книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

Ь41"'

Рие. 2.8. Конструкция контура (а) и принципиальная схема (б) ге­ нератора на триоде ГИ-12Б:

C«V С«а’ с кз — емкости, образуемые конструктивными элементами контура;

Л и (2 — длина анодно-сеточного и сеточного контуров, изменением которой осуществляется настройка контуров / и 2.

52

Рис. 2.9. Зависимость выходной мощности изме­ рительных генераторов от частоты на лампах по типу ГИ-12Б, ГИ-11Б и ГС-9Б.

Рис. 2,10. 'Графики зависимости выходной мощности триод ного и тетродного генераторов от режима р

53

весьма трудную Задачу, возлагаемую на конструкторов аппаратуры *

Во-первых, необходимо, чтобы во всем диапазоне ча­ стот в контуре не возбуждались колебания высших ти­ пов воли. Отсутствие поперечных шпов волн в контурах коаксиального типа обеспечивается для каждой длины волны, на которую рассчитан генератор, при выполнении условия

где ri и г2 — радиусы внешней и внутренней токопрово­ дящих поверхностей коаксиальной линии.

Для исключения одновременной настройки генерато­ ра на несколько видов колебаний необходимо иметь по возможности более различные значения произведений волновых сопротивлений до на емкость нагрузки С для сеточно-катодного и анодно-сеточного контуров, т. е. не­ обходимо выполнение неравенства

где До1 и до2 — волновые сопротивления коаксиальных линий сеточно-катодного и анодно-сеточ­ ного контуров;

Cgn и Cag— междуэлектродные емкости;

и С2 — емкости монтажа и конструкции лампы, составляющие вместе с междуэлектродными емкостями общую емкость нагруз­ ки коаксиальных линий контуров.

Для надежного разделения различных видов колеба­ ний необходимо, чтобы добротность колебательной си­ стемы Q была наивысшей для заданной частоты и вида колебаний.

Во-вторых, генератор может работать в широком диапазоне частот устойчиво при правильно выбранной обратной связи и отсутствии паразитных резонансов в высокочастотном выводе энергии, контактной системе плунжеров настройки контуров и других конструктив­ ных элементов генератора (системе охлаждения, контак­ тах контура с выводом лампы и т. п.).

* Для большинства других стрнборов GB4 '(мапнетронов, кли­ стронов, ЛОВ и др.) это те .входит в обязанности конструкторов

аппаратуры, так как колебательная сис- . ма составляет 'неразрывное целое с самим прибором.

54

2.JJ. УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ ТРИОДНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ СВЧ И ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НА СРОК СЛУЖБЫ

При создании схемы включения триода, обеспечиваю­ щей подачу из анодной цепи в сеточную цепь колебаний определенной амплитуды и фазы, возникают условия самовозбуждения колебаний. Подробные схемы и режи­ мы использования для высоких и сверхвысоких частот рассмотрены в работах [4, 5, 32, 33, 34, 36].

Качественно условия самовозбуждения триодиого ге­ нератора определяются коэффициентом связи

где D= — , р. и S — проницаемость, коэффициент усиле-

^ния и крутизна триода;

На рис. 2,11 показаны одна из возможных схем авто­ генератора на триоде и графики, поясняющие установ­ ление колебаний при включении питающих напряжений. Установление колебаний в триодном генераторе в основ­ ном зависит от добротности колебательной цепи и со­ ставляет 10-7— К)-9 сек.

Общие вопросы стабильности частоты самовозбуждающихся генераторов с контуром подробно рассмотре­ ны в ряде работ [15, 24, 25, 26, 27, 28].

Обычно устойчивость частоты генератора оценивают

факторов а происходит изменение сдвига фаз в каждом

55

элементе генератора, но сумма должна сохранять свое прежнее значение, т. е.

i=i

Рис. 2.11. Принципиальная схе­ ма автогенератора на триоде

(а) и графики, поясняющие условия возникновения устой­ чивых колебаний (б и а).

Вычитая из (1.13а) выражение (2.13) и записывая выражение для полного дифференцирования функции фг, имеем

56

билыюсть частоты геиераторй о зависимости от воздей­ ствия дестабилизирующих факторов и свойств колеба­ тельной системы, в виде

В .настроенном генераторе фиксирующая способность колебательной системы вблизи резонанса, характери­ зующая степень стабильности фазы отдельных элемен­ тов генератора (сопротивление контура, крутизну и ко­ эффициент обратной связи), определяется

где Q — добротность колебательной системы.

Таким образом, выражение (2.15) можно предста­ вить в виде

i= l

Более строго, как показано в работе [5], стабильность частоты триодного генератора, определяется выраже­ нием

Отсюда следует, что высокая стабильность частоты генератора может быть получена следующими основны­ ми путями:

57

— повышением добротности колебательной систе­ мы Q;

—повышением стабильности источников, питания и сопротивления ВЧ нагрузки;

—уменьшением величины воздействия дестабилизи­ рующих факторов (изменения температуры, давления, вибрации и т. п.) на элементы генератора, т. е. умень­ шением величины Да.

Последнее достигается:

—термостатированием, герметизацией или введени­ ем термокомпенсации, что позволяет ослабить влияние изменения температуры, давления и влажности на ча­ стоту генерируемых колебаний;

— увеличением прочности конструкции генератора и введением амортизаторов, ослабляющих влияние ви­ брационных и ударных воздействий;

— уменьшением допусков на изменение параметров ламп в процессе эксплуатации генератора.

Для практики использования радиотехнических устройств особенно важно постоянство частоты и отда­ ваемой мощности в течение продолжительного времени (срока службы).

Расчет влияния режима работы на параметры трио­ да и устойчивость параметров триодного генератора в процессе срока службы сопряжены с большими труд­ ностями. Этот вопрос был рассмотрен М. С. Нейманом и В. Ф. Коваленко {29, 31]. Они показали, что катод дол­ жен обеспечивать на предельной длине волны пиковое значение анодного тока не менее 12,5 / аСр. В свою оче­ редь, среднее значение тока должно возрастать пропор­ ционально частоте генерируемых колебаний f, а допусти­ мая нагрузка 'катода по среднему значению тока — про­ порционально р. Кроме того, нагрузка катода обратным током прямо пропорциональна /5, нагрузка сетки — /6<5 и нагрузка анода — /5. Приведенные зависимости резкого возрастания нагрузки электродов триодов СВЧ являют­ ся ориентировочными, в особенности в отношении на­ грузки’ катода по пиковому и среднему значениям тока.

Поэтому было сочтено необходимым поставить экспе­ риментальные исследования по выяснению влияния ре­ жима и условий работы на параметры триода в течение срока службы.

58

В целях сокращения времени проведения опытов рассматривался случай использования триода 6С5Д в маломощном генераторе, работающем в импульсном режиме при сохранении средних значений токов, допу­ стимых для этой лампы. Одновременно выдвигалось тре­ бование пригодности генератора для работы на винто­ моторных самолетах без принятия мер по герметизации аппаратуры.

Триод 6С5Д предназначен для непрерывного режима работы, отдавая на предельной длине волны 8,5 см бо­ лее 40 мет. В этом режиме 6С5Д надежно работает в те­ чение более 500 час. В обследуемом маломощном гене­ раторе лампа 6С5Д использовалась в схеме с возврат­ ным коаксиальным вибратором (рис. 2.12), обеспечи­ вающей. несложную конструкцию генератора при доста­ точно высокой устойчивости к механическим воздей­ ствиям. Рабочая длина волны генератора была выбрана около 10 см', длительность модулирующего импульса на­ пряжения составляла 0,9 мксек, частота следования импульсов — около 1000 имп!сек.

Минимальный уровень выходной мощности генера­ тора устанавливался не менее 2,3 кет в импульсе. Кон­ тур генератора был тщательно изготовлен, хорошо посе­ ребрен и правильно настроен. Получение необходимой величины выходной мощности достигалось повышением анодного напряжения. Опытная проверка этого способа

59

повышения мощности на многих экземплярах ламп по­ казала, что зависимость отдаваемой мощности от вели­ чины анодного напряжения для рассматриваемых преде­ лов изменения напряжения является практически линей­ ной и изменяется в достаточно широких пределах для различных экземпляров ламп при L/a=const (рис. 2.13). Для обеспечения взаимозаменяемости ламп и получения заданной величины мощности для различных экземпля-

Рис. 2.13. Зависимость выходной мощ­ ности от анодного напряжения для трех ламп типа 6С5Д: Л и Л 2 и Л э.

ров ламп рабочее анодное напряжение должно быть не менее 3,5 кв в импульсе. При этом было замечено, что разброс величины отдаваемой мощности от лампы к лампе, в основном, связан с эмиссионной способностью катода. В связи с этим была снята зависимость отдавае­ мой мощности генератора от величины анодного тока

Эти зависимости показали, что необходимая величи­ на мощности при и й = 3,5 кв может быть обеспечена для ламп, обладающих достаточно хорошей эмиссионной способностью (/аимп^ 5,5 а). С целью определения устойчивости работы генератора при воздействии раз­ личных дестабилизирующих факторов определялась его электрическая прочность на различных высотах и вибро-

60

устойчивость. Для оценки высотности снимались кривые зависимости HlKM)=F{U&), соответствующие началу про­ боя между выводами электродов и элементами контура для трех случаев:

Рис. 2.14. Зависимость выходной мощно­ сти от тока в импульсном режиме, полу­ ченная на разных экземплярах ламп 6С5Д в контуре, показанном на рис. 2.11.

—лампа 6С5Д без контура при работе в статическом режиме;

—лампа 6С5Д, .размещенная в контуре, при работе

встатическом режиме;

Форма Л А А импульса

Uo

Рис. 2.15. Форма импульса анодного напряжения на конту­ ре для ламп с различными значениями анодного тока.

— лампа 6С5Д, размещенная в контуре, при работе в динамическом режиме.

Результаты измерений представлены графически на рис. 2.16.

61