Расчет и проектирование электронных приборов: Учебное пособие, страница 12

По результатам расчета теплового режима сетки ЭВМ выдает распечатку значений максимальной температуры T_m и температуры на конце сеточных проводников T₁. Для траверсной сетки приводится также значение температуры на концах траверс T₂. По величине перепада температуры на отдельных участках сеточного узла можно судить о величине теплового сопротивления потоку теплопроводности к радиаторам. Это позволяет при необходимости выбрать наиболее эффективные методы снижения максимальной температуры сеточного узла.

Если основной перепад температуры получается на сеточных проводниках, целесообразно принять меры по уменьшению их длины. Это можно сделать, например, увеличив количество траверс (в случае лампы с подогревным катодом цилиндрической конструкции) либо уменьшив соотношение между поперечными размерами и высотой. В случае лампы плоскопараллельной конструкции с этой целью можно увеличить количество катодно-сеточных пакетов.

Если основной перепад температуры наблюдается по длине траверс, целесообразно уменьшить соотношение между высотой и поперечными размерами лампы либо увеличить диаметр траверс.

Радикальным методом снижения температуры сетки является увеличение рабочей поверхности сетки. В случае лампы с оксидным катодом это может быть достигнуто снижением плотности тока с катода. В случае лампы с прямонакальным катодом стержневой либо V-образной конструкции  –  за счет увеличения количества параллельных нитей.

Способствует снижению температуры сетки уменьшение электронной мощности, выделяющейся на сетке, за счет улучшения токопрохождения. Коэффициент токопрохождения возрастает при уменьшении диаметра сеточных проводников. Еще более эффективным способом снижения электронной мощности является снижение коэффициента напряженности K_н, если это допускается по условиям задания исходных величин.

8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АНОДА

Исходными величинами при выполнении теплового расчета анода являются геометрия электродной системы и энерговыделение на аноде за счет электронной бомбардировки и излучения с катода.

Рассматриваются три возможных способа охлаждения: естественное (за счет излучения поверхности), воздушное и водяное (жидкостное).

При выполнении курсового проекта  способ охлаждения, если он не задан, выбирается самостоятельно.

8.1. Расчет анода с естественным охлаждением

Конструктивные особенности анодов с естественным охлаждением поясняются на рис. 20. Тепловой режим обеспечивается, когда мощность, подводимая к аноду за счет электронной бомбардировки (P_а) и излучением (Q_а), равна мощности, отводимой излучением наружной (E_анар) и внутренней (E_авн) сторон анода:

P_а + Q_а = E_анар + E_авн.                                      (63)

С достаточной для практических задач точностью тепловой поток излучения, выделяющийся на аноде Q_а, можно рассчитывать без учета многократных отражений (как между абсолютно черными телами) и с учетом излучения только катода Q_a = q_кP_f , где   – угловой коэффициент облученности анода катодом.

Для ламп плоскопараллельной конструкции с секционированной электродной системой возможно объединение нескольких катодно-сеточных пакетов в систему с общим анодом (рис.20,а). В этом случае тепловой расчет анода выполняется по значениям электронной мощности и теплового излучения катода, равного суммарной для обобщенных пакетов.

Расчет мощности, отводимой излучением наружной и внутренней сторон, необходимо проводить с учетом влияния ребер, устанавливаемых  на поверхности анода. Ребра на наружной стороне анода позволяют увеличить размеры излучающей поверхности и повышают механическую прочность конструкции. Ребра на внутренней стороне устанавливаются для повышения электропрочности прибора (см. раздел 4.1). Аноды из графита в силу хрупкости этого материала выполняются без ребер.

Увеличение теплоотвода за счет применения ребер возрастает медленнее увеличения поверхности ввиду взаимного теплового экранирования и вследствие неравномерности температуры по длине ребер. Влиянием неравномерности температуры можно пренебречь, если в качестве материала анода использовать металл с достаточно большой теплопроводностью, а длину ребер t_р не брать слишком большой (0,5…1,5 см).

Наличие взаимного теплового экранирования можно учесть аналитически. Тепловое излучение оребренной поверхности в окружающее пространство можно представить как теплообмен с поверхностью, «натянутой» на концы ребер (рис. 21). Температура поверхности соответствует температуре окружающей среды T₀, а коэффициент излучения равен единице. Условия теплообмена для отдельной ячейки и, следовательно, для всей оребренной поверхности анода соответствуют условиям, принятым при выводе уравнения Христиансена (49). Изменяются лишь обозначения величин, входящих в уравнение. Поверхность F₁ заменяется на F’_aн, равную поверхности, «натянутой» на концы ребер, F₂ заменяется на F_aн – полную поверхность  наружной  стороны  анода с  учетом  ребер:  ε₁ = 1;  ε₂ = ε_ан;  T₁ = T₀; T₂ = T_а. Несложно получить, что F_aн = F_a + 2n_рt_рh.

В случае лампы плоскопараллельной конструкции (рис.20,а) количество ребер n_p выбирается равным количеству катодно-сеточных пакетов в пределах каждого анода плюс два ребра, устанавливаемых на торцевых сторонах. Размеры натянутой поверхности определяются по результатам геометрических построений.

В случае лампы цилиндрической конструкции (рис.20,б) количество ребер выбирается достаточно произвольно. При большом количестве ребер F’_aн ≈ 2π(r_a + t_р)h.

С учетом указанных обозначений уравнение Христиансена принимает вид

E_анар= .                                  (64)

В условиях работы электронных ламп большой и средней мощности T_а >> T₀, поэтому уравнение (64) можно упростить:

E_анар = ε’_ан F’_aнσT_а⁴,                                                   (64а)

где ε’_ан = – «приведенный» коэффициент излучения наружной стороны поверхности анода.

Таким образом, при естественном охлаждении температура анода

.                             (65)

Здесь q_a – коэффициент, учитывающий долю тепла излучения внутренней стороны анода, уходящего в пространство через открытые торцы. Для ламп с подогревным катодом q_a≈1– q_к, для ламп с прямонакальным катодом , где D_a– диаметр анода (для плоскопараллельной конструкции D_a » 2x_aк); e_авн и F_авн – коэффициент излучения и площадь внутренней стороны анода.