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.
Л. – Мы должны взять мощный транзистор и установить его на хорошем радиаторе, способном рассеивать соответствующее количество тепла. Соблюдая необходимые меры, можно легко рассеивать мощность более 30 вт, что превышает возможности большинства ламп, которые ты до сих пор использовал.
Н. – В самом деле это превосходный стабилизатор напряжения, он весьма прост и в то же время обладает широкими возможностями. Вероятно, я в ближайшее время сделаю себе такой стабилизатор.
Л. – Ты получишь очень хорошие результаты, если примешь некоторые меры предосторожности. Не забывай, что стабилизатор не имеет защиты от короткого замыкания. Если ты замкнешь его выводы нагрузкой со слишком низким сопротивлением, транзистор Т1 может выйти из строя.
Н. – Я полагаю, что для предотвращения таких серьезных неприятностей достаточно поставить плавкий предохранитель.
Л. – Теперь, кажется, есть плавкий предохранитель, реагирующий достаточно быстро. Обычно же транзистор гибнет раньше предохранителя и тем самым спасает его. Если же ты хочешь надежно оградить себя от неприятностей, то нужно дополнить стабилизатор напряжения схемой на трех транзисторах, которая играет роль триггера и почти мгновенно (через несколько микросекунд) после перенапряжения отключает выходное напряжение.
Я не буду ее описывать, так как она отличается некоторой сложностью, но разобраться в ней совсем нетрудно. Все необходимые подробности ты можешь найти в полных схемах самой различной аппаратуры.
Сельсины
Н. – Я с некоторым недоверием отношусь к схемам, которые ты называешь сложными, но понятными, и тем не менее я думаю, что мне удастся с ними справиться. А теперь я хотел бы спросить тебя, что такое сельсин. Я часто слышал это слово и, в частности, встречал его в брошюре о радиолокаторе.
Л. – Сельсин – небольшая электрическая машина, очень похожая на электродвигатель, она служит для передачи угла поворота вала. В неподвижной части (статор) имеются три обмотки (рис. 164) B1, В2 и В3 , расположенные под углом 120° друг к другу. Подвижная часть (ротор) имеет только одну обмотку, создающую магнитное поле, перпендикулярное оси ротора. Выводы этой обмотки соединены с двумя кольцами, к которым прижимаются две щетки.
Рис. 164. Пара сельсинов, используемых для передачи угла поворота вала с помощью трех напряжений различной амплитуды, наводимых ротором сельсина‑датчика в трех обмотках статора сельсина‑приемника.
Н. – Эта машина действительно немного похожа на электродвигатель, но я не вижу, как ее можно использовать для передачи положения.
Л. – Представь себе, что мы имеем два одинаковых сельсина. Я соединил, как это показано на рис. 164, все три обмотки статора первого с соответствующими обмотками второго…
Н. – А, нет! С этим я не согласен. Ты действительно соединил один вывод каждой обмотки первого сельсина с выводом соответствующей обмотки второго, но при этом накоротко замкнул вторые выводы всех трех обмоток первого сельсина и такую же операцию проделал со вторыми выводами обмоток второго сельсина. Я согласился бы с использованием одного общего провода для этих выводов, но при условии, если общий провод одного статора будет соединен с общим проводом другого статора.
Л. – В этом нет необходимости. Можно доказать, что напряжения в обмотках таковы, что их алгебраические суммы постоянно равны нулю. Поэтому нет надобности соединить между собой общие точки этих обмоток. А теперь подадим переменное напряжение в обмотку ротора первого сельсина. Во всех трех обмотках статора появятся наведенные напряжения, амплитуды которых зависят от положения ротора. Эти три напряжения передаются на три соответствующие обмотки второго сельсина и создают три вектора магнитного поля, которые, складываясь, дают одно результирующее, направленное точно так же, как породившее его магнитное поле первого сельсина.
Теперь можно двумя способами использовать второй сельсин. Мы можем подать в его ротор такое же напряжение, какое подается в ротор первого (обычно переменное напряжение 90–100 в с частотой 50 гц). Тогда в результате взаимодействия магнитного поля ротора второго сельсина с магнитными полями обмоток его статора ротор займет точно такое же положение, что и ротор первого сельсина.
Н. – Я понял, как работает система, но я не вижу разницы между управляющим и управляемым сельсинами.
Л. – Ты прав, что не видишь разницы – ее действительно нет. Передача может происходить в обоих направлениях. Все происходит так, как если бы для передачи движения с одного сельсина на другой использовали длинный гибкий вал. Если ты силой помешаешь вращению ротора второго сельсина, то почувствуешь соответствующее сопротивление на роторе первого.
Это система передачи положения, а не система автоматического регулирования. Обычно ею пользуются для перемещения вторым сельсином стрелки по шкале. Система очень удобна в тех случаях, когда при передаче угла необходимо обеспечить вращение по всему кругу без мертвого угла; ею удачно заменяют рассмотренные нами ранее системы на потенциометрах. Но картина будет совершенно другая, если я не подам тока в ротор второго сельсина и если я поверну его рукой. Как ты думаешь, что в этом случае произойдет?
Н. – Я думаю, что в его обмотке появится наведенное напряжение.
Л. – Совершенно верно. А как оно будет изменяться?
Н. – Я думаю, что оно будет изменяться при вращении ротора. Напряжение, несомненно, должно быть очень высоким, когда ротор расположен так, что магнитное поле хорошо проходит по его виткам. И оно, вероятно, будет очень низким, когда ротор расположен так, что магнитное поле не может проходить по его виткам.
Л. – Совершенно правильно, отдавая дань строгости выражений, я хочу уточнить. Наведенное напряжение равно нулю, когда витки ротора расположены параллельно магнитному полю, создаваемому тремя обмотками статора. Это направление перпендикулярно тому, которое занимает ротор при подаче в него такого же напряжения, как и в обмотку ротора первого сельсина, как мы только что делали.
Мы можем подать напряжение с этого второго ротора на усилитель, а затем на специальный фазочувствительный детектор, который даст нам положительное или отрицательное напряжение в зависимости от того, в какую сторону смещен ротор от положения, соответствующего наибольшему значению наводимого в этом роторе напряжения.
Н. – Мне в голову пришла одна идея…
Л. – Так изложи ее, мне кажется, что ты сегодня в очень хорошей форме.
Н. – Незачем говорить об этом, я всегда в хорошей форме. Если это напряжение ротора соответствующим образом усилить и затем подать на двухфазный двигатель, то его можно заставить вращаться в одном или в другом направлении.
Л. – Совершенно верно, и этим пользуются на практике. Но как при использовании твоего метода, так и при использовании уже описанного мною двигателя постоянного тока, управляемого фазочувствительным детектором, этот двигатель всегда используете я для воздействия на ротор сельсина, чтобы удерживать его в таком положении, когда наведенный в обмотке этого ротора ток ничтожно мал.
Н. – А какими преимуществами обладает этот метод по сравнению с первым?
Л. – На этот раз передача необратима. Первый сельсин выступает в роли управляющего органа, а второй – в роли управляемого. Необходимо отметить, что в этом случае мощность на роторе сельсина приемника зависит только от усилителя и управляемого им двигателя. Этот метод позволяет поворачивать в нужное положение очень тяжелые предметы, обладающие большой инерцией. Поэтому такая система передачи угла часто используется для управления радиолокационными антеннами.
Н. – В принципе очень удобно, что эту сельсинную систему можно применять несколькими различными способами. К тому же второй сельсин также может применяться двумя разными способами, о которых ты мне рассказал.
Л. – Теоретически все это возможно, а на практике предпочитают в известной мере специализировать сельсины. Существуют специальные сельсины‑датчики, которые устроены так, чтобы подключаемые к их обмоткам нагрузки не изменяли наводимых в них напряжений. У сельсинов‑приемников, предназначенных для индикации передаваемого угла, как я тебе уже говорил, принимают специальные меры для демпфирования колебаний ротора. В тех же сельсинах, которые предназначены для использования в системе автоматического регулирования с двигателем, стальная арматура ротора должна быть очень однородной, чтобы ротор не оказывал никакой реакции на обмотки сельсина‑передатчика. В сельсинах, используемых для прямой передачи угла без двигателя, приводящего в движение второй сельсин (такую систему передачи называют телеиндикацией ), нет необходимости в исключительной однородности стального сердечника ротора. Этот ротор устанавливается в заданное положение магнитным полем и поэтому совершенно не влияет на сельсин‑датчик.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 205; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!