LS-Sb87953
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ
_______________________________________
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
_________________________________________
МОЩНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам
«Мощные электронные приборы с электростатическим управлением», «Система обеспечения качества и методы испытаний
в электронном приборостроении»
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2012
УДК 621.385
Мощные электронные приборы: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам: «Мощные электронные приборы с электростатическим управлением», «Система обеспечения качества и методы испытаний в электронном приборостроении»/сост. А. К. Шануренко. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. 32 с.
Содержат описания семи лабораторных работ по исследованию, измерениям и испытаниям мощных генераторных приборов различного назначения.
Предназначены для студентов специальности 210105 «Электронные приборы и устройства» и направления 210100 «Электроника и наноэлектроника» очной, очно-заочной (вечерней) и заочной форм обучения, проходящих целевую подготовку на базе УНПК СПбГЭТУ ОАО «Светлана».
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012
Введение
В данных методических указаниях проведены описания семи лабораторных работ,* посвященных изучению физических процессов в мощных электронных приборах с электростатическим управлением (МЭПЭСУ) различного назначения, методов измерения характеристик и параметров, а также испытаний этих приборов. Методические указания могут быть также использованы при проведении лабораторных работ по дисциплинам: «Инженерные методы расчета электронных приборов» и «Система обеспечения качества и методы испытаний в электронном приборостроении».
Лабораторные работы проводятся на базе ОАО «Светлана» в условиях, максимально приближенных к производственному процессу, бригадами, состоящими из трех-четырех студентов.
Перед началом лабораторных работ студенты должны ознакомиться с настоящими методическими указаниями, рекомендуемой литературой, используемым оборудованием и пройти инструктаж по технике безопасности. Для допуска к очередной лабораторной работе студент должен знать цель работы, основные характеристики и параметры исследуемых мощных электронных приборов (МЭП), методику проведения измерений, схему испытательного стенда, порядок выполнения работы, правила техники безопасности, а также уметь пользоваться необходимыми в данной работе радиоизмерительными приборами.
Установка и оснастка исследуемого прибора на испытательном стенде производятся обслуживающем персоналом в присутствии исполнителей работы. Включение испытательного стенда и работа на нем производятся под контролем преподавателя.
По окончании работы черновик подписывается преподавателем и прикладывается к отчету по лабораторной работе.
Лабораторная работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИССИОННЫХ СВОЙСТВ МЭП
Цель работы: исследование электрических режимов и эмиссионных свойств прямонакального вольфрамового торированного карбидированного катода.
-----------------
*Лабораторные работы поставлены сотрудниками ЗАО «СЕД-СПб»: Н. И. Ильиным (№1,2); Е. Д. Прялухиным (№3,4); А. П. Карнышевым (№5-7).
3
1.1. Общие сведения
Накальная характеристика прямонакального катода МЭП представляет собой зависимость тока накала от напряжения накала Iн f Uн . Её типичный вид показан на рис. 1.1. Отклонение от линейной зависимости связано с разогревом катода при увеличении Uн и, как следствие, с ростом его сопротивления.
|
Iн |
Iк |
U н" |
I |
н0 |
Iэ" |
' |
|
I э' |
U н |
|
Iн ном |
|
0 |
U |
н ном |
U |
н |
0 |
Uэ |
|
|
|
|
|||
|
Рис. 1.1 |
|
|
|
|
Рис. 1.2 |
Для ламп с карбидированным вольфрамовым катодом сопротивление холодного катода в 7-8 раз ниже сопротивления катода при номинальном напряжении накала, поэтому подавать напряжение накала на такие катоды необходимо плавно либо ступенями, с временнóй выдержкой на каждой ступени, достаточной для прогрева катода, так как при подаче полного напряжения накала каждой ступенью происходит сильный выброс тока накала, что может привести к разрушению катода.
Эмиссионными (катодно-накальными) характеристиками МЭП являются зависимости тока катода от напряжения, подаваемого между катодом и другими электродами, соединенными вместе: Iк f Uэ , при различных напряжениях накала Uн (рис. 1.2). Характеристики имеют два ярко выраженных участка: крутой (режим ограничения тока пространственным зарядом электронов) и пологий (режим насыщения), который и определяет значение тока эмиссии катода при заданном напряжении накала (а следовательно, при заданной температуре катода).
1.2. Описание экспериментальной установки
Снятие накальных характеристик производится с помощью амперметра и вольтметра в накальной цепи (рис. 1.3).
Эмиссионные характеристики снимаются методом импульсной статики, чтобы избежать тепловых перегрузок электродов.
4
Метод импульсной статики заключается в том, что на все электроды (кроме катода), соединенные вместе (рис. 1.3) относительно катода, подается изменяющееся во времени от 0 до заданного значения положительное напряжение U э . В цепь катода устанавливается измерительный резистор, сигнал с которого, пропорциональный току эмиссии Iэ , подается на вертикальные отклоняющие пластин осциллографа. На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается сигнал, пропорциональный U э . На экране осциллографа наблюдается кривая, являющаяся в определенном масштабе эмиссионной характеристикой. Масштаб по горизонтальной оси ( M XU ) определяется амплитудой импульса Uи , масштаб по вертикальной оси M YI оси сопротивлением R3, с которого снимается напряжение на систему вертикаль-
ного |
|
отклонения |
|
луча, пропорциональное току I |
к |
: |
M |
XU |
|
Uи |
, |
||
|
hx |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
YI |
|
M YU |
, где h |
x |
полное отклонение луча по горизонтальной оси ос- |
|||||||
|
|||||||||||||
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
циллографа; M YU масштаб по вертикальной оси по напряжению (определяется усилением канала вертикального отклонения осциллографа).
Этот метод позволяет автоматизировать процесс снятия характеристик МЭП путем аналого-цифрового преобразования сигнала, обработки его с помощью ЭВМ и получения графического изображения на принтере.
Принципиальная схема установки для снятия накальной и эмиссионных характеристик катода МГП приведена на рис. 1.3.
VL |
|
|
R1 |
|
G |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PA |
|
|
R2 |
|
|
R3 |
N |
|
|
|||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Здесь VL исследуемый прибор; |
Uн источник питания цепи накала; |
PV и |
||||||||||
PA вольтметр и амперметр для измерения напряжения и тока накала; |
G |
5
генератор импульсов; R1, R2 делитель импульсного напряжения; R3 измерительный резистор; N электронный осциллограф.
1.3.Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с исследуемым прибором, зарисовать его систему выводов, записать основные справочные данные.
2.Ознакомиться со схемой установки, ее реализацией на соответствующем испытательном стенде и измерительными приборами, используемыми
вработе.
3.Установить исследуемый прибор на испытательный стенд и подключить его к схеме (производится c помощью обслуживающего персонала).
4.Включить осциллограф и подключить его к схеме.
5.Включить охлаждение прибора.
6.Включить источник накала и в пределах, заданных преподавателем, снять накальную характеристику катода.
7.Включить генератор импульсов напряжения и установить по осциллографу заданную амплитуду импульса напряжения.
8.Установить заданное значение Uн Uн ном .
9.Снять осциллограмму эмиссионной характеристики катода и определить масштабы по осям.
10.Повторить пп. 8, 9 для двух других значений Uн Uн ном иUн
Uн Uн Uн ном .
11. Снять накал, выключить генератор импульсов, источник накала и осциллограф, через 2-3 мин выключить охлаждение прибора.
1.4.Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Система выводов исследуемого прибора и его основные справочные
данные.
3.Схема исследование с краткими пояснениями.
4.Описание методики измерения.
5.Таблицы измеренных величин Uн , Iн .
6.Накальные и эмиссионные характеристики, построенные на основе осциллограмм, с нанесенными на них масштабами по осям.
7.Результаты расчета долговечности катода.
8.Выводы по проделанной работе.
6
1.5.Контрольные вопросы и задания
1.Нарисуйте накальную характеристику катода МЭП. Почему она отличается от закона Ома?
2.Каким образом нужно подавать накал на прямонакальный катод МЭП и почему?
3.Как снять накальную характеристику?
4.Назовите режимы токоотбора на эмиссионных (катодных) характеристиках МЭП. В каком режиме и почему можно определить ток эмиссии катода?
5.Каким методом и почему снимаются эмиссионные характеристики?
6.Как определить масштабы по осям осциллограммы?
Лабораторная работа 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ МЭП
Цель работы: изучение методики измерения статических характеристик и параметров МЭП, исследование зависимостей параметров от режима работы прибора.
2.1. Общие сведения
На статические характеристики и параметры мощных электронных приборов с электростатическим управлением (мощных электронных ламп) оказывает большое влияние перераспределение объемного заряда электронов между электродами прибора при изменении Uc . С увеличением Uc объемный заряд между катодом и управляющей сеткой рассасывается, плотность его уменьшается, соответственно уменьшается «горячая» емкость «катод– сетка» Cс и увеличивается емкость «анод–катод» Са , что приводит к уменьшению коэффициента усиления Сс Са и, как следствие, к веерообразности анодно-сеточных характеристик (рис. 2.1).
Поэтому в отличие от маломощных ламп, где практически не изменяется при изменении режима работы, в большинстве мощных ламп с ростом Uc коэффициент усиления падает, что не позволяет использовать подобные приборы в качестве активных элементов усилителей напряжения. Они, как правило, применяются в усилителях мощности и, таким образом,
7
основную роль для них играет не , а коэффициент усиления по мощности
Kp .
Ia |
U"a |
U'a
∆Ia
∆U"c |
Uc |
∆U' |
|
|
c |
Рис. 2.1
В данной работе метод импульсной статики применяется для снятия анодно-сеточных характеристик (АСХ) по точкам и определения параметров МЭП:
крутизны S Ia
U
c
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ia |
Ia |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Uc |
Uc |
|
U |
const |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
a |
|
внутреннего сопротивления Ri Ua
Ic
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ua |
Ua |
|
|
; |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
Ia |
Ia |
|
U |
const |
|
|
||||
|
|
|
|
c |
|
коэффициента усиления Ua
Uc
U U
a a
U U c c
,
I const a
а также для определения напряжения запирания лампы, т. е. такого значения Uзап , при котором достигается заданное минимальное значение тока анода Ia min при заданных напряжениях на других электродах.
2.2. Описание экспериментальной установки
На рис. 2.2. приведена принципиальная схема установки, позволяющая снимать анодно-сеточные характеристики мощного триода и определять его параметры методом импульсной статики. Конкретная реализация схемы производится на соответствующем испытательном стенде.
8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VL |
|
|
|
|
C2 |
|
R5 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PV2 |
+ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ua |
|
|||
|
|
C1 |
|
|
|
|
|
|
VD |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Uc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
PV1 |
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
R6 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
+ |
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.2 |
|
|
|
|
|
|||||||
Здесь VL исследуемый прибор; |
G генератор импульсов; |
VD диод; |
|||||||||||||||||||||||
C1 разделительный конденсатор; C2 |
накопительный конденсатор; |
R1 |
|||||||||||||||||||||||
ограничительный резистор; R3, R4 делитель напряжения; R5 |
зарядный |
резистор; R2, R6 измерительные резисторы; Uc, Ua , Uн источники питания сетки, анода и накала соответственно; PV1, PV 2 вольтметры для из-
мерения напряжений источников питания сетки и анода; N электронный осциллограф.
2.3.Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с исследуемым прибором, зарисовать его систему выводов, записать основные справочные данные.
2.Ознакомиться со схемой установки, её реализацией на соответствующем испытательном стенде и измерительными приборами, используемыми
вработе.
3.Установить исследуемый прибор на испытательный стенд и подключить его к схеме (проводится с помощью обслуживающего персонала).
4.Включить осциллограф и подключить его к схеме.
5.Включить охлаждение исследуемого прибора.
6.Включить источник накала и установить заданное Uн .
7.Подать на схему напряжения смещения Uсм , надежно запирающее
прибор.
8. Включить источник анодного напряжения и установить заданное напряжение Ua .
9
9.Включить генератор импульсов напряжения, подаваемого на сетку прибора, и установить по осциллографу заданную амплитуду импульса напряжения.
10.Снять анодно-сеточную характеристику прибора, изменяя Uсм от
Uзап до Uc ном .
11.Повторить п.10 для другого значения Ua .
12.Снять напряжения и выключить источники питания и измерительные приборы в обратном порядке. Через 2-3 мин выключить охлаждение прибора.
2.4.Содержание отчета
1.Название и цель работы.
2.Система выводов исследуемого прибора и его основные справочные данные.
3.Схема исследования с краткими пояснениями.
4.Описание методики измерения.
5.Таблицы измеренных ( Ia , Uзап ) и рассчитанных S, Ri , величин.
6.Анодно-сеточные характеристики прибора.
7.Зависимости S, Ri , от Uc и Uзап от Ua .
8.Краткие выводы по проделанной работе.
2.5. Контрольные вопросы и задания
1.В чем отличие статических характеристик и параметров мощных электронных приборов от маломощных?
2.Кратко опишите метод импульсной статики. Почему он применяется для исследования МГП?
3.Поясните зависимости и Uзап от режима работы.
4.От чего зависит точность определения параметров прибора по анод- но-сеточным характеристикам?
Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЭП Цель работы: расчет и экспериментальное определение параметров
динамического режима МЭП.
10