Sb000537

Для расчета решетчатого ВТКК (рис. 3.2) требуется задание дополнительных исходных данных. Чаще всего задаются: число пар нитей решетки n (равное числу лево- и правозаходных нитей); угол наклона нитей к образую-

щей решетки α ; отношение высоты решетки к ее диаметру H реш Dреш . Ле-

во- и правозаходные нити навиваются с одинаковым шагом, поэтому, перекрещиваясь, они делят поверхность катода на ячейки, имеющие форму ромба. После определения тока эмиссии всего катода рассчитывают ток эмиссии одной нити: Iэ.н = I э 2n . Затем по формулам (3.2) находят длину и диаметр

одной нити L и D , задавая в них в качестве тока эмиссии значение Iэ.н. Раз-

меры решетчатой структуры определяются соотношениями

Рассмотренная методика справедлива для одиночных нитей или нитей, достаточно удаленных друг от друга. В отличие от одиночной нити, температура в решетчатом катоде определяется не только подводимой мощностью, но и многократным отражением лучистых потоков. Влияние этого эффекта

характеризуется коэффициентом самооблученности , представляющим

собой излучаемую катодом мощность, которая в результате многократных

отражений поглощается им обратно. Теоретическое определение требует

21

решения трехмерной задачи, поэтому в [7] предложена методика экспери-

ментального определения ψк.к , что приводит к следующей эмпирической за-

висимости:

где Kг − коэффициент густоты решетки, равный отношению поверхности,

занятой нитями в решетке Fн, ко всей цилиндрической поверхности решетки

Для повышения эффективности или долговечности ВТКК можно использовать и другие рабочие температуры в диапазоне 1950…2050 К [7].

3.1.2.Расчет ВТКК решетчатого типа при задании диаметра нити катода и шага решетки

Вэтом случае в качестве исходных данных берутся диаметр нити катода D, см; шаг решетки S, см; число пар нитей решетки n ; угол наклона нитей к

необходимый ток эмиссии Iэ = Iа max β.

Как и в предыдущем случае, для наиболее часто применяемой рабочей температуры ВТКК T = 2000 K задают удельную мощность накала

ное сопротивление ρ, используя значения, приведенные в табл. 3.2 для известной или задаваемой степени карбидирования К, %.

Далее определяем: напряжение накала –

22

ток накала одной нити, А, –

Iнн= π2 Pн удD2 , 4 ρ

ток накала всего катода, А, –

Iн = Iнн·2n,

мощность накала, Вт, –

Pн = Uн· Iн,

длину нити катода, см, –

угол наклона нити решетки к оси решетки, –

α = arc tg (πDреш/S),

высоту решетки, см, –

Hреш = L·cos α,

площадь поверхности решетки, см2, –

Sреш = πDL2n.

Проверяем удельную мощность накала, Вт/см2, –

Pн уд = Pн/Sреш.

После этого рассчитываются размеры ячейки по формулам (3.5) и при необходимости катод проверяется на самооблученность.

3.1.2. Расчет подогревного оксидного катода

Для расчета подогревного оксидного катода, состоящего из покрытого оксидом керна и расположенного внутри керна подогревателя, необходимо задать напряжение накала Uн, среднее значение катодного тока за период I0

и значения удельных параметров: для керна – удельной мощности накала

= (0,05…0,2) Aсм2 ; для подогревателя – удельной мощности накала Pн′ уд и

удельного электрического сопротивления материала ρ (табл. 3.3).

23

исходя из общей формы системы электродов лампы, находим размеры частей керна, покрытых оксидом (обычно весь керн оксидом не покрывают). Это прежде всего охлажденные участки вблизи держателей из-за отвода тепла через них, а также поверхности, эмиссия с которых не нужна (а часто бывает и вредна) для работы лампы. В наиболее часто применяемых цилиндрических конструкциях такими участками являются края протяженностью

= (0,3...0,5) cм и торцы керна. (В следующих разделах пособия в качестве источников электронов используются так называемые торцевые катоды, в которых, наоборот, эмитирующей поверхностью является торец керна, покрытый оксидом.)

Таким образом, для цилиндрического керна, задаваясь отношением вы-

Принимая во внимание, что излучение с неоксидированной поверхности керна примерно вдвое меньше, чем с оксидированной, можно найти потребляемую мощность накала:

Для определения рабочей температуры и удельной мощности подогрева-

теля Pн′ уд (табл. 3.3) следует учесть большое количество факторов: материал подогревателя и состояние его поверхности, теплопередачу от подогревателя

24

к керну, самоэкранирование витков или петель подогревателя и т. д. Все это приводит к значительному разбросу значений удельной мощности. Строгое решение данной задачи требует детального анализа тепловых процессов в системе «подогреватель−керн катода» и не поддается аналитическим мето-

дам. Для упрощения можно задать значение Pн/ уд , в котором перечисленные

выше факторы в определенной мере учитываются, исходя из опыта разработчика и имеющихся аналогов. После этого определяют развернутую длину l и диаметр d проволоки подогревателя:

Внутри керна катода подогреватель в мощных электронных лампах обычно свертывается в спираль, которая крепится в пазах изоляторовгребенок из алундовой керамики.

Число витков монофилярной (однозаходной) спирали подогревателя приближенно может быть определено по формуле

где Hсп − высота спирали подогревателя (выбирается равной полной высоте катода h + 2 ); Dк − диаметр керна катода. Шаг спирали подогревателя находят из соотношения hсп = Hсп nсп .

Проверка на самоэкранирование витков подогревателя проводится по формуле d ≤ 0,4·hсп .

3.2. Расчет геометрических размеров системы электродов

Методика расчета геометрических размеров СЭ приводится для наиболее часто применяемых триодных и тетродных систем электродов электронных ламп.

3.2.1. Расчет межэлектродных расстояний

Для плоской конструкции расстояние «катод−сетка» (первая):

25

где F = wh − площадь активной части катода, эмитирующей электроны ( w −

ширина катода; h − высота активной части катода); δ − коэффициент токо-

прохождения, равный отношению тока анода к току катода (Ia Iк ), в первом приближении может быть задан выражением δ = 1 − σ, где σ − коэффициент заполнения сетки, равный отношению диаметра проводников сеточной структуры dc к расстоянию между соседними проводниками (шагу) сетки a

(σ= dc a) ; κ − постоянная объемного заряда (постоянная Гринберга). Для триода κ = (za zc )43 , для лучевого тетрода κ = (zc2 zc1 )43 . Отношение расстоя-

ний «катод−анод» za и «катод−сетка» zc («катод−сетка вторая» zc2 и «ка-

тод−сетка первая» zc1) выбирается при этом в пределах 2…6; D − проница-

расчете zc(1) не может представляться, как это требуется в формуле (3.12),

сплошной поверхностью. В этом случае необходимо считать его действующую поверхность, которая будет меньше, чем у сплошного катода (рис. 3.3, область между штриховыми линиями) [2].

26

Расстояние zc(1) с учетом реального размера действующей поверхности

может быть рассчитано по формуле

где hяч, α, M − высота ячейки, угол наклона нитей и число ячеек в решетке

лучевом тетроде:

Dc = Dк + 2zc , Da = Dк + 2za (триод);

Dc1 = Dк + 2zc1, Dc2 = Dк + 2zc2 (лучевой тетрод).

3.2.2. Расчет сеточной структуры

Методика расчета зависит от типа сетки, однако наиболее распространенные конструкции стержневой (рис. 3.4, а) и спиральной (рис. 3.4, б) сеток можно рассчитывать по единой методике.

Шаг сетки триода определяют следующим образом:

Аналогичным образом находят шаг первой сетки лучевого тетрода:

dc(1) = a(1)s(1) и задают высоту сеточной структуры исходя из соотношения

Hc(1) ³ h . Для стержневой сетки определяют число сеточных проводников

(стержней) Nc(1) = πDc(1) a(1) и задают диаметр d у и число витков N у упроч-

няющей навивки для обеспечения необходимой жесткости сеточной конструкции. Для спиральной сетки находят число витков спирали

Nв(1) = H c(1)a(1) , а также выбирают и уточняют в ходе тепловых расчетов

27

Приведенная методика расчета межэлектродных расстояний основана на использовании закона «степени трех вторых», что, как указывалось в 2, справедливо лишь для конструкций с равномерным распределением электростатического поля вдоль катода, когда возможно сведение лампы с сетками к эквивалентному диоду. Поэтому после расчета структуры управляющей сетки систему электродов проверяют на сводимость:

zc >> dc , zc ³ 0,8a , za - zc ³ 0,8a (триод);

zc1 >> dc1, zc1 ³ 0,8a , za - zc1 ³ 0,8a (лучевой тетрод).

Если проверка на сводимость не выполняется, то расчет геометрических размеров СЭ повторяется при задании меньшего значения σ.

На этом расчет системы электродов триода заканчивается, и остается уточнить заданное вначале значение коэффициента токопрохождения δ:

с уточненным коэффициентом токопрохождения. В тех случаях, когда полу-

чаются очень малые значения dc и a ( dc < 0,01 см ), нужно использовать не-

сводимую конструкцию. Тогда проницаемость будет меняться вдоль системы электродов от максимального значения между витками сетки Dc до мини-

28

мального под витком D0 . Более подробно с расчетом несводимых конструк-

ций можно познакомиться в [2].

Для завершения расчета СЭ лучевого тетрода необходимо рассчитать размеры второй сетки и расстояние «сетка вторая−анод» ( za − zc2 ).

3.2.3. Расчет второй сетки лучевого тетрода

Исходя из особенностей построения лучевых конструкций:

В рассчитанной системе электродов лучевого тетрода можно оценить фокусировку электронного потока, исходя из оптимальности нахождения кроссовера Fm в плоскости второй сетки (рис. 3.5) [2].

При условии Uc1 = 0

этом надо иметь в виду, что увеличение zc2 zc1 приводит к росту ( zc2 − zc1),

а увеличение σ1 − к росту a1 и Φ .

29

Найденное значение ( zа − zc2 ) проверяется с двух сторон (слева - на от-

сутствие динатронного эффекта, справа - на отсутствие фиктивного катода):

сеткой и анодом; Fср = 0,5π(Dc2 + za − zc2 )h . Постоянная составляющая тока ано-

да I a 0 = δI 0 . Напряжение на второй сетке Ec2 определяется режимом работы лампы. В случае невыполнения проверок (3.18) слева или справа значение

( za − zc2 ) пересчитывается при задании, соответственно, меньших или больших значений D2 и dc2 dc1 . Если при этом левое неравенство по-

прежнему не выполняется, то для предотвращения динатронного эффекта применяется камерный анод [2].

После проверки найденной величины ( za − zc2 ) определяется расстоя-

ние «катод-анод» za и диаметр анода лучевого тетрода Da = Dк + 2za .

Вслучае применения камерного анода в лучевой конструкции в зависимости от формы лучей камеры могут быть как вертикальными при стержневой сетке, так и горизонтальными при спиральной сетке. Очевидно, что в конструкции лучевого тетрода ребра камер должны быть в тени сеточных проводников [2].

Врезультате расчета по приведенной методике определяются геометрические размеры электродов СЭ триодной и тетродной конструкций (при этом может быть использована программа MathCad). Таким образом производится приближенный (первичный) синтез системы электродов электронной лампы, которая может быть использована в качестве эскизного варианта разрабатываемого прибора. В дальнейшем этот вариант может анализироваться программами более высокого уровня, как аналитическими, так и численными, и доводиться до получения необходимых значений выходных параметров.

30