Расчет и проектирование электронных приборов: Учебное пособие, страница 4

В силу реактивных свойств колебательного контура напряжение на аноде имеет синусоидальную форму. Положение осевой линии синусоиды соответствует напряжению источника питания (U_a = E_a). Напряжения на сетке и аноде изменяются в противофазе. Осевая линия синусоиды сеточного напряжения соответствует напряжению смещения (U_g = E_g). При амплитудном значении синусоидального напряжения на аноде U_ma минимальное напряжение на аноде составляет величину U_a = (E_a – U_ma). В моменты,  когда    напряжение   на   аноде   минимально,   напряжение   на   сетке     U_g = U_gm =( E_g + U_mg) максимально. Анодный ток в эти моменты имеет максимальное значение (I_a = I_am).

Простейший анализ электрического режима генераторной лампы строится на предположении, что все статические анодно-сеточные характеристики прямолинейны, взаимно параллельны и смещаются пропорционально изменению напряжения на аноде. В этих условиях динамическая анодно-сеточная характеристика тоже прямолинейна (рис. 14). При прямолинейной динамической характеристики форма импульса анодного тока соответствует участку косинусоиды протяженностью 2θ, где θ – угол отсечки по анодному току. В моменты отпирания напряжение  на  сетке составляет величину U_g = ( E_g + U_mgcosθ),   а   напряжение   на   аноде  U_a = (E_a – U_ma cosθ).

При расчете параметров триода в качестве исходных величин указываются: E_a – напряжение анодного источника питания, P_к – колебательная мощность в нагрузке, U_mg – амплитуда напряжения на сетке, U_f – напряжение накала катода, h – КПД электронного преобразования. Указывается тип катода. Для катода из чистого вольфрама указывается срок службы t.

Требуется определить: D – проницаемость триода, S – крутизну анодно-сеточной характеристики, I_am – максимальное значение анодного тока, I_a0 – постоянную составляющую анодного тока (при проектировании лампы с оксидным катодом),    I_s – ток эмиссии катода (при расчете лампы с вольфрамовым катодом либо катодом из карбидированного торированного вольфрама), P_a – электронную мощность, выделяющуюся на аноде.

Из самых общих предпосылок КПД электронного преобразования лампы h = P_к/P₀, где P₀ = I_a0E_a – полная мощность, потребляемая от источника анодного напряжения, P_к= ½I_a1U_ma – колебательная мощность в нагрузке. По результатам разложения импульсного сигнала в ряд Фурье постоянная составляющая анодного тока I_a0 = a₀I_am, амплитуда первой гармоники I_a1 = a₁I_am. (В отечественной литературе по радиотехнике коэффициенты a₀ и a₁ называют коэффициентами Берга.) Таким образом,

h = 0,5 x g,

где x = U_ma/E_a  – коэффициент использования по анодному напряжению;    g = a₁/a₀.

При косинусоидальной форме анодного тока

,    .                  (20)

Коэффициентом использования по анодному напряжению обычно задаются. Типичные значения x ≈ 0,85 ... 0,95 (чем выше напряжение анодного источника питания, тем большим может быть x).

По выбранному значению x и заданному значению КПД может быть рассчитано g = 2h/x. Затем по найденному значению g однозначно определяется q, но поскольку уравнения (20) трансцендентны, расчет угла отсечки целесообразно выполнять по приближенным соотношениям:

 при 1,2<g<1,32  q » 4,95 – 2,16 g;

 при 1,32<g<1,8  q » 5,021 – 2,216 g;

 при 1,8<g<1,9    q » 6,66 – 3,13 g.

Из соотношения для колебательной мощности в нагрузке

I_am = 2P_к /(a₁x E_a).                                            (21)

Постоянная составляющая анодного тока 

I_а0 = a₀ I_am .                                                 (22)

Ток эмиссии катода

I_s = I_am/b ,                                                           (23)

где b – коэффициент запаса по току эмиссии, который выбирается в пределах 0,5 ...0,8. Чем большим предполагается срок службы лампы, тем меньшим должен быть коэффициент b (больше запас по току эмиссии).

Для последующих операций расчета выбирают коэффициент напряженности энергетического режима работы сетки К_н = U_gm/(E_a – U_ma). Практические значения К_н лежат обычно в пределах 0,1 ... 0,3.

По выбранному значению К_н определяют напряжение смещения

E_g = K_нE_a(1 - x) – U_mg .                                       (24)

Проницаемость триода

.                                           (25)

Крутизна анодно-сеточной характеристики

.                                     (26)

Из общего выражения для КПД мощность, выделяющаяся на аноде,

P_a=P_к (1/h –1).                                               (27)

3. РАСЧЕТ КАТОДА

Катод электронной лампы является наиболее ответственным элементом конструкции, в значительной мере определяющим рабочие характеристики прибора. По принципам формирования эмиссионных свойств различают чисто металлические, пленочные и полупроводниковые катоды. Основным образцом чисто металлических являются катоды из чистого вольфрама. Основным образцом пленочных – катоды на основе карбидированного торированного вольфрама. Полупроводниковые катоды – это в основном оксидные катоды и их модификации.

По конструктивным признакам катоды делятся на прямонакальные и подогревные (катоды косвенного накала).

Выбор материала катода определяется особенностями электрического режима и требованиями механической прочности. В случае наиболее высоковольтного режима генераторных приборов предпочтение отдается чисто металлическим и пленочным катодам.

Во всех случаях, когда предполагается работа в условиях воздействия вибрации, а также для ламп с малыми межэлектродными расстояниями предпочтение следует отдавать катодам косвенного накала. Кроме того, возможности оксидных катодов косвенного накала лучше соответствуют условиям энергетического режима модуляторных ламп при длительности импульса тока менее 10 мкс.  Если длительность импульса больше 10 мкс, заметным становится спад эмиссии оксидного катода. В этих режимах предпочтительны катоды из карбидированного торированного вольфрама.

По особенностям технологии чисто металлические и пленочные катоды выполняются всегда прямонакальными.

Оксидные катоды могут быть как прямонакальными, так и подогревными. В приборах большой и средней мощности применяются в настоящее время только катоды косвенного накала.