По внешним признакам (имеющим значение для приема) качество работы станции характеризуется степенью стабильности ее волны, а также уверенностью ее работы, чистотой и громкостью радиотелефонной передачи. Поэтому задачей каждой станции является создание тех условий, при которых приведенные требования удовлетворялись бы.
Первое требование (стабильность волны) легче всего достигается путем применения кварцевого стабилизатора. Остальные качества станции зависят от многих причин, как то: особенности схемы, ее рабочего режима, питания, деталей и квалификации оператора.
Но первое условие может быть достаточно хорошо выполнено и без кварца, а именно путем применения передатчика с посторонним возбуждением. Этим же облегчается выполнение и остальных требований.
Настоящая статья имеет целью описать как теоретически, так и практически основные особенности передатчика с посторонним возбуждением, и наряду с этим коснуться и некоторых специальных вопросов, встречающихся при экспериментировании с передатчиком.
Статья разбивается на две части, первая из которых касается общих вопросов, а вторая — исключительно радиотелефонии.
Основная трудность в работе c коротковолновым передатчиком — это стабилизация волны. Для стабилизации частоты генератора, часто между антенным контуром и генераторной лампой вводят так называемый «промежуточный контур» (рис. 1). Благодаря этому изменение постоянных антенны (емкости, от качания ветром) не влияет на частоту генератора, которая будет задаваться емкостью и самоиндукцией промежуточного контура, только изменения в настройке антенны нарушат резонанс генератора с антенной, а, следовательно, лишь уменьшает энергию, переходящую из промежуточного контура в антенну.
Однако оказывается, что при сильной связи антенны с промежуточным контуром это преимущество не имеет места, так как в этом случае изменение постоянных антенны будет оказывать некоторое влияние на частоту колебаний промежуточного контура; поэтому связь антенны с промежуточным контуром приходится выбирать слабую, чтобы частота промежуточного контура не изменялась при изменении постоянных антенны. Это ослабление связи уменьшает мощность, попадающую в антенну из промежуточного контура; а, следовательно, его можно отнести к недочетам этого способа. К достоинствам же этого метода можно отнести то обстоятельство, что промежуточный контур отфильтровывает гармоники основной частоты, и в антенне с слабой индуктивной связью, настроенной на основную частоту, мощность гармоник будет ничтожна.
Приведенное выше обстоятельство колебания частоты при сильной связи антенны с промежуточным контуром, на практике часто забывается. Обычно связь делают максимальной, с целью получения наибольшей мощности в антенне, и тут наталкиваются на основной недостаток промежуточного контура, именно, явление «затягивания» (рис. 2). Сущность этого явления заключается в том, что при сильной связи антенны с промежуточным контуром, ток в антенне оказывает обратное влияние на промежуточный контур, что отражается на процессе возбуждения колебаний лампой и приводит к своеобразной неустойчивости волны. Эта неустойчивость заключается в том, что настраивая антенну на максимальный ток в ней, мы попадем не на точку резонанса частот (точка А резонансной кривой), а несколько дальше ее, именно в точку — В. Однако малейшее изменение настройки антенны (напр. вследствие ветра) может вызвать резкое спадение тока в ней. Такое спадение тока в антенне, как видно из рис. 2, сопровождается также скачком частоты. Если, после того, как ток в антенне упал, захотим снова поднять его до прежней величины и будем производить настройку антенны в обратном направлении, мы опять пройдем точку резонанса (А) и попадем в точку С, в которой может произойти такой же срыв.
Практически «затягивание» часто можно обнаружить при ведении QSO; сначала станция принималась на одних градусах; после прекращения работы (для приема), и последующего возобновления, вы ее уже на прежней настройке не слышите, а обнаруживаете где-то поблизости; значит волна станции «скакнула»; такие резкие скачки волны наблюдаются не только после перерыва в работе, но и в период приема станции.
Для того, чтобы убедиться, нет ли «затягивания» в передатчике, при настройке антенны нужно обращать внимание на то, чтобы максимум тока в антенне был устойчив; при изменении настойки в ту или другую сторону ток в антенне должен cпадать не резко, а плавно. Если такого резкого спадения тока (вблизи максимума) в антенне не наблюдается, то следует проверить, не получается ли при настройке двух максимумов тока в антенне, если это явление обнаружится, то в передатчике также имеет место «затягивание».
Простейшей мерой борьбы с «затягиванием» является ослабление связи между антенной и промежуточным контуром, но наилучшим способом устранения «затягивания» является применение постороннего возбуждения в генераторе.
Генератором с посторонним (или независимым) возбуждением называется такой генератор, напряжение на сетку ламп которого подается не из собственного колебательного контура (как в обычных генераторах, работающих с самовозбуждением), а от постороннего источника высокой частоты, которым служит другой генератор, работающий с самовозбуждением — рис. 1 1.
Основное достоинство генератора, работающего с посторонним возбуждением, это — большая стабильность волны. Стабилизация волны достигается тем, что в антенной цепи через промежуточный контур «мощного усилителя» возбуждаются колебания с частотой, обусловливаемой данными контура «возбудителя» и колебание антенных проводов (изменение емкости антенны) или другие причины нарушают только резонанс между антенной и генератором, не оказывая влияния на частоту колебаний. В антенне при отклонении настройки от резонанса только уменьшается мощность. В случае применения (с целью увеличения мощности) группы ламп, работающих в параллель, постороннее возбуждение дает то преимущество, что здесь не так резко дает себя чувствовать неидентичность ламп. Как известно, группа ламп, работающих в параллель, вследствие своей неидентичности очень чувствительны к малейшему изменению режима (анодного напряжения и накала), а, следовательно, частота, генерируемая ими, будет неустойчива. Применяя постороннее возбуждение, мы делаем частоту независящей от режима этих ламп.
Выше было сказано, что, применяя промежуточный контур, мы стабилизуем частоту, только при условии, что связь антенны с промежуточным контуром слабая, т. е. нет обратного воздействия антенного контура на промежуточный. Если же связь сделать сильной, то появляется «затягивание» со всеми его последствиями. В случае же постороннего возбуждения, при увеличении связи, «затягивания» наблюдаться не будет. Таким образом, предотвращая явление «затягивания», мы увеличиваем мощность в антенне, благодаря возможности сильной связи антенны с промежуточным контуром. Наряду с вышеприведенными достоинствами постороннее возбуждение имеет и свои недостатки, — именно сложность регулировки передатчика и то, что к.п.д. всей установки меньше к.п.д. генератора, работающего с самовозбуждением. Очень неприятным свойством генератора, работающего с посторонним возбуждением, является его способность к самовозбуждению.
Для уяснения последствий этого явления и методов борьбы с ним, необходимо знать его происхождение и особенности.
Из сказанного выше мы знаем, что «мощный усилитель» должен генерировать колебания с частотой, равной частоте переменного напряжения, подводимого на сетку его ламп с контура «задающего» генератора. При создании некоторых условий, а именно соответствующего соотношения между емкостным сопротивлением внутриламповой емкости (анод-сетка) и индуктивным сопротивлением сеточной катушки (которой является часть катушки контура «задающего» генератора), генерация «мощного усилителя» может возникнуть независимо от «задающего» генератора; напряжение на сетку усилителя будет подаваться от собственного колебательного контура, через внутриламповую емкость и тогда «мощный усилитель» окажется в условиях генератора с самовозбуждением, т. е. будет генерировать собственные колебания, независимо от «задающего» генератора.
Самовозбуждение «мощного усилителя» происходит с частотой, отличной от частоты «возбудителя», в результате на сетку «мощного усилителя» действуют две частоты (частота напряжения подводящего на сетку от «задающего» генератора и частота, с которой происходит самовозбуждение «мощного усилителя»). Вследствие этого в генераторе появляются биения, частота которых может лежать в полосе частот, воспринимаемых ухом, поэтому самовозбуждение «мощного усилителя» часто можно обнаружить на детекторный приемник (в телефоне слышен сильный свист), наличие самовозбуждения можно также обнаружить путем выключения «задающего» генератора; тогда при наличии самовозбуждения приборы антенны и промежуточного контура дадут какое-то отклонение.
Амплитуды колебаний, возникающие при самовозбуждении, обычно меньше амплитуд колебаний, обусловленных «задающим» генератором.
Интересно выяснить вопрос — при каких условиях самовозбуждение будет устойчиво. Почему самовозбуждение происходит с частотой отличной от частоты «задающего» генератора, и больше или меньше частоты «задающего» генератора частота самовозбуждения?
 |
 |
| Рис. 3. | Рис. 4. |
Так как мы рассматриваем самовозбуждение, осуществляемое через внутриламповую емкость, то интересно выяснить, как оно зависит от ее величины. Для этого возьмем «трехточечную» схему лампового генератора, с емкостной связью на сетку (рис. 3). Очевидно, ничто в схеме не изменится, если левую часть колебательного контура перенести на левую сторону лампы (рис. 4). Полученную схему мы можем заменить эквивалентной (рис. 5), где конденсатор С заменяется емкостью лампы (анод—сетка). Таким образом мы пришли к генератору, где самовозбуждение осуществляется благодаря наличию внутриламповой емкости (что и имеет место в «мощном усилителе). Обозначим емкостное сопротивление внутриламповой емкости через R1, а индуктивное сопротивление сеточной катушки через R2 и заменим схему рис. 4, 5 схемой рис. 6. В этой схеме переменное напряжение на сетку берется с потенциометра (а в), составленного из R1 и R2.
 |
 |
| Рис. 5. | Рис. 6. |
Величина этого напряжения обусловливается соотношением R1 и R2. Из формулы самовозбуждения генератора с емкостной связью на сетку известно, что для возникновения устойчивых колебаний переменное напряжение на сетке должно быть порядка 0,1 от переменного напряжения на аноде, следовательно, сопротивления R1 и R2 должны быть подобраны так, чтобы на R2 падала примерно одна десятая напряжения, находящегося на концах потенциометра — ав.
Нетрудно сообразить, что при коротких волнах (большая частота) сопротивление R1 = 1/wc будет меньше, чем при данных, а, следовательно, невелико должно быть сопротивление R2 = WL, для чего вполне достаточно присутствия небольшой катушки самоиндукции в сеточной цепи.
Таким образом решается вопрос о величине обратной связи, необходимой для самовозбуждения устойчивых колебаний.
Теперь посмотрим, с какой частотой самовозбуждается «мощный усилитель». Для этого обратимся к его схеме.
В сеточной цепи возбудителя находится часть катушки колебательного контура «задающего» генератора, которая будет представлять какое-то индуктивное сопротивление. В анодной цепи — промежуточный контур, настроенный в резонанс с частотой «задающего» генератора, для которой он будет работать как ваттное сопротивление. Промежуточный контур и сеточная катушка связаны через внутриламповую емкость, благодаря чему «мощный усилитель» может самовозбуждаться. Но, как известно, возбуждение колебаний может происходить только при условии, если сеточное и анодное переменные напряжения сдвинуты по фазе на 180° (или близко к этому). Сдвиг фазы на 180° значит, что в момент, когда переменное напряжение на аводе положительно, переменное напряжение на сетке должно быть отрицательным. Соответствующий сдвиг фаз в данной схеме будет только тогда, когда сеточный и анодный (промежуточный) контура будут представлять собой для генерируемой частоты индуктивные сопротивления. Но анодный контур «мощного усилителя» будет представлять индуктивное сопротивление только для частоты ниже той, на которую он настроен, а так как он настроен на частоту «задающего» генератора, то, следовательно, он будет индуктивным сопротивлением только для частоты ниже частоты задающего генератора. Поэтому «мощный усилитель» может самовозбуждаться только с частотой, лежащей ниже частоты «задающего» генератора.
Ясно, что при самовозбуждении «мощного усилителя» работа телефоном не возможна — она будет искажена. Работа телеграфом иногда возможна (при слабом самовозбуждении), но с уменьшенным к.п.д. Конечно, при самовозбуждении пропадает стабильность частоты, обычно получающаяся при постороннем возбуждении.
Как уже было указано, самовозбуждение «мощного усилителя» происходит благодаря обратной связи через внутриламповую емкость, а, следовательно и борьба с этим явлением должна вестись в направлении уничтожения этой паразитной связи.
Устранение самовозбуждения «мощного усилителя» достигается «нейтрализацией» паразитной обратной связи сеточного и анодного контуров путем искусственного создания такой связи, которая была бы одинакова по величине и противоположна по направлению паразитной и уничтожала бы последнюю. Эта нейтрализация паразитной обратной связи должна быть осуществлена так, чтобы связь через внутриламповую емкость (паразитная) отсутствовала при любой частоте, с которой работает схема 2.
Это требование очень важно, так как при невыполнении этого условия «нейтрализация» становится зависящей от настройки, а последняя делается очень затруднительной. Такая нейтрализующая связь осуществляется путем соответствующих включений в схему так называемого «нейтродинного» конденсатора. Наиболее часто применяется включение его в схему, основанное на принципе моста Витстона.
Разберем схему включения «нейтродинного» конденсатора в данном передатчике (рис. 7). Она называется схемой нейтрализации на сетку. Мы видим, что здесь открывается еще один путь для обратной связи — через «нейтродинный» конденсатор. Этот путь дает в цепь сетки с контура «мощного усилителя» напряжение, обратное по знаку (по фазе), получаемому через внутриламповую емкость и поэтому усилитель перестает самовозбуждаться. Яснее это можно представить, если составить эквивалентную схему «мощного усилителя» — рис. 8 3. На колебательном контуре — ав создается переменное напряжение, которое через внутриламповую емкость Сл — передается в сеточную цепь, и так как у нас сетка лампы «мощного усилителя» соединена с колебательным контуром «задающего генератора», то это переданное напряжение будет и на катушке контура «задающего» генератора.
Желая устранить эти переданные напряжения в сеточной цепи, связываем точку d с точкой а через переменный «нейтродинный» конденсатор CN. На концы катушки Cd, как легко видеть от контура ав всегда подводятся противоположные по знаку напряжения. Подбором емкости CN можно уравнять величину этих напряжений.
Схему рис. 8 можно заменить схемой рис. 9 и тогда будет понятен «принцип моста».
Мы рассматриваем контур ав (контур «мощного усилителя») как источник энергии, который создает в точках Q и В какое-то напряжение. Нам нужно, чтобы это напряжение не попало в точку d (на сетку). Напряжение в точке d будет равно нулю только тогда, когда и в точке С оно будет равно нулю. Другими словами, нам нужно, чтобы напряжение на диагонали моста Cd равнялось нулю, а это только может быть при соответствующем подборе его элементов (плеч).
Практически этот подбор осуществляется изменением емкости СN и передвиганием штепселя Q по катушке (рис. 7). Для того, чтобы равновесие моста не зависело от частоты, необходимо, чтобы каждое из его плеч содержало только самоиндукцию или емкость и противоположные плечи были бы из разноименных сопротивлений, тогда равенство
| WL'1 · | 1 | = L'2 · | 1 |
| WC1 | WCN |
от изменения частоты не нарушилось бы. (Можно, конечно, составить мост и из одноименных сопротивлений, хотя бы емкостных или омических, но в первом случае потребовались бы несколько нейтродинных конденсаторов, а во втором случае были бы велики потери в сопротивлениях). Необходимо указать, что при данной схеме нейтрализации, вследствие наличия емкости — сетка-нить, включенной параллельно самоиндукции L'2, условие равновесия моста будет несколько зависеть от частоты. (Есть схемы «нейтрализации», где емкости сетка-нить и анод-нить не влияют на изменение условий равновесия моста при изменении частоты, но за неимением места мы на них не останавливаемся).
Степень нарушения равновесия моста от частоты увеличивается, если при монтаже передатчика не будет обращено внимание на то, чтобы не образовались емкости и самоиндукции из монтажных проводов, параллельно или последовательно включенных в «плечи» моста. Выше было сказано, что уравновесить напряжения подводимые к катушке Cd через Сл и Сn (рис.), можно соответствующим подбором Сn. Посмотрим, какой же емкости практически нужно брать конденсатор Сn.
Из равенства моста
| WL'2 · | 1 | = L'1 · | 1 |
| WCn | WCл |
видно, если L'1 = L'2, то и Сл должно равняться Сn, так как только при этих условиях будет соблюдено это равенство.
Поэтому емкость «нейтродинного» конденсатора Сn берут немного больше внутриламповой емкости Сл всех параллельно включенных ламп. Необходимо иметь в виду, чтобы максимальная емкость «нейтродинного» конденсатора Сn была бы не меньше внутриламповой емкости, вместе с тем его начальная емкость не должна быть больше внутриламповой. Например, если будет взят конденсатор, начальная емкость которого больше внутриламповой, то нейтрализация возможна только изменением L1 и L2 (L'1— уменьшать, a L'2 — увеличивать). Но плавно этого сделать нельзя, а следовательно вряд ли удастся избавиться от самовозбуждения. Также нельзя изменять L1 (передвигать щипки С1 и К), так как тогда меняются режимы работы «задающего» генератора и «мощного усилителя». Следовательно изменять можно только L'1 (передвиганием штепселя Q). Если же будет взят Сn, максимальная емкость которого меньше Сл, то нейтрализация возможна тоже только изменением L'1, что, как было сказано выше, не приводит к удовлетворительным результатам. У нас при 2-х УТ—15 в «мощном усилителе» максимальная емкость Сn была порядка 35 см.
Нейтродинный конденсатор должен иметь хорошую изоляцию для предупреждения утечки тока высокой частоты. Мы монтировали его на эбоните. Практически нейтрализацию мы осуществляли так. Нейтрализовали при той частоте, с которой легче всего самовозбуждается «мощный усилитель», т. е. смотрели после отключения «задающего» генератора. Если отклонение антенного (или контурного) приборов есть, то, изменяя емкость Сn и подбирая Lg (перестановкой штепселя) добивались прекращения самовозбуждения «мощного усилителя» (указанные приборы должны показывать нуль).
Так как контуры передатчика рассчитаны на 80 м диапазон, то при их данной конструкции и взятой емкости «нейтродинного» конденсатора передатчик на более короткой волне порядка 40 метров не «нейтрализовался», т. е. от самовозбуждения мы избавиться не могли. Правильная нейтрализация (прекращение самовозбуждения) характеризуется еще тем, что не должно замечаться сильное отклонение контурного прибора «задающего» генератора при изменении настройки контура «мощного усилителя». (Если нет прибора, то изменение тока в контуре можно определить по яркости горения лампочки от карманного фонаря). Если лампочка сильно меняет силу света при изменении настройки контура «мощного усилителя», то тщательнее надо подобрать Сn до возможного ослабления описываемого эффекта. (Это же явление говорит и о зависимости нейтрализации от частоты).
Таким образом видно, что от паразитной генерации «мощного усилителя», возникающей благодаря внутриламповой емкости, мы до некоторой степени в состоянии избавиться, но оказывается в «мощном усилителе» и в «задающем» генераторе возможны паразитные колебания и вследствие других причин.
Для выяснения влияния этих паразитных колебаний на режим передатчика, а также опознания присутствия их в схеме, разберем их более подробно во второй части статьи.
Op. kaf А. Мирошин
1 Так как генератор, работающий с посторонним возбуждением, является как бы усилителем высокой частоты, в дальнейшем и будем называть его «мощным усилителем», а генератор, с колеб. контура которого подается напряжение на сетку ламп «мощного усилителя», — «задающим» или «возбудителем».
(стр. 99.)
2 При телефонии схема работает с несколькими частотами, основной из которых является так называемая «несущая частота», т. е. частота, определяемая частотой колебаний генератора и еще частотами, носящими название «боковых», т. е. частотами разнящихся на разговорную частоту от «несущей».
(стр. 100.)
3 Конденсаторы Cδ и Сg пропущены, так как они не представляют разрыва цепи для переменного тока.
(стр. 100.)