |
усилителем по |
стоянного напряжения). На рис. 2.251 изображены |
две такие зави |
симости, полученные при различном объеме резонатора |
клистрона. |
Графики мощности клистрона Рк как функции |
управляющего |
напряжения |
представляют |
интерес только как указатели интерва |
лов частот, |
в пределах которых происходит генерация |
высокоча |
стотных колебаний. Каждый такой график показывает частотную зону клистрона при данном объеме его резонатора.
График зависимости частоты / г от управляющего напряжения |
будем в дальнейшем называть характеристикой |
электронной на |
стройки клистрона. Эта характеристика близка |
к прямой линии. |
Таких характеристик можно снять бесчисленное множество. В про цессе экспериментального получения характеристик электронной настройки клистрона (и кривых для Рк) цепь передачи возникаю-
щего напряжения ошибки должна быть разомкнута. На рис. 2.251 также приведена зависимость величины управляющего напряжения от частоты колебаний клистрона, снимаемая при отсутствии соеди нения между фантастроном и фазовым детектором.
При наличии этих двух зависимостей на одном рисунке легко определить величину управляющего напряжения, при котором про исходит остановка фантастрона. Под остановкой фантастрона здесь
Резонатор |
настроен |
|
на частот)/ |
f^'0 > fr'0 |
fr/лакс |
Резонатор настроен на частоту fr'0
:"«np J 1 ,
Т гона |
гет |
т |
'.нерациш |
1 |
шистроь |
• |
|
• ла |
|
Рис. 2.250. Зависимость положения частотной зоны кли строна от объема его резонатора
понимается случай, когда при замкнутой петле системы АПЧ на пряжение на аноде фантастрона становится неизменным и опреде ляется величиной вырабатываемого управляющего напряжения. На пряжение остановки фантастрона определяется точкой пересечения характеристики электронной настройки клистрона с кривой, пока зывающей зависимость управляющего напряжения от частоты. Этому напряжению соответствует вполне определенная частота ко лебаний, генерируемых клистроном.
На рис. 2.251 |
характеристика |
электронной |
настройки клистро |
на А проведена для номинального |
объема его резонатора. Поэтому |
в установившемся |
режиме работы |
клистрона |
мощность генерируе- |
мых колебаний максимальна. Характеристика Б проведена для большего объема резонатора клистрона. Поэтому она расположена левее характеристики А. Следовательно, одному и тому же значе нию управляющего напряжения соответствуют различные частоты
|
колебаний, генерируемых клистроном. |
|
|
|
|
Из рисунка видно, что большему |
объему резонатора |
клистрона |
|
соответствует |
меньшее напряжение |
остановки |
фантастрона. При |
|
этом частоты |
генерируемых колебаний отличаются очень незначи- |
|
При о б ь е л е |
резонатора |
При |
номинальном |
|
|
клистрона |
больше |
|
|
ооьел«е резонатора |
|
нолтнальноео |
|
|
|
клистрона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Фантастрон^ работает |
|
|
|
как |
генератор |
пилооб |
|
|
|
разного |
напряжения |
|
|
|
|
X |
L |
J r |
|
|
|
'Рантастрон |
|
|
|
|
заперт |
|
Рис. 2.251. Рабочие графики для абсолютной системы АПЧ: |
А и Б — графики зависимости |
частоты колебаний клистрона |
от величины |
управляю |
щего напряжения; В — график |
зависимости |
управляющего |
напряжения |
от частоты |
колебаний клистрона; Г н Д — графики зависимости мощности клистрона |
от частоты |
генерируемых |
колебаний |
|
|
тельно. С увеличением объема резонатора клистрона частота гене рируемых колебаний немного понижается, и наоборот.
6. Физические процессы в абсолютной системе АПЧ
Предположим, |
что механическая настройка клистрона |
установ |
лена в положение |
максимальной выходной мощности при требуе |
мой частоте генерируемых колебаний. Для данного объема |
резона |
тора клистрона характеристика электронной настройки занимает положение Л (рис. 2.252).
Рассмотрим физические процессы, происходящие в абсолютной системе АПЧ с начала ее работы. При включении фантастрона по тенциал его анода максимальный. Отрицательное напряжение на отражателе клистрона минимальное. Колебаний в клистроне нет.
По мере прогрева |
катодов ламп происходит |
появление анодного |
тока фантастрона |
и потенциал его анода резко |
падает (момент / i ) . |
Скачок частоты за счетЩ понижения потенциала fc.
Время отработки ста бильной частоты клис- [^трона (Доли секунды)
Скачок частоты за счет уменьшения объ ема резонатора кли строна.
Фактическое изменение частоты генерируемых колебаний клистрона благодаря наличию схемы АПЧ
Рис. 2.252. Графики процессов, происходящих в схеме абсолютной системы АПЧ
Вслед за этим начинается линейное уменьшение напряжения на аноде фантастрона, а следовательно, увеличение отрицательного напряжения на отражателе клистрона. Фантастрон работает в ав токолебательном' режиме, так как управляющего напряжения на выходе фазового детектора нет.
В момент t2 происходит возбуждение клистрона. Возникшие в клистроне колебания модулированы по частоте. Средняя частота генерируемых колебаний медленно повышается по мере изменения напряжения на отражателе клистрона.
С момента t3 начинается возбуждение эталонного резонатора и на входе фазового детектора появляется напряжение ошибки. Оно находится в противофазе с опорным напряжением, и поэтому на выходе фазового детектора напряжения нет. Поскольку фазовый детектор не оказывает воздействия на фантастрон, то он продол жает работать как генератор пилообразного напряжения, повышая частоту колебаний клистрона.
В момент г4 происходит изменение фазы напряжения ошибки на 180° и на выходе фазового детектора появляется управляющее на пряжение. Оно отрицательно по знаку и возрастает по величине. С появлением управляющего напряжения скорость изменения на пряжения, на отражателе клистрона уменьшается и повышение |Частоты / г замедляется.
К моменту /5 повышение средней частоты колебаний клистрона прекращается. Она становится неизменной и немного выше частоты настройки эталонного резонатора. Эта частота названа номиналь ной, так как получена при номинальном объеме резонатора кли строна.
Рассмотрим теперь процессы, которые будут происходить в аб солютной системе АПЧ при скачкообразном и медленном измене нии объема резонатора клистрона.
В момент t6 произошло резкое изменение положения поршня на стройки клистрона и объем его резонатора увеличился. В результа те этого частота генерируемых колебаний скачком понизилась. Ха рактеристика электронной настройки клистрона переместилась влево и заняла положение Б. Соответственно график для мощности клистрона занимает положение 2. Поскольку в момент t6 произош ло, изменение фазы напряжения ошибки на 180°, то управляющее напряжение исчезло и фантастрон начинает работать как генератор пилообразного напряжения. Поэтому частота колебаний клистрод ного гетеродина медленно повышается.
В момент t7 происходит изменение фазы напряжения ошибки на 180° и на выходе фазового детектора появляется нарастающее уп равляющее напряжение. Ввиду этого изменение напряжения на от ражателе клистрона замедляется и к моменту tB повышение часто ты / г прекращается. Установившееся значение частоты колебаний клистрона получается несколько меньше номинального. Различие между новым значением частоты клистрона и ее номинальной ве личиной очень незначительно. Оно тем меньше, чем выше доброт ность эталонного резонатора и чем больше коэффициент усиления
