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

Формула (4.28) 'Получена из очевидного предположения, что се­ точный ток практически отсекается в момент, когда значение ре­

(4.28). Знак минус при отрицательных значениях Eg дает положи­ тельные значения косинуса 0 g, свидетельствующие о величинах

0g<9O°.

Значение 0g и расчетные коэффициенты берутся из таблиц для косинусоидального импульса.

Максимальное значение сеточного тока в импульсе гамаке нахо­ дится так, как это показано на рис. 4.12. Как видно из рисунка, максимуму тока в импульсе соответствуют значения напряжений на сетке egMai<c = Eg + Ug и на аноде eauim= Ea— Ua.

Постоянная и переменная составляющие импульса тока сетки определяются по известным формулам для косинусоидального им­

В этих формулах коэффициент 0,7 учитывает уменьшение пло­ щади реального импульса по сравнению с косинусоидальным.

Известно из электротехники, что источник переменного напря­ жения затрачивает мощность на прохождение в цепи только той

по отношению к катоду противоположна положительному направ­ лению постоянной составляющей тока сетки Ig0 (см. рис. 4.4), по­ этому источник смещения потребляет некоторую мощность. Вели­

Если смещение осуществляется автоматически за счет падения напряжения на активном сопротивлении Rg, то эта мощность по­ стоянного тока выделяется в нем в виде тепла Pgo= IzgoRg. Тепло­ вые потери в цепи управляющей сетки определяются мощностью, рассеиваемой самой сеткой Pgl мощностью высокочастотных по­ терь в выводах сетки и катода и мощностью диэлектрических по­ терь.

71

В общем случае при наличии сеточных токов мощность возбуж­ дения Р является суммой всех затрат в цепи управляющей сет­ ки. На относительно низких радиочастотах (диапазонов средних, коротких волн) высокочастотные потери в выводах электродов и диэлектрические потери значительно меньше тепловых потерь на сетке, и поэтому ими в расчетах пренебрегают, учитывая обычно только потери в виде тепла, рассеянного на с^-тке Рй. Тогда урав­ нение баланса мощностей во входной цепи генератора принимает вид

вых и сантиметровых) потребляемая генератором мощность воз­ буждения P ^g значительно возрастает по сравнению с потребляе­ мой на коротких и средних волнах. Это объясняется не только воз­ растанием высокочастотных и диэлектрических потерь с ростом частоты токов, но и увеличивающимся влиянием индуктивностей выводов электродов (об этом в § 4.11).

Б. С. Агафонов в результате графоаналитического исследова­ ния режимов генераторных триодов получил универсальное рас­ четное соотношение, связывающее мощность, рассеиваемую на уп­

коэффициент усиления по мощности А. Имеет место соотношение

подтверждающее зависимость коэффициента усиления по мощно­ сти от крутизны 5 и величины отношения постоянных составляю­ щих токов. В табл. 4.1 приводятся данные типовых режимов, ил­ люстрирующие свойства ламп различных типов и порядок вели­ чины коэффициента усиления по мощности А.

В генераторах на пентодах и тетродах, т. е. лампах с экрани­ рующей сеткой (gz), ток в ее цепи в режимах с отсечкой анодного тока (АВ, В, С) носит импульсный характер. Форма импульсов тока экранирующей сетки в большей мере, чем анодных, отличает­ ся от косинусоидальной.

72

Периодичность следования импульсов тока экранирующей сет­ ки позволяет представить их также в виде суммы постоянной со­ ставляющей lg 2 0 и гармоник /g2 ~ и применить к их расчету коэф­ фициенты А. И. Берга.

Для оценки теплового режима экранирующей сетки перемен­ ные составляющие импульса тока не нужны и они обычно не рас­ считываются. Их цепь, образованная экранирующей сеткой, като­ дом и блокировочным конденсатором Cg 2 (рис. 4.3) должна быть для токов высокой частоты коротким замыканием с целью получе­ ния нулевого потенциала экранирующей сетки по отношению к ка­ тоду. Поэтому расчет сводится к определению постоянной состав­ ляющей тока / йо и мощности, расходуемой источником экранного напряжения, Pgza=Pg%-

Для технических расчетов угол отсечки импульса тока экрани­

анодного тока и тока экранирующей сетки большинства тетродов начинаются почти из одной точки, определяемой напряжением за­ пирания E'g. При этом предположении коэффициенты разложения для постоянной составляющей тока экранирующей сетки и анода могут считаться равными: ao(g2 )~ao.

Здесь коэффициент 0,6—^,7 учитывает форму импульса, т. е. уменьшение его площади по сравнению с идеальным косинусои­ дальным; ig2 макс — максимальное значение импульса тока, которое находится по семейству статических характеристик при соответст­

вующих значениях еа мин» &gмакс» EgZ-

Мощность, определяющая тепловые потери в цепи экранирую­ щей сетки,

Влияние индуктивности вывода экранирующей сетки при рабо­ те генераторов в ультракоротковолновых диапазонах рассматри­ вается ниже в § 4.11.

73

4.7. РАБОЧИЙ (ДИНАМИЧЕСКИЙ) РЕЖИМ ЛАМПЫ ИЛИ РЕЖИМ С НАГРУЗКОЙ

АНАЛИЗ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

Работа генераторной лампы в режиме колебаний с на­ грузкой в выходной цепи, например контуром, когда ее анодный и сеточные токи изменяются под влиянием одновременно действу­ ющих н периодически меняющихся напряжений сетки (eg) и ано­ да (еа), носит название рабочего (динамического) режима пли ре­ жима нагрузки о.

Графическая зависимость мгновенных значений токов от этих напряжений называется рабочей характеристикой анодного (или сеточного) тока. Процессы, происходящие в анодной цепи ге­ нератора, являются основными, так как они определяют энергети­ ческие показатели работающего генератора — его полезную мощ­ ность, развиваемую в контуре, и кпд. Поэтому в первую очередь

анодного тока (а от напряжений на электродах лампы eg, ea, Eg2. Зависимость мгновенных значений сеточных токов ig\(igi) от этих же напряжений в рабочем (динамическом) режиме носит назва­ ние динамической характеристики сеточных токов.

В генераторах на триодах рабочая (динамическая) характе­ ристика анодного тока определяется изменениями результирующих напряжений es, еа- В генераторах на тетродах и пентодах эти за­ висимости связаны со значением постоянного напряжения на экра­ нирующей сетке Egz. При постоянных значениях питающих напря­ жений, известных амплитудах действующих переменных напряже­ ний— возбуждения Ug и колебательного на лампе (зависящего от нагрузки R се ) — мгновенные значения анодного тока ia опреде­ ляются в семействе статических характеристик анодного тока те­ кущими напряжениями на сетке eg(a>t) и аноде ел(Ы ). В рассмат­

и отмечаются в виде точек на соответствующих статических ха­ рактеристиках анодного (либо сеточного) тока. Полученные точки соединяются плавной линией, образуя реальную рабочую (динами­ ческую) характеристику анодного (либо сеточного) тока. Каж­ дая точка этой характеристики связывает между собой мгновен­ ные значения анодного тока ia(W) и результирующие, периодиче­ ски изменяющиеся напряжения на электродах лампы ее(<и() и ea(&t). По точкам реальной динамической характеристики может быть построен реальный импульс анодного (сеточного) тока для данной нагрузки R се .)*

*) Сейчас в соответствии с ГОСТ 13820—68 динамический режим работы, электронных .приборов — ламп и транзисторов — следует называть « р е ж и м о м н а г р у зк и » или «р а б о чи м р е ж и м о м » .

74

Графоаналитическое исследование импульса тока позволяет определить величины его составляющих — / а0, / а), / аг — с высокой точностью. Зная их значения, можно с той же точностью рассчи­ тать энергетический режим генератора в цепях анода (и сеток). Однако такой путь расчета целесообразен только при теоретиче­ ских исследованиях и не пригоден для инженерной практики из-за его громоздкости.

Для технических расчетов более удобен аналитический метод, позволяющий определить данные рабочего (динамического) режи­ ма генератора путем их расчета по достаточно простым форму­ лам. При этом необходимые значения расчетных параметров — на­ пример, 5, D, E'g — уточняются непосредственно по реальным ха­ рактеристикам прибора.

Аналитический метод расчета режимов генераторов был впер­ вые предложен в СССР в 20-х годах М. В. Шулейкиным и развит в дальнейшем трудами ряда советских ученых и инженеров. Этот метод сокращает время для проведения вычислений и дает впол­ не достаточную точность с погрешностями, не превышающими до­ пустимые, порядка 10—115%. Формулы для аналитического расче­ та рабочего (динамического) режима лампы генератора получают­ ся из рассмотрения более простых, так называемых идеализирован­ ных рабочих (динамических) характеристик, которые выражают те же зависимости, что и реальные, только в более простом линеари­ зированном виде, так как они строятся по семейству идеализиро­ ванных статических характеристик генераторной лампы. Как из­ вестно, идеализированные статические характеристики в каждой из областей — недонапряженной и перенапряженной — являются отрезками прямых линий.

При гармоническом изменении результирующих напряжений на аноде (еа) и сетке (eg) лампы и настроенной в резонанс анодной нагрузке (R<e ) участки рабочей (динамической) характеристики будут также линейными в пределах каждой области, а в целом она будет состоять из отрезков прямых линий.

Удобство применения идеализированных характеристик заклю­ чается в том, что положение каждого участка легко определяется по двум точкам и выражается простыми линейными уравнениями зависимости анодного тока от напряжений, действующих на лампе.

При косинусоидальном изменении результирующих напряже­ ний для построения идеализированных динамических характерис­ тик наиболее удобными точками могут быть:

а) точка при <о£ = 0 в начальный момент косинусоидального им­ пульса, когда результирующие напряжения на сетке и аноде лам­ пы проходят значения eg M a „ 0 и еаМин; в этот момент времени анод­ ный ток достигает максимального значения /а Мако (см. подробно рис. 4.11);

б) точка при значении текущего фазового угла, равного углу отсечки co^=i0 , когда лампа запирается, и анодный ток ia= 0 ; в этот момент:

~ Cg (0) “ E g -ф U g COS 0 , ей ^ Сд (8) = Е & ■U a c o s 0,

75

в) точка при значении текущего фазового угла со/=я, когда р зультирующее напряжение на управляющей сетке достигает зна­ чения eg{„) =eguun=Eg— Ug, а на аноде ей{71) = е&ышс= Ей + и а\

анодный ток в этот и последующие моменты отсутствует.

ПОСТРОЕНИЕ ИДЕАЛИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

На рис. 4.13 показано построение идеализированных рабочих характеристик и соответствующих им импульсов анодного тока в различных рабочих режимах в анодной системе координат.

Все 'построения выполнены для одного полупериода колебания,

ваться теми же точками идеализированной динамической характе­ ристики, отсчитываемыми в обратном порядке.

Д ля построения приняты следующие исходные данные:

— напряжения смещения и возбуждения на входе генератора остаются неизменными во всех рассматриваемых случаях;

‘) Использование анодной системы характеристик более удобно, так как анодно-сеточные характеристики располагаются .тесно и не позволяют произво­ дить точные отсчеты частных значений анодного тока, особенно в иедонапряженной области характеристик, в которой .формируется нижняя часть импульса.

76

—величина смещения выбрана равной напряжению запирания Eg = E'g, так как только в этом случае изменение амплитуды коле­ бательного напряжения возбуждения не оказывает влияние на ве­ личину угла нижней отсечки 0 , при этом построения упрощаются- (см. рис. 4.106);

—изменения динамического режима происходят вследствие перемены величины сопротивления анодной нагрузки R& , что яв­

ляется наиболее частым явлением в эксплуатационной практике радиопередатчиков.

На основании рассмотренных выше соотношений токов и на­ пряжений в цепях генератора в случае резонансного характера его анодной нагрузки (см. рис. 4.116) можно сделать следующие оче­ видные заключения. Изменения величины сопротивления R — егоувеличение или уменьшение — приводят соответственно к следую­ щему:

—увеличению или уменьшению амплитуды колебательного на­ пряжения на нагрузке UK (и равного ему напряжения на аноде лампы Ua в случае схемы с общим катодом);

—уменьшению или увеличению остаточного напряжения на

аноде

р_ е _U ■

—уменьшению или увеличению отношения крайних значений мгновенных результирующих напряжений еа Mimjegмакс’,

—изменению распределения тока катода лампы между цепя­ ми анода и сеток, т. е. изменению режима по напряженности;

—изменению энергетических показателей генератора — его ко­ лебательной мощности и кпд.

Наиболее удобно о режиме лампы по напряженности судить по величине коэффициента использования анодного напряжения, вы­ ражающего в рабочем режиме отношение амплитуды колебатель­ ного напряжения на аноде лампы к напряжению постоянного

анодного питания:

Это объясняется тем, что все возможные изменения питающих ге­ нератор напряжений или величины сопротивления его нагрузки R ® в конечном счете отражаются в анодной цепи изменением отноше­ ния амплитуды действующего в ней переменного напряжения U&, к постоянному напряжению источника Еа, т. е. изменением коэф­ фициента использования анодного напряжения £. Величина g ха­ рактеризует степень напряженности режима и вид рабочей (дина­ мической) характеристики генератора, а следовательно, и форму импульса анодного тока. Его составляющие, в свою очередь, опре­ деляют энергетические показатели работающего генератора, его выходную мощность и кпд. Таким образом, введенный ранее ко­ эффициент использования анодного напряжения | является удоб­ ной величиной для оценки рабочего режима генератора.

77

Рассмотрим ряд возможных режимов работы генераторной лам­ пы и соответствующие им рабочие (динамические) характерней!-,

кой режим возможен, например, при сильно расстроенном контуре. Естественно, что в этом случае колебательное напряжение на лам­ пе будет отсутствовать и l = UJEa = 0. Генераторная лампа рабо­ тает в так называемом «режиме короткого замыкания». В любой момент времени при наличии возбуждающего напряжения в цепи управляющей сетки напряжение на аноде будет сохранять посто­

ляться точками, лежащими на статических характеристиках лам­ пы. Они соответствуют мгновенным значениям результирующего напряжения на сетке, изменяющегося в пределах от еймако до eg (Ш(=0 ) . Динамическая характеристика в таком режиме имеет вид вертикальной прямой 1 на рис. 4.13. Импульс тока будет наиболь­ шим из возможных при заданных Eg и Ug и неискаженной косину­ соидальной формы. Полезная колебательная мощность генератора

опасен, так как может привести к тепловой перегрузке анода.

Вэксплуатационных условиях этот случай является аварийным

изащитные устройства передатчика должны автоматически вы­ ключить анодное напряжение. Поэтому при включении передатчи­ ка, когда его контуры еще не настроены, приходится подавать на аноды ламп пониженные напряжения Еа.

2.Сопротивление нагрузки Д® (2) в анодной цепи сравнительно

что при косинусоидальном законе изменения переменных напряже­ ний в начальный момент при wt = 0 анодный ток имеет максималь­

а результирующее напряжение на аноде — минимальное, т. е.

6 а ( ш t = 0) = ^ а м и н (2) = E a U a (9) »

На рис. 4.13 точка, соответствующая этим значениям результи­ рующих напряжений, отмечена буквой а. Она определяет значение мгновенного максимального тока в импульсе гаЫакс(2 )- Вторая точ­ ка — момент отсечки анодного тока — при co^= 0 fa= 0 , а еа(Ш*=в) =

78

= Еа—^а(2) cos 0. В режиме В эта точка лежит на оси абсцисс и определяется величиной Еа. Соединив точку а с точкой Еа на оси абсцисс, получим наклонный участок идеализированной рабочей характеристики (2).

В режимах с отсечкой анодный ток формируется в часть перио­ да, ограниченную значениями фазового угла от оК= 0 до со|£=/0 . Именно эта основная часть динамической характеристики опреде­ ляет форму импульса анодного тока. В следующую часть периода от со'£=0 до co£ = jt лампа заперта и тока через нее нет: ia=0. От­

на контуре анодный ток лампы остается значительным по величи­ не. Импульс 2 мало отличается от импульса 1. Сеточный ток мал, и основная часть тока катода идет в анодную цепь. Все точки этой рабочей (динамической) характеристики расположены в недонапряженнон области. Такой режим работы ла.мпы носит название

недонапряженного.

Мгновенное остаточное напряжение уменьшается, так как перемен­ ное напряжение на контуре (и лампе) возросло по сравнению с предыдущим режимом: еам,ш(3)< еа МПн(2 ).

Вершина динамической характеристики, определяемая значе­ ниями максимального напряжения на сетке лампы еЙЫакс и мини­ мальным напряжением на аноде еашт= Еа—£/а(з), оказывается на сгибе статической характеристики в граничной точке Гр (см. рис. 4.13). Такой режим работы лампы носит название граничного.

Граничный рабочий режим характеризуется определенным соотношением мгновенных напряжений на электродах лампы:

—у триодов ея m Je8маКс = 1,5—2,2,

—у экранированных ламп eaMmr/jCg2~0,05—1,5.

Вэксплуатационных условиях о напряженности режима обыч­

но судят по соотношениям постоянных составляющих токов сеток и анода.

Граничный режим характеризуется следующими ориентировочными соотношениями:

—у триодов /во/Л>о~0 ,1 —0 ,2 ,

уэкранированных ламп Ig2о//ао~0,2—0,25.

Коэффициент использования анодного напряжения в гранич­ ном режиме обозначается £ГрРежимы с коэффициентами исполь­ зования анодного напряжения от £ = 0 до £ = £Гр будут недонапряженными. Их рабочие характеристики полностью распола­ гаются в недонапряженной области и состоят из двух отрезков прямых — горизонтального, совпадающего с осью абсцисс, и на­ клонного формирующего импульс анодного тока. Обычно у гене­ раторных ламп £гр«0,70—0,95.

79

4. Дальнейшее увеличение сопротивления анодной нагрузки д Ra = R a (4 ) приводит к еще большему увеличению амплитуды ко­ лебательного напряжения £/к(4), /Уа(4).

Рассмотрим случай, когда £(4 )>£гр, но £(4 )<1. Минимальное ос­ таточное напряжение еам1Ш(4)< еа мин(3)> 0 . Для построения идеали­ зированной рабочей (динамической) характеристики уже недоста­ точно двух характерных точек. В перенапряженной области (если она имеется) спадающие участки характеристик анодного тока за­ меняются условной граничной линией спада. Для определения на­ клона идеализированной рабочей (динамической) характеристики в этой области необходимы дополнительные построения, показан­ ные пунктирными линиями на рис. 4.13. Начало восходящего уча­ стка динамической характеристики на оси абсцисс по-прежнему

клонного участка динамической характеристики. Увеличение анод­ ного тока при уменьшении результирующего анодного напряже­ ния еа будет происходить только в недонапряженной области до значения еа {Шь=в') —Еа—С/ащСоэЭ'. Угол 0' называется верхним углом отсечки. Величина анодного тока в этот момент ia максщ оп­ ределяется точкой в (см. рис. 4.13), лежащей на граничной линии. Дальнейшее уменьшение результирующего анодного напряжения г*i<M) при увеличении напряжения на контуре ик(иа) происходит в перенапряженной области характеристик и сопровождается умень­ шением анодного тока в соответствии с положением граничной ли­ пни. Уменьшение анодного тока будет происходить до значения,

ю£=0. Отрезок вг будет третьим, спадающим отрезком идеализи­ рованной рабочей характеристики.

имеет более сложную форму, чем прежний, косинусоидальный. В нем появляется провал (впадина), длительность которого опреде­ ляется величиной 20'. Глубина провала зависит от величины оста­ точного напряжения еамШ1(4) и крутизны условной граничной ли­ нии Srp.

Режимы генератора, характеризуемые коэффициентом исполь­ зования анодного напряжения £Г>£Гр, называются перенапряжен­ ными. Рабочие (динамические) характеристики, соответствующие этим режимам, располагаются в двух областях — недонапряжен-

Ж