Причиной возникновения высокочастотных паразитных колебаний в схеме могут быть различные непредвиденные и плохо учтенные электрические и магнитные связи между элементами и проводами схемы, а также свойства самих генераторных ламп и режим передатчика.
При группе ламп, соединенных параллельно, условия, благоприятствующие возникновению «паразитов», усиливаются, а поэтому в этом случае должно быть обращено особое внимание на монтаж и расположение деталей передатчика.
Паразитные колебания могут возникнуть как в цепях сетки, так и в цепях анода, а потому они и подразделяются на две группы анодных и сеточных «паразитов».
Наличие сеточного паразита в схеме характеризуется следующими явлениями:
а) большой анодный ток,
б) чрезвычайно большая переменная слагающая сеточного тока,
в) малая постоянная слагающая тока сетки (ток через утечку),
г) малая амплитуда сеточного напряжения.
Благоприятным условием для возникновения этого паразита оказывается наличие конденсатора в цепи сетка-нить и работы лампы в схеме с посторонним возбуждением.
Как средство для избавления от этого паразита дает хорошие результаты связь между нагрузочным контуром и анодом лампы через резонансный фильтр LC (рис. 1), настроенного на рабочую волну передатчика. Дроссель затрудняет возникновение сеточного паразита. Величина этого дросселя должна быть определена экспериментально. Не следует его брать чересчур большим во избежание другого паразита — анодного. Анодный паразит характеризуется следующими явлениями:
а) большое напряжение на аноде при малом токе.
б) большая амплитуда напряжения и тока в цепи сетки.
Обстоятельствами, способствующими появлению этого паразита являются:
1) наличие самоиндукции в цепи сетки, и
2) наличие относительно большой самоиндукции в цепи анода.
Анодный паразит может быть уничтожен или ослаблен:
1) включением большой емкости между нитью и сеткой,
2) включением емкости между анодом и нитью,
3) увеличением анодного дросселя сверх той величины, которая является благоприятной для возникновения паразита, или, наоборот, уменьшением его до величины, при которой паразит не возникает.
Интенсивность паразитов может быть очень велика и также велико разрушающее их действие на лампу вследствие отсутствия отдачи.
В приведенной в первой части статьи схеме наиболее типичным является возникновение паразита в контуре, составленном из Сл, последовательно с ней включенным CN и катушки L1. Этот паразит возникает легче при большем анодном напряжении, вследствие меньшего потребления энергии сеткой. Его возникновение может быть затруднено при задавании отрицательного смещения на сетку не гридликом, а батареей.
Кроме паразитов, присутствие которых явно обнаруживается в силу их устойчивости, существуют еще неустойчивые паразиты, которые могут быть сильно замаскированы основным режимом схемы. Часто они появляются на короткое время, например, в момент прохождения сеточного и анодного напряжений через определенные значения. В силу кратковременности, а также вследствие неустойчивости их частоты, обнаружить их каким-либо резонатором является невозможным. Они могут быть обнаружены по косвенным признакам, например по характерному искажению речи (обнаруживается на контроле передачи) и плохой отдаче лампы — малом возрастании или даже падением тока в контуре нагрузки (например антенне), при повышении напряжения на анод.
Эти неустойчивые паразиты могут быть как низкой, так и весьма высокой частоты и, кроме разрушений лампы, делают невозможной работу телефоном, вследствие сильного искажения передачи.
В описываемом передатчике борьба с паразитами велась путем осуществления рационального монтажа, соответствующим изменением его режима и различными комбинациями включений (в разные цепи) небольших емкостных (для короткого замыкания паразита), индуктивных и омических сопротивлений 1. Присутствие устойчивых паразитов не обнаруживалось при включении небольших индуктивных сопротивлений в сеточные цепи каждой лампы (включать надо ближе к сетке). Эти сопротивления видны на фотографии передатчика в виде маленьких катушечек, расположенных под ламповой панелью ламп усилителя.
Выше были приведены особенности, встречающиеся при экспериментировании с генератором при применении постороннего возбуждения. Существенным является также вопрос: каков должен быть рабочий режим передатчика, необходимый для получения наибольшего к.п.д. и наибольшей стабилизации частоты. Для этого проследим те условия, которые влияют как на мощность, генерируемую передатчиком, так и на изменение его частоты, а также и на устойчивость колебаний.
Нам желательно, чтобы при возможно малой мощности, подводимой к передатчику, получить возможно большую мощность в нагрузочных колебательных контурах. Колебательная мощность в контуре пропорциональна произведению Vk на Ik, следовательно, чем больше Vk и Ik, тем больше мощность в контуре.
Vk — переменная слагающая анодного напряжения (амплитуда напряжения первой гармоники).
Ik — переменная слагающая анодного тока (амплитуда тока первой гармоники).
Посмотрим, чем ограничиваются величины Vk и Ik. Vk должно быть меньше Vo (постоянного напряжения на аноде). Это объясняется тем, что большое Vk связано с появлением сеточных токов (при некоторых значениях Vk). На рис 2 показаны три значения Vk при некотором переменном напряжении на сетке. Как видно из рисунка, нас удовлетворила бы величина амплитуды анодного напряжения = Vk3, так как она наибольшая из всех трех и ближе к значению = Vо (к чему мы и стремимся) и не удовлетворила бы амплитуда = Vk, так как она меньше из всех трех. Но, как видно из рисунка, наименьшее мгновенное напряжение на аноде = Vo — Vk3 = Vo1 будет меньше положительной амплитуды переменного напряжения на сетке, вследствие чего электроны, излучаемые нитью, притянутся сеткой, а, следовательно, в сеточной цепи потечет ток и будет затрачиваться какая-то мощность. Эта мощность не только совершенно бесполезна, но и вредна, поскольку она образуется за счет подводимой мощности к передатчику. Поэтому мы должны стремиться уменьшить ее, что достигается уменьшением Vk3 до величины = Vk2, при которой сеточные токи еще не будут велики. Это и будет наивыгоднейшая максимальная величина Vk, которая и войдет в расчетную формулу мощности. Таким образом предельное значение Vk определено.
Величина Ik зависит от того, каково будет переменное напряжение на сетке и в какой части характеристики работает лампа; для того чтобы получить наивыгоднейшее Ik, надо подобрать наивыгоднейшие значения переменного напряжения и напряжения смещения на сетку. Это достигается переставлением сеточного штепселя по катушке колебательного контура и подбором величины утечки (гридлика) или напряжения от смещающей батареи.
Выше было дано определение наивыгоднейшего Vk. Теперь посмотрим, как получить его практически. Вполне понятно, что Vk = IkZ, где Z эквивалентное сопротивление колебательного контура току высокой частоты и равно L/RC, где R — сопротивление постоянному току. Таким образом, изменяя Z, мы можем подобрать требуемое Vk. Изменение Z осуществляется путем перестановки анодного штепселя по контурной катушке (при этом волна контура, не изменяется).
Таким образом можно сказать, что для получения наивыгоднейшего Vk мы должны иметь наивыгоднейшее Z = Vk/Jk.
По аналогии с работой в усилительных схемах принято считать, что и в генераторной схеме максимальная мощность в колебательном контуре (нагрузки) будет выделена в случае равенства Z = Ri (Ri — внутриламповое сопротивление). Но в этом случае величина Vk, определяемая Z, не будет наивыгоднейшей, а следовательно не будет максимальным и к.п.д. передатчика. Следовательно, режим генератора для получения наибольшей мощности в контуре не совпадает с режимом, при котором к.п.д. получается наибольшим. Так, например, питая передатчик от аккумуляторов, нам желательно наиболее рационально использовать их энергию. Для этого мы должны поставить передатчик в режим наибольшего к.п.д., что достигается так: настраивая передатчик (меняя Z, напряжение возбуждения на сетку и смещения), добиваются (по показаниям приборов), чтобы при наименьшей мощности, взятой от источника питания, мощность в контуре была наибольшей.
Из вышесказанного видно, от чего зависит мощность в контуре и как ее практически можно регулировать.
Теперь посмотрим, как практически по внешним признакам и контурному прибору можно определить режим генератора.
Запустив генератор, можно сразу по приборам (в анодных и сеточных цепях) и внешним признакам определить его режим.
Практически различают три основных режима работы генератора; характеризуются они по степени его возбуждения, т. е. по соотношению величин сеточного и анодного переменных напряжений (от чего зависит, как было показано выше, и колебательная мощность генератора).
Обратимся опять к рис. 2. Принято называть режим генератора, когда его анодное переменное натяжение равно V1; «недовозбужденным». При «недовозбужденном» режиме мы плохо используем постоянное напряжение, подаваемое на анод, т. е. недостаточно большая часть его превращается в переменное напряжение высокой частоты, а, следовательно и мощность в контуре будет не велика. На практике «недовозбужденный» режим генератора характеризуется следующими внешними признаками: генератор не позволяет нагрузить себя, т. е. при попытке взять с его контура колебательную энергию в другую какую-нибудь цепь, генератор перестает генерировать (например, при сильной связи с антенной колебания срываются). Кроме того достаточно произойти малейшему изменению напряжения источников питания, чтобы произошли срывы колебаний.
«Недовозбужденный» режим генератора обнаруживается по характерному изменению тока в контуре при настройке (рис. 3, кривая «а»). Такое изменение тока можно проследить по яркости горения лампочки от карманного фонаря, замкнутой на виток проволоки и поднесенной к контуру.
Режим генератора, при котором амплитуды напряжений Vk близки к величине постоянного анодного напряжения (V3 — рис. 2) принято называть «перенапряженным». «Перенапряженный» режим характеризуется большим сеточным током и плохим к.п.д. Процент наличия большого тока сетки вызывает большое выделение энергии в сеточной цепи, отчего сетка сильно нагревается (даже раскаляется) и лампа может «дать газ» и перегореть. Сеточный ток вызывает также большое искажение формы колебаний, отчего появляется большое число гармоник.
Изменение тока в контуре при настройке в случае перевозбужденного режима изображено на рис. 3, кривая «b».
«Нормальным» режимом называется тот, при котором величина анодного переменного вапряжения = V2 (рис. 2). «Нормальный» режим характеризуется устойчивостью колебаний при изменении нагрузки генератора и изменениях режима питания. Он является наиболее выгодным в смысле сеточных токов и к.п.д. Ток в контуре при «нормальном» режиме изменяется по кривой С, рис. 3.
Из оказанного выше ясно, что выгоднее всего ставить как «мощный усилитель», так и «задающий» генератор в условия «нормального» режима. Но оказывается для большей стабилизации частоты «задающий» генератор должен иметь режим отличный от «нормального»; причина этого заключается в сеточных токах.
Кроме того, что наличие тока в цепи сетки вызывает в ней потери мощности, сеточный ток искажает форму кривой колебаний. Рис. 4 дает картину «перенапряженного» режима. Как видно из рисунка, при «перенапряженном» режиме кривая анодного тока имеет характерную впадину, которая обусловливается током в цепи сетки. Чем больше будет искажена форма анодного тока, тем больше получается высших гармонических и тем меньше амплитуда основной частоты = Ik (первая гармоника), с которой мы работаем.
В «задающем» генераторе сеточный ток, кроме порождения гармоник и уменьшения к.п.д., имеет решающее влияние на стабилизацию частоты, и так как он зависит от накала, анодного напряжения и напряжения на сетке, то случайное даже незначительное изменение одной из этих величин приводит к изменению тока сетки и частоты генератора. В частности, при прочих равных условиях стабилизация частоты тем больше, чем больше сопротивление цепи сетка-нить и чем меньше обратная связь. Для необходимого отсутствия или уменьшения сеточного тока в «задающем» генераторе надо работать при большом отрицательном смещении на сетке (если смещение задается гридликом, то он должен иметь большое сопротивление — порядка 30 000 ом). Обратная связь должна быть слабой. Приведенные условия для стабилизации частоты говорят за то, что «задающий» генератор по всей вероятности будет работать в «недовозбужденном» режиме.
Имея представление о режиме «мощного усилителя» (нормальный режим) и «задающего» генератора (недонапряжение), нетрудно при заданной волне (настройке контуров), манипулируя штепселями анодной и сеточной связей и подбором смещения добиться наибольшей мощности в контурах при наибольшем к.п.д. передатчика.
Перейдем теперь к рассмотрению конструктивных особенностей и обычного телеграфного режима передатчика.
Питание анодов ламп передатчика производилось от машин постоянного тока заводской электростанции (в задающем генераторе была одна УТ—15, в мощном усилителе две УТ—15, накал от аккумуляторов). Подводимая мощность была порядка 8—12 ватт в зависимости от напряжения в сети, которое колебалось от 160 до 220 вольт. Ток в антенне был 200—300 МА. Изменение режима работы генератора в связи с колебанием анодного напряжения во время работы (изменялось на 4%) на длине волны, как видно из опыта, не отражалось.
Смещение на сетку ламп «мощного усилителя» задавалось от 40-вольтовой батареи.
Антенна передатчика представляла собой 8-лучевую 13-метровую «колбасу», диаметром 0,5 м., и была подвешена вертикально на расстоянии 2 метров от земли. Противовес был комнатный, размером 5 × 3 м подвешен по отношению к земле на высоте 3,5 метра, на расстоянии от антенны 2 метра. Связь антенны с «промежуточным» контуром — индуктивная. В антенне стоял укорачивающий конденсатор — 500 см. Необходимо заметить, что лампы, стоящие в передатчике, работали около 2 лет на усилителе и были очень сильно расторированы. Ключ включали в цепь смещения в «мощном усилителе».
Монтаж передатчика был сделан на горизонтальной прямоугольной доске. Тип такого открытого монтажа дает возможность легче достигнуть электрической симметрии системы относительно окружающей обстановки и уменьшить паразитные емкости и утечки.
Задающий генератор был экранирован от «мощного усилителя» алюминиевым экраном. Этим достигалось отсутствие емкостного влияния рук оператора при настройке антенного и промежуточного контуров, а также взаимодействие этих контуров с контуром задающего — генератора (лучше всего экранировать «задающий» генератор целиком — металлический коробкой).
Взаимодействие промежуточного контура и контура «задающего» генератора парализовалось также путем расположения контурных катушек по отношению друг к другу на 90°.
Плавное изменение связи с антенной достигалось перемещением антенной катушки по стеклянным «салазочкам», на которых лежала и катушка промежуточного контура.
Штепселя анодной связи у обоих контуров не было, а наивыгоднейшее Z контуров подбиралось изменением емкости контурных конденсаторов, чем определялась и наивыгоднейшая длина волны передатчика.
Конструкция «задающего» генератора показана на рис. 5.
Контурные и нейтродинный конденсаторы были расположены (для удобства настройки) на передней панели передатчика. Питание подводилось сзади на панель. На этой же панели к передатчику включались ключ «модулятор» и «смещение».
Конструкции и размеры деталей следующие:
С1 = 300 см, С2 = 500 см. C3 = 500 см, CN = 35 см, Сg = 200 см, Cg1 = 200 см., Rg = 10 000 см, Cб = 2 000 см, Cб1 =2 000 см. Ln — 11 витков, диаметр 7 см, длина намотки 11 см, диам. проволоки 4 мм. L3 — 9 витков, диаметр 7 см., длина намотки 9 см, диаметр проволоки 4 мм, LA — 8 витков, диаметр 7 см, длина намотки 8 см, диаметр проволоки 4 мм.
С целью уменьшения собственной емкости дросселей D они мотались по три секции на одном каркасе. Диаметр дросселей — 3 см. Длина намотки секции — 3 см, расстояние между секциями 5 мм. Проволока диаметром 0,7 мм.
d — противопаразитные катушки. Диаметр катушки 1,5 см, длина намотки 1,5 см, проволока диаметром 0,6 мм. Катушки делаются в каждой лампе в .отдельности.
Работали все время на 50-метр. band'e. При работе телеграфом слышимость передатчика по европейской части СССР почти всегда R8—R6. Тон — t8. Интересно отметить, что при работе с немцами они всегда сообщали, что тон передатчика СС. При каждом запросе о стабильности волны всегда получали положительный ответ.
Телефоном работали не регулярно. Всего имели около 30 работ. Довольно регулярно работали телефоном в test’e на 50-метр. диапазоне, где провели 11 телефонно-телеграфных QSO и одно телефонное с 2 bg. (Прием телефона 2bg был очень затруднителен вследствие сильного гуляния волны и неглубокой модуляции.)
С одной из девяток (eu 9) ймели 4-дневный телефонно-телеграфный траффик, где провели работу по определению качества модуляции различными способами. Телефоном больше всего работали с eu 2, eu 9 и eu 3.
При переходе с телеграфа на телефон слышимость передатчика на таком расстоянии от Москвы, как г. Бежецк, почти не падала (что говорит за достаточно глубокую модуляцию). Вообще все работы телефоном были вполне удовлетворительны, все передачи были приняты полностью на 100%. Хорошая слышимость нашего телефона подтверждается присылками сводок от наших корреспондентов.
Тов. Мельников 2cc отмечает исключительную (как говорит он в приемной QSL) стабильность волны. Немного был глух тембр передачи, что можно отнести за счет неприспособленного помещения и также и микрофона. Устойчивость работы телефоном подтверждается многими присланными QSL, а также и Центральной лабораторией связи НКПТ, которая, приняв нашу передачу, сообщила о ее качестве и заметила нашу волну (57,8 метр.).
Этим заканчиваю сообщение об основных особенностях передатчика с посторонним возбуждением, которые необходимо учитывать при экспериментировании с ним. Следующая часть статьи будет касаться исключительно особенностей передатчика при телефонировании, а также некоторых специальных теоретических и практических вопросов, понимание которых необходимо при работе телефоном.
Ор. 2 kaf А. Мирошин
1 Необходимо следить за тем, чтобы этими включениями не повлиять на основной режим передатчика.
(стр. 106.)