Собрание трудов. Том 5. Основы радиотехники. Часть 2

310 Pages·2015·3.916 MB·Russian

by  Котельников В.А

Издание осуществлено при поддержке
УДК 52.1
Российского фонда фундаментальных
ББК 22.63 исследований по проекту 14-02-07017,
К73 не подлежит продаже
Котельников В.А. Собрание трудов. В 5 т. Т.5. Котельни-
ков В.А., Николаев А.М. Основы радиотехники. Часть 2. —
М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. — 312 с. — ISBN 978-5-9221-1601-5(Т. 5).
Собрание трудов выдающегося российского ученого и инженера
В.А. Котельникова подготовлено к 100-летию со дня его рождения. В пятый
том, который завершает издание Трудов и приурочен к 10-летию его
ухода из жизни, вошла 2-я часть классического двухтомного учебника
«Основы радиотехники»,написанногосовместносА.М.Николаевымнаоснове
одноименного курса лекций, который В.А. Котельников читал в Московском
энергетическом институте (МЭИ) в 40-е и 50-е гг. прошлого века. Изданные
в 1950г. 1-ячасть (линейная радиотехника) и в 1954г. 2-ячасть (нелинейная
радиотехника) явились энциклопедией инженерных теоретических знаний по
радиотехнике того времени. По этому учебнику учились многие поколения
студентов технических вузов как СССР, так и других стран.
Уникальная структура двухтомника, методика подачи материала, особенно
фундаментальных разделов теории, делает его интересным и для нынешнего
поколения студентов, аспирантов, преподавателей и инженеров, а также для
всех, кого интересует история становления науки и техники в нашей стране.
Составитель—А.С. Прохоров
ISBN 978-5-9221-1601-5 (Т. 5)
(cid:2)c ФИЗМАТЛИТ,2014
ISBN 978-5-9221-1600-8 (cid:2)c А.С.Прохоров,2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Введение. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 9
§ 1.1.Нелинейные сопротивления. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 9
§ 1.2.Основные методы исследования схем с нелинейными сопротивле-
ниями . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 16
Глава 2. Нелинейные сопротивления в безинерционных схемах.
Ограничители. Усилители постоянного напряжения . .. .. .. .. .. .. .. . 19
§ 2.1.Содержание главы . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 19
§ 2.2.Анализ схем с одним нелинейным сопротивлением при известной
величине управляющего параметра. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 20
§ 2.3.Диодный ограничитель электрических колебаний . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 23
§ 2.4.Одноламповые усилители постоянного напряжения . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 28
§ 2.5.Многоступенные усилители постоянного напряжения . .. .. .. .. .. .. .. . 34
§ 2.6.Схемы с несколькими нелинейными сопротивлениями . .. .. .. .. .. .. .. . 38
§ 2.7.Схемы с обратным воздействием . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 39
Глава 3. Нелинейныесопротивленияв схемах с малыми перемен-
ныминапряжениями.Усилениемалыхколебаний.Прохождение
через простейшие линейные усилительные схемы синусоидаль-
ных и импульсных колебаний. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 46
§ 3.1.Линейные схемы замещения нелинейных сопротивлений . .. .. .. .. .. . 46
§ 3.2.Усилители с конденсаторным переходом. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 53
§ 3.3.Усилители с трансформаторным переходом. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 59
§ 3.4.Прохождение импульсов через усилители с конденсаторным
и трансформаторным переходами . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 62
6 Оглавление
Глава 4. Электронные реле с усилителями . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 76
§ 4.1.Электронные реле. Общие замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 76
§ 4.2.Общая теория электронных реле с усилителями . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 76
§ 4.3.Процесс скачка в электронном реле с усилителем. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 88
§ 4.4.Некоторые схемы электронных реле . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 91
Глава 5. Релаксационные генераторыс усилителями. .. .. .. .. .. .. .. .. . 95
§ 5.1.Релаксационные генераторы. Общие замечания. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 95
§ 5.2.Релаксационные генераторы с усилителями . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 96
§ 5.3.Процессы в релаксационных генераторах на участках медленного
изменения. Период колебания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 100
§ 5.4.Ждущие релаксационные генераторы . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 103
§ 5.5.Схемы релаксационных генераторов с усилителями постоянного
напряжения . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 107
§ 5.6.Симметричный релаксационный генератор. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 108
§ 5.7.Блокинг-генератор . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 112
§ 5.8.Синхронизация релаксационных генераторов . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 122
Глава 6. Реле и релаксационные генераторы с нелинейными со-
противлениями, имеющими спадающий участок на вольтампер-
ной характеристике . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 125
§ 6.1.Нелинейные сопротивления, имеющие спадающий участок
на вольтамперной характеристике. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 125
§ 6.2.Реле с газоразрядной лампой. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 126
§ 6.3.Релаксационные генераторы с газоразрядной лампой. .. .. .. .. .. .. .. .. . 129
§ 6.4.Электронные реле и релаксационные генераторы, использующие
динатронный эффект . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 134
§ 6.5.Схемы с усилителями, аналогичными нелинейным сопротивлениям
со спадающим участком . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 138
Глава 7. Общая теория устойчивости равновесия . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 140
§ 7.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 140
§ 7.2.Комплексный метод составления характеристических уравнений . . 141
§ 7.3.Критерий Рауса–Гурвица. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 147
§ 7.4.Метод амплитудно-фазовых характеристик . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 149
Оглавление 7
Глава 8. Воздействие на нелинейное сопротивление больших си-
нусоидальных колебаний . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 158
§ 8.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 158
§ 8.2.Воздействиесинусоидальногонапряжениянанелинейноесопротив-
ление (общий случай). .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 158
§ 8.3.Аппроксимация характеристик ломаной прямой . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 160
§ 8.4.Аппроксимация характеристик нелинейных сопротивлений степен-
ным рядом . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 165
§ 8.5.Аппроксимация характеристик нелинейных сопротивлений показа-
тельной функцией . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 169
§ 8.6.Одновременное воздействие на нелинейное сопротивление малого
напряжения произвольной формы и большого синусоидального на-
пряжения . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 172
§ 8.7.Воздействие на нелинейное сопротивление нескольких больших
синусоидальных колебаний . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 175
Глава 9. Резонансное усиление и умножение частоты синусои-
дальных колебаний . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 181
§ 9.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 181
§ 9.2.Резонансное усиление при малых колебаниях. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 182
§ 9.3.Резонансное усиление при больших колебаниях . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 182
§ 9.4.Энергетические соотношения в резонансном усилителе . .. .. .. .. .. .. . 190
§ 9.5.Влияние тока сетки . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 192
§ 9.6.Умножение частоты . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 193
Глава 10. Модуляция . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 195
§ 10.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 195
§ 10.2.Амплитудная сеточная модуляция. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 197
§ 10.3.Амплитудная анодная модуляция . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 203
§ 10.4.Балансная модуляция. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 205
§ 10.5.Фазовая и частотная модуляция. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 208
Глава 11. Детектирование, выпрямление и преобразование час-
тоты . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 210
§ 11.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 210
§ 11.2.Анодный детектор . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 213
§ 11.3.Диодный детектор . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 218
§ 11.4.Сеточный детектор. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 225
§ 11.5.Детектирование ЧМ и ФМ колебаний. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 227
§ 11.6.Измерение напряжений высокой частоты. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 229
8 Оглавление
§ 11.7.Выпрямители . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 231
§ 11.8.Преобразователи частоты . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 232
Глава 12. Ламповые автогенераторысинусоидальных колебаний 235
§ 12.1.Вводные замечания . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 235
§ 12.2.Автогенераторы синусоидальных колебаний с усилителями (малые
колебания) . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 236
§ 12.3.Автогенераторы синусоидальных колебаний с усилителями (боль-
шиеколебания).Квазилинейныйметод.Мягкийижесткийрежимы 241
§ 12.4.LC-автогенераторы синусоидальных колебаний. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 249
§ 12.5.rC-автогенераторы синусоидальных колебаний. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 255
§ 12.6.Автогенераторы синусоидальных колебаний с нелинейными сопро-
тивлениями, имеющими спадающий участок на характеристике. .. . 261
§ 12.7.Влияние гармоник на работу автогенератора синусоидальных коле-
баний. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 264
Глава 13. Некоторые явления в автогенераторах синусоидальных
колебаний. Фазовая плоскость . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 269
§ 13.1.Прерывистая генерация. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 269
§ 13.2.Самовозбуждение добавочных (паразитных) колебаний . .. .. .. .. .. .. . 273
§ 13.3.Затягивание . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 283
§ 13.4.Захватывание . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 290
§ 13.5.Фазовая плоскость. Метод изоклин. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 300
Приложение 1. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 305
Приложение 2. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 309
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ
§ 1.1. Нелинейные сопротивления
В современной радиотехнике широко применяются электронные
лампы и другие нелинейные сопротивления. С их помощью осуществ-
ляются генерирование, усиление, преобразование формы и частоты
электрических колебаний, а также модуляция и детектирование.
Для уяснения роли, которую играют указанные выше процессы
в радиотехнике, рассмотрим блок-схему радиотелефонной связи с ам-
плитудноймодуляцией(AM)иупрощеннуюблок-схемурадиолокатора.
Блок-схема радиотелефонной связи распадается на блок-схемы ра-
диопередатчика и радиоприемника. Начнем с блок-схемы радиопере-
датчика, изображенной на рис. 1.1. На этом же рисунке изображены
временны´е диаграммы напряжений в разных частях блок-схемы1).
Генератор высокой частоты генерирует высокочастотные синусои-
дальные колебания. Эти колебания усиливаются усилителем высокой
частоты и подаются на модулируемую ступень. На эту ступень, кроме
того, подаются от микрофона колебания звуковой частоты, предвари-
тельно усиленные усилителем низкой частоты. В модулируемой ступе-
ни осуществляется амплитудная модуляция — происходит изменение
амплитуды колебаний высокой частоты в соответствии с изменением
напряжения, полученного от микрофона. Далее AM колебания снова
усиливаются и затем излучаются антенной.
Таким образом, в радиотелефонном передатчике мы сталкиваемся
с генерированием синусоидальных колебаний, усилением модулиро-
ванных и немодулированных колебаний высокой частоты, усилени-
ем колебаний звуковой частоты и модуляцией.
Перейдем к приемнику. На рис. 1.2 изображены блок-схема так на-
зываемого супергетеродинного приемника AM колебаний и временны´е
диаграммы напряжений в различных частях схемы.
Колебания, наведенные электромагнитным полем передатчика
в приемной антенне, сначала усиливаются усилителем высокой
частоты, настроенным на несущую частоту принимаемых колебаний.
Для того, чтобы осуществить высококачественный прием, усиление
1)Номера диаграмм на рис. 1.1, 1.2 и 1.3 указывают точки блок-схем,
к которым относятся эти диаграммы.
10 Гл.1. Введение
Рис.1.1
колебаний до подачи их на детектор должно быть очень большим,
что требует применения многолампового усилителя высокой частоты.
Перестройка многолампового усилителя с одной частоты на другую,
что необходимо при переходе от приема одного радиопередатчика
к приему другого, связана с перестройкой многих резонансных
§ 1.1. Нелинейныесопротивления 11
Рис.1.2
контуров. Это сильно усложняет приемник. Поэтому, независимо
от частоты принимаемого сигнала, основное усиление колебаний
до подачи их на детектор производится на неизменной частоте,
называемой промежуточной (в этом заключается особенность
супергетеродинного приемника).
Преобразование колебаний частоты принимаемого сигнала в коле-
бания промежуточной частоты происходит в преобразователе частоты.
Закон модуляции при преобразовании сохраняется неизменным.
Колебания промежуточной частоты усиливаются усилителем про-
межуточной частоты и попадают на детектор. Колебания звуковой
12 Гл.1. Введение
частоты, полученные на выходе детектора, усиливаются усилителем
низкой частоты и подаются на громкоговоритель.
В приемнике мы встречаемся, следовательно, с двумя новыми про-
цессами: преобразованием частоты и детектированием.
Рассмотрим, наконец, упрощенную блок-схему радиолокатора
(рис. 1.3).
Рис.1.3
Генератор низкой частоты генерирует синусоидальные колебания
постоянной частоты. Далее это синусоидальное напряжение поступает
на ограничитель, который ограничивает поданное на него напряжение