Методические рекомендации по решению задач

Пример 1. На семействе анодных статических характеристик ЭВП 6С6Б указать точку, в которой U_A=120В, U_С1= 2В. Определить ток анода I_А. в рабочей точке. Определить тип ЭВП 6С6Б, изобразить схему включения и показать токопрохождение.

Решение. Вид статических характеристик ЭВП 6С6Б свидетельствует о том, что 6С6Б триод. Условное обозначение ЭВП 6С6Б состоит из четырех элементов:

• 6 округленное напряжение накала: U_н = 6,3 В;

• С триод;

• 6 порядковый номер разработки;

• Б сверхминиатюрный триод в стеклянном баллоне диаметром до 10,5 мм.

Для того, чтобы определить положение рабочей точки на статических анодных характеристиках триода 6С6Б из точки U_A=120В, на оси напряжения U_А проводится вертикальная линия вверх (рисунок 6.1). Рабочая точка А находится в месте пересечения этой вертикальной линии и анодной характеристики ЭУЛ, снятой при заданном в условии напряжении на управляющей сетке, U_C1 = 2 В.

Определяем ток анода в рабочей точке: I_A = 9 мА

Рисунок 6.1 – Статические характеристики триода 6С6Б

Для построения схемы включения ЭВП используются данные статических анодных характеристик приборов (см. рисунок 6.1) и информация о типе ЭВП.

ЭВП включаются с общим катодом.

На управляющую сетку триода подано отрицательное относительно катода напряжение U_С (рабочая точка А расположена на анодной характеристике, снятой при Uс = 2 В). Поэтому «минус» источника напряжения U_С подключается к сетке триода, а «плюс» к катоду (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2- Схема включения и токопрохождения в триоде 6С6Б

На анод триода подано положительное относительно катода напряжение U_A (см. ось U_A анодных характеристик на рисунке 6.1). Поэтому «плюс» источника напряжения U_A подключается к аноду триода, а «минус» к катоду (рисунок 6.2).

Токи в ЭУЛ протекают от «плюса» к «минусу» соответствующего источника напряжения. Так как на сетке напряжение отрицательное относительно катода, то электроны, эмитированные катодом, на сетку не попадают, ток сетки равен нулю на схемах включения триода не показывается. Ток анода протекает в цепи: «плюс» U_A от анода к катоду триода «минус» U_A (см. рисунок 6.2).

Пример 2. Пользуясь семейством статических анодных характеристик, рассчитать дифференциальные параметры ЭУЛ 6С6Б при U_А=120 В, U_c= 2 В и сравнить их с параметрами, приведенными в справочнике. По справочнику определить междуэлектродные емкости ЭУЛ 6С6Б.

Решение. Методика расчета дифференциальных параметров ЭВП аналогична методике расчета дифференциальных параметров ПТ, изложенной в примере 2 практического занятия №5.

Дифференциальные параметры триода могут быть рассчитаны как по анодным, так и анодно-сеточным характеристикам. Рекомендуется использовать анодные характеристики, поскольку при этом выше точность расчета параметров.

Крутизна анодно-сеточной характеристики триода S определяется при постоянном напряжении U_С. Линией константы для расчета S является вертикальная линия, проходящая через рабочую точку А и соответствующая постоянному напряжению U_A=120 В (см. рисунок 6.1). Задаемся изменением напряжения на сетке. Возьмем соседние ВАХ относительно напряжения U_С0. Верхняя ВАХ снята при Uс = 1В, нижняя - при Uс= 3 В, изменение напряжения на сетке составит 2 В. Определим соответствующее изменение тока анода. Для этого определяем точки пересечения выбранных ветвей ВАХ с линией константы (точки В и Сна анодных характеристиках). Из этих точек проводим горизонтальные линии до пересечения с осью тока анода. Верхней точке соответствует ток анода 14 мА, нижней 5мА, приращение тока анода составляет 9 мА. Рассчитываем крутизну

(6.1)

Крутизна анодно-сеточной характеристики ЭУЛ показывает, на сколько миллиампер (ампер) изменяется ток анода, если при постоянном анодном напряжении напряжение на сетке изменяется на 1В, поэтому ее принято выражать не в «сименсах», а в «миллиамперах на вольт» («амперах на вольт»).

Выходное (внутреннее) сопротивление триода R_i, определяется при постоянном напряжении U_C. Линией константы для расчета R_i является ветвь ВАХ, снятая при U_C= 2 В. Задаемся изменением анодного напряжения на линейном участке ВАХ. Относительно рабочей точки А на ВАХ, в которой U_A=120 В, вправо и влево отложим два одинаковых отрезка по 30 В, изменение анодного напряжения составит 60 В. Определим соответствующее изменение тока анода. Для этого из точек D и Е, ограничивающих изменение анодного напряжения, проводим горизонтальные линии до пересечения с осью тока анода. Верхней точке соответствует ток анода 15мА, нижней 4мА, приращение тока анода составляет 11мА Рассчитываем внутреннее сопротивление:

(6.2)

Статический коэффициент усиления триода μ показывает, во сколько раз изменение напряжения на сетке больше влияет на ток анода, чем изменение напряжения на аноде. Он может быть рассчитан с помощью анодно-сеточных. характеристик по формуле:

Но рекомендуется использовать «внутреннее уравнение лампы», в соответствии с которым:

μ = SR_i = 4,5 10^-3 5,5 10³ 24,8. (6.3)

Справочные данные триода 6С6Б:

• крутизна анодно-сеточной характеристики S = 5,3 ±1,1 мА/В;

• статический коэффициент усиления μ = 25 ± 5;

• входная емкость С_ВХ = С_СК = 3,3 ± 0,65 пФ;

• выходная емкость С_ВЫХ = С_АК = 3,5 ± 0,9 пФ;

• проходная емкость С_ПРОХ= С_АС 1,2 пФ.

Как правило, в справочниках приводятся значения только двух дифференциальных параметров ЭВП. Неизвестный третий параметр рассчитывается с использованием основного уравнения ЭВП μ = SR_i.

Приведенные в справочнике значения параметров соответствуют номинальному типовому режиму работы триода: U_A =120В, I_А=9±2,5 мА. Такой же режим работы триода задан в условии примера.

Таким образом, дифференциальные параметры триода 6С6Б, рассчитанные с использованием статических анодных характеристик по формулам (6.1) (6.3), соответствуют их справочным значениям с учетом допусков.

Примечание. Если в условии задачи сказано, что ЭВП работает в номинальном типовом режиме, то для дальнейших расчетов можно использовать справочные значения дифференциальных параметров, токов и напряжений на электродах электронно-вакуумных приборов.

Пример 3. На семействе анодных и сеточно-анодных статических характеристик ЭВП 6Ж2П, снятых при U_С = 120 В, указать точку, в которой U_A=120 В, U_CI = 2 В. Определить в рабочей точке ток анода I_А и ток экранирующей сетки I_C2.

Определить тип ЭВП 6Ж2П, изобразить схему включения и показать токопрохождение.

Решение. Вид вольт-амперных характеристик лампы 6Ж2П (рисунок 6.3) говорит о том, что это не триод. Остается выбирать между тетродом и пентодом. На то, что это пентод, указывает отсутствие признаков динатронного эффекта на ВАХ (провалы на анодных характеристиках при малом анодном напряжении и малом анодном токе) и расшифровка условного обозначения лампы 6Ж2П:

• 6 округленное напряжение накала: U_Н =6,3 В;

• Ж высокочастотный пентод;

• 2 порядковый номер разработки;

• П миниатюрная (пальчиковая) ЭВП в стеклянном баллоне диаметром 19 и 22,5 мм.

Примечание. Расшифровка второго элемента (буквы) условного обозначения ЭВП также может не дать однозначного ответа о типе электронно-вакуумной лампы. Например, буквой «П» обозначаются выходные пентоды и лучевые тетроды, буквой «Р» — двойные тетроды и двойные пентоды. В таких случаях для определения типа ЭВП используют справочник.

Рисунок 6.3 Статические характеристики пентода 6Ж2П

Семейства статических анодных и сеточно-анодных характеристик пентодов и тетродов принято изображать в одной системе координат с общей осью напряжения U_A (см. рисунок 6.3). Поэтому режим работы пентода характеризуется положением рабочей точки не только на анодных, но и на сеточно-анодных характеристиках. Особенностью этих характеристик является то, что по вертикальной оси снимаются значения тока анода и тока второй сетки.

Для того, чтобы определить положение рабочей точки А на статических анодных и сеточно-анодных характеристиках пентода, из точки U_A =120 В на оси анодного напряжения проводится вертикальная линия вверх (см. рисунок 6.3). Рабочая точка А на анодных характеристиках находится в месте пересечения этой вертикальной линии и анодной характеристики пентода, снятой при заданном напряжении на управляющей сетке U_С1 = 2 В. В этой точке определяется ток анода: I_А =5,8 мА.

Рабочая точка А на сеточно-анодных характеристиках находится в месте пересечения этой же вертикальной линии и сеточно-анодной характеристики пентода, снятой при том же напряжении U_C1= 2 В. В этой точке определяется ток экранирующей сетки: I_С2 = 3,1 мА.

Схема включения пентода 6Ж2П строится на основании знания принципа его работы. В качестве вспомогательного материала могут использоваться данные, имеющиеся на его вольт-амперных характеристиках (см. рисунок 6.3).

ЭУЛ включаются с общим катодом.

На управляющую (первую) сетку пентода подано отрицательное относительно катода напряжение U_С1 (рабочая точка А расположена на анодной характеристике, снятой при U_С1 = 2 В, (см. рисунок 6.3). Поэтому «минус» источника напряжения U_C1 подключается к сетке пентода, а «плюс» - к катоду (рисунок 6.4).

На анод пентода подано положительное относительно катода напряжение U_A (смотри ось U_A анодных характеристик на рисунке 6.3). Поэтому «плюс» источника напряжения U_A подключается к аноду пентода, а «минус» к катоду. На экранирующую (вторую) сетку пентода подано положительное относительно катода напряжение U_C2 (см. надпись в правом верхнем углу характеристик на рисунке 6.3). Поэтому «плюс» источника напряжения U_С2 подключается к экранирующей сетке пентода, а «минус» к катоду (см. рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 Схема включения и токопрохождения в пентоде 6Ж2П

Антидинатронная (третья) сетка пентода соединяется с катодом для устранения динатронного эффекта.

Токи в пентоде протекают от «плюса» к «минусу» соответствующего источника напряжения. Так как на управляющей сетке напряжение отрицательное относительно катода, то электроны, эмитированные катодом, на эту сетку не попадают, ток первой сетки равен нулю и на схемах включения пентода не показывается. Ток анода протекает в цепи: «плюс» U_A от анода к катоду пентода «минус» U_A (см. рисунок 6.4). Ток экранирующей сетки протекает в цени: «плюс» U_С2 от второй сетки к катоду пентода «минус» U_C2 (см. рисунок 6.4).

В цепи катода пентода протекает ток катода, равный сумме тока анода и тока экранирующей сетки (см. рисунок 6.4):

' I_K = I_А + I_С2 = 5,8 + 3,1 = 8,9 мА. (6.4)

Пример 4. Пользуясь справочником со электровакуумным приборам, построить область дозволенных режимов работы на семействе статических анодных характеристик ЭУЛ 6Ж2П, снятых при U_С2 = 120 В. Определить мощности, рассеиваемые на аноде и на экранирующей сетке при U_A = 120 В, U_С1 = 2 В и сравнить их с максимально допустимыми мощностями Р_{А mах} и Р_{С2 mах}.

Решение. Область дозволенных режимов работы (ОДРР) ограничивает часть анодных статических характеристик ЭВП, в которой изготовителем гарантируется безотказная работа ЭУЛ.

ОДРР ЭВП строится в системе координат анодных статических характеристик ЭУЛ и ограничивается осями тока I_А, напряжения U_А и тремя линиями: прямой I_Amax, прямой U_Amax и гиперболой Р_{А mах}.

Для построения линии задают несколько значений напряжения U_A и рассчитывают соответствующие им значения максимального тока анода I_А по формуле

(6.5)

Полученные координаты точек (U_A, I_A) представляются в табличной форме и используются для построения гиперболы Р_Аmах (таблица 6.1).

Справочные данные электронно-вакуумной лампы 6Ж2П:

• максимально-допустимое напряжение на аноде U_{А mах}=200 В;

• максимально-допустимый ток катода I_Кmax= 20 мА;

• максимально-допустимая мощность, рассеиваемая анодом, P_Amax= 1,8 Вт

• максимально-допустимая мощность, рассеиваемая второй сеткой, Р_С2max = 0.85 Вт.

Таблица 6.1 Координаты точек гиперболы P_Amax

UА, В	120	150	180	200
IА, мА	15	12	10	9

В справочниках не приводится максимально-допустимое значение тока анода. На основании уравнения (6.4) можем записать I_Аmax = I_Кmax I_С2max. Ток I_Кmax известен, максимально-допустимый ток второй сетки I_С2max определим, зная максимально-допустимую мощность второй сетки Р_С2max и рабочее напряжение на сетке

(6.7)

Тогда максимально-допустимый ток анода:

I_Аmax = I_Кmax I_С2max = 20 7 = 13 мА.

На семействе анодных статических характеристик ЭВП 6Ж2П (см. рисунок 6.3) строим прямую I_A=13 мА (она ограничивает ОДРР сверху), прямую U_Amax = 200B (она ограничивает ОДРР справа).

Используя данные таблицу 6.1 строим гиперболу P_Amax. Она ограничивает ОДРР сверху (см. рисунок 6.3).

Таким образом, ОДРР пентода 6Ж2П находится между осями тока I_A, напряжения U_A, ниже прямой I_{A max}, левее прямой U_{A max} и ниже гиперболы P_Amax (см. рисунок 6.3). Выбранная нами рабочая точка лампы находится внутри этой области.

Мощности, рассеиваемые анодом и экранирующей сеткой, управляются их рабочими токами и напряжениями:

P_A = U_AI_A = 120 5,8 10^-3 = 696 мВт < P_{A max}, (6.8)

P_C2 = U_C2I_C2 = 120 3,1 10^-3 = 372 мВт < P_{C max}. (6.9)

Согласно (6.8) и (6.9), мощности, рассеиваемые анодом и экранирующей сеткой пентода 6Ж2П в рабочей точке, меньше максимально-допустимых P_Amax и P_Cmax. Так и должно быть, поскольку рабочая точка А на анодных характеристиках пентода находится внутри ОДРР. Это должно обеспечить безотказную работу пентода 6Ж2П в выбранном режиме.

Пример 5. Пользуясь семейством статических анодных характеристик, рассчитывать дифференциальные параметры ЭВП 6Ж2П при U_A = 120B, U_C1 = 2В и сравнить их с параметрами, приведенными в справочнике. Сравнить междуэлектродные емкости ЭВП 6С6П (значения емкостей взять из справочника).

Решение. Методика расчета дифференциальных параметров ЭВП аналогична методике расчета дифференциальных параметров ПТ, изложенной в примере 2 практического занятия №5.

Дифференциальные параметры пентода определяются в рабочей точке по его анодным характеристикам.

Крутизна анодно-сеточной характеристики пентода S определяется при постоянных напряжениях U_A и U_C2. Линией константы для расчета S является вертикальная линия, проходящая через рабочую точку и соответствующая постоянному напряжению U_A = 120 В (смотри рисунок 6.3). Задаемся изменением напряжения на сетке. Возьмем соседние ВАХ относительно напряжение U_C0. Верхняя ВАХ снята при U_C1= 1,5 B, нижняя – при U_C1 = 2,5 В, изменение напряжения на сетке составит 1В. Определим соответствующие изменение тока анода. Для этого определяем точки пересечения выбранных ветвей ВАХ с линией константы (точки В и С на анодных характеристиках). Из этих точек проводим горизонтальные линии до пересечения с осью тока анода. Верхней точке соответствует ток анода 7,8 мА, нижней - 3,7 мА, приращение тока составляет 4,1 мА. Рассчитываем крутизну

(6.10)

Крутизна анодно-сеточной характеристики ЭВП показывает, на сколько миллиампер (ампер) изменяется ток анода, если при постоянных U_A и U_C2 напряжение на управляющей сетке изменяется на 1В. Чтобы подчеркнуть физический смысл крутизны, ее принято выражать не в «сименсах», а в «миллиамперах на вольт» («амперах на вольт»).

Выходное (внутреннее) сопротивление пентода R_i определяется при постоянных напряжениях U_C1 и U_C2. Линией константы для расчета параметра R_i является статическая характеристика пентода, снятая при U_C1= 2В. Задаемся изменением анодного напряжения на линейном участке ВАХ, в которой U_A = 120 B, вправо и влево отложим два одинаковых отрезка по 50 В, изменение анодного напряжения составит 100 В. Определим соответствующее изменение анодного тока. Для этого из точек D и E, ограничивающих изменение анодного напряжения, проводим горизонтальные линии до пересечения с осью тока анода. Верхней точке соответствует ток анода 6,2 мА, нижней - 5,4 мА, приращение тока стока составляет 0,8 мА. Рассчитываем внутреннее сопротивление:

(6.11)

Статический коэффициент усиления пентода μ показывает, во сколько раз изменение напряжения на управляющей сетке больше влияет на ток анода, чем изменение напряжения на аноде. Он может быть рассчитан с помощью анодно-сеточных характеристик по формуле

.

Но значительно проще это сделать, если использовать «внутреннее уравнение лампы», в соответствии с которым:

μ= SR_i = 4,1 10^-3 125 10^-3 = 512 (6.12)