Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

Н. — Так, значит, клистрон представляет собой усилительную лампу?

Л. — Да, есть клистроны-усилители. Такие лампы позволяют получить наибольшие мощности в импульсе на сверхвысоких частотах. В настоящее время на частоте 3 Ггц удается получить 30 000 квт в импульсе. Но клистрон можно использовать и как генератор. Если выходной резонатор синфазно (без сдвига фазы) соединить с входным, то устройство начинает генерировать.

Н. — Но в этой лампе довольно трудно изменить частоту, так как для этого пришлось бы одновременно изменять настройку обоих резонаторов.

Отражательный клистрон

Л. — Чтобы избавиться от этого недостатка, создали так называемый отражательный клистрон. Эта лампа имеет только один резонатор, на котором создается высокий положительный потенциал, а анод заменен электродом с большим отрицательным потенциалом. Электроны, вылетающие с катода, проходят через резонатор и приближаются к отрицательному электроду, тормозятся им и возвращаются к резонатору. В результате электроны второй раз проходят через резонатор, который, таким образом, выполняет роль и первого и второго резонаторов; при обеспечении необходимой связи лампа начинает генерировать. Отражательные клистроны используются преимущественно в качестве гетеродинов радиолокационных приемников супергетеродинного типа. В этом случае гетеродин создает колебания небольшой мощности, необходимые для возникновения биений с принимаемым колебанием.

Н. — И для этого полученные с клистрона колебания подают на сетку лампы, а на ее другую сетку подают колебания, принятые антенной?

Л. — На таких высоких частотах не рекомендуется пользоваться этим методом. Обычно колебания клистрона-гетеродина направляют в объемный резонатор (кусок волновода), куда вводят также и волновод, идущий от приемной антенны. В том месте, где эти две волны сходятся, помещают крохотный кристаллический детектор, представляющий собой нелинейный элемент, необходимый для выделения биений этих двух волн. В цепи кристалла получают колебания промежуточной частоты (равной разности частот колебаний гетеродина и принимаемого сигнала). Полученные колебания промежуточной частоты усиливают высокочастотным транзисторным или ламповым усилителем.

Переключение «передача — прием»

Н. — Ты только что говорил о приемной антенне. А почему радиолокаторы имеют всего лишь одну антенну?

Л. — Правильно, антенна одна; сначала она используется для передачи, а затем для приема. Такое использование антенны приводит к весьма сложным проблемам: мощность излучаемых колебаний может превысить тысячу киловатт, тогда как приемник способен обнаружить миллионную долю микроватта. Для защиты приемника от разрушения излучаемым колебанием создали очень остроумную систему из газоразрядных ламп, заполненных газом под низким давлением, которые размещены в волноводах на пути прохождения волны или в стенке волновода. Во время передачи, когда по волноводам проходит очень большая мощность, газ в лампе ионизируется. В этих условиях он уподобляется очень хорошему проводнику — закрывает волновод, соединяющий антенну с приемником, и в последний практически ничего не попадает. При приеме отраженного сигнала его мощность настолько мала, что газ больше не ионизируется, волновод открыт и принимаемая волна свободно проходит в приемник. Другая газоразрядная лампа находится на стенке волновода между магнетроном и разветвлением волновода; она не пропускает к магнетрону принимаемую волну. Эта лампа размещена сбоку от пути следования волны, и поэтому в отличие от лампы, находящейся в ответвлении волновода к приемнику, не пропускает волну, если находящийся в ней газ не ионизирован.

Н. — Зачем понадобилось не пропускать принимаемую волну к магнетрону? Ведь она не может его разрушить.

Л. — Разумеется, нет. Но, если не сделать такого запора, часть принимаемой волны оказалась бы потерянной для приемника, а энергии поступает так мало, что напрасно транжирить ее просто глупо. Благодаря размещению газоразрядных ламп непосредственно в волноводе или на его стенке вся принимаемая энергия отраженного сигнала поступаёт в приемник.

Н. — В самом деле, система автоматического разделения сигналов сделана исключительно интересно. Но теперь я хотел бы спросить тебя, как в радиолокаторе стабилизируют напряжение питания. В блок-схеме радиолокатора, которую я смотрел, имеется несколько блоков питания, но я не понял, как они устроены.

Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона

Л. — Ты, Незнайкин, уже немного знаешь об устройстве блоков стабилизации напряжения; вспомни, в частности, что мы с тобой говорили о стабилитронах.

Н. — Наш разговор об этих диодах я помню, но я не вижу, как их можно использовать для стабилизации напряжения.

Л. — Их просто-напросто нужно включить параллельно питаемой схеме, как я показал на рис. 162.

Рис. 162. Стабилизация напряжения с помощью диода Зенера.

Как ты видишь, стабилитрон потребляет ток, который питаемая схема не потребляет. Когда потребление этой схемы изменяется, протекающий по стабилитрону ток изменяется в противоположном направлении. Напряжение питания U устанавливают несколько выше требующегося напряжения, и избыточная мощность рассеивается на резисторе R. Внутреннее сопротивление стабилитрона значительно меньше сопротивления R, и поэтому значительно уменьшает изменения напряжения на выводах диода и питаемой схемы.

Н. — Принцип работы этого стабилизатора полностью аналогичен принципу работы стабилизатора на газоразрядных лампах. Но я подозреваю, что полупроводниковые приборы позволяют получить более совершенную схему.

Л. — И ты, Незнайкин, не ошибся. Здесь можно использовать систему автоматического регулирования, во многом похожую на сервомеханизм, которая с помощью отрицательной обратной связи поддерживает выходное напряжение неизменным; для этого стабилизатор сравнивает выходное напряжение с опорным (контрольным) напряжением, усиливает полученное в результате этого сравнения отклонение и воздействует выходным сигналом усилителя на объект регулирования.

Н. — Объяснение несколько туманно. Я предпочел бы конкретный пример.

Стабилизатор напряжения

Л. — Пожалуйста, посмотри схему, которую я подготовил для себя на рис. 163.

Рис. 163. Стабилизатор напряжения на транзисторах. Опорным напряжением служит часть напряжения, снимаемого с диода Зенера; транзистор Т2 усиливает напряжение ошибки; Т1 — мощный транзистор.

Напряжение U через резистор R3 подается на стабилитрон Д, на котором создается опорное напряжение.

Чтобы регулировать напряжение Е, мы с помощью потенциометра R4 снимем лишь часть опорного напряжения и подадим его на базу транзистора Т2. Часть стабилизируемого выходного напряжения Е через делитель напряжения R1 — R2, подается на эмиттер транзистора Т2. Если выходное напряжение Е становится слишком высоким или слишком низким, то часть его, подаваемая на эмиттер, будет соответственно отличаться от части спорного напряжения на базе Т2. Транзистор Т2 запирается или проводит. Его коллекторный ток, представляющий собой усиленное напряжение ошибки, подается на базу транзистора Т1. Связь между транзисторами очень проста, так как транзистор Т1 относится к типу р-n-р. Представь себе, что в силу каких-либо причин питаемая напряжением Е схема имеет тенденцию потреблять слишком много. Тогда напряжение Е снизится. Такое изменение произойдет и с потенциалом эмиттера транзистора Т2, что вызовет увеличение коллекторного тока транзистора Т2. Этот ток, проходя через базу транзистора Т1 значительно повысит ток в цепи коллектора транзистора Т1, что скомпенсирует первоначальное нарушение равновесия.

Н. — В этом стабилизаторе меня беспокоит то обстоятельство, что транзистор Т1 выдерживает всю разность напряжений U и Е и одновременно должен рассеивать большую мощность.