книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник

вается во внешний цилиндр и далее возвращается в резервуар охладительной системы.

Бак вместе с лампой изолируется от земли, так как анод на­ ходится под постоянным напряжением Еа. Участки труб, подводя­ щих воду, выполняются из изолирующих материалов— фарфора

или политэна. У мощных ламп охлаждаются также выводы като­ да и управляющей сетки. Через выводы катода генераторных ламп протекают значительные токи накала в десятки и сотни ампер. Например, у лампы ГК.-5А ток накала /н= 600 А. Сложность со­ оружений и дороговизна эксплуатации водяного охлаждения при­ вела к системам принудительного воздушного охлаждения ламп.

Впервые это было предложено и осуществлено П. А. Остряковым

стью до 200 кВт и рассеиваемой на аноде мощностью до 100 кВт. Такие системы более дешевы при сооружении. Они упрощают и удешевляют эксплуатацию передатчиков.

В лампах с воздушным охлаждением внешняя поверхность ано­ да сильно увеличивается за счет медных, радиально расположен­ ных ребер, образующих радиатор с большой поверхностью охлаж­ дения. Лампа с радиатором помещается в металлический кожух, установленный на трубчатом изоляторе (рис. 3.5). Через кожух прогоняется при помощи вентилятора воздушный поток, отводя­ щий тепло от анода.

В настоящее время ‘применяются также экономичные испари­ тельные системы пароводяного охлаждения анодов мощных гене­ раторных ламп. Лампы, специально изготовляемые для использо­ вания в такой системе охлаждения, носят название вапотронов. Их внешний вид и система охлаждения показаны на рис. 3.6а и б.

Рис. 3.6. Система пароводяного охлаж­

дения:

а ) внешний вид ватютрона; б ) схема ох­

лаждения

Анод с толстыми медными ребрами помещается в герметизирован­ ный резервуар с водой и образует своеобразный кипятильник. При работе лампы рассеиваемое анодом тепло доводит воду до кипе­ ния. С поверхности анода во время парообразования отбирается весьма большое количество тепла. Специальная форма ребер спо­ собствует разрыву паровой пленки у поверхности анода, которая мешает отводу тепла. Образующийся пар поступает по трубке в конденсатор; охлаждает и в виде капель стекает в сообщающуюся систему сосудов, поддерживая уровень воды в резервуаре посто­ янным.

Такой способ охлаждения анода значительно эффективнее цир­ куляционного жидкостного. При пароводяном охлаждении на ис-

31

парение 1 л воды от анода отбирается 536 больших калорий тепла. Рабочая температура анода при такой работе оказывается поряд­ ка 105—110° С. Испарительная система имеет весьма компактную конструкцию, не нуждается в насосах и вентиляторах, бесшумна, проста и надежна в эксплуатации.

Э к с п л у а т а ц и я г е н е р а т о р н ы х л а м п и выбор их ре­ жимов в каскадах высокочастотного тракта радиопередатчика ве­ дутся на основании известных электрических и энергетических по­ казателей — параметров, характеризующих свойства лампы. Пре­ дельные величины параметров обязательно сообщаются заводомизготовителем в паспорте лампы. Кроме того, паспортные сведе­ ния дают возможность судить об основном назначении лампы, ее общих данных (типе катода, конструктивном оформлении, весе, габаритных размерах, нормах на охлаждение, соединение элект­ родов с выводами и др.), а также о величинах статических междуэлектродных емкостей.

В эксплуатационных условиях тщательно следят за поддержа­ нием установленных постоянных напряжений анода — Еа, экрани­ рующей сетки — Eg2 и особенно за напряжением накала активиро­ ванных катодов. Уменьшение напряжения накала по сравнению с номинальным недопустимо, так как это ведет к уменьшению эмис­ сии и исчезновению пространственного заряда. Понижение тем­ пературы катода при уменьшении напряжения накала повышает сопротивление активного слоя и приводит к возникновению оча­ гов перегрева, разрушающих его поверхность. Она покрывается трещинами и преждевременно изнашивается. По этим причинам недопустимо и повышение напряжения накала против номиналь­ ного. Частое включение и выключение также вредно влияет на со­ стояние активного слоя катода, поэтому в эксплуатационных ус­ ловиях не следует снимать напряжение накала при кратковремен­ ных выключениях передатчика.

Эксплуатация генераторных ламп с экранирующей сеткой, осо­ бенно лучевой конструкции, средней и большой мощностей требует строгого поддержания рекомендованных заводом соотношений на­ пряжений на аноде и экранирующей сетке. Только при этом со­ храняется лучевая структура электронных потоков в лампе и ис­ ключается динатронный эффект.

Н а д е ж н о с т ь р а б о т ы л а м п зависит и от состояния вакуума внутри баллона. Если лампа продолжительное время не работала, то выделившиеся из электродов частицы газа ухудшают вакуум и при первом включении полных напряжений в ней может возникнуть электрический пробой —- разряд газа, веду­ щий к образованию дуги между электродами. Мерой предотвра­ щения пробоев служит предварительная «гтренировка» генератор­ ной лампы, так называемое жестчение, заключающееся в постепен­ ном повышении напряжения анодного питания в течение некоторо­

го времени.

В паспорте указывается гарантийный срок хранения лампы ч складских условиях.

32

3.2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Электрические свойства генераторных ламп характери­ зуются основными параметрами и статическими характеристика­ ми. Пользуясь ими, можно достоверно рассчитать любой необходи­ мый рабочий режим, т. е. определить токи в цепях анода и сеток при выбранных напряжениях, на ее электродах, сопротив­ ление анодной нагрузки и т. п. Кроме того, знание предельно до­ пустимых эксплуатационных параметров обеспечивает выбор элек­ трически надежного режима лампы.

лампой при номинальных значениях питающих напряжений на ча­ стотах не выше максимальной. Обычно у большинства ламп номи­ нальная колебательная мощность может быть получена только при работе в режимах В и С.

Электрические данные в паспорте лампы содержат сведения о напряжении и токе накала (Uh, 1и), сопротивлении ненакаленного катода (у катодов ТКВ порядка сотых, тысячных долей ом), токе эмиссии (1е), коэффициенте усиления и крутизне анодно-сеточной характеристики (при определенных напряжениях Еа, Е&). Сооб­ щаемые в справочной литературе значения статической крутизны S обычно определяют на нижних участках характеристик при ма­ лых анодных токах, и поэтому они не всегда соответствуют рабо­ чим в зоне формирования вершины импульса анодного тока и тре­ буют уточнения *>.

Сообщаемые заводом-изготовителем предельно допустимые эксплуатационные данные устанавливают наибольшие значения по­ стоянных напряжений на аноде — Е&и экранирующей сетке — Eg2; наибольшую величину постоянной составляющей анодного тока —

Знание перечисленных параметров оказывается недостаточным для выбора эксплуатационно надежного режима работы. Как из­ вестно, получение определенной колебательной мощности в нагруз­ ке генератора связано с потерями некоторой мощности на элект­ родах лампы в виде тепла. Поэтому заводом-изготовителем на ос­ новании испытаний устанавливаются, помимо величины полезной мощности Р^ном, предельные значения допустимых мощностей рассеивания на аноде -Радон и сетках — управляющей Pgi доп и эк­ ранирующей Pg2 доп- У подавляющего большинства современных

*) Способы определения рабочих значений статических параметров ламп 5, D на семействе статических '.характеристик описаны ниже в гл. 4.

генераторных ламп эксплуатационные возможности увеличения полезной колебательной мощности ограничиваются не из-за теп­ ловой перегрузки анода, а из-за опасности превышения допусти­ мой мощности рассеяния на сетках. Следует помнить, что из всех предельных величин, характеризующих возможности выбора ра­ бочего (динамического) режима лампы значения допустимых мощ­ ностей рассеяния на сетках Pg1 Д01Ь Р^доп являются наиболее кри­ тичными.

Для изучения свойств генераторных ламп обычно используют д»а вида семейств статических характеристик — анодно-сеточных я анодных.

Выводы, сделанные по одному из семейств, находят подтверж­ дение и при рассмотрении характеристик другого семейства, так как в каждом из них оказываются связанными соответствующие значения токов в цепях лампы ia, igz, igl с напряжениями на ее электродах еа, eg, Eg2(Eg3).

Семейства характеристик различных генераторных ламп вы­ глядят по-разному. Они отражают постепенную эволюцию лампо­ вой техники, заключающейся в постоянном совершенствовании электрических свойств н конструкций приборов.

Лампы одной и той же номинальной мощности (см. приложе­ ние 1), но бодее поздней разработки отличаются повышенными значениями крутизны и коэффициента усиления, меньшими значе­ ниями сеточных токов и более компактными габаритами. Полез­ но на примере 100-киловаттной генераторной лампы — типа Г-433, ГУ-23А (Б), ГУ-66А(Б) — проследить эти изменения.

Ниже на рис. 3.7а, б, в, г показаны наиболее типичные семей­ ства характеристик генераторных ламп, снятых в анодно-сеточной ia = f(eg, Е& Egz) и анодной ia= fi(ea, Egi, Eg2) системах координат.

Формы представленных семейств достаточно хорошо отражают свойства отдельных групп генераторных ламп. В каждой из выде­

а режимах без токов в цепи управляющей сетки, т. е. при отрица­ тельных напряжениях на ней eg^ 0 , отличается параллельным рас­ положением характеристик в анодно-сеточном семействе. Каждой из них соответствует определенное значение напряжения смеще­

оказывается равным току катода — ia = h<, а сеточный ток tgi = 0; у

тетродов перераспределение тока катода в этих условиях происх®-

34

дит между цепями анода и экранирующей сетки — iK= i&+ ig2 - Чис­ ло ламп этого типа невелико. К ним относятся также некоторые модуляторные лампы типа ГМ и ГМИ.

Группа ламп, характеристики которых подобны представлен­ ным характеристикам лампы ГУ-5А (рис. 3.7б), отличается вееро­ образным расположением характеристик анодного тока. При ма­ лых положительных значениях напряжений на управляющей сетке анодно-сеточные характеристики сближаются, а затем сливаются в общую точку, соответствующую отрицательному напряжению за­ пирания (E'g). Это свидетельствует о слабом влиянии в этой области анодного напряжения на анодный ток вследствие значи­ тельной густоты сетки и малой ее проницаемости для анодного на­ пряжения.

Лампы этой группы (триоды средней мощности ГИ-6Б, ГИ-il7, ГИ-21Б и большой мощности ГУ-5А, ГУ-5Б; тетроды большой мощ­ ности ГИ-34Б, ГУ-35Б, ГУ-53А, ГУ-53Б; пентоды ГУ-50, ГУ-81) ра­ ботают со значительными токами сеток и выраженным в рабочих (динамических) режимах перераспределением тока катода. В об­ ласти положительных значений напряжений на управляющей сетке

(см. анодно-сеточное семейство анодных характеристик ГУ-5А), отражающая замедление роста анодного тока и даже изменение его направления (спад вместо роста) при значениях сеточных на­ пряжений eg^ e a.

Процесс перераспределения тока катода отражен и в анодной системе, где характеристики анодного тока изгибаются и спадают до нуля (при еа^ 0 ) , а токи сетки резко возрастают. Очевидно, что статические режимы при таких соотношениях напряжений на электродах (eg> e a) — малых анодных и больших сеточных — опасны для лампы из-за возможного перегрева сетки. Однако в рабочих (динамических) режимах мгновенные изменения напря­ жений и токов в этой области резкого перераспределения тока ка­ тода возможны. Кривизна и веерообразность характеристик анод­ ного тока свидетельствуют об изменении значений статических параметров (S, D, Ri) лампы на различных участках семейства и их зависимости от величин напряжений и токов.

Группа ламп (ГУ-66А, ГУ-61А и др.), семейства характеристик которых даны на рис. 3.7 в и г, несмотря на различие форм характеристик (параллельно расположенные у одной лампы и веерообразные у другой), объединяется общим свойством, кото­ рое проявляется, как следует из вида характеристик, в отсут­ ствии ярко выраженного процесса перераспределения тока като­ да. При относительно «правом» расположении характеристик анодного тока лампы этой группы работают с относительно малы­ ми токами сеток, что, как известно, является большим достоинст­ вом. Способствует этому более совершенное изготовление, при ко­ тором увеличение электрической прочности прибора сопровожда-

37

Общий ход характеристик, приведенных на рис. 3.8, справед­ лив в определенной мере для каждой отдельной характеристики

Рис. 3.8. Общин ход характеристик в семействах, иллюстри­

рующий перераспределение тока катода

рассмотренных выше семейств и позволяет сделать следующие вы­ воды:

1. У ламп, работающих с сеточными токами, на, каждой харак­ теристике можно отметить начало очевидного перераспределения тока катода. Начинающееся перераспределение отмечено точкой Гр (граничная).

2. Точки характеристик при отрицательных и относительных малых положительных значениях сеточного напряжения по срав­ нению с анодным eg< ea соответствуют так называемой недонапряженной области. В ней малы или отсутствуют токи сетки и сла'бо выражен процесс перераспределения тока катода. Эта область семейства широко используется в рабочих режимах. Напря­ жения на управляющей сетке изменяются в пределах от больших отрицательных, превышающих напряжение запирания E'g, до по­ ложительных, значений eg<ea. У триодов соотношения напряже­

ветствуют так называемой перенапряженной области. В ней воз­ растающее влияние сеточных напряжений приводит к перераспре­ делению тока катода, при котором основная масса зарядов обра­ зует конвекционный ток сетки, а анодный ток при этом уменьшает­ ся. Использование перенапряженной области весьма ограничено и, как следует из рассмотрения семейств характеристик (см. рис. 3.7s, г), у большинства современных ламп она отсутствует.

Классификация рабочих (динамических) режимов лампы свя­ зывается с условным названием областей семейства характерис­

38

тик. Так, рабочие (динамические) режимы генератора, когда его токи и напряжения, мгновенно изменяющиеся, не выходят за пре­ делы недонапряженной области характеристик, получили условное название недонапряженных.

Рабочие (динамические) режимы, в которых токи и напряже­ ния лампы достигают значений, соответствующих перенапряжен­ ной области характеристик, получили название перенапряженных.

Эти режимы отличаются перераспределением тока катода вслед­ ствие возрастания тока сетки, мгновенные значения которых в ка­ кую-то часть периода могут быть значительно больше мгновенных значений тока анода.

Промежуточный режим, при котором токи и напряжения в лам­

весьма условны, но по традиции сохраняются. В данном курсе та­ кая классификация режимов подчеркивает возможность более ши­ рокого использования электронных приборов (ламп, транзисторов) в схемах генераторов по сравнению с аналогичными каскадами апериодических (нерезонансных) усилителей. В последних необхо­ димость выполнения процесса линейного усиления сигнала приво­ дит к „ограниченному использованию режимов, связанных только с линейными участками характеристик. В генераторах, при резо­ нансном характере выходной нагрузки и ее частотно-избиратель­ ных свойствах, эти ограничения не учитываются.

Приведенные выше понятия распространяются на анализ рабо­ ты генератора на электронной лампе и транзисторе в равной мере.

3.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРИОДОВ И ИХ ЛИНЕАРИЗАЦИЯ

Генераторная лампа, как всякий электровакуумный и полупроводниковый прибор, является нелинейным электрическим устройством, не подчиняющимся закону Ома. Рассмотренные ха­ рактеристики ламп выражают сложные соотношения токов и на­ пряжений и подтверждают нелинейность лампы. Для облегчения анализа рабочего (динамического) режима и технического расче­ та генератора реальные статические характеристики ламп упро­ щаются. Такие упрощенные характеристики называются идеали­ зированными.

Академик А. И. Берг еще в 1926 г. предложил способ упрощения ламповых характеристик методом кусочно-линейной идеализации, так называемой линеаризации характеристик. Этот метод получил широкое распространение в практике технического расчета гене­ раторов и в других областях радиотехники. При кусочно-линей­ ной идеализации криволинейные участки характеристики лампы заменяются отрезками прямых линий, которые хорошо совмеща­ ются с ними. Примеры такой идеализации даны на рис. 3.9а, б.

30

Упрощение — идеализация — реальных статических характери­ стик приводит к погрешностям в технических расчетах и при ана­ лизе режимов. Однако эти погрешности оказываются порядка ±|(5—10) % и не превышают суммарной погрешности показаний измерительных приборов и разброса параметров ламп (транзис­ торов). Удобства, даваемые линеаризацией характеристик, огром­

Р ис. 3.9. Примеры кусоч­

но-линейной идеализации реальных статических ха­ рактеристик:

ны; благодаря им процессы, происходящие в лампе для недонапряженных и граничного режимов, описываются простыми линей­ ными уравнениями. На основании этих уравнений получены окон­ чательные выражения формул, удобные для технических целей и дающие при расчете генератора вполне достаточную точность.

Рассмотренные выше семейства статических характеристик триода могут быть идеализированы следующим образом.

Для характеристик, расположенных в семействах параллельно (рис. 3.7а, в), статические параметры лампы S, D в недонапряженной области и граничной точке считаются неизменными1). Идеализированное семейство характеристик в этих условиях при­ обретает вид, показанный на рис. 3.10а и б. Положение анодно­ сеточного семейства (см. рис. 3.10а) определяют следующие пара­ метры.

Крутизна статической характеристики S. Она устанавливает наклон параллельно расположенных восходящих участков харак­ теристик.

Проницаемость D. При постоянной величине проницаемости две любые характеристики этого семейства, отличающиеся одна от другой разностью анодных напряжений Деа= е ^ — e'av —e'av— e'J1 и

т. д., отстоят друг от друга по оси абсцисс на величину A.es=DAe&. При постоянной разности анодных напряжений Деа характеристи­ ки оказываются равно расположенными или эквидистантными.)*

*) Идеализация статических характеристик л аналитические выражения для токов и напряжений в перенапряженной области представляют определенные трудности и вследствие о граниченного практ ического и сп о л ь зо в а н и я этой области

характеристик в настоящем курсе не рассматриваются.

40