Здравствуйте, уважаемые, читатели!
Я продолжаю тему о передающей аппаратуре, которая использовалась свободными радиолюбителями (радиохулиганами).
Кто пропустил публикацию предыдущих частей, посмотреть можно здесь: Часть 1 ; Часть 2 ; Часть 3
Как работает "шарманка"
В предыдущей части была опубликована принципиальна схема, сегодня рассмотрю принцип работы и назначение элементов.
Вернёмся к схеме с "катодным включением" Рис. 1 (в предыдущей части Рис. 3а).
Как я уже говорил в предыдущей части, схема представляет собой электронный генератор незатухающих колебаний, который состоит из радиолампы и колебательного контура, в качестве источника питания и модулятора используется бытовая радиоаппаратура. Катушка индуктивности колебательного контура подключается к схеме в трёх точках: сетка - катод - минус источника питания.
Основными элементами являются радиолампа и колебательный контур.
Радиолампа
Одной из самых любимых ламп для повторения данной схемы у радиохулиганов была 6П3С (конечно применялись и другие радиолампы, но об этом позже).
Радиолампа 6П3С — лучевой тетрод для усиления низкой частоты.
Её история восходит к 1935г. , когда компания RCA выпустила лампу 6L6. С началом второй мировой войны в СССР по ленд-лизу стала поступать американская радиоаппаратура, и развернулось собственное производство аналогов американских ламп. В то время существовал разнобой в системе обозначений советских радиоламп, клоны RCA 6L6 выпускались под названиями 6Л6, 6L6, 6Л6С, 6П3, 6П3С. С вводом в 1951 году ГОСТ 5461-50, установившим современную систему обозначений, было окончательно принято название 6П3С.
Лампа применялась, в частности, в передатчике танковой радиостанции 9-РМ, в выходных каскадах бытовых радиоприёмников первого и высшего класса, в трансляционных усилителях НЧ. Широко применялась радиолюбителями при построении радиопередатчиков диапазона коротких волн (КВ).
Задача радиолампы (Л) в схеме заключается в преобразовании постоянного тока в переменный ток. Ламповый генератор позволяет получить переменный ток с чрезвычайно большим диапазоном частот. Диапазон частот определяется параметрами колебательного контура (состоящего из катушки индуктивности L к и конденсатора переменной ёмкости C к). Колебания даваемые ламповым генератором, являются незатухающими колебаниями. Поскольку в данной схеме применяется трёхточечное включение катушки индуктивности, то данная схема является генератором с самовозбуждением.
Режим лампы-генератора
В зависимости от выбора рабочей точки на характеристике лампы и амплитуды подводимого к сетке напряжения получают различный режим, играющий решающую роль в генераторной схеме. Различают два основные режима генераторной лампы: колебания I и II рода.
Более детально ознакомиться с колебаниями I и II рода можно в литературе в разделе "Моя библиотека". Я лишь скажу, что на практике, для получения максимального КПД (коэффициент полезного действия) лампового генератора необходимо обязательно работать колебаниями II рода.
Мощность и КПД генератора
К генераторной лампе источником питания подводится некоторая мощность, определяемая как произведение напряжения источника питания и постоянной составляющей анодного тока. Эта мощность, подводимая к генератору, при колебаниях идёт на образование двух мощностей: на мощность тока высокой частоты контура и мощность расходуемую на нагревания анода лампы (её называют "рассеянием" на аноде). Мощность контура является мощностью полезной, "рассеяние" на аноде ― вредной потерей мощности.
Коэффициентом полезного действия лампового генератора называется отношение мощности контура к полной мощности, доставляемой источником питания (более подробно с формулами мощностей можно ознакомиться в литературе в разделе "Моя библиотека").
Колебательный контур
Длина волны (частота) генератора зависит от постоянных Lк и Cк. Для изменения частоты можно изменять как ёмкость, так и самоиндукцию контура.
Частота генерируемых колебаний f может быть подсчитана по формуле:
где
L - индуктивность контура, мкгн;
C - ёмкость конденсатора контура, пф
Описывать работу колебательного контура я не буду. С этим материалом вы можете ознакомиться в школьном учебнике по физике.
Параметры контура могут заметно изменяться под влиянием различных внешних воздействий, например температуры, влажности воздуха, атмосферного давления и т.д. Влияние температуры на частоту генерируемых колебаний объясняется изменениями параметров колебательного контура, происходящими при колебании температуры, вследствие изменения линейных размеров катушки, расстояний между пластинами конденсатора и монтажными проводами, диэлектрических свойств каркаса катушки.
Наилучшие результаты получаются при выполнении катушки на керамическом каркасе путём намотки с сильным натяжением. При таком выполнении провод катушки находится на каркасе в сильно натянутом состоянии, и так как керамический каркас имеет очень небольшой температурный коэффициент линейного расширения, то при колебаниях температуры не происходит существенных изменений размеров катушки, а лишь меняется степень натяжения провода. Если не получается создать сильное натяжение, то её следует наматывать с принудительным шагом, выбирая расстояние между витками равным 0,5 - 2 диаметра провода.
Большое значение для получения высокой стабильности частоты имеет также и правильный выбор диаметра провода. Чтобы ослабить влияние температуры на индуктивность катушки, происходящее в следствии поверхностного эффекта, провод для её изготовления необходимо применить либо тонкий, диаметром до 0,2 мм (тонкий провод можно применять только в очень маломощных генераторах), либо наоборот, большого диаметра ― от 1 мм и больше.
Индуктивность катушки можно вычислить по формуле:
где
L – индуктивность катушки, мкгн;
D – диаметр катушки, см;
l – длина, см;
N – число витков
Конденсатор переменной ёмкости Cк служит для изменения частоты генерируемых колебаний. Для стабильной работы генератора необходимо применять переменный конденсатор с воздушным диэлектриком. Применяли конденсатор КПЕ-2 (или аналогичный) Рис. 4. Как правило, использовалась только одна секция (но творчеству радиолюбителей нет предела, поэтому можно встретить как параллельное, так и последовательное включение секций). Для схемы с анодным включением контура, при при подаче анодного напряжения более 300 В, рекомендуется в конденсаторе продёрнуть пластины.
Кроме того к колебательному контуру подключена лампа. Внутреннее и входное сопротивление и ёмкости лампы входят в состав контура и изменяясь в процессе работы генератора (Во время работы лампы её электроды сильно нагреваются, их геометрические размеры и расстояния между ними изменяются, что ведёт к изменению междуэлектродной ёмкости, включенной параллельно колебательному контуру.), также изменяют его параметры.
Уменьшить влияние лампы на контур можно путём увеличения ёмкости контура или ослаблением его связи с лампой. Практически, очень часто применяется одновременно и то, и другое. Схемное решение представлено на Рис. 5.
Увеличение ёмкости контура достигается путём включения в схему конденсатора C1. При прогреве лампы изменение ёмкости между её электродами уже не будет так сильно влиять на частоту, так как общая ёмкость контура изменится весьма незначительно. Вторым назначением конденсатора C1 является уменьшение "коэффициента перекрытия" контура (отношение наибольшей волны, на которую может быть настроен контур, к наименьшей). К выбору конденсатора C1 следует отнестись особенно тщательно. Этот конденсатор должен иметь малый температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ), т.е. его ёмкость не должна сильно изменяться при изменении температуры внешней среды или самого конденсатора.
Вследствие некоторых потерь энергии в диэлектрике конденсатор, работающий в контуре генератора, может нагреваться выше температуры окружающего его воздуха. Иногда такое нагревание может быть мало заметно наощупь, так как нагреваются в основном внутренние части конденсатора. Однако, если ТКЕ конденсатора велик, даже небольшое нагревание диэлектрика может привести к изменению ёмкости и соответствующему "уходу" генерируемой частоты. Слюдяные и бумажные конденсаторы имеют значительный ТКЕ, поэтому их применять в сеточном контуре не рекомендуется.
Высокая стабильность частоты может быть получена только при применении керамического конденсатора. Температурный коэффициент таких конденсаторов определяется по окраске их корпуса. Наименьший ТКЕ имеют конденсаторы типа КТК (трубчатые), окрашенные в серый цвет. Степень нагрева зависит от его размеров: чем больше поверхность охлаждения, тем меньше нагревается конденсатор. Поэтому не рекомендуется выбирать конденсатор C1 слишком малых размеров.
На практике ёмкость конденсатора C1 подбирается (после предварительного расчёта) в ходе настройки генератора и может составлять от 100 до 500 пф. Это зависит от ёмкости конденсатора Cк.
Ослабление связи с лампой достигается путём переключения с помощью щупа К1 отвода катушки Lк, подключенного к катоду лампы (Рис. 5), до получения наивыгоднейшей связи. Связь контура с лампой необходимо установить возможно меньшей.
Напряжение на сетку подаётся от части витков катушки колебательного контура. При этом обратная связь получается тем сильнее, то есть переменное напряжение на сетке тем больше, чем больше витков катушки контура включено между сеткой и катодом лампы. И наоборот, чем меньше витков катушки включено между сеткой и катодом лампы, тем меньше сеточное напряжение — тем слабее обратная связь.
Общая ёмкость контура в этой схеме при работе на частотах 0,8 - 3,6 Мгц выбирается обычно равной 300 - 500 пф. Для расчёта ёмкости основного и термокомпенсирующего конденсаторов контура можно воспользоваться номограммой Рис. 7.
Гридлик генератора
Гридлик (grid leak — сопротивление утечки сетки) — цепь автоматического смещения в схемах с электронной лампой . Состоит из конденсатора и резистора , включенных между катодом и сеткой. В генераторах используется для улучшения их запуска и обеспечения высокого КПД .
Работает следующим образом. Импульсы сеточного тока заряжают конденсатор, на нем устанавливается некоторое отрицательное напряжение, которое запирает лампу. При этом конденсатор тут же начинает разряжаться через резистор — устанавливается равновесие между током заряда конденсатора (импульсами сеточного тока) и током разряда через резистор.
В генераторе с самовозбуждением, для получения смещающего напряжения на сетке применяется гридлик (Rг и Cг). Колебания возникающие при нулевом напряжении на сетке, то-есть на части характеристики, обладающей достаточной крутизной. При положительных амплитудах сеточного напряжения в цепи сетки появится пульсирующий ток, постоянная слагающая которого, проходя через сопротивление Rг, вызовет на зажимах этого сопротивления падение напряжения; это напряжение и является смещающим напряжениям на сетке. Конденсатор Cг, шунтирующий сопротивление, служит для прохождения токов высокой частоты помимо сопротивления Rг. В любительских передатчиках величины Rг и Cг подбираются обычно опытным путём при настройке передатчика.
В принципиальных схемах можно встретить два варианта включения Rг (Рис. 8). По действию эти схемы в общем аналогичны. Наивыгоднейшее смещающее напряжение лучше всего подбирать опытным путём при настройке генератора, наблюдая соотношение между током в контуре и постоянным током в цепи анода. Чем больше ток в контуре и чем меньше ток в цепи анода, тем больше КПД генератора. Резистор, во время настройки, можно поставить переменный, что позволит регулировать напряжение смещения.
Для ограничения величины сеточных токов обычно увеличивают сопротивление Rг. Но так как с увеличением Rг заметно снижается мощность генерируемых колебаний, то его величину обычно выбирают не слишком большой, примерно в пределах 10К - 60К. Однако, если получение высокой стабильности частоты является основным требованием, сопротивление Rг следует увеличить до 100К - 150К. Мощность Rг следует выбрать 1 - 2 Вт с целью уменьшения степени нагрева. Ёмкость Cг выбирается в пределах 50 - 500 пф, тип конденсатора может быть керамическим или слюдяным.
Продолжение следует...
В следующей части будет рассмотрен принцип модуляции "шарманки", устройство и способы подключения передающих антенн.
Моя библиотека:
"Справочник радиолюбителя" - 1931 г. взять почитать
"Радиотехника" - 1946 г. взять почитать
"Ламповые генераторы и передатчики" - 1938 г. взять почитать
Фильм "История радиолюбительства" смотреть
Если не хотите пропустить публикацию, подпишитесь на канал.