Глава седьмая. Применение мощных УРУ

§ 29. Область применения мощных УРУ

УРУ нашли широкое применение в самых различных радиотехнических приборах и устройствах, в которых требуется усиливать широкие полосы частот. Так, маломощные УРУ уже давно используются в измерительной технике, в радиоприемных и телевизионных устройствах, в приборах для физических исследований и т. д. [6, 16].

Мощные УРУ применяются в усилительных трактах широкодиапазонных радиопередатчиков самого различного назначения (особенно автоматизированных) [48, 49, 53], в модуляторах для широкополосных СВЧ приборов, в радиочастотных системах ускорителей элементарных частиц, которые являются мощным инструментом физических исследований [13 и 39]. Кроме того, эти усилители могут быть использованы в качестве умножителей частоты с высокой кратностью умножения [35] и в других радиотехнических устройствах.

Наиболее интересной областью применения мощных УРУ являются радиопередающие устройства. Из-за изменения условий распространения радиоволн в связных передатчиках необходимо часто изменять рабочую частоту в пределах широкого диапазона (обычно всего коротковолнового диапазона). При этом переход с одной частоты на другую, особенно в случае коротких радиосообщений, должен происходить весьма быстро. При обычном построении радиопередающих устройств с использованием перестраиваемых резонансных усилителей решение этой задачи затруднено.

Особенно желательно применение УРУ в широкодиапазонных автоматизированных передатчиках с дистанционным управлением [48]. При использовании резонансных усилителей автоматизированный передатчик оснащается специальными системами автоматической настройки и загрузки, которые усложняют конструкцию передатчика.

Применение УРУ в подобных передатчиках обеспечивает полное отсутствие движущихся механических элементов, а тем самым значительно упрощает управление передатчиком и повышает его надежность. Наряду с этим передатчики с использованием УРУ имеют целый ряд принципиально новых свойств, к которым относится, например, возможность одновременной передачи на нескольких сильно отличающихся частотах. Возможность многоканальных передач обеспечивает большую гибкость при планировании частотных каналов.

В принципе во всех указанных случаях могут быть использованы не УРУ, а более простые одноламповые широкополосные усилители с коррекцией (ШУК) [3]. Вопрос о целесообразности использования ШУК или УРУ решается путем сравнения по различным показателям усилителей обоих типов в каждом конкретном случае. Очевидно, что решение этого вопроса зависит от требуемой ширины полосы частот.

При сравнении указанных типов усилительных устройств на малом уровне мощности (при использовании их в качестве усилителей напряжения) основным критерием является коэффициент усиления. Известно [1, 3], что в этом случае УРУ оказывается предпочтительным (или единственно возможным типом усилителя) при полосах частот порядка 50-100 Мгц и выше.

Однако при использовании усилителей на больших уровнях мощности в качестве основных критериев выступают энергетические показатели: к. п. д. η, коэффициент использования ламп по номинальной мощности х и коэффициент усиления мощности Кр.

Как показывают расчеты, УРУ по энергетическим показателям уже при полосе частот порядка 20-30 Мгц имеет преимущества перед ШУК, которые возрастают с ростом полосы частот. Эти преимущества связаны с трудностью получения высоких энергетических показателей ШУК при широких полосах частот из-за шунтирующего действия ламповых и монтажных емкостей даже при использовании широкополосных генераторных ламп^*.

^* (Современные широкополосные генераторные лампы разработаны в основном для телевизионных передатчиков, которые усиливают полосу частот порядка 5-10 Мгц [10].)

Для иллюстрации сказанного приводятся табл. 8 с расчетными энергетическими показателями ШУК на различные мощности при использовании широкополосных генераторных ламп и табл. 9 с расчетными энергетическими показателями УРУ при тех же полосах частот и примерно тех же мощностях. В графе табл. 8, где указана выходная мощность ШУК Р_н, для каждой лампы приводятся данные для однотактной и двухтактной схем, а показатели всех УРУ, приведенные в табл. 9, относятся к двухтактной схеме. Все данные табл. 8 и 9 рассчитаны для режима класса В и относятся как к усилителям нижних частот, так и к полосовым.

Таблица 8

Таблица 9

Как видно из сравнения данных табл. 8 и 9, уже при полосе в 30 Мгц УРУ имеет значительно более высокие энергетические показатели при одинаковом уровне мощности. При полосе в 60 Мгц преимущества УРУ возрастают.

В метровом и в длинноволновой части дециметрового диапазона полосовые УРУ могут с успехом конкурировать с широкополосными электронными приборами СВЧ (например, с усилителями со скрещенными полями и лампами бегущей волны [43]).

Однако наряду с высокими энергетическими показателями УРУ имеет целый ряд существенных преимуществ перед ШУК, которые играют важную роль и в целом ряде случаев определяют целесообразность их использования и при меньших полосах частот.

1. Малая чувствительность УРУ к рассогласованию (имеются в виду схемы УРУ, содержащие балластное сопротивление). Это обуславливает возможность применения УРУ при работе на нагрузку, которая может изменяться в весьма широких пределах, при сохранении приемлемых энергетических показателей (см. § 19, 20, 21), что играет решающую роль при использовании УРУ в качестве ненастраиваемых выходных каскадов широкодиапазонных передатчиков.

2. Повышенная надежность, обусловленная тем, что при выходе из строя даже нескольких ламп УРУ продолжает работать, сохраняя при большом общем числе ламп почти неизменными свои основные показатели [53]. Здесь следует отметить, что речь идет о "потенциальной" надежности, подразумевающей, что при выходе из строя ламп не закорачиваются линии УРУ и источники питания, что будет иметь место, например, при перегорании нити накала, утрате эмиссионной способности катодом и т. п. При выходе из строя ламп за счет закорачивания или пробоя междуэлектродных промежутков, для реализации "потенциальной" надежности необходимо предусмотреть элементы, автоматически отключающие вышедшую из строя лампу из схемы УРУ во избежание закорачивания линий.

Таким образом, мощные УРУ целесообразно использовать при полосах порядка 20-30 Мгц и выше.

Уровни мощности, на которых могут быть использованы УРУ, зависят в основном от наличия соответствующих ламп, удовлетворяющих требованиям, указанным в § 24. В настоящее время разработаны УРУ с выходной мощностью порядка 16 квт в непрерывном режиме [39] и до 100 квт в импульсном режиме [45].