ГЕНЕРАТОРЫ С ЭЛЕКТРОННОЙ СВЯЗЬЮ

Радиофронт 1935, №4

За последние два года в США получили большое распространение генераторы с так называемой электронной связью. Эти генераторы первоначально предназначались для стабилизации частоты передатчиков, но в настоящее время проникли почти во все отрасли радиотехники. Благодаря высокой устойчивости частоты, они с успехом применяются везде там, где необходим стабильный генератор. По сравнению с кварцевым генераторы с электронной связью обладают тем громадным преимуществом, что могут работать на любой частоте в широком непрерывном диапазоне частот, определяемом параметрами их колебательных контуров, в то время как кварц работает только на единственной (или в лучшем случае - на нескольких), определённой для данной пластинки, частоте. Кроме того при стабилизации передатчиков кварцем, ввиду незначительной мощности кварцевого генератора и трудности работать с кварцем на волнах ниже 80 м, передатчики приходится делать многокаскадными, что значительно повышает их стоимость и осложняет управление, в особенности при переходе с одной волны на другую.

Частота генератора с электронной связью почти не зависит от изменения анодного напряжения. Влияние последующих каскадов на задающий генератор в этой схеме практически устраняется. В результате эта схема генератора даёт стабилизацию частоты, близкую к кварцу (без термостата), и может работать на любых волнах вплоть до укв, давая при этом любую мощность. Широкое применение схемы с электронной связью получили также в технике измерения радиочастот. Любительский ламповый волномер, очень простой по конструкции, собранный по схеме с электрон-нон связью, позволяет измерять частоту с точностью до 0,1 %. Помещая колебательный контур этого волномера в термостат и применяя специальный микрометрический конденсатор, можно эту точность повысить до 0,01 %. Развитие радиоаппаратуры для приёма телеграфных сигналов за последнее время идёт главным образом по лини повышения избирательности. Применение в усилителях промежуточной частоты супергетеродинов специальных кварцевых и регенеративных фильтров позволяет повысить избирательность до 2 кГц, т. е. даёт возможность принимать без взаимных помех две станции, разность частот которых составляет всего лишь 2000 циклов. Такая высокая избирательность предъявляет особые требования стабильности работы к обоим гетеродинам супера, так как достаточно небольшого изменения частоты, чтобы станция совсем ушла с настройки. Этим требованиям схема с электронной связью удовлетворяет полностью. Все кв суперы, выпущенные лучшими американскими фирмами за последний год, имеют первый и второй гетеродины, собранные по этой схеме. Простота осуществления схемы позволяет любителям строить суперы, по стабильности работы не уступающие лучшим промышленным образцам. Так, обычный американский любительский супер с полным питанием от сети, переменного тока, будучи настроен на передатчик, стабилизированный кварцем, почти не меняет тока биений в течение нескольких часов. Применение схемы с электронной связью в приёмной аппаратуре не ограничивается суперами. Она употребляется также в обычных регенеративных приёмниках, давая хорошую стабильность и плавный подход к генерации.

Впервые схема генератора с электронной связью была описана в работе Доу «Новое усовершенствование в схемах ламповых генераторов» в декабре 1931 г. Доу исследовал в качестве задающего генератора передатчика с посторонним возбуждением простые, хорошо известные схемы Мейсснера, Хартлея, Колпитца и др. Рядом экспериментов было установлено, что главными причинами нестабильности этих схем являются: во-первых, влияние последующих каскадов и, во-вторых, изменение анодного напряжения генератора. Изменение режима усилительного каскада, связанного индуктивно, омически или ёмкостно с задающим генератором, влияет на устойчивость частоты последнего. Это влияние можно уменьшить, если выбрать связь усилителя с возбудителем достаточно слабой, что конечно отразится на выходной мощности всего устройства и, следовательно, повлечёт за собой увеличение числа каскадов. Для устранения влияния последующих каскадов ставят сразу же после возбудителя разделительный каскад - буфер, который представляет собою обычный усилительный каскад, работающий при таком смещении на сетке, чтобы сеточный ток отсутствовал. Применение буфера увеличивает число каскадов.

Рис. 1.

Доу была разработана схема, частота которой свободна от влияния последующих каскадов (рис. 1). В этой схеме имеется лампа с двумя анодами: внешний сплошной анод A2 и внутренний анод A1 с отверстиями. Если отбросить мысленно внешний анод, то получим схему Колпитца. При генерировании колебаний некоторые электроны будут пролетать сквозь анод A1 и достигать анода A2. В результате в цепи внешнего анода будет протекать пульсирующий ток, который создаст пульсирующее напряжение на сопротивлении включённом в цепь A2, это напряжение может быть передано на сетку следующего каскада. Здесь возбудитель с сопротивление Z связаны потоком электронов, пролетающих в промежутке между анодами A1 и A2. Иначе говоря, связь между возбудителем и нагрузкой обусловлена тем, что существует зависимость между силами тока в цепях обоих анодов A1 и A2.

Сопротивление Z должно иметь величину, близкую к внутреннему сопротивлению лампы по внешнему аноду, так как Z находится в цепи внешнего анода. В качестве Z может быть взят колебательный контур, настроенный на основную частоту либо гармонику генератора, В этом случае Z выделяет из пульсирующего тока внешнего анода слагающую той частоты, на которую оно настроено, и на зажимах Z получаем переменное напряжение этой частоты. В качестве Z можно взять также либо самоиндукцию, либо омическое сопротивление. Тогда уже настраиваются и выделяют определённую частоту цепи, связанные с генератором. Практически схему рис. 1 можно выполнить с обычной экранированной лампой, причём её экранирующая сетка будет служить в качестве анода A1. Недостатком схемы рис. 1 является связь генератора с сопротивлением Z через междуэлектродную ёмкость лампы (между анодами A1 и A2). Эта ёмкость однако может быть нейтрализована путём добавления к схеме рис. 1 нейтродинного конденсатора как показано на рис. 2.

Рис. 2.

При выполнении нейтрализации, напряжение сообщаемое аноду A2 через междуэлектродную ёмкость A1-A2, должно быть равно по величине и противоположно по направлению (сдвинуто по фазе на 180°) напряжению, подводимому к A2 через нейтродинную ёмкость C_N. Математически условие нейтрализации имеет вид:

C_N = C1/C2*CA

где CA - междуэлектродная ёмкость между A1 и A2, С1 - сеточная секция ёмкости колебательного контура генератора и С2 - анодная секция. Практически нейтрализация производится так: снимаем анодное напряжение с внешнего анода A2, включаем последовательно с контуром LC тепловой миллиамперметр и вращением ручки C_N добиваемся, чтобы прибор показал нуль, при этом высокая частота в цепи анода A2 идёт через ёмкость С5. Вместо нейтрализации можно применять лампу с добавочной экранирующей сеткой Э между анодами A1 и A2 (рис. 3).

Рис. 3.

Устойчивость частоты схемы рис. 2 при изменении нагрузки была проверена Доу следующим образом. К генератору рис. 2 он приключил усилительный каскад, собранный по обычной схеме. Сопротивление Z было взято в виде дросселя высокой частоты. Сетка усилителя была связана с Z посредством конденсатора. Диапазон установки был 2000...5000 кГц (150-60 м). Доу приключал параллельно настроенному анодному контуру усилителя различные омические сопротивления, от 3000 омов и выше. При этом изменение частоты возбудителя не превышало 0,001%. При вращении конденсатора анодного контура усилителя через область резонанса изменение частоты доходило до 0,002%. На частоту схемы рис. 2 сильно влияет изменение напряжения на внутреннем аноде (при постоянном напряжении на внешнем), а также изменение напряжения внешнего анода (при постоянном напряжении на внутреннем). Но эти изменения имеют противоположный характер. При увеличении напряжения на A1 частота генератора уменьшается, при увеличении же напряжения на A2 частота увеличивается. Поэтому из целого семейства кривых изменения частоты, при изменении напряжений на A1 и A2 были выбраны две кривые, имеющие равный, но противоположный наклон (рис. 4) на котором показаны отклонения частоты в циклах при частоте генератора в 4500 кГц. Левая кривая показывает изменение частоты при изменении напряжения на A1 при напряжении на A2, равном 400 V. Первая кривая - аналогично на A2 при напряжении на A1 равном 330 V. Из сказанного ясно, что если питать оба анода от общего источника и подобрать напряжения на A1 и A2 с помощью делителя напряжения, то получается компенсация и изменение напряжения общего анодного источника мало влияет на частоту. При опытах изменение напряжения общего анодного источника на 25% давало изменение частоты 4500 кГц, только на 10 Гц (0,002%).

Рис. 4.

СХЕМЫ С ЭКРАНИРОВАННОЙ ЛАМПОЙ

Рассмотренные выше схемы (рис. 2 и 3) имеют существенные недостатки. Схема рис. 2 требует нейтрализации довольно кропотливой подгонкой C_N.

Рис. 5.

Схема рис. 3 требует применения специальной, мало распространённой пятиэлектродной генераторной лампы. Для устранения указанных недостатков Доу были разработаны новые схемы рис. 5, 6, 7 и 8. Эти схемы обладают той характерной особенностью, что внутренний анод одновременно является электростатическим экраном, играя роль экранирующей сетки схемы рис. 3. Таким образом эти схемы работают с обычной четырёхэлектродной экранированной лампой. Это достигается тем, что внутренний анод по отношению к токам высокой частоты имеет нулевое напряжение, так как он соединён через конденсатор достаточно большой ёмкости С5 с землёй. При этом конечно нить лампы не должна быть заземлена, так как для высокой частоты между внутренним анодом и нитью существовало бы короткое замыкание. Экранирующая сетка схемы рис. 5 выполняет также функции внутреннего анода. Изоляция нити от земли для радиочастот выполнена весьма оригинально. Катушка колебательного контура генератора L1 намотана из медной трубки, внутри которой и пропущен один провод накала. Вторым проводом накала является сама трубка. Конденсатор С3 шунтирует нить накала. Выходной контур L2С2 присоединён по схеме параллельного питания. Независимость частоты генератора от нагрузки будет тем больше, чем меньшей ёмкости взят конденсатор связи С6, но при этом конечно уменьшается выходная мощность.

Рис. 6.

Рис. 6 представляет собой генератор по схеме Колпитца. Изоляция нити достигается при помощи дросселей Др1 и Др2, включённых в цепь накала. Эта схема была применена в качестве задающего генератора в трёхкаскадном 500-ваттном передатчике. Испытания её показали, что изменение частоты при изменении общего анодного напряжения на 20% составляло всего 0,001 % (35 Гц при 3500 кГц рабочей частоты), а изменение частоты при вращении через область резонанса конденсатора С2 было 0,004%, конденсатора первого усилителя 0,001 % и конденсатора второго усилителя - 0,0005%. Изменение частоты от нагревания и охлаждения лампы при работе ключом составляло 0,0002 %.

На рис, 7 изображена схема Доу в том виде, в каком она обычно применяется в любительских передатчиках средней мощности. Как видно, схемы рис. 6 и 7 имеют накальные дроссели. При мощных лампах и частотах ниже 4000-5000 кГц эти дроссели получаются довольно громоздкими. В схеме рис. 7 их можно избежать, если распределённая ёмкость между обмотками трансформатора Тр будет достаточно мала. Практически схема уже хорошо работает, если первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на разных стержнях его сердечника. Наиболее хорошая изоляция катода получается при применении экранированной лампы с подогревом, как показано на рис. 8. В таком виде схема Доу получила большое распространение в маломощных передатчиках, приёмниках и волномерах.

Рис. 7.

Рис. 8.

К числу достоинств генераторов с электронной связью следует отнести их свойство давать сравнительно большую выходную колебательную мощность при работе на гармониках. Так например, генератор, собранный по схеме рис. 7, на лампе с предельным рассеиванием на аноде 75 W дал в выходном контуре L2C2 колебательную мощность 85 W при основной волне, 62W - при работе на второй гармонике, 51 W - на третьей и 32 W - на четвёртой. Как видно, падение мощности при увеличении номера гармоники невелико. Эта особенность - наличие сильных гармоник - может быть использована в ламповых волномерах.

Г. Егоров (U9AD) и Б. Хитров (U9AF)