ЛР4

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА В ЛАМПОВЫХ

УСИЛИТЕЛЯХ

Студент гр. 9201		Рауан М.
Преподаватель		Тупицын А.Д .

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: изучение режимов преобразования энергии модулированного электронного потока; определение основных параметров, характеризующих эти режимы; изучение особенностей работы лампы с колебательным контуром в анодной цепи.

Основные теоретические положения

Преобразование энергии электронного потока в энергию выходного сигнала является последним из основных физических процессов, составляющих принципы действия различных по назначению электронных приборов и устройств. В ламповых усилителях этот процесс основан на взаимодействии электронного потока с электромагнитным полем и осуществляется в специальных преобразующих устройствах. В простейшем случае преобразующее устройство состоит из диодного вакуумного промежутка (или пространства) взаимодействия и подключенной к этому промежутку внешней цепи с нагрузочным (анодным) сопротивлением того или иного типа (резистором или колебательным контуром). На рис.1 представлена схема одного из таких устройств, в котором электроды промежутка взаимодействия, имеют одинаковые потенциалы. В качестве нагрузочного сопротивления используется колебательный контур, настроенный в резонанс на частоту управляющего напряжения, к которому через трансформаторную связь с помощью клемм может быть подключен потребитель энергии выходного сигнала.

В зависимости от соотношения различают три режима работы преобразующего устройства:

1) недонапряженный, характеризующийся неравенством , при котором лампа в течение всего периода управляющего напряжения работает в режиме прямого перехвата (РП), когда ;

Рис.1

2) критический, для которого характерно соотношение , и лампа по-прежнему работает в режиме перехвата;

3) перенапряженный, характеризующийся неравенством , при котором лампа в течение части периода работает в режиме возврата (РВ) и поэтому ток соизмерим с током .

Из приведенных данных следует, что с энергетической точки зрения наиболее предпочтительным режимом является критический, в котором анодный ток достигает максимального значения при относительно небольших значениях тока экранирующей сетки. При этом напряжение на колебательном контуре будет также максимальным.

Измерительная схема

Электрическая схема, изображенная на рис.2, включает в себя пентод, источники питания анодной цепи и цепи экранной сетки, источник смещения в цепи управляющей сетки и измерители постоянных составляющих анодного и экранного токов. В цепь управляющей сетки включен ГНЧ. В анодную цепь лампы включается либо колебательный контур, состоящий из емкости и индуктивности, либо диссипативное сопротивление, равное эквивалентному сопротивлению колебательного контура на резонансной его частоте. Вблизи катода в анодной цепи располагается сопротивление, с помощью которого по осциллографу определяются значение и форма анодного тока. Переменное напряжение в цепи управляющей сетки измеряется также с помощью осциллографа. С помощью ключа поочередно подключаются либо колебательный контур, либо диссипативное сопротивление в анодную цепь лампы.

Рис.2

Таблица 1: Основные технические характеристики пентода 6Ж2П

Параметр	Значение
Напряжение накала, В	6,3
Напряжение на аноде, В	150
Напряжение на второй сетке, В	120
Напряжение на третьей сетке, В	0
Сопротивление в цепи катода для автоматического смещения, Ом	200
Ток накала, мА	175

Обработка результатов эксперимента

1. Определим эквивалентное сопротивление , добротность Q, характеристическое сопротивления а также индуктивность L и ёмкость С колебательного контура.

По формуле Томпсона получим:

2. Построим графики по данным из таблиц.

Таблица 2: Колебательный контур (данные взяты из протокола)

Uc1~, B	Ur~, B	Ia0, мА	Ic20, мА
0,925	2	0,61	0,22
1,85	51	0,75	0,3
3,7	205	1,58	1,13
5,85	200	1,73	1,8
8	205	1,91	3,22

Таблица 3: Резистивная нагрузка ( ) (данные взяты из протокола)

Uc1~, B	Ur~, B		Ia0, мА		Ic20, мА
1	50		1,58		0,81
2	84		1,69		1,1
3	96		1,67		1,57
4	100		1,65		2,23
6	100		1,63		4,15
8	100	1,63		5,45

Рис.3 Зависимость напряжения на нагрузке от напряжения в цепи управляющей сетки

Рис.4 Зависимость анодного тока от напряжения в цепи управляющей сетки

Рис.5 Зависимость сеточного тока от напряжения в цепи управляющей сетки

3. Построим графики рассчитанных зависимостей колебательной мощности P~, средней мощности электронного потока , КПД преобразования энергии, мощности рассеяния на аноде и коэффициента использования анодного напряжения ξ от амплитуды переменного напряжения в цепи управляющей сетки .

Таблица 4: расчет для колебательного контура

, мА	, мВт	мВт	, мВт		ξ	ϒ
0,033	73,184		73,2	0,00022	0,0083	0,054
0,85	79,2	10,8	90	0,12	0,2125	1,133
3,416	14,6	175	189,6	0,922	0,8541	2,16
3,4166	37,6	170	207,6	0,818	0,8333	1,974
3,416	54,2	175	229,2	0,763	0,8541	1,788

Таблица 5: расчет для резистивной нагрузки

, мА	, мВт	мВт	, мВт		ξ	ϒ
0,83	179,225	10,375	189,6	0,0547	0,2083	0,5253
1,4	173,4	29,4	202,8	0,145	0,35	0,8284
1,6	162	38,4	200,4	0,1916	0,4	0,958
1,666	156,35	41,65	198	0,213	0,4166	1,0001
1,666	153,95	41,65	195,6	0,213	0,4166	1,022

• Расчет амплитуды первой гармоники анодного тока:

• Расчет колебательной мощности:

• Расчет мощности электронного потока:

• Расчет КПД преобразования энергии:

• Расчет мощности рассеяния на аноде:

• Расчет коэффициентов использования анодного напряжения и тока:

Рис.6 Зависимость колебательной мощности от напряжения в цепи сетки

Рис.7 Зависимость мощности электронного потока от напряжения в цепи сетки

Рис.8 Зависимость КПД преобразования от напряжения в цепи управляющей сетки

Рис.9 Зависимость коэффициента использования анодного напряжения от напряжения в цепи управляющей сетки

Рис.10 Зависимость мощности рассеяния на аноде от напряжения в цепи управляющей сетки

Рис.11 Зависимость коэффициента использования анодного напряжения от напряжения в цепи управляющей сетки

Вывод

Вывод: в ходе работы были исследованы процессы преобразования энергии электронного потока в ламповых усилителях, выполнен ряд вычислений и построены графики. Установлено, что наиболее предпочтительным является критический режим, т.к. при этом получаем наибольший КПД. Также следует подчеркнуть, что реализовывать критический режим в полной мере можно только при использовании в качестве анодного нагрузочного сопротивления резонирующий колебательный контур.

Вопрос на защиту:

Физический смысл Ра и методика её экспериментального определения.

Ответ:

Одним из важных параметров является величина допустимой мощности рассеяния на аноде. Электроны под влиянием напряжения, приложенного к аноду, развивают большую скорость и поэтому со значительной силой ударяются в него. При это анод, нагреваясь, может раскалиться. Чем больше анодное напряжение, тем больше скорость электронов. Чем больше ток, проходящей через диод, тем больше число электронов одновременно ударяются в анод. Поэтому количество тепла, выделяемого на аноде, зависит от анодного напряжения и анодного тока.

Мощность рассеяния на аноде определяется как разность между средней и колебательной мощностями:

Характер зависимости мощности рассеяния на аноде зависит от Rэ. В недонапряженном режиме мощность, рассеиваемая на аноде, убывает линейно с ростом сопротивления нагрузки.