Лекция 27 (лекции по УГФС), страница 2

Возможные варианты схем осуществления анодно-экранной модуляции показаны на рис.27.3.

На схемах показано последовательное питание анода и сеточное автосмещение. В отдельных случаях возможно применение комбинированного смещения. Сеточное автосмещение и комбинированное смещение реализуются как и в генераторе с анодной модуляцией (рис.26.6 и соотношение (**)). Величина сопротивления сеточного автосмещения R_C при настройке генератора может уточняться по сравнению с расчётной. Схемы могут быть выполнены с параллельным питанием анода. Конденсаторы ёмкостью С_ω обладают малым сопротивлением на несущей частоте, а конденсатор С_Ω обладает малым сопротивлением на частоте модулирующих колебаний. Индуктивности L_ω представляют большое сопротивление для токов несущей частоты.

В схеме рис.27.3,а питание второй сетки осуществляется от источника анодного питания через гасящий резистор R_C2. В такой схеме коэффициент модуляции анодного и экранного напряжений одинаковы, то есть m = m_C2.

Действительно, если считать изменения анодного и экранного токов линейными, то для напряжения на второй сетке можно записать следующее выражение

согласно которому .

Соответственно

,

из которого следует m_C2 = m.

Следовательно, указание в отдельных работах, что в данной схеме анодно-экранной модуляции коэффициент модуляции экранного напряжения меньше коэффициента модуляции анодного напряжения не является корректным.

Из-за значительных потерь мощности на гасящем сопротивлении в цепи второй сетки R_C2 рассматриваемая схема осуществления анодно-экранной модуляции в мощных генераторах нежелательна, так как значительно снижается общий КПД генератора и передатчика в целом. Величина гасящего сопротивления R_C2 уточняется при настройке генератора.

Схема анодно-экранной модуляции рис.27.3,б является более экономичной, поскольку для питания второй сетки используется дополнительная обмотка модуляционного трансформатора и отдельный источник питания второй сетки Е_С2Н. В этой схеме может быть реализовано любое соотношение между m и m_C2. Очевидно, для реализации данной схемы может быть использован модулятор по схеме рис.26.10, у которого выходное напряжение «к выходному каскаду» подаётся на анод, а выходное напряжение «к предвыходному каскаду» подаётся на вторую сетку. При использовании такой схемы исключается подмагничивание сердечника модуляционного трансформатора, что способствует уменьшению нелинейных искажений в модуляторе. При этом уменьшаются требуемые размеры трансформатора, объём трансформаторного железа и расход медного провода для обмоток. Необходимость применения модуляционных дросселей несколько уменьшает выигрыш по расходам трансформаторного железа и медного провода, но общий выигрыш всё-таки оказывается заметным.⁶

Так как при анодно-экранной модуляции напряжение на аноде и анодный ток лампы изменяются как и при анодной модуляции, то для анодной цепи генератора с анодно-экранной модуляцией справедливы все энергетические соотношения, полученные для анодной модуляции. Напряжение на экранной сетке изменяется при модуляции как и на аноде. Точно также изменяется ток второй сетки (рис.27.2). Отличие второй сетки от анода только в том, что в её цепи не производится колебательная мощность. Следовательно, потребляемая цепью второй сетки мощность рассеивается на этой сетке.

Средняя потребляемая цепью второй сетки мощность

,

где P_C20Н = Е_С2Н I_С20Н – потребляемая цепью второй сетки мощность в режиме несущей частоты (молчания) от источника питания постоянного напряжения (Е_АН в схеме рис.27.3,а и Е_С2Н в схеме рис.27.3,б).

Слагаемое определяет величину дополнительной мощности, потребляемой цепью второй сетки от модулятора. Обратим внимание, если m_C2 = m, то СМХ I_С20 (рис.27.2) будет выходить из начала координат при Е_А = Е_{А МИН} = 0, Е_С2 = Е_{С2 МИН} = 0.

Очевидно, в генераторе должно выполняться условие .

Лампа для генератора с анодно-экранной модуляцией должна выбираться на колебательную мощность как и для генератора с анодной модуляцией, то есть

.

Если приняты напряжения Е_АН < Е_{А НОМ} ; Е_С2Н < Е_С2НОМ, то при выборе лампы по последнему соотношению надо исходить из знака неравенства.

Требуемая мощность от модулятора

. (27.2)

Лампы для модулятора выбираются с учётом потерь в модуляционном трансформаторе. Как и при анодной модуляции, модуляторы для анодно-экранной модуляции строятся по двухтактным схемам.

Чтобы сохранить энергетическую эффективность анодно-экранной модуляции при построении радиопередатчика в целом, её, как и анодную модуляцию, осуществляют в выходном каскаде передатчика.

Несмотря на высокие энергетические характеристики, анодно-экранная модуляция длительное время не имела самостоятельного значения в технике радиопередающих устройств звукового вещания, поскольку уступала в отношении нелинейных искажений тройной анодной модуляции. Наиболее конкурентоспособной считалась схема анодно-экранной модуляции с гасящим резистором (рис.27.3,а), приближающаяся по нелинейным искажениям к двойной анодной модуляции. Однако схема неприменима в выходных каскадах мощных радиопередатчиков из-за больших потерь мощности в гасящем резисторе. Поэтому в радиовещательных передатчиках анодно-экранной модуляции отводилась второстепенная роль. Она часто использовалась в предвыходных каскадах при тройной анодной модуляции.

Увеличение мощности выпускаемых генераторных тетродов, применение которых в выходных каскадах мощных радиопередатчиков позволяет увеличить реализуемое усиление и промышленный КПД, что упрощает передатчик и уменьшает его габариты, заставляло специалистов продолжать исследования анодно-экранной модуляции и искать способы снижения возникающих при модуляции нелинейных искажений.

В итоге с начала 80-х годов прошлого столетия все вновь выпускаемые ведущими зарубежными фирмами вещательные передатчики длинных, средних и коротких волн мощностью от 100 кВт и выше были оснащены тетродами в оконечных и предоконечных каскадах и транзисторами в остальных.

Отечественной промышленностью в 60-х годах прошлого столетия выпущены два мощных тетрода, один из которых использовался в оконечном каскаде связного передатчика, а другой – в предварительных каскадах ряда вещательных передатчиков. В последние два десятилетия отечественной промышленностью выпущено несколько тетродов с номинальной мощностью 120, 250 и 1000 кВт, которые с успехом можно использовать в каскадах с анодно-экранной модуляцией.

Эквивалентное сопротивление генератора с анодно-экранной модуляцией, являющееся нагрузкой модулятора, может быть найдено следующим образом.

Соотношение (27.2) можно записать в виде

,

где R_Г – эквивалентное сопротивление модулируемого генератора, отнесённое к анодной обмотке модуляционного трансформатора (обмотка, с которой снимается модулирующее напряжение на анод U_АΩ = mЕ_АН).

Из последнего выражения получаем

.

Если у тетрода явно выражен динатронный эффект, то анодно-экранная модуляция в генераторе на таком тетроде должна осуществляться в критическом режиме без захода в перенапряжённый режим в любой точке модуляции. Определение коэффициента использования анодного напряжения в критическом режиме должно проводиться с учётом этой особенности по формуле (7.1).⁷ Обратим внимание, что при изменении напряжения второй сетки за счёт подачи на неё модулирующего сигнала пропорционально изменяется напряжение анодного сдвига Е ^/_А, поэтому для осуществления 100% модуляции анодное напряжение надо изменять в пределах от нуля до Е_{А МАКС} , а не от Е ^/_А до Е_{А МАКС} , как указывается в отдельных работах. Главное, чтобы минимальное результирующее напряжение на аноде (то есть с учётом колебательного напряжения) в каждый момент времени не оказывалось меньше соответствующего значения Е ^/_А.

В заключение приведём более простую схему (рис.27.4), рассматриваемую как схема анодно-экранной модуляции. При работе лампы в перенапряжённом режиме уменьшение напряжения на аноде за счёт модулирующего сигнала увеличивает напряжённость режима по второй сетке. Соответственно уже небольшое увеличение тока второй сетки приводит к значительному увеличению падения напряжения на большом сопротивлении гасящего резистора R_С2, что, в свою очередь, обусловливает значительное понижение напряжения на второй сетке, а это приводит к уменьшению напряжённости режима. В данной схеме изменение тока второй сетки получается в противофазе с изменением напряжения на ней, что облегчает температурный режим второй сетки. Как и в схемах анодно-экранной модуляции (рис.27.3), в рассматриваемой схеме имеет место дополнительная модуляция смещением. Очевидно, схему (рис.27.4) правильнее рассматривать как схему комбинированной анодной модуляции генератора на тетроде.

Пентодная модуляция (модуляция на защитную сетку)

В
генераторах на пентодах возможно осуществление АМ путём подачи напряжения модулирующего сигнала на защитную (пентодную, она же антидинатронная, она же третья) сетку. Одна из возможных схем осуществления пентодной модуляции показана на рис.27.5. Конденсатор С_БЛ представляет малое сопротивление по высокой (несущей) частоте и большое сопротивление по частоте модулирующего сигнала. Таким образом, по высокой частоте третья сетка практически имеет потенциал катода.

На рис.27.6 представлены статические ВАХ анодного тока i_A(e_A) при разных напряжениях на защитной (третьей) сетке Е_С3. Приведенные ВАХ показывают, что при изменении напряжения Е_С3 в области положительных значений анодный ток не претерпевает заметных изменений.⁸ При этом происходит лишь некоторое изменение крутизны линии критических режимов. При увеличении напряжения Е_С3 крутизна линии критических режимом S_КР несколько возрастает. Это означает, что модуляционные свойства при изменении напряжения Е_С3 в положительной области весьма ограничены и не могут быть эффективно использованы. В то же время отрицательные значения напряжения Е_С3 вызывают смещение линии критических режимов вдоль оси е_А, что позволяет осуществить эффективную модуляцию при значениях Е_С3 < 0. Однако при Е_С3 < 0 сильно увеличиваются значения токов управляющей (первой) и особенно экранной (второй) сеток. Следовательно, при модуляции на пентодную сетку режим лампы получается перенапряжённым, особенно по второй сетке. Степень перенапряжённости режима возрастает по мере уменьшения напряжения Е_С3. При определённом отрицательном значении напряжения Е_С3 лампа запирается по анодной цепи и анодный ток лампы i_А = 0. Величина этого напряжения может быть определена из соотношения, позволяющего «пересчитать» анод на место третьей сетки (эквивалентный анод), напряжение на котором