РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
Э.И. СОКОЛОВСКИЙ
ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
 |
Расчет и проектирование электронных приборов: Учеб. пособие / Э.И.Соколовский; Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 2005. 48 с. ISBN 5-7722-0236-7.
Излагаются общие принципы и исходные теоретические положения расчета и проектирования генераторных и импульсных модуляторных электронных ламп большой и средней мощности. Рассматриваются особенности расчета параметров электронных приборов, расчет геометрии и теплового режима катодного узла, сеточных блоков и анода. Анализируются возможности расчета «вручную» и по специальной программе на ЭВМ.
Предназначено для студентов дневного, вечернего и заочного обучения специальности 200300 (дисциплина «Вакуумные и плазменные приборы и устройства»).
Табл. 12. Ил. 23. Библиогр.: 6 назв.
Генераторный триод, импульсная модуляторная лампа, катодный узел, тепловой расчет электронных приборов, теплообмен излучением, конвективный теплообмен
Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанской государственной радиотехнической академии.
Рецензент: кафедра электронной техники и технологии Рязанской государственной радиотехнической академии (зав. кафедрой проф. В.А. Коротченко).
ISBN 5-7722-0236-7 © Рязанская государственная
радиотехническая академия, 2005
Настоящее учебное пособие посвящено изложению теоретических основ проектирования электродной системы и расчету теплового режима электродов генераторных и импульсных модуляторных ламп. В списке современных электронных приборов электронные лампы не занимают ведущего положения, но благодаря высокой степени проработки методов их расчета, наличию элементов конструкции типичных для изделий электронной техники методика расчета электронных ламп представляется важной составляющей учебного процесса по специальностям электронного приборостроения.
Рассматриваются этапы проектирования при расчете «вручную» и элементы программного обеспечения расчета на ЭВМ. Предполагается, что расчет «вручную» позволяет оценить содержание основных этапов проектирования и найти черновой вариант конструкции. Расчет на ЭВМ обеспечивает уточнение конструктивных элементов и создает возможности для оптимизации прибора. По результатам расчета должна быть спроектирована конструкция прибора, создан чертеж и составлена пояснительная записка, в которой необходимо отразить основные этапы расчета и результаты оптимизации, выбор материала основных элементов и последовательность сборочных операций разрабатываемого прибора.
Оформление пояснительной записки к курсовому проекту должно отвечать требованиям ЕСКД по разделам «Основные положения», ГОСТ 2.105-68.
Исходными предпосылками расчета электронных ламп являются условия формирования электронного потока в двухэлектродной системе. Конструктивные особенности исполнения диодов можно свести к двум основным вариантам, соответствующим системам из плоскопараллельных и цилиндрических электродов (рис.1).
При оценке условий токопрохождения в каждом из указанных вариантов электродной системы учитывается то, что в современных приборах для обеспечения высоких эксплуатационных параметров межэлектродные расстояния (расстояние анод-катод xaк) делаются существенно меньше высоты электродов h, а в приборах плоскопараллельной конструкции это расстояние заметно меньше поперечных размеров (в частности – ширины катода ℓк). Такая особенность позволяет пренебречь влиянием краевых эффектов и, таким образом, свести расчет электрического поля к одномерному случаю (по координате x для прибора плоскопараллельной конструкции и по радиусу r для прибора цилиндрической конструкции).
В качестве эмиттера электронов в
электронных лампах применяют исключительно термоэмиссионные катоды. В случае
ламп с прямонакальным катодом падение напряжения по длине нити изменяет
однородность электрического поля вблизи поверхности катода, но, поскольку
напряжение на электродах в приборах средней и большой мощности существенно
больше напряжения накала, этим фактором пренебрегают и, таким образом,
поверхность катода принимается эквипотенциальной.
Для приборов с электростатическим управлением пренебрегают временем пролета электронов через межэлектродный промежуток τ0. При синусоидальной форме рабочего сигнала с периодом τперэто ограничение выражается через соответствующую величину угла пролета θ = 2π(τ0/τпер). Принято, что временем пролета можно пренебречь, если это время не превышает 5 % от периода приложенного напряжения, т.е. когда θ <0,1π. Если это условие не соблюдается, устройство классифицируется как прибор СВЧ.
Для обеспечения стабильности параметров необходимо свести к минимуму воздействие на анодный ток любых проявлений нестабильности термоэмиссионной способности катода. С этой целью электрический режим выбирается таким образом, чтобы требуемый анодный ток Iа был всегда заметно меньше тока эмиссии катода Is. В этих условиях ограничивающим фактором анодного тока будет воздействие пространственного заряда электронов, определяемого уравнением Пуассона, которое для случая плоскопараллельной системы электродов имеет вид:
d2U/dx2 = – ρ/ε0, (1)
где U – потенциал в данной точке межэлектродного пространства; ρ = j/v – объемная плотность пространственного заряда; j – плотность анодного тока; v – скорость электронов; ε0 = 8,85·10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
В приборах большой и средней
мощности скорость электронов почти целиком определяется величиной пройденной
разности потенциалов. Пренебрегая тепловыми скоростями, получаем v = 
.
В этой формуле e и m – соответственно заряд и масса электрона.
В
приборе с термоэмиссионным катодом из-за наличия начальных скоростей вблизи
катода возникает провисание потенциала (рис.2).
При больших анодных напряжениях минимум потенциала (Um) формируется на расстоянии xm, заметно меньшем общего расстояния xak. Эта особенность позволяет ввести упрощенный вариант граничных условий:
при x = 0 U = 0, dU/dx = 0.
Решение уравнения Пуассона с указанными граничными условиями для прибора плоскопараллельной конструкции имеет вид
Ia = 2,33·10-6
– (2)
закон степени 3/2.
В этой формуле Ia – анодный ток диода; Fа – так называемая «эффективная» площадь анода – площадь поверхности анода, непосредственно воспринимающая электронный ток с катода.
(Примечание. При расчете по формуле (2) напряжение должно указываться в вольтах, ток – в амперах. Геометрические элементы здесь и в последующих разделах, за исключением расчета принудительной системы охлаждения анода, следует указывать в сантиметрах.)
В случае прибора цилиндрической конструкции
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
