Вычисления в «нереальном времени»
Л. – Это не единственное положительное качество. При моделировании мы можем изменять масштаб времени. Электрическое явление в точности соответствует поведению механической системы (например, напряжение на определенном электроде воспроизводит движение автомобиля во времени), но происходит оно в другом масштабе времени. Или, как говорят кинорежиссеры, совсем не обязательно работать в «реальном времени». Поэтому мы, например, можем сделать так, что электрические процессы будут протекать медленнее воспроизводимого ими явления, что облегчит запись выходного напряжения. В других же случаях может понадобиться, наоборот, ускорить эволюцию электрического эквивалента изучаемого явления.
Н. – В этом я не вижу никакой пользы, ведь намного интереснее получить возможность внимательно, не торопясь проследить за ходом развития явления.
Л. – Да, если это очень быстрое явление. Но может понадобиться исследовать и какую‑либо очень медленную эволюцию. Как, например, проследить за работой большого парового котла, питающего турбину. Изменение огня в топке из‑за значительной тепловой инерции котла скажется на давлении пара только через значительное время. Поэтому очень интересно создать аналоговую модель котла и турбины, позволяющую в любой момент узнать, как будет реагировать вся установка на уменьшение или увеличение подачи угля на одну лопату. Проводя такой ускоренный предварительный анализ поведения установки, мы получаем возможность расходовать топливо с максимальной рентабельностью.
|
|
|
Н. – По сути дела, это современный вариант хрустального шара колдунов – с помощью своего метода ты прекрасно предсказываешь будущее!
Л. – Ты преувеличиваешь – я могу «предсказать будущее» лишь в той мере, в какой оно строго подчиняется простым математическим законам. Только в этом случае имеется возможность экстраполировать во времени последствия относительно ограниченного действия.
Н. – До того момента, когда все электронные автоматы восстанут против своих творцов.
Л. – Я попрошу тебя! Пожалуйста, не заимствуй дурной насыщенный стиль у бульварной прессы! Не забывай, что ни одна электронная машина не даст тебе того, что ты в нее не вводил. Она также не может восстать или попытаться проглотить своего конструктора, как автомобиль, в котором никого нет, не может сам броситься в погоню за своим водителем. Успокойся, Незнайкин, мы ознакомились со многими вопросами электроники, а в этой науке мне больше всего нравятся ее удивительные возможности помочь человеку. Электроника обеспечит прогресс техники, который сегодня нельзя даже представить себе, но который в значительной мере пойдет на благо человечеству,
|
|
|
Н. – Если ты перешел к таким большим обобщениям, я должен сделать вывод, что мы закончили нашу беседу.
Л. – Нам еще предстоит об очень многом поговорить. Я предлагаю тебе, Незнайкин, подумать пару недель, а затем вновь прийти ко мне, чтобы разом и в любом порядке задать мне вопросы по всем темам, которые кажутся тебе наиболее сложными. Я надеюсь, что таких вопросов окажется не очень много и мы быстро покончим со всем, что осталось неясным.
Беседа семнадцатая
ПУТЕШЕСТВИЕ ВОКРУГ РАДИОЛОКАТОРА
У Незнайкина масса вопросов. Почти все они возникли во время экскурсии на радиолокационную станцию и при чтении ее технического описания. С помощью Любознайкина он знакомится с техникой сверхвысоких частот: с магнетронами. клистронами, коаксиальным кабелем, радиолокационным антенным переключателем «передача – прием», стабилизаторами напряжения питания и системой передачи угла поворота с помощью сельсинов. Полностью отдавшись увлечению, Незнайкин строит грандиозные планы, показывая тем самым, что в электронике для него не осталось никаких секретов.
Любознайкин – Ну как, Незнайкин, много ли ты набрал вопросов, которые ты хочешь мне задать?
|
|
|
Незнайкин – Великое множество, но я думаю, что на многие из них я мог бы и сам найти ответ. Я отобрал лишь некоторые вопросы, которые возникли у меня на прошлой неделе, когда я совершил экскурсию на радиолокационную станцию. Для начала попрошу тебя объяснить мне, как работает магнетрон.
Двуханодный магнетрон
Л. – Хорошо, начнем с двуханодного магнетрона. Его аноды представляют собой половинки цилиндров, расположенные так, что образуют подобие трубки, внутри которой размещен подогревный катод. Вся эта конструкция находится в междуполюсном зазоре мощного магнита, силовые линии которого параллельны оси цилиндра. Схема включения двуханодного магнетрона изображена на рис. 155, аноды соединены с выводами колебательного контура.
Рис. 155. Первый тип магнетрона – двуханодный магнетрон, помещается в магнитное поле, параллельное оси его катода.
Положительный полюс источника высокого напряжения соединен со средней точкой контура, а отрицательный – с катодом магнетрона. Само собой разумеется, что все элементы магнетрона – его катод и аноды – помещены в колбу, из которой откачан воздух. Представь себе, что из‑за небольшого рассогласования один из анодов в какой‑то момент имеет потенциал чуть выше, чем другой.
|
|
|
Н. – Разве такое положение возможно? Ведь аноды соединены между собой колебательным контуром.
Л. – В контуре вполне возможно возникновение небольших колебаний, которые создадут на мгновение разность потенциалов между его выводами. Как поведут себя в этом случае выходящие с катода электроны?
Н. – О! Здесь нет никакой проблемы. Большинство электронов пойдет к тому из анодов, который имеет более высокий потенциал.
Л. – В этом‑то напряжении электронов пойдет меньше, чем в другом. Не забывай о наличии магнитного поля – оно стремится закрутить траекторию движения электронов вокруг катода. Поэтому из‑за отклонения траектории большое число электронов, двигавшихся в сторону более положительного анода, попадет на менее положительный анод.
Н. – Эти электроны ведут себя крайне нелепо!
Л. – Ничего подобного! Эти электроны стремятся усилить первоначальный разбаланс. Они повышают разность потенциалов между двумя анодами до тех пор, пока колебательный контур не начнет изменять эту разность в другую сторону. Следовательно, колебания будут поддерживаться действием электронов и магнитным полем.
Н. – Очень ловко! Но по сути дела твой магнетрон не что иное, как. диод с двумя анодами.
Многоанодный магнетрон
Л. – Совершенно верно. Но обычно магнетроны делают не с двумя, а с большим количеством анодов, например с восемью или десятью. Их можно расположить по схеме, приведенной на рис. 156.
Рис. 156. Многорезонаторный магнетрон с восемью анодами, соединенными колебательными контурами.
Колебания создаются точно так, как показано на рис. 155; разница заключается лишь в том, что в этом случае делают восемь одновременно работающих связанных колебательных контуров. В какой‑то определенный момент четные аноды положительны относительно нечетных, а в следующий полупериод – наоборот.
Н. – Я понимаю принцип работы, но, на мой взгляд, сделать такую восьмианодную систему с восемью колебательными контурами дьявольски сложно!
Л. – Намного проще, чем ты думаешь, Незнайкин. Все эти колебательные контуры и аноды сделаны из одного куска меди, которому придана форма, показанная на рис. 157. Весь этот медный блок соединяется с положительным полюсом источника высокого напряжения. Как ты видишь, чтобы пройти от одного анода к другому, ток должен обогнуть полости, что дает нам эквивалент одновитковой катушки.
Рис. 157. Реальная конструкция восьмикамерного магнетрона; колебательными контурами являются объемные резонаторы, полученные фрезерованием анодного блока. В одном из объемных резонаторов находится петля – виток связи, предназначенный для вывода энергии.
Н. – С катушкой все ясно, но я совсем не вижу конденсатора.
Л. – Но в этом повинны твои глаза; между двумя поверхностями щели, соединяющей околокатодное пространство с одной из полостей, имеется некоторая емкость.
Н. – Ты прав. Принимая во внимание очень малую индуктивность и очень малую емкость, я полагаю, что система должна создавать колебания очень высокой частоты.
Л. – Такие магнетроны легко позволяют получить колебания с частотой выше 30 000 Мгц, иначе говоря, выше 30 миллиардов периодов в секунду. Такая частота соответствует длине волны меньше одного сантиметра. Но в современных радиолокаторах магнетроны чаще используют для получения колебаний с частотой 3 Ггц (т. е. 3000 Мгц), что соответствует длине волны 10 см или же 10 Ггц (длина волны 3 см). Обычно в радиолокаторах питание от источника довольно высокого напряжения подается на магнетроны на очень короткое время (одна микросекунда или еще меньше), что позволяет получить очень высокую мгновенную мощность.
Н. – А как выводят эту мощность из магнетрона?
Л. – Очень просто. В одну из полостей помещают петлю связи, которая служит вторичной обмоткой трансформатора, к ней подключают коаксиальный кабель, через который и отводят энергию.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 298; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!