Файл: Филаткин К.М. Радиометрист штурманский учеб. пособие.pdf

ство заключается в том, что амплитуда вынужденных колебаний зависит та|кже от соотношения между э.д.с. источника и собственной частотой контура.

При наличии этого условия малая энергия, запасен­ ная в контуре, может создать колебания в нем доста­ точно большой амплитуды. Это положение остается справедливым, если частота источника, вызывающего вынужденные колебания в контуре, совпадает с часто­ той его собственных колебаний. Если в контуре будет нарушено это соотношение, то в нем может преобла­ дать одно из реактивных сопротивлений: либо емкост­ ное, либо индуктивное. Преобладание реактивного со­ противления в контуре .вызовет дополнительные поте­ ри, что приведет к уменьшению амплитуды колебаний. Для того чтобы амплитуда вынужденных колебаний ос­ тавалась постоянной, необходимо достигнуть совпаде­ ния частот. Данное явление носит название р е з о н а н ­ са ч а с т о т . Явление резонанса достигается двумя способами: подбором частот источника, вызывающего колебания; подбором параметров контура.

Для достижения резонанса применяются два вида колебательных контуров: последовательный и парал­ лельный. Последовательный колебательный контур со­ стоит из последовательно включенных индуктивности, емкости и источника переменной э.д.с.

Параллельный колебательный контур отличается от последовательного включением э.д.с. источника.

§ 3. Блок-схема РЛС, ее технические и тактические параметры

В основе радиолокации лежит явление отражения радиоволн. Физические процессы, происходящие при отражении радиоволн от различных тел, довольно слож­ ны. В простейшем случае, когда на пути распростране­ ния радиоволн встречаются проводящие тела, в них под влиянием электрического поля волны возникают переменные токи той же частоты, что и частота прихо­ дящих колебаний. В результате проводящие тела ста­ новятся своеобразной антенной, от которой радиовол­ ны переизлучаются во все стороны. Небольшая часть переизлученных волн возвращается к радиолокацион­ ной станции. Это основное явление — отражение ра-

71

дмоволн — положено в основу радиолокационной стан­ ции.

Современная радиолокационная станция — это сло­ жное устройство, состоящее из большого числа узлов и детален. На рис. 35 изображена блок-схема радиолока­ ционной станции. Назначение блоков станции следую­ щее:

Антенна ’

Рис. 35. Блок-схема радиолокационной станции

—антенна излучает в определенном направлении выработанную передатчиком электромагнитную энер­ гию и принимает отраженную от цели энергию;

—линия передачи и антенный переключатель слу­ жат для передачи энергии высокой частоты от передат­ чика к антенне или от антенны к приемнику. Кроме то­ го, антенный переключатель защищает приемник от мощных импульсов передатчика;

—генератор пусковых импульсов согласовывает по

Бремени работу передатчика, приемника и индикатора РЛС;

—модулятор усиливает слабые пусковые импульсы синхронизатора, придает им необходимую форму и уп­ равляет работой генератора;

—импульсный генератор высокочастотных колеба­ ний вырабатывает мощные кратковременные импульсы электромагнитной энергии и передает их на антенну РЛС;

—приемник принимает слабые отраженные импуль­ сы, усиливает их и передает на индикатор;

—индикатор воспроизводит на своем экране прямой, импульс от передатчика и отраженный импульс от цели;

—источники питания вырабатывают необходимые токи и напряжения для работы РЛС.

72

Радиолокационные станции различаются между со­ бой в основном длиной волны, на которой они работа­ ют, частотой повторения импульса, длительностью им­ пульса, излучаемой мощностью, конструкцией как са­ мой станции, так и диаграммой направленности антен­ ной системы.

Слабый пусковой импульс напряжения, выработан­ ный генератором пусковых импульсов, поступает одно­ временно на модулятор и индикатор. В модуляторе этот импульс преобразуется по форме, длительности и ам­ плитуде. Из модулятора импульс напряжения, очень малый по длительности, поступает в генератор высокой частоты. Электромагнитная энергия, большая по мощ­ ности, в очень короткий промежуток времени поступа­ ет на антенну и излучается в определенном направле­ нии. С помощью специального устройства — индикато­ ра — фиксируется момент излучения импульса. 'Антен­ ны радиолокационных станций излучают энергию в оп­ ределенном направлении и принимают отраженную энергию в этом же направлении. Время прихода отра­ женного импульса также фиксируется индикатором. Зная скорость распространения электромагнитной энер­ гии и время прохождения ее в прямом и обратном на­ правлениях, можно определить дальность до цели, от которой отражена энергия. В радиолокационной стан­ ции эта задача решается автоматически, практически мгновенно, и отображается на индикаторе.

Радиолокационные станции используются для ре­ шения различных задач: наведения своих сил на силы противника, управления оружием, опознавания своих сил, обеспечения безопасности плавания и т. д. Радио­ локационные станции особенно необходимы при плава­ нии в условиях плохой видимости (ночью, в тумане и т. д.).

Навигационные радиолокационные станции и систе­ мы значительно расширили возможности определения места корабля и повысили точность определения этого места.

Характер работы радиолокационных станций опре­ деляется их тактическими и техническими параметрами.

К техническим параметрам радиолокационной стан­ ции относятся следующие.

73

Длительность импульса — время, в течение которо­ го радиолокационная станция излучает электромагнит­

ную энергию.

Частота повторения — количество импульсов, излу­ чаемых РЛС за одну секунду.

Рабочая частота — частота электромагнитных коле­ баний, вырабатываемых передающим устройством РЛС.

Импульсная мощность — мощность электромагнит­ ных колебаний, вырабатываемых передатчиком за вре­ мя одного импульса.-

Потребляемая мощность — мощность, которую по­ требляет станция от бортовой сети.

Диаграмма направленности антенны — кривая, гра­ фически показывающая интенсивность излучения и при­ ема электромагнитных колебании в различных направ­ лениях.

Коэффициент усиления антенны — отношение вели­ чины мощности, излучаемой в направлении максималь­ ного излучения, к величине общей мощности, излучае­ мой равномерно во всех направлениях.

Все технические параметры станции заранее рассчи­ тываются и достигаются конструктивным выполнением как самой РЛС, так и ее блоков, узлов и элементов.

К тактическим параметрам РЛС относятся следую­ щие.

Дальность действия РЛС — предельная дальность уверенного обнаружения цели.

Мертвая зона — минимальное расстояние от стан­ ции, в радиусе которого она не принимает сигналы, от­ раженные от цели.

Разрешающая способность станции:

—■по дальности — определяется минимальным рас­ стоянием между двумя целями, расположенными на одном направлении;

—■по углу — определяется минимальным углом между двумя целями, находящимися на одном расстоя­ нии от облучающей станции, при котором на экране индикатора отраженные сигналы будут наблюдаться раздельно.

Точность измерения координат. Каждая РЛС может измерять координаты с определенными ошибками, за­ висящими от ее технических параметров.

74

Гл а в а V. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

ИПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

§1. Двухэлектродные лампы

Развитие современной радиоэлектроники тесно свя­ зано с изобретением электронной лампы. Электронная лампа была изобретена в начале нашего века. Явление прохождения электрического тока через вакуум впервые было открыто в 1883 г.

Работа радиолампы основана на использовании по­ тока электрических зарядов в вакууме или разрежен­ ном пространстве. Мельчайшие частицы вещества всег­ да находятся в беспорядочном тепловом движении. При нагревании тел скорость теплового движения увеличи­ вается и отдельные свободные электроны могут приоб­ рести настолько большую энергию, что способны будут оторваться от поверхности металла и вылететь в окру­ жающее пространство. Выделение в окружающее про­ странство свободных электронов с поверхности накален­

нии и созданы электронные лампы. Для получения по­ тока электронов -необходимо иметь по крайней мере два электрода: катод и анод.

Функция катода состоит в том, чтобы создать элек­ тронную эмиссию. Электронная эмиссия получается за счет нагревания катода до высокой температуры. Функ­ ции подогревателя и излучателя электронов могут вы­ полняться одной нитью. Такие катоды носят название п р я м о г о н а к а л а . В большинстве современных ламп катоды бывают сложные.

Эффект электронной эмиссии не имел бы большой ценности, если бы не был изобретен анод, металлическая пластинка, расположенная на небольшом удалении от катода и имеющая положительный потенциал.

Вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него электронное облачко. В этом облачке электроны движутся относительно медленно и беспорядочно. Та­ кое неорганизованное движение происходит до тех пор, пока на анод не будет подано напряжение. Положитель­ ный потенциал анода как бы ускоряет и направляет

75

Диод начинает работать после подключения к нему напряжения. При отрицательном анодном напряжении анод не притягивает электроны, поэтому тока в анодной цепи нет, При положительном анодном напряжении анод притягивает к себе электроны, вылетевшие из ка­ тода. В лампе образуется направленный поток электро­ нов, и прибор в анодной цепи будет показывать нали­ чие тока. Работа диода и его цепи показана на рис. 36,д. Диод — лампа с односторонней проводимостью. График зависимости анодного тока от анодного напря­ жения называют а н о д н о й х а р а к т е р и с т и к о й л а м п ы (рис. 36,е).

При определенном, достаточно большом анодном напряжении наступит момент, когда все электроны, вы­ летевшие из катода, будут притягиваться анодом. Пос­ ле этого дальнейшее увеличение анодного напряжения не вызовет увеличения анодного тока. Наибольший анодный ток; при котором все электроны, испускаемые катодом, притягиваются к аноду, называется т о к о м н а с ы щ е н и я.

Односторонняя проводимость диодов позволяет ис­ пользовать их для выпрямления и детектирования пере­ менных напряжений.

§ 2. Многоэлектродные лампы

Т р и о д отличается от диода наличием еще одного электрода, расположенного между катодом и анодом. Этот электрод назвали сеткой. Появление триода откры­ ло совершенно новые перспективы развития радиоэлек­ троники, так как эту лампу оказалось возможным ис­ пользовать для усиления слабых сигналов и для получе­ ния переменных токов высокой частоты. Устройство триода показано на рис. 37,а. Баллон, цоколь, анод и катод триодов имеют такое же устройство, как и в диодах. Управляющая сетка в большинстве триодов представляет собой спираль из тонкой проволоки. В схемах с триодом, кроме цепей анода и накала, имеется еще цепь сетки. В цепь сетки входят: источник сеточ­ ного напряжения, промежуток сетка — катод лампы, все соединительные провода, приборы и детали, вклю­ ченные между источником сеточного напряжения и лам­ пой (рис. 37,6).

77

Рассмотрим, как работает триод. Напряжение на аноде положительное и постоянное, на сетку будем по­ давать изменяющееся напряжение. При отрицательном

Рис. 37. Устройство, цепи и характеристики триода

напряжении на сетке электроны, вылетевшие из катода, оказываются под воздействием двух сил: анод их при­ тягивает, а сетка отталкивает. Электроны будут дви­ гаться к аноду или возвращаться на катод в зависи­ мости от того, какая из этих сил окажется больше. Ес­

78

ли отрицательное напряжение на сетке достаточно ве­ лико, сетка может оттолкнуть все электроны "н заста­ вить их вернуться на катод. В этом случае говорят: уп­ равляющая сетка заперла лампу. Наименьшее отрица­ тельное напряжение на сетке, при котором сетка запи­ рает лампу, называется н а п р я ж е н и е м з а п и р а ­ ния. Если отрицательное напряжение на сетке меньше напряжения запирания, в анодной цепи будет течь ток. При положительном напряжении на сетке сеточное на­ пряжение способствует движению электронов к аноду. Подав на сетку достаточно большое положительное на­ пряжение, можно довести лампу до насыщения.

Основное свойство триода состоит в том, что анод­ ный ток значительно сильнее зависит от сеточного на­ пряжения, чем от анодного.

Зависимость величины анодного тока от напряжения на управляющей сетке при постоянном положительном напряжении на аноде называется с е т о ч н о й х а ­

параметрами трехэлектродной лампы являются: крутиз­ на характеристики, коэффициент усиления, внутреннее сопротивление переменному току.

Крутизной характеристики называется отношение из­ менения величины анодного тока к соответствующему изменению величины сеточного напряжения при посто­ янном анодном напряжении.

Коэффициентом усиления лампы называется отно­ шение величины изменения анодного напряжения к ве­ личине изменения напряжения на сетке, которое вызы­ вает одинаковое изменение анодного тока.

Внутренним сопротивлением триода переменному току называется отношение величины изменения анод­ ного' напряжения к соответствующему изменению анод­ ного тока при постоянном напряжении на управляющей сетке.

Широкое применение нашли триоды в радиолока­ ционной аппаратуре, они используются для усиления переменных напряжений и генерации колебаний. Ос­ новным недостатком триода является его малый коэф­ фициент усиления. По мере освоения трехэлектродной лампы ,в ней были обнаружены существенные недостат­

79