Файл: Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ.pdf

В. Я. ТЕРСИН, м. в. дим иткин

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

и

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ

Утвержден начальником подготовки и комплектования ВМФ в качестве учебника

для школ техников ВМФ

Ордена Трудового Красного Знамени ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР

М О С К В А - 1 9 7 4

V*

6Ф Т35

УДК 621.37/39

1«е. публичная*

■ымня-твяяичябуя*

Ш4т»ч—т СССг

ШЭЗМШ1Я1»

•ЯШ М О Ю ЗАЛА

V

Терсин В. Я., Димиткин М. В.

Т35 Радиоэлектроника и радиотехнические измере­ ния. М., Воениздат.

306 с. с ил.

Учебник «Радиоэлектроника и радиотехнические измерения» рас­ считан для подготовки техников в школах техников Военно-Морского

. Флота. В нем учтена специфика программ и учебных планов различ­ ных радиотехнических специальностей. Кроме общих основ радио­ электроники уделено внимание анализу физических процессов,: проис­ ходящих в радиотехнической аппаратуре, и методам радиоизмерений.

Раздел 1 и главы 9, 10, 11 раздела 2 написаны Терсиным В. Я., главы 12, 13, 14 раздела 2 и раздел 3 написаны Димиткиным М. В.

(6Ф)

© Воениздат, 1974

Р А З Д Е Л 1

РАДИОТЕХНИКА

Г л а в а 1

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

§ 1. Свободные колебания в замкнутом контуре

Любая замкнутая цепь проводников характеризуется индуктивностью L, емкостью С и активным сопротивле­ нием R. Эти величины, называемые параметрами цепи,

менного тока катушка индуктивности представляет со­ противление, равное соL, а конденсатор----— .

Если сопротивление R мало по сравнению с ш! и , то такую замкнутую цепь называют замкнутым

колебательным контуром. L, С и R в этом случае на­ зывают параметрами колебательного контура. Контур, приведенный на рис. 1.1, является одним из основных элементов любого радиотехнического устройства. Если такому контуру хотя бы кратковременно сообщить не­ который запас энергии, то в нем возникнут свободные (или собственные) колебания, обусловленные только процессами, происходящими в самом контуре. Рассмо­ трим кратко процессы в контуре, в котором отсутствуют потери энергии, т. е. /?= 0.

Если присоединить к катушке заряженный от внеш­ него источника тока конденсатор, он начнет разряжать­ ся через нее (рис. 1.2). При этом запас энергии элек­ трического поля конденсатора уменьшается, а магнит­ ного поля катушки увеличивается. Когда напряжение на конденсаторе упадет до нуля, вся энергия электриче-

LP

в энергию магнитного поля катушки WK— —— . И ток,

Рис. 1.2. Процесс свободных колебаний в контуре

проходящий через катушку, в это время будет макси­ мальным (точка 1 на рис. 1.2). В этот момент конден­ сатор будет разряжен и, казалось бы, ток в контуре тоже должен прекратиться. Но этого не произойдет, так как под дейотвием э. д. с. самоиндукции движение заря­ дов будет продолжаться, постепенно уменьшаясь и пе­ резаряжая при этом конденсатор. Когда же ток упадет до нуля (точка 2), вся энергия магнитного поля перей­ дет в энергию электрического поля конденсатора и на­ пряжение на нем станет равным первоначальному зна­ чению, но с противоположным знаком. Затем процесс повторится, но разряд уже будет проходить в противо­ положном направлении. Таким образом, в цепи проис­ ходят свободные колебания с поочередным переходом энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.

Ток и напряжение в контуре, как видно из рис. 1.2,

4

изменяются по синусоидальному закону, но со сдвигом

t 159,2

h ~ V lc ■

Период Та собственных колебаний контура опреде­ ляется по формуле

Длина волны определяется по формуле

X = с1\

где с — скорость распространения света; Т — период колебаний.

Так как T= l/f, то X — c/f.

Волновое (характеристическое) сопротивление конту­

и, 1

Отсюда lm — - ~ ПРИ условии, что активное сопротивле­

ние R = 0, т. е. физически характеристическое сопротив­ ление контура при свободных колебаниях означает (вы­ ражает) ‘его индуктивное или емкостное сопротивление:

Р = x L = х с.

Величина р обычно равна нескольким сотням омов.

5

Добротность контура Q есть число, показывающее, во сколько раз характеристическое сопротивление боль­ ше активного

4 R ■

Другими словами, это отношение энергии в контуре к энергии потерь за единицу времени.. Чем выше Q, тем колебания в контуре затухают медленнее.

Величина, обратная добротности, называется зату­ ханием контура d:

на практике не бывает. Контур всегда имеет некоторое активное сопротивление, которое распределено в катуш­ ке и в соединительных проводах. Активное сопротивле­ ние вызывает затухание колебаний, т. е. свободные ко­ лебания в контуре всегда затухающие. Степень затуха­ ния зависит от величины R: чем оно больше, тем боль­ ше потери в контуре, тем затухание колебаний проис­ ходит быстрее.

§ 2. Вынужденные колебания в последовательном контуре. Резонанс напряжений

Для получения незатухающих колебаний в контуре следует непрерывно восполнять потери энергии. Для этого к контуру подключается генератор переменной э. д. с. (как правило, электронная лампа или полупро­ водниковый прибор). Возникшие незатухающие колеба­ ния называются вынужденными. Они всегда возникают на частоте генератора fr.

Различают два способа подключения генератора к контуру:

—последовательно с элементами контура;

—параллельно контуру.

Рассмотрим последовательный контур (рис. 1.3),

6

Под действием переменной э. д. с. генератора в цепи проходит переменный ток. Полное сопротивление после­ довательного контура содержит активную и реактивные составляющие:

z K= V W V x \

Ток в контуре зависит от напряжения генератора Ur и полного сопротивления контура

КZK У № + X2 '

Емкостное и индуктивное сопротивления контура зави­ сят от частоты генератора fr: первое с повышением ча­ стоты уменьшается, второе увеличи­

т. е. напряжение на катушке или на конденсаторе при резонансе в Q раз больше, чем напряжение генератора.

Напряжения на катушке и конденсаторе возрастают до тех пор, пока энергия, отдаваемая генератором, не

7

станет равной потерям энергии в контуре. При этом ге­ нератор расходует мощность лишь для компенсации по­ терь энергии. Этот процесс подобен тому, как, раскачи­ вая тяжелый маятник легкими движениями руки с ча­ стотой, равной его собственной, можно постепенно довести амплитуду колебаний маятника до значительной вели­ чины, во много раз превышающей амплитуду колебаний руки, играющей роль генератора.

Рис. 1.4. Резонансные кривые двух кон­ туров с различными активными сопро­ тивлениями

Напряжения на катушке UL и на конденсаторе Uc, взятые в отдельности, в Q раз (т. е. в десятки или сотни раз) больше напряжения генератора Ur.

Свойства контура чаще всего оценивают с помощью резонансных кривых.

Кривая, показывающая зависимость тока в контуре от частоты генератора вблизи резонанса, называется ре­ зонансной кривой. Форма этой кривой определяется также и добротностью контура. На рис. 1.4 даны резо­ нансные кривые двух контуров с одинаковыми реактив­ ными, но различными активными сопротивлениями. При большем R ток в контуре меньше и максимум кривой ре­ зонанса более тупой, что свидетельствует о худшем ка­ честве контура.

Резонанс в контуре можно также получить, изменяя его L и С, Обычно для настройки изменяют емкость,

8

для этого в контур включают конденсатор переменной емкости.

Резонансные кривые колебательных контуров позво­ ляют судить о их избирательных свойствах. Это свой­ ство выражается в том, что контур реагирует на коле­ бания, частота которых близка к его резонансной ча­ стоте /р = /о, и не реагирует на колебания с частотами, значительно отличающимися от резонансной.

Рис. 1.5. Полоса пропускания контура

полосой пропускания 2Д /=/2— /ь

вательно, выше избирательность донтура.

9