Потужні електровакуумні лампи

Генераторні лампи використовуються для підсилення та генерування електричних коливань різних частот з потужністю від декількох десятків ват до декількох сотень кіловат.

Модуляторні лампи використовуються для підсилення сигналів низької частоти та формування імпульсів напруги для роботи НВЧ- генераторів й інших пристроїв.

Потужні генераторні лампи з вихідною потужністю від 1,5 до 3500 кВт у діапазоні частот до 250 Мгц призначені для роботи у зв'язкових, телевізійних і радіолокаційних передавачах і установках ВЧ нагрівання.

Потужні модуляторні лампи й тиратрони зі струмом комутації до 5000 А призначені для роботи в модуляторах радіотехнічних пристроїв, медичній апаратурі і у прискорювачах елементарних часток.

Потужні електровакуумні прилади НВЧ: клістрони, магнетрони, лампи хвилі, що біжить, призначені для роботи в радіолокаційних станціях, станціях супутниковому зв'язку, лінійних прискорювачах, телевізійних передавальних пристроях, різноманітних технологічних установках.

Основна вимога до генераторних ламп -- віддача максимальної коливної потужності Р_кол до навантаження при високих значеннях ККД схеми .

змінна складова анодного струму

коефіцієнт посилення по потужності

Класифікація ламп по потужності розсіювання на аноді Р_а .

Р_а  25 Вт – малопотужні лампи. Працюють при U_a500В, за конструкцією подібні до приймально-підсилювальних ламп.

25 Вт  Р_а 1 кВт – лампи середньої потужності. 70% енергії джерела живлення перетворюється в коливну, решта -- на розігрів аноду. Працюють при U_a 20 кВ, застосовується примусове охолодження електродів (повітряне, водяне, вапатронне).

Р_а  1 кВт – великої потужності (до 500 кВт). Виконуються, як правило, розбірними з постійною відкачкою газів, або напів-розбірними, застосовується примусове охолодження електродів (водяне, вапатронне).

Режими роботи ламп

Режим А – режим лінійного підсилення

Використовується в приймально-підсилювальних та модуляторних лампах

Напруга зміщення Е_зм відповідає проходженню струму скрізь лампу протягом всього періоду сигналу на сітці.

Чим нижче амплітуда сигналу на сітці, тим менші нелінійні спотворення та ККД. ККД  50% (20-30%).

Майже не використовується в потужних генераторних лампах.

Рис. Режим класу А

Режим В

Напруга зміщення Е_зм дорівнює напрузі відсічки U_зап. І_а проходить тільки при позитивному значенні напруги сигналу.

Тривалість імпульсу І_а визначається кутом відсічки  = 90 і відповідає половині періоду.

 - дорівнює половині різниці фаз гармонійного сигналу від початку проходження І_а до запирання лампи.

Зменшується постійна складова І_а0 та підвищується коефіцієнт використання анодної напруги (U_mR/U_дж)  збільшується ККД.

Амплітуда імпульсів І_а може значно перевищувати І_а0.

Рис. Режим класу В

Режим АВ -- проміжний режим

Лампа закрита протягом часу, що менший за половину гармонійного сигналу.

Кут відсічки відповідає умові:

90  180

Рис. Режим класу АВ

Режим С

Використовується переважно в генераторних лампах

Напруга зміщення Е_зм по абсолютному значенню перевищує напругу відсічки U_зап.

Імпульс І_а стає більш гострим, що зменшує складову І_а0.

Кут відсічки   90.

Дозволяє отримувати максимальні ККД.

Для відновлення форми сигналу використовується коливний контур, що є навантаженням лампи і працює на першій гармоніці І_а , або використовують двотактну схему із загальним навантаженням (первинна обмотка трансформатора) та зміщенням фази ламп на 180. На вторинній обмотці знімають відновлений сигнал.

Рис. Режим класу С

Додаткові характеристики генераторних та модуляторних ламп.

Струм емісії катода – струм з катоду при діючому потенціалі лампи (постійному чи нетривалому) при якому зникає область прикатодного обємного заряду.

Потужність розсіювання сітками – максимальна потужність, що може витримати сітка.

Зворотні струми керуючої сітки – струми термоелектронної емісії та вторинної електронної емісії з сітки при виникненні різниці потенціалів між нею та катодом (іноді кВ). Можуть руйнувати катод.

Опір холодного катода. Опір холодного катода може бути меншим за опір в робочому стані в 10 разів. При включенні одразу номінальної U_н катод перегоряє.

Особливості потужних генераторних ламп

Мають «праві» анодно-сіткові характеристики, основна частина знаходиться в областях позитивної сіткової напруги.

Позитивні U_с1 необхідні для отримання максимальних коефіцієнтів посилення та використання анодної напруги.

При збільшенні густини сіток досягається коефіцієнт посилення  = 50  100, що є достатнім для застосування ламп в якості генератора.

Працюють в режимах класу С або В.

При великих напругах U_с1 характеристики тріода мають пентодний характер, що дозволяє отримати більші струми аноду, вихідні потужності при високих ККД.

Найбільш вигідним місцем розташування робочої точки А, для отримання максимальної потужності, є перегин анодної характеристики.

Значення вихідної потужності пропорційно площі трикутника Е_и -А- U_{а_min}.

Чим менші R_a і U_{а_min} тим менша потужність , що виділяється на аноді та в R_a. Але лампа знаходиться в режимі прямого перехвату електронів сіткою, сітковий струм мінімальний. Такий режим генератора отримав назву недонапруженого.

При великих сіткових напругах в імпульсах до декількох кВ і значних сіткових струмах суттєвою проблемою є виникнення дінатронного ефекту і термоелектронної емісії які приводять до різких збільшень сіткових і анодних струмів. Це явище отримало назву блокінг- ефекту.

Протидією блокінг- ефекту є антидінатронні покриття сітки золотом та цирконієм, що також збільшує коефіцієнт випромінювання.

Особливості потужних модуляторних ламп

Мають переважно «ліві» анодно-сіткові характеристики, з великою протяжністю лінійних ділянок, основна частина знаходиться в областях негативної сіткової напруги.

Застосовуються у вихідних каскадах підсилення низької частоти з малим нелінійним спотворенням вхідних сигналів. Тому працюють в режимі класу А з малими ККД.

Зменшена густина сіток приводить до невеликих коефіцієнтів посилення  = 5  20.

Катоди потужних ламп

В залежності від потужності лампи, напруг на електродах, інтенсивності іонного бомбардування, величини зворотних катодних струмів з сіток використовують:

- оксидні;

- оксидно-торієві;

- карбідовані;

• вольфрамові.

Конструкція катодів визначається максимальною площею емісії, термоміцністю, з врахуванням температурного коефіцієнта розширення матеріалів катоду, виводів катоду та балону лампи.

Може використовуватись живлення трифазною напругою.

Переведення в робочі режими відбувається поступово для усунення перегорання катодів та виникнення пробоїв.

Сітки потужних ламп

Конструкція сіток визначається максимальною потужністю розсіювання та допустимою температурою.

Використовують:

• молібденові спіральні сітки (малопотужні та лампи середньої потужності) із зачерненими радіаторами підєднаними до траверзів;

• стрижневі сітки з прутків, танталові стрічки приварені до танталових кілець (потужні лампи), як правило, до виводів сіток застосовується примусове охолодження.

Використовують антидінатронні та радіаційні покриття із золота та цирконію.

Застосовують не жорстке кріплення з кільцевим обмеженням.