> Техника, страница 50 > Искровой передатчик

Искровой передатчик

Искровой передатчик, генератор высокой частоты, использующий колебательный разряд конденсатора через самоиндукцию и искровой промежуток для получения энергии высокой частоты; далее эта энергия б. ч. излучается посредством антенны в пространство в форме затухающих электромагнитных волн.

Теория искрового возбуждения электромагнитных колебаний. Рассмотрим работу эдс на контур, содержащий емкость, самоиндукцию и сопротивление. Если заряд на кок-

денсаторе q,

а сила тока

b — -тг » di

(1)

то, согласно

закону Кирхгофа, e-L§-V_c=iR,

(2)

где е—эдс, V_c—напряжение на зажимах конденсатора

L—самоиндукция. Эдс может создать вынужденное колебание в системе; свободные колебания нашего контура получатся, если е=0. Тогда, согласно уравнениям (1) и (3), ур-ие (2) принимает вид:

^L%+^Rw + h9-°· с⁴)

Ур-ие это имеет решение

<?=Q e~^aisin (ωί + ψ), (5)

при чем Q и φ определяются начальными условиями, a и со—из следующих соотношений: _

^а=ё и »-/"гс-ё- («)

Такое решение получается лишь в том случае, когда ~ > y_L;, то есть если

R<2f/^ (7)

(в этом неравенстве все величины выражены в одной и той же системе единиц, например: R—в й, L—в Н, С—в F). Если неравенство (7) не выполняется, то решение уравнения (5) имеет вид:

q=Qie - V+ e-*»“, если R > 2 у^Г~, (8)

?= (Qi + ξΜ)β~^αί, если #=2j/"£, (S)

при чем у R Г Д‘ ¹

¹ 2L У 4L» LC И

Так как эдс, вынуждающей колебания, в контуре нет, то мы должны предположить, что в контуре имеется нек-рое количество энергии (например имеется заряд на конденсаторе, иначе @=0). Поэтому ур-ие (4) носит название уравнения разряда конденсатора, причем при выполнении условия (7) разряд будет колебательным, в случае (8)—апериодическим, случай же (8) носит название критического. Теоретич. исследование колебательного разряда конденсатора сделано Томсоном, а затухающий колебательный процесс в контуре впервые экспериментально обнаружен Феддерсеном. Если в выражении для со пренебречь сопротивлением R, то получим приближенную формулу Томсона (смотрите Затухание):

Т =- M&rtVCL.

(О

Точное решение ур-ия колебательного разряда конденсатора дает величину периода:

T-ZnVCL: (9)

где Твыражено в ск., С—bFhL—вН,или

xVCL-y^:l+(ij, (10)

где A, L и С выражены в см. При 5=0,4 ошибка при пользовании ф-лой А= 2nVCL вместо ф-лы (10) достигает 0,2%. Ур-ие, аналогичное (5), написанное вместо q для г и V, дает следующие решения:

г=I₀-e~^at sin cot и F =F₀-e~^at-sin(coi + φ). Если N—число разрядов в 1 ск., то действующая сила тока в колебательном контуре затухающих колебаний определяется формулой;

n-^NS с»·^e_ai ·^sin at-mi.

о к-рая после подстановки со=2π и a=· δ дает:

.2 Ν·Ι I 1 Ν-Γο

^Г<Н¹В"^?7

Начальная амплитуда силы тока 1₀ определяется с достаточной- точностью, если пренебречь потерями энергии за первую четверть периода. Тогда

CV‘ L-Ц т тг Ас

—=-у-. откуда I₀=V₀y _z.

где С выражено в F и L—в Н, или

где С и L выражены в ом в обоих случаях 1₀ выражается в А и F₀ в V.

Далее в практике И. п. имеет большое значение зависимость

δ — а Т — π R

R · С 1 ^w λ R

1501 ^{= 1} ’ ‘ ТГ

(Си L выражены в см), позволяющая определить активное сопротивление контура R в Ω из величин А (в м), С (в см) и δ, легко находимых из измерений (смотрите Измерение в радиотехнике). Колебательный разряд можно считать законченным, когда амплитуда силы тока упадет до 1% первоначальной величины; так. обр., продолжительность разряда определяется из ф-лы:

1₀ e~^alfln=0,01ί₀. откуда t_fin =

Если новый колебательный разряд начинается еще тогда, когда колебания от предыдущего не успели затухнуть, то есть, если

if in > jf, то происходит перекрывание одного колебательного разряда другим. Энер-

гия заряженного конденсатора к моменту окончания разряда израсходуется на различные потери, то есть выделится в виде тепла Джоуля в действующем (эквивалентном) сопротивлении Н если разряды происходят N раз в ск., то мощность колебательного контура

Ρ=Ν.Υψ,

где С выражено в F.

Для практики интересны периодические заряд и разряд конденсатора, которые осуществляются или при помощи прерывателей (электромагнитных, турбинных и нек-рых др.) или при помощи искровых разрядников, составляющих отличительную особенность И. п.

Составляющий неотъемлемую часть всякого И. п. искровой промежуток оказывает большое влияние на весь процесс затухающих колебаний. Искровой промежуток можно рассматривать как некоторое сопротивление, включенное последовательно в колебательную цепь; при этом, изменяя его длину, можно повысить или понизить напряжение, до которого будет заряжен конденсатор, пока не пробьется искровой промежуток и не начнется колебательный процесс. Сопротивление искры Rf м. б. определено формулой:

„ (1,91-2,55)(α„ + α₁!)

при чем коэфф-т 1,91 следует брать в том случае, когда Rf>R колебательного контура, и коэфф. 2,55—для обратного случая; 1₀—начальная амплитуда силы тока, I— длина искры в миллиметров; величины а„ и зависят от материала электродов (табл. 1).

Т а 0 л. 1 .—3 ависимость коэффициентов а, па, от материала электродов.

Материал электродов	Значения коэффициентов
Материал электродов	а₀	а,
Mg..	34	7,6
Zn..	30	10,4
Си..	28	10.9
Ag..	42	10.4

Сопротивление искры Rf зависит также от формы электродов (чем меньше радиус электрода, тем Rf больше) и от газа, окружающего электроды (наибольшее в атмосфере Н). Так как Rf зависит от силы тока и обратно пропорционально ей, то искру можно рассматривать как нек-рую противо-электродвижущую силу, тем большую, чем меньше I (что и подтверждено на опыте Ро-жанским и Слуцкиным). Поэтому искра не только увеличивает затухание колебаний, но и искажает их: убывание амплитуд следует не закону типа функции e~^at, а другому—линейному: E =

= 2?₀(ΐ—— tj, где а—линейный декремент затухания и Е—мгновенное значение эдс

(фигура 1). Второе искажение в процессе разряда вносится искровым промежутком—потуханием его раньше окончания разряда, следствием чего является остаточный заряд на конденсаторе. Наконец, искра, (в особенности при электродах из серебра) увеличивает, хотя и очень немного, период колебания контура.

Получение затухающих колебаний высокой частоты при помощи прерывателей находит себе большое применение в практике

измерений в виде электромагнитных прерывателей, или зуммеров, к-рые, являясь по существу генераторами звуковой частоты, в то же время выполняют и роль генераторов радиочастоты. Наиболее употребительна схема зуммеров, приведенная на фигуре 2,а. Каждый раз батарея при включении заряжает конденсатор, разряжающийся затем через самоиндукцию. Процессы, происходящие в зуммере, изображены на фигуре 2,6.

Практические формы И. π. I. Станция с трещащей искрой.

1) Метод прямого возбуждения колебаний в антенне применялся еще А. С. Поповым и Г. Маркони, которые пользовались при этом односторонне заземленным вибратором Герца (фигура 3). Искровой разрядник простого типа ^длинная искра между двумя шариками) вводится у основания Е антенны А;необходимая для заряда антенны энергия доставляется вторичной обмоткой индуктора J, первичная обмотка которого питается током батареи В, прерываемым молоточным прерывателем U индуктора (число прерываний в ск. >

100). Ключ К служит для замыкания тока и посылок волн надлежащей продолжительности. Схема станции состоит из трех частей: цепь низкого напряжения (источник тока), цепь высокого напряжения (вторичная обмотка индуктора и конденсатор —антенна — земля) и цепь высокой частоты (антенна — искровой промежуток— земля). Такие простейшие станции включаются иногда и теперь в качестве судовых аварийных, так как при малой емкости судовой антенны можно ограничиться маленьким индуктором и небольшой аккумуляторной батареей.

2) Метод косвенного возбуждения колебаний был введен Ф. Брауном как средство уменьшить сильное затухание колебаний в антенне при первом методе, а также повысить кпд антенны; особенно важна была первая цель, т. к. избирательность (смотрите) на приемной станции получалась столь малая, что еще тогда взаимными помехами ставилась преграда одновременной работе многих радиостанций. При косвенном возбуждении искровой промежуток располагался (фигура 4) в замкнутом контуре, связанном с антенной. При этом; 1) затухание антенного контура уменьшалось, а продолжительность одного заряда увеличивалась; 2) при том же напряжении индуктора в замкнутом контуре можно было иметь в замкнутом контуре большую емкость и меньшую самоиндукцию, что позволяло перейти к большим количествам энергии (т. к. мощ-cv*

ность Р=-j-J. Вследствие малого затуха

ния настройка приемника на передатчик с косвенным возбуждением делалась значительно острее. Недостатком этого способа являлась двуволнистость системы вследствие обратного воздействия открытой цепи на замкнутую (смотрите Связь): чтобы добиться одно-волнистости, связь должен быть не более 5—6%, но тогда количество передаваемой в антенну

энергии незначительно. Связь замкнутого контура с антенной выбирается индуктивная, автотрансформаторная или гальваническая. Вследствие неудовлетворительной деионизации искрового промежутка при индукторных прерываниях число разрядов в ск.>100 получать было трудно; эта цифра в свою очередь обусловливала высоту звука в телефоне на приемной радиостанции: звук получался в виде тресков большей или меньшей продолжительности—отсюда происхождение названия класса.

II. Станции с тональной искрой. Почти все^ современные И. п. применяют метод возбуждения, называемый ударным. Особенностью его является наличие двух взаимно сильно связанных систем А я В (фигура 5); первая из них, в которой возбуждаются колебания за счет генератора тока G, играет относительно второй роль источника внешней силы, на к-рую последняя реагирует. Действие первичной системы на вторичную совершается при этом периодически и продолжается каждый раз очень короткое время; поэтому его можно рассматривать как ряд ритмических, быстро следующих друг за другом импульсов или ударов. Эти удары во вторичной системе вызывают однотонные колебания периода и затухания,свой-ственные только второй системе. Для получения такого процесса необходимо энергично деионизировать среду искрового промежутка или ускорить нормальную деионизацию;

тогда искра в первичном контуре может погаснуть преждевременно, во время процесса биений, отсюда происхождение названия «искрогасящий разряд-Фигура 6. ник». Поэтому пос ледовательный переход энергии первичного контура во вторичный и обратно прекратится, и доставленная этому последнему энергия примет в нем форму собственных его колебаний. Методы достижения ионизации описаны в статье Беспроволочная связь (смотрите).

На И. п. применяются два типа разрядников: неподвижный—конструкции Теле-функен и вращающийся — типа Маркони. Первый (фигура 6) состоит из ряда кругообразных плоских медных пластин, рабочая поверхность которых покрывается серебром; отвод тепла увеличивается постановкой между отдельными разрядниками больших медных пластин (часто, кроме I;

того, применяется вентилятор). Форма отдель- Фигура 7.

ного искрового промежутка дана на фигуре 7 (длина искры обусловливается толщиной слюдяной прокладки— кольца, зачерненного на фигуре). Для получения больших количеств энергии включалось последовательно до 100 искровых промежутков.

Вращающийся разрядник (фигура 8) встречается двух категорий: асинхронный и синхронный. В первом из них вращающийся электрод приводится в движение электромотором—этим предоставляется возможность легкого регулирования (гл. обр. числом оборотов мотора) числа разрядов в ск. (высоты тона). Во втором разряднике вращающийся электрод механически связан с питающим И. п. альтернатором повышенной частоты, принцип устройства которого аналогичен схеме индукторной машины высокой частоты (смотрите Высокой частоты машина). В этом случае высота тона будет числом, кратным числу периодов питающего искрового разрядника. Во всех случаях сигналы принимаются в виде чистого тона, который легко выделяется на фоне атмосферных и других помех.

Фигура 8.

Значительное улучшение действия И. п. получается при настройке в резонанс цепи низкой частоты. Условием резонанса, то есть совпадения периодов общего контура I и II,

Фигура 9.

является выполнение в последнем следующих соотношений (уравнение Зейбта):

T=2nVC₁-L_2mp. (1 -fc*),

где Т—период питающего тока, I/_2mp.—самоиндукция вторичной обмотки трансформатора, к—коэфф. связи между обмотками трансформатора. На практике регулируют наступление резонанса путем изменения Т, варьируя число оборотов альтернатора, и изменением к—гл. обр. путем включения реактивной катушки с железом D в первую цепь, называемую иногда тональным дросселем (фигура 9).

Значительное увеличение затухающего действия получается при введении срывающих искровых про-, межутков (F₂ на Г фигура 10), включав- 1 мых последователь-но с многократным V разрядником. При Т этой схеме заряд 1— конденсатора происходит через железный дроссель В. Разряд же должен произойти через оба разрядника последовательно, т. к. D для высокочастотных разрядов представляет преграду. Благодаря этому легче получается чистый (то есть без парциаль

ных разрядов) трн. Для сохранения чистоты тона при больших мощностях применяется вспомогательное зажигание (контур Cii¹! —фигура И).

Полная схема радиостанции с неподвижным разрядником ударного возбуждения дана на фигуре 12 (по этой же схеме, в основном, построены судовые радиостанции Гос. электротехнич. треста з-дов слабого тока, описываемые далее). Регулировка энергии достигается изменением числа включенных искровых промежутков. Станции с вращающимся разрядником имеют схемы, представленные на фигуре 13 и 14. При питании по стоянным током процесс в передатчике идет по следующему уравнению: w к <гу

dl‘ + h di ‘ CL L ’

где E—напряжение заряда, источника постоянного тока. Если, как обычно, Д <2^,

то решение этого ур-ия дает величину напряжения на конденсаторе в виде

S--E (l

_A.t „ 2 L

COS

i CL

Т. о., конденсатор при заряде контура, допускающего собственные колебания, запа

сает энергии примерно вчетверо больше, чем при заряде апериодического контура:

ту-.^-с

Искровая радиостанция на Октябрьском поле в Москве, служившая главной радиостанцией в России и в СССР с 1915 до 1925 г.,

была построена по схеме питания постоянным током и имела первичную мощность до 300 kW. Регулировка энергии в станциях с вращающимся разрядником достигается изменением расстояния между электродами и соответствующей регулировкой напряжения. Маркони сделал попытку построить по

принципу искры передатчик с почти неиз-меняющейся результирующей амплитудой колебания. В этом случае вращающиеся разрядники, расположенные на одном валу,

включаются последовательно каждые четверть оборота в замкнутые колебательные контуры, в которых происходит разряд по вышеописанному. Таким образом, результирующая кривая имеет почти постоянную амплитуду (фигура 15).

Современные конструкции И. п. Искровые передатчики теперь встречаются гл. обр. в виде судовых радиостанций, причем при-

А 1

1 Λ

! 1

Λ !

ίΑ

; U

| L

Т/Г

1 ν

U.J.

_ L_|.

ц 1

г i FT

У и

1 i

ii:

лях объясняется большей простотой их экс-плоатации, отчасти же— иек-рым консерватизмом (по постановлению Вашингтонской конференции 1927 г., постройка новых И. и. для суши запрещена с 1930 г. для частот < 375 кц.; замена всех И. п., и в последнюю очередь судовых, на генераторы незатухающих колебаний должна произойти не позднее 1939 г.).И.п. на большинстве современных кораблей встречаются как главные передатчики; в качестве аварийных, работающих от специальной аккумуляторной батареи, расположенных целиком на верхней палубе и предназначенных для подачи сигналов о помощи при аварии судна, теперь применяются почти исключительно тоже И. и. Гос. элек-тротехнич. трест з-дов слабого тока изготовляет судовые И. п. следующих типов (табл. 2).

Фигура 15.

Таблица 2.—X а р а к т е р и с т и к а искровых передатчиков, изготовляемых ГЭТЗСТ.

Тип	Подводим. к трансформатору мощность в kW	Длина фиксирован, волн в м	Дальность действия в км	Число искровых промежутков
P-2.	2	300,600,800	440	10
P-l	1	300,600,800	200	8
P-0,2*	0,2	300,600	100	4
ο,βτκ	1	300,600,800	200	8

* Исключительно как аварийные.

Схемы всех типов построены почти по одному образцу—ударного возбуждения с искрогасящим разрядником. Источником энергии в типах Р-2 (фигура 16), Р-1 и 0,5ТК служит умформер соответствующей мощности, дающий при напряжении со стороны электродвигателя в 110 или 220 V переменный однофазный ток частоты 1 000 пер/ск. Далее следует трансформатор, повышающий напряжение до 4 000—6 000 V (в зависимости от типа И. п.), и искрогасящий многократный разрядник. Батарея конденсаторов, вариометр (самоиндукция замкнутого контура), антенный амперметр и удлинительная (антенная) катушка самоиндукции являются главными частями И. п. Для предохранения умформера и судовой сети от токов высокой частоты параллельно цепи переменного и постоянного токов радиостанции введены блокиро-

Фигура 1G.

вечные конденсаторы. Для охлаждения раз-рядника во время работы устанавливается вентилятор.

Так как на судовых радиостанциях обычно для приема и передачи служит одна антенна, то для блокировки приемников в цепь возбуждения умформера вводится приспособление, разрывающее эту цепь, если

V,u Уг - Напряжения, требуемые для того, чтобы произошел разряд п - Число периодов в секунду N - Число разрядов (искр) в секунду Ь - Время

Фигура 17.

приемник включен в антенну, и предохраняющее, т. о., приемные аппараты от повре-ждения. И. п. почти всех судовых радиостанций работают по методу ударного возбуждения и имеют чистый музыкальный тон. Этот последний (то есть число разрядов в ск.) соответствует числу перемен питающего то-

ка, которое для описываемых И. п. Треста з-дов слабого тока равно 2 000. Большая высота тона м. б. достигнута лишь за счет парциальных разрядов, что не рекомендует^ ся, так как тогда искра передает шипящий звук. Высоту тона можно изменять: 1) путем изменения частоты питающего тока, что

достигается изменением числа оборотов умформера; 2) уменьшением напряжения питающего тока; в этом последнем случае получаются, согласно фигура 17, частоты искр в 2 000, 1 000, 666 и 500 разрядов в ск. На фигуре 18 показана зависимость силы тока в антенне от высоты тона и числа введенных искровых промежутков. Действующая сила тока в антенне прямо пропорциональна числу введенных искровых промежутков и квадратному корню из числа разрядов.

Отличием аварийного типа передатчика Р-0,2 от прочих является работа его через умформер от батареи кислотных аккумуляторов напряжением 24 V и емкостью 200 Ah, рассчитанных на непрерывную шестичасовую работу И. п.

Лит.: Петровский А. А., Научные основания беспроволочной телеграфии, ч. 1, СПБ, 1913; Луценко Η. Н., Основы теории радиотехники, Л., 1927; Черданцев И. А., Электромагнитные колебания и волны, М., 1924; Z en n e с k J., Е1ек-tromagnetische Scliwingungen u. drahtlose. Telegraphie, Stg., 1905; S el b t G., tlber Resonanzinduktoren u. tbre Anwendung in d. dralitlosen Telegraphie, «ΕΤΖ», 1904, Jg. 25, p. 276; Eichhorn, fiber eine Methode d. Stosserregung elektr. Scliwingungen u. ihre Anwendung in d. radiotelegraph. Messteehnik, «Mitteil. d. Phys. Ges. In Ziirich», Zurich, 1916, B. 18; W i e η M., fiber die Dampfung von Kondensatorschwingungen, «Physikal. Ztschr.», Lpz., 1906, B. 7, p. 871; Sec· liger R., Der Elektrizitatsdurchgang durch Gase, «Siemens-Ztschr.», B., 1923, H. 6, p. 280; W i e η M., «Physikal. Ztschr.»,Lpz.,1906,B. 8,p. 871 u. 1908, B. 9, p. 49; Boas K., «Jahrhucli d. drahtlosen Telegr. u. Teleph.», Lpz., 1912, B. 5, p. 563; Schmidt K., DasArbeiten d. Mittelirequenzmaschinen auf d. Losch-iunkensender, «ETZ», 1919, Jg. 40, p. 502; Fal-kenthal E., Der Pendelumtormer, «.lalirbuch d. drahtlos. Telepb. u. Telegr.», Lpz., 1919, B. 13, p. 526; E i c h h о r n, Telefunken-Hllfsziindung, ibid., 1913, B.7, p. 607; Hallborg H., Resonanzersehemun-gen im Niederfrequenzkreis d. radiotelegraph. Sende-stationen, ibid., 1916, B. 10, p. 75; Martens F. und Z i с k n-e r S., Cber die mittelfrequenten Vor-gangc in Tonfunkensendern, ibid., 1920, Jg. 15, p. 266; Rein H., Der radiotelegraphische Gleichstromton-sender, «Physikal. Ztschr.», Lpz., 1910, B. 11, p. 591; Zenneck J.u. Rukop H., Lehrbuch d. drahtlos. Telegraphie, Stg., 1925; Pierce, Electric Oscillations a. Electric Waves, N. Y., 1920. В. Баженов.