Главная » Книги и журналы

1 ... 25 26 27 28 29 30 31 32

вика радиоактивного излучения используется изотоп 6, заполняющий узкие щели между столбиками. Рабочее напряжение батареи около 100 в при допустимом токе нагрузки до 2 ма.

На рис. 9-9, б показано схематическое устройство батареи для автономного питания транзисторных радиоустройств малой мощ-

I

1< .

.Iv I....

\ --~ <

- }:-

.и

Рис. 9-9. Схематическое устройство полупроводниковых атомных

батарей низкого напряжения.

нести. Между брусками кремния /-2 в изоляционной оболочке 3 размещен радиоактивный эмиттер 4. На поверхности брусков /-2 образованы области 5 с проводимостью типа р. Всего в батарее имеется четыре п - р-перехода. .Батарею охватывает постоянный магнит б, создающий в области п - р-переходов сильное магнитное поле, посредством которого осуществляется интенсивное раз-деаение дырок и электронов. Этим повышается к. п. д. батареи.

§ В-В. КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ

За последние годы наметилась резкая тенденция комбинирова-

ния атомных нагревателей и приемников энергии солнечной радиации с термоэлектрогенераторами в качестве непосредственных преобразователей тепловой энергии в электрическую. В США разработаны десятки типовых источников тока для арктических метеостанций, навигационных маяков и космических кораблей. Мощность этих источников тока лежит в пределах от 3 до 125 вт. В них источником тепла служат радиоактивные вещества: полоний-210, плутоний-238, стронций-90, кюрий-242 и др. Температура около 1000 С у горячих спаев и 400° С - у холодных. Рабочее напряжение в зависимости от назначения источника питания составляет 3-28 в, число термопар в генераторе колеблется от 27 до 277.

О конструкции одного из генераторов можно судить по описанию генератора типа SNAP-1A. У него радиоактивный изотоп заключен в цилиндрический блок диаметром 96 мм и длиной 410 мм. В блок

вставлены 7 трубок из нержавеющей стали, 1аполненные шариками из окиси церия. Заряженный радиоизотопом блок можно перевозить отдельно от всей остальной системы и устанавливать его в генератор по мере надобности. Тепловая энергия радиоактивного распада излучается на внутренние экраны из нержавеющей стали, которые и являются горячими спаями термопар.

Так как в начальный момент действия радиоизотопа его мощность намного больше средней, то для регулирования мощности излучения и постоянства температуры термопар регулируется поверхность облучения. Регулятором служит клапан, автоматически действующий при помощи паров ртути. Расчетный к. п. д. генератора 6%.

Рис. 9-10. Термозлектрогенератор сРомашка .

Термоэлектрогенераторы с ядерными реакторами мало распространены потому, что даже при хорошей их конструкции оказывается сложно защищать обслуживающий персонал от радиоактивного облучения. Об использовании подобных генераторов имеются многочисленные сообщения в периодической зарубежной печати.

В качестве примера термоэлектрогенератора с ядерным реактором может служить генератор Ромашка (рис. 9-10) отечественного производства, широко известный из периодической печати. В нем тепло излучается за счет деления урана-235 в активной зоне реактора. Цилиндрическая активная зона реактора состоит из пластинчатых тепловыделяющих элементов и графитовых конструкций. Активная зона окружена бериллиевым отражателем, который возвращает быстрые нейтроны в активную зону и обеспечивает начало цепной реакции. Температура в центре активной зоны превышает 2000° К. Для поддержания заданной мощности излучения имеется автоматическое регулирующее устройство.

с наружной стороны отражателя установлены термопары, нагревающиеся до 1000° С. Термоэлектрогенератор обеспечивает ток 88 а при мощности около 500 вт.

у-

¥-

. h i

#

ft. I

1 -

Ч

r . <

1

t

§ 9-10. ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТОКА

Термоэлектронные (плазменные) генераторы преобразовывают тепловую энергию в электрическую за счет использования термоэлектронной эмиссии нагретых тел. Простейшее схематическое устройство термоэлектронного генератора показано на рис. 9-11, а. Тепло, подводимое к катоду К генератора, используется для нагрева, катода до температуры Тх и создания термоэлектронной эмиссии. Чтобы уменьшить работу выхода и увеличить эмиссию катода, его поверхность активируют пленкой щелочноземельных металлов.

<5

Ядерное тошбо

{ошь урона) Аноды

/Капюды

90 ©

Цезии

Рис. 9-11. Схематическое устройство термоэлектронных и комбинированных,

генераторов.

Как и в электронной лампе, так и в термоэлектронном генераторе, эмиттированные катодом электроны движутся к аноду А. В электронной лампе такое движение электронов обусловлено наличием ускоряющего поля анода. В генераторе же движение электронов к аноду может быть только в первый момент, а затем движение прекращается. Иное дело, если анод будет охлаждаться да температуры < Г^. Тогда в нагрузке, включенной между анодом и катодом, будет протекать ток, и э. д. с. такого источника

(9-12)

где Ye - коэффициент, зависящий от концентрации электронов в междуэлектродном пространстве и скорости движения (температуры электронного газа) к аноду.

Можно показать, что при - Га = 2500° К и концентрации

электронов N

на \ см Е 3.75 е.

Требование большой концентрации эльаронов в междуэлектродном пространстве генератора резко отличает его от электронной лампы. Наличие отрицательного пространственного заряда вблизи катода лампы не нарушает ее действия, а в термоэлектронном генераторе такой заряд приводит к тому, что электроны не движутся к аноду и прекращается его действие.

Одним из существенных способов устранения вредного действия отрицательного пространственного заряда в генераторе заключается в уменьшении расстояния между анодом и катодом. Однако этот способ эффективен лишь при расстояниях между анодом и катодом, соизмеримым с толщиной пространственного слоя. Так как толщина пространственного заряда составляет тысячные доли миллиметра, то этот способ практически неприменим. Очень малые рас-<:тояния между анодом и катодом приведут к выравниванию температур и электрическому пробою междуэлектродного промежутка.

Устранение вредного действия пространственного заряда в генераторе может быть достигнуто его нейтрализацией положительными ионами, т. е. созданием в междуэлектродном пространстве газоразрядной плазмы, содержащей положительные ионы. При этом эмиттированные катодОхМ электроны не будут рекомбинировать в плазме, и носители зарядов (электроны и ионы) будут двигаться со своими скоростями, а суммарный заряд плазмы окажется равным нулю, если правильно будут выбраны длины свободного пробега молекул газа. Для осуществления поставленной задачи в междуэлектродиое пространство генератора вводятся пары цезия.

Часть паров цезия ионизируется в результате поверхностной ионизации, заключающейся в следующем: при ударе атома цезия о горячую поверхность катода валентные его электроны оказываются связанными с атомами материала катода. В итоге валентные электроны такого атома отбираются и атом цезия становится положительным ионом, отскакивающим от поверхности катода. Благодаря большой массе скорость атомов цезия невелика и тем самым обеспечивается хорошая нейтрализация отрицательного пространственного заряда в междуэлектродном пространстве генератора.

Существенный недостаток цезия -его высокая химическая активность, в результате чего спаи стекла и металла, необходимые для герметизации междуэлектродного пространства, быстро разрушаются. Хорошо противостоит действию цезия керамика из чистой окиси алюминия. Конструкция термоэлектронных генераторов преимущественно плоская, приспособленная к комплексу установки с наилучшим нагревом катода и охлаждением анода.

На рис. 9-11,6 показана схема комбинированной паросиловой установки на ядерном топливе (окись урана UOg). Охлаждение анодов термоэлектронного генератора осуществляется непрерывным потоком охлаждающей жидкости, являющейся теплоносителем для подогрева воды в паросиловой установке. Проектом предусматривается термоэлектронный генератор мощностью 27 кет, к. п. д. около 10% при общем весе генератора 640 кг,

f[.. .

Ha рис. 9-11, e показана схема комбинированного термоэлектронного и термоэлектрического преобразователей с ядерным источником тепла. Здесь / - ядерное топливо UOg или U0; 2 - термоэлектрическая батарея; 3 - катод; 4 - анод с пленкой цезия; 5 - объем^ занятый плазмой; температура у холодных концов 20-25° С, у горячих 350-400° С. К. п. д. такой установки будет не ниже 35-40%.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ ИСТОЧНИКОВ

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

§ 10-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Источники электропитания могут оказаться мощными источниками помех для нормальной работы радиоустройств, которые питаются от этих источников тока. Помехи возникают за счет многократного прерывания тока в цепях выпрямителей и в токопреобра-зующих устройствах, искрения электрических контактов, за счет возникновения нежелательных электрических и магнитных связей между токонесущими цепями преобразователей тока и чувствительными Элементами питаемого радиоустройства.

Источники электропитания могут оказаться также и путями проникновения в питаемые устройства самых разнообразных внешних радиопомех атмосферного и индустриального характера (электромагнитные колебания, возникающие при работе рентгеновской аппаратуры, электросварочных агрегатов, системы зажигания двигателей автотранспорта и атмосферных электрических разрядах).

Все радиопомехи, как правило, имеют непрерывный частотный спектр, подобный частотному спектру собственных шумов радиоустройства. У многих источников помех на фоне гладких помех , имеющих сравнительно одинаковую амплитуду почти по всему диапазону частот, резко выделяются интенсивные помехи на некоторых участках всего спектра. С известным приближением можно представить себе спектр радиопомех в виде графика рис. 10-1, а.

Напряжение помех, создаваемых каким-либо источником, можно представить упрощенным рядом:

и sin (о)/ + ф^) + Ush\ (2а)/ + фз)

Амплитуды составляющих спектра радиопомех, как правило, убывают обратно пропорционально* частоте. Амплитуда помехи на одной из частот спектра определяется в виде:

и

const

(10-1)

где постоянная величина, стоящая в числителе, определяется свойствами источника помех и расстоянием от источника до места изме-

рения помехи или ее воздействия на радиоусгройство, а f - частота напряжения помехи.

В результате такого определения интенсивности радиопомех весь частотный спектр помех (сплошной) может быть рассмотрен как линейчатый спектр помех, показанный на рис. 10-1, б.

Радиоустройство, обладающее избирательными свойствами, реагирует не на интегральное действие всего спектра радиопомех, а только на те его составляющие, которые укладываются в полосу пропускания частот данного устройства. Действующее напряжение помех определяется в виде:

(10-2)

где (/од - действующее напряжение помех в единичной полосе частот (например, при А/= 1 кг1\ А/=/i - h - полоса пропускания частот радиоустройства, на которое воздействует помеха.

Рис. 10-1

Спектры радиопомех: а

нейчатый.

сплошной, б - ли-

Практически целесообразнее определять интенсивность помех величиной напряженности электрического поля в mkbIm, создаваемого источником помех в месте измерения. Однако абсолютное значение напряженности электрического поля не дает возможности определять условия работы данного радиоустройства. Значительно нагляднее характеризует условия работы радиоустройства при наличии помехи величина отношения напряжений полезного сигнала и помехи, выражаемая в абсолютных и логарифмических величинах в виде:

а

и

и

или a = 201g

и

и

и

(10-3)

п

где и с и Un - соответственно напряжения сигнала и помехи.

Ориентировочные данные необходимого отношения полезного сигнала к уровню радиопомех для различных видов радиосвязи приведены в табл. 10-1.

Таблица

Виды работ радиоустройств

Отношение сигнала к помехам (дб)

при работе

удовлетвор итель н ой

хорошей

(I -

[I

-ft.

74 -

Радиотелеграфия:

прием на слух..........

прием на записывающий аппарат прием на буквопечатающий ап-парат.............t

прием черно-белых статических изображений при полосе частот

3000 гц .............

Коммерческая радиотелефония . . . . Радиовещание.............

			От +5 ,		До +10
	4-20

Для измерения напряжения помех в цепи источника питания, включенного в сеть трехфазного тока, используется блок-схема рис. 10-2, а. В этой схеме измеритель помех поочередно включается

		А
				ним

1 ;

прием-Нин

Ист.П

Рнс- 10-2. Схемы измерения помех (а) и пути их проникновения в приемник (6).

на каждое сопротивление R

высокочастотное

150 и на этих сопротивлениях

помех. Заграждающие

измеряется высокочастотное напряжение LC-фильтры настраиваются в резонанс с основной частотой, на которой осуществляется измерение. Разделительные конденсаторы С = 0.1 мкф устраняют возможность короткого замыкания напряжения сети. Схема измерений является симметричной относительно земли. В качестве измерителей напряженности помех используются типовые приборы типа ИП-14, ИП-15 и др., каждый из которых, рассчитан на соответствующий диапазон частот. Измеренные напряжения помех у различных источников не должны превышать предельно допустимые нормы.

Некоторые возможные пути пронИй...... иомех к радиоустройству, в частном случае к радиоприемнику, показаны на рис. 10-2, б-г. Методы борьбы с помехами сводятся к подавлению помех у источника и защите радиоустройства от воздействия помех. Некоторые из этих методов описаны ниже.

§ 10-2. СХЕМЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ

Схемы подавления помех могут быть самыми различными в зависимости от характера источника помех и используемого источника электропитания. Поэтому схемы подавления помех обычно рассматриваются для ряда конкретных случаев.

Для подавления или снижения уровня помех, возникающих при искрообразовании (замыкания и размыкания) электрических контактов, могут быть использованы схемы,

Рис. 10-3. Схемы Подавления помех контактной системы.

приведенные на рис. 10-3. Здесь искрогасящая цепочка {RC в схеме рис. 10-3, а) активно влияет на процессы, возникающие в цепи при замыкании и размыкании рубильника Р, При размыкании рубильника цепь должна обладать наименьшим сопротивлением, а при включении - наибольшим сопротивлением; в первом случае происходит заряд конденсатора С при наименьшем сопротивлении R\ при замыкании рубильника Р конденсатор С разряжается через сопротивление R большой величины. Таким образом, цепочка RC должна удовлетворять двум взаимно противоречивым требованиям, соответствующим наименьшему искрообразованию. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяет схема рис. 10-3, б, где вместо сопротивления R включен вентиль 5, обладающий малым сопротивлением прямому току и большим сопротивлением обратному току.

Схема рис. 10-3, в представляет собой по существу сочетание двух искрогасящих контуров, включенных последовательно, к средней точке которых подключен конденсатор С (предохранительный конденсатор), отсутствующий обычно при работе размыкающих контактов в цепях постоянного тока. Такая схема используется в том случае, если емкость контактов относительно экрана Э (показанного на схемах пунктиром) мала и выбор дросселя для подавления несимметричной помехи затруднителен.

ft*-

У

Как видно из рис. 10-3, во всех приведенных схемах используются электростатические экраны Э и LC-фильтры, заметно снижающие возможности проникновения помех в цепь тока а - а.

Эффективным методом борьбы с помехами в самой конструкции аппарата является симметрирование обмоток относительно э. д. с. помехи. Некоторые схемы симметрирования источников помех показаны на рис. 10-4. Суть симметрирования состоит в том, что обмотки аппаратов и устройств разбиваются на две равные части и включаются в оба провода источника питания, представляя собой индуктивное сопротивление токам помехи. Само по себе симметрирование создает два напряжения противоположной полярности отно-

г

Рис. 10-4. Схемы симметрирования цепей электродвигателя (а), электрического звонка (б) и телеграфного аппарата (в).

сительно земли, в результате чего действие этих двух напряжений помех взаимно компенсируется. Одновременно компенсируются магнитные поля помех, создающихся в обеих частях симметрированной схемы.

Подавление помех, создаваемых силовыми трансформаторами эффективно осуществляется путем использования схем симметрирования и электростатических экранов. Простейшие схемы подавления помех в силовых трансформаторах показаны на рис. 10-5, а-в.

С точки зрения интенсивности радиопомех, создаваемых трансформатором, существенное значение имеет индуктивность рассеяния обмоток; чем меньше индуктивность рассеяния, тем меньше помех. Имеет существенное значение и режим работы трансформатора. Особенно сильные помехи возникают в тех случаях, когда имеется вынужденное намагничивание магнитопровода трансформатора и возникающие при этом несимметрично пульсирующие магнитные потоки. Сильно действуют помехи, проникающие из сети через цепи трансформатора в схемы питающих устройств. Конден-

лрорматора, сущест-передаваемьге из сети

саторы, включенные в первичные цсуи. . венно снижают высокочастотные помехи, в питаемые радиоустройства.

Экраны трансформаторов препятствуют излучению электромагнитных помех в окружающее пространство. В тех случаях, когда нельзя экранировать обмотки трансформатора или весь трансформатор в целом, тогда наиболее важно использовать экранирующее действие магнитопровода трансформатора и расположенных поверх рабочих его обмоток - экранирующие обмотки. При этом обязательно заземлять экраны и магнитопроводы, как показано на схемах рис. 10-5. а - е.

(-----1

т

0

I

Рис, 10-5. Схемы экранирования силовых трансформаторов и системы зажигания

двигателей внутреннего сгорания-

Мешающее действие силовых трансформаторов и дросселей сглаживающих фильтров резко снижается, если их правильно расположить относительно других элементов радиоустройства. Если, например, силовой трансформатор располагается относительно выходного трансформатора усилителя низкой частоты радиоустройства так, что их обмотки оказываются перпендикулярны друг другу, то мешающее действие силового трансформатора резко снижается. Точно так же, если силовой трансформатор и дроссель сглаживающего фильтра расположены в перпендикулярных плоскостях, то помехи, создаваемые трансформатором, не будут сильно влиять на режим работы дросселя. Если источники питания и токо-образующие устройства монтируются на металлическом шасси, то это шасси можно использовать как своеобразный плоский экран, располагая отдельные элементы схемы под ним или поверх него.

Схема подавления радиопомех, создаваемых системой зажигания в двигателях внутреннего сгорания, приведена на рис. 10-5, г.

1 ... 25 26 27 28 29 30 31 32