|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы 1.4. Электровакуумные приборы в мощных каскадах передатчиков Общие сведения В радиопередатчиках используются разнообразные злектровакуум-ные злектронные приборы. В этом параграфе рассмотрены генераторные радиолампы, широко используемые в диапазонах длинных, средних, коротких, ультракоротких (метровых) и частично дециметровых волн*. Многорезонаторные пролетные клистроны и лампы бегущей волны рассмотрены в § 2.13 и гл. 7-10. Ассортимент генераторных ламп расширяется и обновляется: разрабатываются принципиально новые, совершенствуются существующие, изымаются из практики устаревшие [1.6]. Целесообразность применения ламп для передатчиков и их конкретные типы для каждого каскада определяют технико-зкономические расчеты. Достоинства ламп - их широкий ассортимент по мощности (от долей ватта до единиц мегаватт) и рабочим частотам (от самых низких до 1...2 ГГц и выше), возможность достижения высоких энергетиче-, ских и качественных показателей: КПД анодной цепи г/а « 60...75 % (в бигармоническом режиме до 90...95 %), коэффициент усиления по мощности Кр и 30 .. .75 у тетродов в схеме с общим катодом, нелинейные искажения /Гг и 1.. .2 % при анодной модуляции, комбинационные искажения Kf и -(35.. .45) дБ при усилении колебаний с меняющейся амплитудой. Лампы могут работать в интервале температур окружающей среды -60.. .-Ь70 "С, их параметры практически не зависят от температуры; в широком интервале частот параметры почти не зависят от частоты. Надежность и механическая прочность ламп велики. Срок службы по заводским данным 1...2 тыс. ч, а фактически в 1,5...3 раза больше. Проведенные работы [1.27] дают основание предполагать, что срок службы ламп может быть еще более увеличен и доведен до 10... 15 тыс. ч. Для иллюстрации значимости этого достижения укажем: мощные передатчики являются очень дорогим изделием и их выгодно эксплуатировать почти круглосуточно. За год передатчики отрабатывают по 7...8 тыс. ч и более. Следовательно, в год требуется сейчас не менее 2-3 комплектов ламп. В новых условиях одного комплекта будет хватать на 1,5...2 г. Затраты энергии в цепи накала составляют 4.. .5 % номинальной мощности Pihom ламп при Pihom « 5.. .100 кВт и 2. ..3 % при PiHOM > 200 кВт. В условиях нормальной эксплуатации лампы выходят из строя постепенно из-за потери эмиссии катодом, поэтому нетрудно своевременно обнаружить ухудшение свойств лампы и заменить ее во время планового перерыва в работе передатчика. В мощных каскадах передатчиков (за исключением самых длинноволновых) в основном применяют электронные радиолампы, в мало- * В настоящее время во всем мире наблюдается возврат к использованию радиоламп в сверхвысококачественных усилителях звуковой частоты (Hi-Fi, High-End...).  мощных каскадах (Pi 300...500 Вт) - все шире полупроводниковые приборы. Использование в передающих устройствах маломощных генераторных и приемно-усилительных ламп оправдано только в том случае, если доказана невозможность или явная нецелесообразность использования транзисторов. Например, применение ламп оказывается неизбежным в условиях высокой температуры окружающей среды, при большой разнице максимальной и минимальной температур, при наличии проникающей радиации и т.д. Технические характеристики электронных приборов публикуются в справочниках, а цены - в прейскурантах торговых фирм. Радиолампы большой и средней мощности в рыночных условиях выпускаются по заказам, на них устанавливаются договорные цены, которые не всегда включаются в прейскуранты. Цены на ходовые типы радиоламп у разных торговых фирм могут значительно отличаться друг от друга. Ниже приведен по возможности полный и в какой-то мере систематизированный по области применения перечень радиоламп, которые могут быть использованы в радиопередающих устройствах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн, с некоторыми справочными данными. Как и при всякой систематизации, приведенное здесь разделение ламп на группы в значительной мере условно. Особенности использующихся в передающих устройствах полупроводниковых приборов рассмотрены в § 1.3. Генераторные радиолампы, обозначение которых начинается с букв ГК, предназначены для рабочих частот не выше /щах = 2 МГц (исключением является лампа ГК11А, ГК11П). Обозначение ГУ свидетельствует о предназначении лампы для частот не выше 30 МГц или (другая группа ламп) не выше 250 МГц. У некоторых ламп с таким обозначением бывают также высшие частоты 60, 75, 100, 200 и (редко) 500 МГц. Обозначение ГС присвоено лампам с высшей рабочей частотой 0,5...2 ГГц (у немногих /max = 3...4 ГГц). Очень условно все радиолампы, имеющиеся в эксплуатации и приводимые в справочниках, можно разделить по "возрасту" на три группы: все лампы типов ГК и ГУ с номерами до 59 (например, ГК9А, ГУ53А и т.п.) являются наиболее старыми; лампы типа ГУ с номерами от 60 до 79 (например, ГУ61А, ГУ78Б и т.п.) можно отнести к средним по возрасту; лампы с номерами 82 и выше являются наиболее "молодыми" (например, ГУ82Б, ГУ104А и т.п.). Исключением является "старая" радиолампа ГУ81 (ГУ81М), выпускавшаяся в прошлые годы под обозначением П-800, ГУ80. Эта лампа эксплуатируется и сегодня, но давно не рекомендована к использованию в новых разработках. Индексы А, Б, П, К в конце обозначения типа лампы свидетельствуют о способе принудительного охлаждения ее анода (см. § 1.9): А - водяное; Б - воздушное; П - испарительное. Индекс К свидетельствует о наличии в конструкции лампы "тепло- вой трубки" (§ 1.9 и [1.34; 1.35]), после которой может быть применено водяное или воздушное принудительное охлаждение. Отсутствие буквенного индекса в конце обозначения говорит о естественном (радиационном, конвекционном) охлаждении анода (например, ГУ42, ГУ64, ГК71, ГУ72, ГУ81 и т.п.). Многие генераторные лампы средней и большой мощности кроме указанного выше принудительного охлаждения анода нуждаются в интенсивном обдуве потоком воздуха верхней части лампы ("ножки"), где расположены выводы сеток и накала. Информация о необходимом количестве воды и воздуха для охлаждения содержится, например, в [1.6]. К обозначению ряда ламп в конце через тире может добавляться цифра 1 (например, ГУ34Б-1, ГУ36Б-1, ГУ39Б-1 и др.). Это означает, что лампа подвергнута модернизации. Например, лампа для телевизионных передатчиков ГУ36Б имеет стеклянный баллон, а модернизированная ГУ36Б-1 - керамический. Лампа стала существенно более надежной при ее использовании в трудных режимах передатчиков изображения, но зато и заметно более дорогой. При большинстве модернизаций статические характеристики лампы изменяются мало. Так, лампа ГУ39Б-1 стала обладать лучшей нелинейностью усиления колебаний с меняющейся амплитудой по сравнению с ГУ39Б, но статические характеристики их практически одинаковы. В некоторых случаях при модернизации меняется номер лампы (см., например, ГУ80, ГУ81, ГУ81М). J Способы злектропитания ламповых каскадов рассмотрены в [1.Щ 1.27; 1.51; 1.54]. fl Гэнераторные лампы общего применения К лампам общего применения (табл. 1.5 и 1.6) могут быть условно отнесены универсальные тетроды и пентоды малой и средней мощностей и отчасти триоды и тетроды большой мощности, широко использующиеся на длинных, средних и коротких волнах, в усилителях низкой частоты и другой аппаратуре для радиосвязи и вещания. Это простые массовые, относительно дешевые лампы. В подавляющем большинстве у современных ламп максимальная рабочая частота меньше 70 МГц, а у некоторых меньше 25 МГц, причем у этих более старых ламп на более высоких частотах бывает необходимо снижение анодного напряжения и, следовательно, полезной мощности. Генераторные лампы имеют наружный анод, обеспечивающий принудительное охлаждение, и кольцевой вывод экранирующей сетки, обладающий малой индуктивностью. Мощные генераторные тетроды ГУ-39А и ГУ-39Б, ГУ-44А и ГУ-44Б при использовании на коротких волнах (А « 10.. .20 м) в усилителях по схеме с общим катодом нуждаются в нейтрализации вредного влияния проходной емкости. Радиолампы ГУ-56Б, ГУ-58А, ГУ-58Б, ГУ-59А, ГУ-59Б, ГУ-62А, ГУ-96А, ГУ-96Б, ГУ-99А, ГУ-100А, ГУ-100Б выпускают для применения
* с магнитной фокусировкой электронного потока. В технологических генераторах для высокочастотного нагрева; использование этих ламп в радиопередающих устройствах недопустимо из-за большой нелинейности их статических характеристик и недостаточной устойчивости при работе в усилителях. В связи с разработкой высококачественных и высокоэффективных тетродов (табл. 1.5) применение триодов постепенно сокращается, за исключением каскадов большой мощности и невысоких частот (Pi > 100 кВт) (табл. 1.6). Лампы для усиления мощности однополосного сигнала К усилителю мощности однополосного сигнала наряду с требованием обеспечения заданной мощности и высокого КПД предъявляют жесткие требования в отношении нелинейных искажений [1.1]. Для линейного усиления мощности выпускают следующие лампы: ГУ-46 ГУ-70Б, ГУ-69Б, ГУ-43А, ГУ-71Б, ГУ-73Б, ГУ-77Б ГУ-75Б ГУ-90п ГУ-39Б-1, ГУ-61Б, ГУ-61А, ГУ-53А, ГУ-53Б, ГК-11А, ГУ-94П и др. Это экранизированные лампы с достаточно "левыми" характеристиками. В режиме линейного усиления они работают без тока управляющей сетки, но развивают при этом мощности на 30. ..40 % меньше максимальной (мощность Р1ЛИН приведена в табл. 1.4). Нижний криволинейный участок анодно-сеточной характеристики таких ламп описывается степенным рядом, не содержащим членов третьей, пятой и более высоких нечетных степеней (точнее, постоянные коэффициенты при этих степенях достаточно малы), что уменьшает комбинационные частоты нечетных порядков, приводящие к переходным помехам в многоканальных передатчиках и росту внеполосных излучений (подробнее см. гл. 6). Удовле- творительную линейность обеспечивают и лампы общего применения (ГУ-39Б, ГУ-39А, ГУ-39Б-1). Нелинейные искажения сильно зависят от правильности подбора напряжения для каждой лампы [1.1], поэтому каждая ступень усиления многоканального передатчика должна иметь регулятор для точного подбора смещения. Стабильность напряжения выпрямителей смещения и питания экранизирующих сеток должна быть не хуже 1.. .2 %. Напряжение смещения, выбранное с точки зрения минимальных искажений, у некоторых ламп (ГУ-43Б и др.) обусловливает большой ток покоя, т.е. большие потери на аноде и экранирующей сетке. Для защиты от перегрева в режиме покоя приходится снижать и Ес2, что сопровождается соответствующим снижением полезной мощности лампы. Конструктивно лампы для усиления однополосного сигнала - это тетроды с наружным анодом и кольцевыми выводами экранирующей сетки и катода. Некоторые имеют и кольцевой вывод управляющей сетки. При использовании в генераторе с внешним возбуждением (ГВВ) по схеме с общим катодом в декаметровом диапазоне волн тетроды ГУ-47А, ГУ-47Б, ГУ-53Б нуждаются в нейтрализации влияния проходной емкости. Лампы, применяемые в широко распространенных однополосных передатчиках, используют и в передатчиках других видов. В частности, целесообразно их применение в широкополосных усилителях с распределенным усилением (УРУ) (см. § 2.10). Радиолампы для линейного усиления (с так называемым бипотенциальным катодом) типов ГУ-82Б, ГУ-84Б, ГУ-85К, ГУ-86К обеспечивают уровень комбинационных составляющих не больше -(32...42) дБ при меньших габаритах и массе, меньшей мощности накала, повышенной надежности, более простом обслуживании. Гэнераторные лампы для диапазона ОВЧ и телевизионных передатчиков Для использования в ОВЧ передатчиках выпускают специальные лампы, учитывающие специфику диапазона 50...250 МГц (табл. 1.7). Это лучевые тетроды коаксиальной конструкции средней и большой мощности с принудительным охлаждением, предназначенные прежде всего для работы с контурами в виде отрезков коаксиальных линий. Коаксиальные тетроды имеют наружный анод и кольцевые выво-ДЬ экранирующей сетки и катода, а некоторые - и управляющей сетки. Благодаря мощному активированному катоду (в большинстве ламп прямого накала) получены большая крутизна проходной характеристики (S = 25... 50 мА/В и больше), большой анодный ток и, следовательно, пониженное необходимое эквивалентное сопротивление анодной нагрузки Дэ, что облегчает проектирование цепей согласования и фильтрации на ОВЧ и при усилении телевизионного сигнала изображения. Анодные характеристики некоторых типов коаксиальных тетродов начинаются не из начала координат, т.е. имеют так называемое анодное напряжение сдвига Е, которое следует учитывать при расчете режима (§ 2.9). У 0 1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||