Электронно – вакуумные приборы

ЭЛЕКТРОННО-ВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ

ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА АППАРАТУРЫ РЭБ

Определение местоположения.

 

Местоположение радиоэлектронных средств противника может быть определено как прямыми, так и косвенными методами. Под прямыми методами понимают измерения местоположения источника в результате не­посредственной обработки принимаемых сигналов. В косвенных методах определение местоположения источника производится по формулам, связывающим координаты источника с его пеленгами, произведенными из нескольких точек, и расстояниями между точками измерения пеленгов.

 

Прямые методы определения местоположения

источников излучения

Примером этого метода может служить так называемый вертикальный способ просмотра пространства, применяемый при радиотехнической разведке с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ). Этот способ требует пролета ИСЗ над разведываемым радиоэлектронным средством (рис.1.11.10). Перехват сигналов осуществляется узконаправленной антенной. В момент перехвата сигналов производится запись местоположения точки перехвата.

 

Рис.1.11.10. Определение местоположения с помощью ИСЗ

Район неопределенности географического положения обнаруженного источника излучения характеризуется так называемой географической разрешающей способностью системы, которая определяется площадью (А) района, просматриваемого одновременно приемной антенной станции радиотехнической разведки.

При однократном полете точность определения местоположения источника невелика. Она может быть повышена за счет многократности обзора заданного пространства с взаимным перекрытием площадей, охваты­ваемых приемной антенной при каждом полете.

 

Косвенные методы определения местоположения

источников излучения

Наиболее распространенной является пеленгация источника излучения из двух или более точек, расположенных на известной базовой линии, с последующим вычислением его местоположения методом триангуляции (рис.1.11.11). Такой способ определения местоположения создает область неопределенности (А) в месте пересечения диаграмм направленности приемной антенны. Можно показать [2], что наилучшая географическая разрешающая способность будет получена, если моментам перехвата будут соответствовать пеленги на источник Θ1 = Θ2 = 60°. Косвенный метод пеленгации реализован в изучаемых АСП КВ и УКВ диапазонов.

 

Рис.1.11.11. Косвенный метод определения местоположения

 

В заключение отметим основное различие между прямым и косвенным методами определения местоположения. В первом случае определение местоположения в принципе может быть осуществлено за счет направленного приема сигнала в одной точке, в то время как при косвенном методе требуется осуществить прием и пеленгацию минимум в двух точках пространства.

 

Контрольные вопросы

 

1.Каковы требования предъявляются к пеленгационным устройствам?

2.Каковы особенности беспоисковых способов пеленгации?

3.Какие методы положены в основу пеленгации источников излучения и в чем их сущность?

 

 

 

 

Устройство и принцип действия электровакуумного диода.

Электровакуумными приборами называются электронные приборы, принцип действия которых основан на движении электронов в вакууме при работе в различных электрических полях. Принцип действия всех электровакуумных приборов основан на явлении электронной эмиссии.

Различают: термоэлектронную эмиссию; автоэлектронную (или «холодную») эмиссию – это эмиссия под воздействием сильных электрических полей; фотоэлектронную эмиссию; вторичную эмиссию.

Если электрон обладает достаточной скоростью и кинетической энергией и ударяется при этом в поверхность материала, он отдаёт свою энергию электронам материала, которые вылетают с его поверхности. Причём каждый ударяющий электрон, который называют первичным электроном, может «выбивать» с поверхности материала несколько вторичных электронов.

Электровакуумный диод имеет два основных электрода – катод (косвенного (рис.2.1.1,а) или прямого (рис.2.1.1,б) накала) и анод. На рис.2.1.2). приведено условное графическое обозначение диода.

 

 

а б

Рис.2.1.1.Типы катодов Рис.2.1.2.Электровакуумный диод

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) электровакуумного диода изображена на рис.2.1.3.

 

 

Рис.2.1.3. ВАХ и основные параметры диода

На рис.2.1.4 приведено семейство ВАХ диода при различных напряжениях накала. Линейные участки характеристик соответствуют режиму пространственного заряда. Пологие участки – режиму насыщения. В режиме насыщения электровакуумный диод является источником шума. Именно в этом качестве электровакуумный диод находит применение в аппаратуре РЭБ.

 

 

Рис.2.1.4. Семейство ВАХ диода

Вообще говоря, шумы обусловлены беспорядочным тепловым движением заряженных частиц в различных элементах схемы, которое эквивалентно току, изменяющему свою величину и направление по случайному закону. Источниками шума могут быть резисторы, монтажные провода, электронные лампы, транзисторы.

 

Причины собственных шумов электронных ламп

 

неравномерность во времени эмиссии катода (дробовые шумы);

неравномерность распределения тока катода между электродами ламп;

неравномерность вторичной электронной эмиссии с электродов ламп, траверз, прокладок и т.д.;

ионизация остаточных молекул газа в баллоне лампы;

явление мерцания - фликкер эффект (неравномерность эмиссии по поверхности катода).

Шумы ламп оценивают [9] с помощью шумового сопротивления или с помощью коэффициента шума (для приемо-усилительных ламп). Коэффициент шума определяется отношением общей мощности шумов на выходе лампы к мощности шумов на выходе идеальной (не шумящей) лампы при условии равенства мощности шумов на входе. Коэффициент шума показывает во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе лампы больше отношения мощности сигнала к мощности шума на выходе лампы за счет ее собственных шумов.

 

Устройство и принцип действия триода.

 

Триодом называется электровакуумный прибор, у которого помимо анода и катода имеется третий электрод, который называется сеткой (управляющей сеткой). Сетка располагается между анодом и катодом, ближе к катоду.

Условное графическое обозначение триода изображено на рис.2.1.5.

Рассмотрим влияние сетки на работу триода.

1)Uc=0;Ia1>0.

При напряжении на сетке, равном нулю, сетка не оказывает воздействия на поле анода, и в цепи анода будет протекать ток.(Рис.2.1.6)

 

Рис.2.1.5. Электровакуумный триод Рис.2.1.6. Токопрохождение в триоде

 

2) Uc > 0; Ia2 > Ia1; Ic > 0.

При положительных напряжениях на сетке между сеткой и катодом возникает поле, линии напряжённости которого направлены так же, как и у анода. Результирующее действие поля на электроны усиливается, и ток анода возрастает. Положительно заряженная сетка перехватывает часть электронов, за счёт чего возникает ток сетки Ic.

3) Uc < 0; Ia3 < Ia2< Ia1.

При подаче отрицательного напряжения на сетку поле сетки будет противодействовать полю анода, за счёт чего анодный ток уменьшается.

4) Uc << 0; Ia4 = 0; Ic=0.

Таким образом, изменяя напряжение на сетке можно управлять величиной анодного тока.

 

ВАХ и основные параметры триода.

 

На рис.2.1.7 и 2.1.8 представлены анодно-сеточная характеристика (зависимость Ia = f (Uc) при Ua = сonst) и анодная характеристика (зависимость Ia = f (Uа) при Uс= сonst) соответственно.

 

 

Рис.2.1.7. Семейство АСХ триода

 

 

Рис.2.1.8. Семейство АХ триода

К основным параметрам триода относятся:

1.Крутизна анодно-сеточной характеристики

, при Ua = сonst.

2.Внутреннее сопротивление.

, при Uс = сonst.

2.Коэффициент усиления.

, при Ia = сonst.

3.Проницаемость триода.

 

Теперь проведём несложное преобразование.

 

.

Последнее выражение называют внутренним уравнением триода.

 

Тетроды и пентоды

 

Основными недостатками триода являются: небольшое значение коэффициента усиления μ (не более100), малая величина внутреннего сопротивления Ri (десятки кОм), большая величина проходной емкости Сса, что приводит к самовозбуждению усилителей на триодах на высоких частотах.

В тетродах благодаря введению второй (экранирующей, экранной) сетки удается устранить недостатки триода. При этом вторая сетка выполняет роль электростатического экрана. На рис.2.1.9 и 2.1.10 показаны условное графическое обозначение и схема включения тетрода соответственно.

 

 

Рис.2.1.9. УГО тетрода Рис.2.1.10. Схема включения тетрода

 

Обычно напряжение на экранной сетке выбирается равным 0,6-0,8 от напряжения Еа. По высокой частоте экранная сетка через конденсатор Сс2 соединяется с катодом.

Присущий тетроду недостаток – динатронный эффект, связанный с уменьшением анодного тока (увеличением тока экранной сетки) с ростом анодного напряжения за счет вторичной электронной эмиссии с анода, устраняется путем введения лучеобразующих пластин (лучевой тетрод) или добавлением между анодом и экранной сеткой третьей (защитной, антидинатронной) сетки, на которую подается нулевой потенциал относительно катода (пентод) [9].

Мощные выходные пентоды применяются в усилителях мощности передающих устройств АСП КВ и УКВ диапазона.

 

Особенности работы ламп на СВЧ

 

В диапазоне СВЧ на работу электронных ламп (особенно управляемых ламп - триодов, тетродов, пентодов) существенное влияние оказывают: индуктивности вводов и междуэлектродные емкости (МЭЕ); диэлектрические потери и потери за счет поверхностного (скин-) эффекта; а также время пролета электронов между электродами [9].

Для электронно-управляемых ламп - триодов, тетродов, пентодов, у которых в качестве нагрузки могут использоваться колебательные системы индуктивности вводов и МЭЕ влияют на резонансные частоты, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента усиления каскада. Пролетные явления (время пролета электронов τ соизмеримо с периодом с высокочастотных колебаний Т) приводят к дополнительному разогреву электродов за счет расходования энергии входного сигнала и к снижению коэффициента усиления. В этой связи в диапазоне дециметровых волн в основном применяются триоды. Реже применяются тетроды и пентоды ввиду больших расстояний анод-катод и больших уровней шумов. На СВЧ широко применяется схема с общей сеткой, в которой проходной емкостью является малая емкость анод-катод. В качестве мощных генераторных ламп СВЧ диапазона применяются специальные генераторные триоды (анод массивный из красной меди) с принудительным охлаждением. В качестве генераторных ламп средней мощности в КВ и УКВ диапазонах, как было сказано выше, используются лучевые тетроды и пентоды.

 

Генераторные лампы

 

Основными параметрами являются: выходная (колебательная ) мощность Рк=к Ie Еа, где Ie - ток эмиссии катода; Еа-напряжение источника анодного питания; к – коэффициент, зависящий от режима работы лампы; коэффициент полезного действия (КПД) η=Рк/Ро = Рк/(Ра+Рк), где Ра – мощность, рассеиваемая на аноде лампы.

Генераторные лампы для обеспечения большой выходной мощности при высоком КПД должны работать с большими токами эмиссии катода, при больших Еа, в режиме больших сеточных токов.

Различают лампы непрерывного генерирования и импульсные генераторные лампы.

По мощности генераторные лампы делятся на:

маломощные (до 25Вт);

средней мощности (до 1 кВт);

большой мощности (свыше 1 кВт).

По частотным свойствам генераторные лампы делятся на:

лампы с предельной частотой до 30 МГц (маркировка - ГК);

лампы с предельной частотой 30 – 300 МГц (ГУ);

лампы с предельной частотой свыше 300МГц (ГС).

Пример маркировки. ГС- 16Б: ГС- лампы с предельной частотой свыше 300МГц; 16-номер разработки; Б-тип охлаждения (Б-воздушное; А-жидкостное; П-испарительное).