книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник
.pdfной и перенапряженной. Импульсы анодного тока генератора в пе ренапряженных режимах имеют сложную форму, отличающуюся от косинусоидальной*). Сеточный ток велик.
Дальнейшее увеличение R « и амплитуды колебательного на пряжения до значений UK(Ua)> E a приводит к режимам, характе
ризуемым коэффициентами |
и отличающимися уменьшением |
высоты импульсов анодного тока |
и их раздвоенной формой из-за |
значительного возрастания тока сетки в процессе перераспределе ния тока катода.
В условиях эксплуатации такие перенапряженные режимы с раздвоенным импульсом анодного тока не применяются из-за слишком малой амплитуды первой гармоники /аi, а следовательно, малой колебательной мощности.
Зависимость режима лампы по напряженности от величины ре
зонансного сопротивления |
анодной |
нагрузки R а |
полезно закон |
|
чить рассмотрением случая, |
когда R а -*-сю, |
т. е. очень велико. При |
||
этом анодный ток, а следовательно, |
и его |
первая |
гармоника / аi |
|
бесконечно уменьшаются; амплитуда |
колебательного напряжения |
велика и превышает амплитуды колебательных напряжений всех рассмотренных ранее режимов. Т ам я работа генератора близка к известному в электротехнике режиму «холостого хода», который характеризуется наличием переменного колебательного напряже ния на бесконечно большом сопротивлении нагрузки (при практи ческом отсутствии тока). Мощности До, Ра, характеризующие энергетические показатели генератора, в этом случае бесконечно уменьшаются. В эксплуатационных условиях такой режим невоз можен, но очевиден вывод о том, что полезная колебательная мощность генератора в процессе изменения величины сопротивле ния анодной нагрузки от Дев = 0 до R се-^-оо дважды обращается в нуль. Следовательно, при некотором значении и определенном ре жиме колебательная мощность будет максимальной — наибольшей из возможных в данном генераторе при выбранных питающих на пряжениях.
Теоретические исследования условий оптимальных режимов для получения наибольших кпд и полезной мощности проводятся при помощи так называемых нагрузочных характеристик генератора, рассмотренных ниже.
РАБОЧИЕ (ДИНАМИЧЕСКИЕ) ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕТРОДОВ И ПЕНТОДОВ
Эти характеристики почти не отличаются от рабочих (динамических) характеристик триодов, так как имеют схожие с ними семейства статических характеристик. Для них остается в си ле принятая классификация напряженности режимов.
1 ) у генераторных ламп с левыми характеристикамл, работающими без то
ков сетки, перераспределение тока катода отсутствует. С увеличением ампли туды колебательного напряжения импульс тока уменьшается. Его изменения показаны на рис. 4.17.
81
В недонапряженных и граничном режимах импульс анодного тока ламп с экранирующей сеткой практически сохраняет косину соидальную форму. Ток экранирующей сетки в этих режимах со ставляет не более 15—25% анодного тока. Современные мощные генераторные тетроды эксплуатируются в условиях, исключающих возможность перехода в перенапряженный режим. Эксплуатацион ными являются граничные и недонапряженные режимы, при кото рых не возникает опасность теплового перегрева экранирующей сетки.
Напряженность режима по управляющей сетке зависит от со отношений напряжений ееыакСз еаМпш Egz и практически у тетродов и пентодов сохраняется недонапряженной, т. е. с малыми токами управляющей сетки.
Пентоды обычно работают при напряжении Eg3 = 0. Изменение отрицательного напряжения на защитной сетке влияет лишь на распределение тока между анодом и экранирующей сеткой, не ме няя общей величины тока катода лампы.
Все рассмотренные случаи построения рабочих характе ристик были проведены при 0= я/2 (90°) в режиме В. Только в этом случае изменение амплитуды колебательного напряжения UA не оказывает влияния на угол отсечки импульса анодного тока 0. Во всех других колебательных режимах — АВ (0>я/2) и С (0<я/2) — изменение амплитуды Ua вызывает изменение угла отсечки.
Рассмотрим положение рабочих (динамических) характеристик
в различных колебательных режимах. Из рис. 4.13 |
следует, что все |
||
рабочие характеристики имеют |
одну общую |
точку, |
которая |
лежит на оси абсцисс (точка Еа). |
Положение этой точки |
опреде |
ляется мгновенными результирующими напряжениями при значе нии текущего фазового угла ©£=90°, т. е. еём = 9 о0) =Eg + + Ugcos90°=Eg, еа (о)(=9 о°) = Еа—t/acos90°= £'а, являющимися ко ординатами общей точки А (на рис. 4.'.14а и б).
82
Вколебательных режимах АВ и С общая точка пересечения всех рабочих (динамических) характеристик будет уже не на оси абс цисс. Об этом можно судить по графическим построениям рис. 4.14
аи б.
Врежимах АВ при 0>9О° общая точка А лежит выше оси абс цисс, так как рабочее смещение в этом случае меньше, чем сме щение в режиме В. С увеличением амплитуды колебательного на пряжения Ua наклон рабочей (динамической) характеристики уменьшается и она пересекает ось абсцисс правее предыдущей дйнамической характеристики.
Таким образом, увеличение колебательного напряжения на лампе приводит в рабочих (динамических) режимах АВ к увели чению угла нижней отсечки 0 и наоборот.
Врежимах С при 0<9О° рабочее смещение больше, чем в ре жиме В, и если бы статические характеристики анодного тока про
должались в отрицательной области (пунктирные линии на рис. 4Л46), то общая точка А пересечения всех динамических характе ристик лежала бы ниже оси абсцисс. Поэтому в режимах С с уве личением амплитуды колебательного напряжения U& и уменьше нием наклона характеристики угол нижней отсечки уменьшается.
4.8. НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА
АНАЛИЗ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Нагрузочными характеристиками лампового генератора называются зависимости величин, определяющих его режим: по лезной мощности Р ~, подводимой мощности Pq, мощности рассея ния на аноде Р&, кпд, а также токов анода и сетки и напряжений в его выходной цепи и др. — от величины R се при постоянных зна чениях питающих напряжений и неизменном угле отсечки анодно го тока 0 . Эти зависимости позволяют решить вопрос о наиболее выгодных, так называемых оптимальных, условиях работы, при которых генератор .отдает максимальную колебательную мощ ность с высоким кпд1). Нагрузочные характеристики позволяют также судить об изменениях выходных данных (Р~, кпд, £/а и т. д.) диапазонных генераторов, в которых при перестройках кон тура с изменением величин Lv, Ск изменяются р, Я сс, и решить ряд задач, возникающих при проектировании.
Выясним, как влияет изменение величины сопротивления анод ной нагрузки на выходные показатели генератора Р~, Р0, Р&, кпд. Предварительно на основании рис. 4.13 можно сказать, что изме нения амплитуды колебательного напряжения t/a (или UK) в недо-
') Нагрузочные характеристики обычно строятся на основании эксперимен тальных данных; получить для заданных условий строгие аналитические урав нения не представляется возможным. Перечисленные зависимости рассматри ваются в самом общем виде, не отражающем индивидуальные особенности ламп с различными формами семейств характеристик, и необходимы для сравнитель ных оценок и выводов.
83
напряженном режиме |
почти не меняют импульсы |
анодного тока |
(1, 2, 3 на рис. 4.13). |
Составляющие импульса / а), |
/ ао с увеличе |
нием Ua уменьшаются также незначительно. При переходе в об ласть перенапряженных режимов, минуя граничный, незначитель ные увеличения амплитуды колебательного напряжения Ua (при соответственном уменьшении остаточного напряжения еа МШ1) уже приводят к резкому уменьшению импульса анодного тока и иска жению его формы (импульс 4 на рис. 4.13). Появление провала в
импульсе анодного тока |
способствует |
еще большему уменьшению |
|||
составляющих / аi, |
/ ао- |
|
|
/ao=/i('^a) |
показаны на |
В общем виде |
зависимости Iai= f(U a), |
||||
рис. 4.15а. Кривые строятся по данным |
нескольких |
импульсов |
|||
анодного тока, взятых, |
например, с |
рис. |
4.13 и соответствующих |
Рис. 4.15. |
Вид зависимости токов от |
Рис. 4.16. Вид нагрузочных ха- |
|
амплитуды |
напряжения 11л ( а ) . Сов- |
рактеристик генератора |
|
мещенный |
график |
зависимостей |
|
/.ifI/ 0 и Ui(Ra )
различным значениям U&при неизменных питающих напряжениях и угле отсечки 0. Зависимость U i= f(U a) вынесена на отдельный рис. 4.156. Каждая точка этого графика соответствует определен ному значению нагрузки, поскольку R a= U JU i. Иначе говоря, ес ли провести прямую из начала координат в выбранную точку кри
вой с координатами / аь Uа, |
ее угловой коэффициент |
(тангенс угла |
|
наклона) будет равен l/R a =Iai/Ua. |
|
сра |
|
Следовательно, меняя R а , можно по точкам этой кривой |
|||
зу получить нагрузочные |
характеристики. Они |
показаны |
на |
рис. 4.16. |
|
|
|
Очевидно, что использование резко недонапряженных режимов с относительно малыми значениями и ri так же невыгодно, как
84
и использование перенапряженных режимов, |
у которых мала ко |
|
лебательная мощность |
а значительные |
сеточные токи приво |
дят к увеличению мощности возбуждения и мощности, рассеивае мой на сетке.
Как видно из характеристик рис. 4.16, ни перенапряженные, ни недонапряженные режимы не удовлетворяют требованиям одно временного получения максимальной полезной мощности и высо кого кпд. Эти требования могут быть одновременно и удовлетвори тельно реализованы только в режимах, близких к граничному. По этим причинам граничный режим работы является наиболее вы годным и широко применяется. В реальных условиях эксплуатации
современных |
генераторных ламп (например, ГУ-62, ГУ-65, ГУ-6 6 , |
|||
ГУ- 6 8 и др.) |
значения их номинальных мощностей обеспечиваются |
|||
в граничных и недонапряженных режимах |
при |
относительно |
не |
|
больших значениях сеточных токов. |
|
(см. рис. 4.16) |
ил |
|
Рассмотренные нагрузочные характеристики |
||||
люстрируют выходные показатели работы |
генератора в зависимо |
сти от напряженности режима при неизменном угле отсечки 0. Од нако на энергетические показатели генератора, как было выяснено выше, величина угла нижней отсечки 0 оказывает существенное влияние, так как определяет составляющие импульса тока / аь / аоПоэтому для получения оптимальных режимов в дополнение к. сделанным выводам важен также правильный выбор угла отсечки.
Выводы, сделанные относительно общего хода нагрузочных ха рактеристик, справедливы для «-правых» генераторных ламп.
В передатчиках телевидения и однополосной телефонной радио связи применяются триоды и тетроды с «левыми» характеристика ми. Это обеспечивает неискаженное линейное усиление широкопо лосных сигналов и позволяет строить радиопередатчики с малым числом каскадов. Для этих генераторных ламп, работающих в ра бочих (динамических) режимах при отрицательных или неболь ших положительных напряжениях на управляющей сетке, сделан ные выводы требуют дополнительных пояснений. Семейства идеа лизированных характеристик «левых» триодов показаны на рис.. 4.17. У них нет характерного изгиба характеристики из-за отсутст
вие. 4.17. Внщ. аде ализированных характеристик «левого» триода
85-
вия процесса перераспределения тока катода. Понятие линии гра ничного режима утрачивает смысл. Максимальные значения им
пульсов анодного тока при неизменных напряжениях Еа, Eg, U8 и |
|
||
угле отсечки |
0 = 90° (условия, принятые |
ранее для рассмотрения |
|
нагрузочных |
характеристик) определяется |
у этих ламп величиной |
|
остаточного напряжения еа мнн (см. рис. 4Л7) и крутизной S ( е |
) |
статической идеализированной характеристики в анодной системе
координат для |
напряжения |
на сетке, равного |
максимальному |
6g макс в заданном режиме, т. |
е. |
|
|
г а м акс = |
$( es ма|.с) вам ни - |
(4.37) |
Рассмотрим изменение колебательной мощности в зависимости от величины R&. Как и ранее, при рассмотрении нагрузочных ха рактеристик «правых» ламп сохраним угол отсечки 0 = л/ 2 (90°). Выражение для колебательной мощности Р ~ на основании (4.49), (4.12) и (4.26) может быть представлено как
Р~ = ^ ^ а 1 Uа ~ g ® 1 *'а м акс Е Еа.
Подставив в него выражение (4.28), получим
9 а,-^( еймакс)ба'''н« ^ а-
В этом выражении удобно заменить еамш1 = £'а(1—£), тогда
= |
( 4 ' 3 8 ) |
В ф-ле (4.38) первые четыре сомножителя правой части не за висят от напряженности режима (■£), т. е. от изменения величины /?се, и их .произведение в принятых условиях является величиной постоянной. Обозначим его буквой К. Тогда колебательная мощ ность
P~ = K U 1 -Е ). |
(4.39) |
|
Зависимость (4.39) |
имеет максимум |
только при значении £= |
= 0,5 К Следовательно, |
генератор на «левой» лампе отдает макси |
мальную мощность только в недонапряженном режиме при £ = 0,5. Такой режим невыгоден, так как коэффициент полезного действия оказывается низким. Например, при 0 = 90°; г)= 0 ,5 ^ 1 £= =0,5-1,75-0,5 = 0,39. Поэтому в реальных условиях при работе на «левых» лампах для повышения кпд увеличивают амплитуду коле бательного напряжения JJa, принимая £«0,7, и уменьшают угол отсечки до 0=60—70°. Это повышает кпд генератора до значений г)= 0,6—0,65, но одновременно снижает ток и возможную колеба тельную мощность. Формы импульсов анодного тока, соответству ющие различным £/а(£), показаны на рис. 4.17. Они не имеют про валов, характерных для «правых» ламп в области малых остаточ-
*) Зависимости |
Р ^ .= Н Ъ )> P ~ = H R a > ) аналогичны при условии постоян |
ства величин E s и |
U g. |
26
иых напряжений еамин<еамин(гр). При еаш т= 0 |
( |= 1) импульс то |
ка раздваивается. |
недонапряженные |
Импульсы анодного тока, характеризующие |
и граничные реокимы «правых» и «левых» ламп, с различным ви дом семейств реальных характеристик (см. рис. 3.7) могут счи таться практически косинусоидальными^. При этом формирование импульсов, как это следует из рис. 4.13 и 4.17, происходит по на клонному участку идеализированной рабочей характеристи ки, описываемому простым линейным ур-нием (3.4). При помощи этого уравнения ниже в § 4.9 будут выведены основные расчетные соотношения для граничного и недонапряженного режимов рабо ты генератора.
В Л И Я Н И Е П И Т А Ю Щ И Х Н А П Р Я Ж Е Н И Й Н А
• Н А П Р Я Ж Е Н Н О С Т Ь Р Е Ж И М А Г Е Н Е Р А Т О Р А
Изменения постоянных напряжений, действующих в схе ме генератора, Еа, Egl, Еез и напряжения возбуждения Ug оказы вают влияние на его режим. Например, уменьшение напряжения возбуждения Ug генератора, работающего в граничном режиме, приводит к уменьшению импульса анодного тока 1‘амакс и связан ных с ним первой гармоники тока 7ai, амплитуды напряжения на контуре UK (и лампе Ua). Поэтому возрастает остаточное напря жение на аноде еамш1. Режим лампы становится недонапряженным. Переход генератора из граничного режима в недонаиряженный сопровождается снижением колебательной мощности и кпд. При увеличении амплитуды возбуждений, 'наоборот, режим стано вится перейапряженным.
Изменяя другие напряжения, можно также проследить их вли яние на режим генератора. В итоге любые изменения приводят к увеличению или уменьшению амплитуды колебательного напряже ния на контуре UK(Ua), что неизбежно меняет величину остаточ ного напряжения еамш, и степень напряженности режима (харак теризуемую величину | ) .
Зависимости режимов от изменения напряжений смещения Eg, анодного Еа, экранирующей сетки Eg% защитной сетки Eg3 и ам плитуды напряжения возбуждения Ug носят название статических модуляционных характеристик и рассматриваются во второй части учебника.
Умение правильно оценить явления, происходящие в генераторе при изменении питающих напряжений, которые возникают в усло виях эксплуатации, позволяет принять своевременные меры для предотвращения нежелательных последствий, таких, как снижение мощности, повреждения лампы и т. п.)*
*) П р и неодинаковой |
крутизне |
веерообразн ы х характеристик |
рабочая |
|
характеристика « е является |
прямой, |
но дл я целей технического расчета |
и вы |
|
в ода количественны х соотнош ений ее |
небольш ая вы пуклость м ож ет |
не |
учиты |
|
ваться. |
|
|
|
|
87
4.9. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ГРАНИЧНОГО И НЕДОНАПРЯЖЕННОГО РЕЖИМОВ РАБОТЫ
Для подавляющего большинства «правых» генераторных ламп максимальная мощность получается в граничном режиме, и поэтому он наиболее часто используется в современных генерато рах. При правильно выбранном угле нижней отсечки анодного то ка 0 в граничном режиме удается получить оптимальные условия работы генератора, отличающиеся высоким коэффициентом полез ного действия и значительным коэффициентом усиления йо мощ ности. Рассмотрим возможность вывода некоторых расчетных формул на основании идеализированных рабочих (динамических) характеристик ламп с параллельными и веерообразными семей ствами.
Положение идеализированной рабочей (динамической) харак теристики в граничном режиме для 0<9О° (режим С) в случае лам пы с параллельными статическими характеристиками показано на рис. 4.18. Как известно из рассмотренного выше, импульс анодно-
Рис. 4.18. |
И деали зированн ая |
рабочая |
|
(динам ическая) |
характеристика |
для р е |
|
ж им а С в |
случае лам п с параллельны |
||
ми статическими |
характеристикам и |
Рис. 4.19. И деализированная
рабочая характеристика у ламп
с веерообразны м |
р а с п о л о ж е |
нием статических |
харак тери |
стик |
|
шина динамической характеристики не достигает граничной ли нии и полностью располагается в недонапряженной области ха рактеристик. Все точки идеализированной рабочей харак теристики являются также точками идеализированных статичес ких характеристик.
8 8
Чтобы связать мгновенные значения анодного тока с действую щими в рабочем (динамическом) режиме на электродах лампы результирующими напряжениями, следует подставить в уравнение идеализированной статической характеристики (3.4) выражения для мгновенных результирующих напряжений на сетке ее—Ее+
+Ugcos ait и на аноде еа= £ а—Uacosat.
Утриодов с характеристиками, идеализированными отрезками параллельных прямых, параметры S, D постоянны. С учетом реак ции анодного напряжения на анодный ток (D=^0j уравнение идеа лизированной рабочей (динамической) характеристики примет вид
iD— S [Eg + Ugcos и / — E'g + D(Ea — Uacos a t —- £ a)]. (4.40).
После преобразования (4.40) запишется так: |
|
ia = S[Eg— E'g + (Ug— D Ua) cos со /]. |
(4.41} |
Это уравнение связывает анодный ток и напряжения в схеме генератора с параметрами лампы S, D в недонапряженном и гра
ничном режимах |
в пределах изменений текущего |
фазового |
угла, |
от О ^со ^О . |
(4.41) относительно отдельных |
его членов, |
при |
Решая ур-ние |
разных значениях фазового угла получают расчетные формулы для вычисления требуемых в заданном режиме величин рабочего сме щения Eg, амплитуды напряжения возбуждения Ug, cos 0 и макси мального значения тока в импульсе iaMакс-
Так, например, при со/=0 в момент отсечки анодного тока, ког
да са= 0, ур-ние (4.41) принимает |
вид |
|
0 = S[Eg— E'g + (Ug - |
D Ua) cos 0], |
(4.42> |
но сомножитель правой части уравнения S # 0 , |
следовательно, |
|
Eg — Eg + (Ue— Z>t/fl)cos0 = O. |
(4.43> |
Из ур-ния (4.43) просто получают формулы для расчета рабо чего смещения Eg при заданных Ug, 0 и т. д. и косинуса угла от сечки анодного тока cos 0, т. е.
Eg=E'g- ( U g - D U a)cosQ, |
(4.44) |
|
cos0 == |
--------------— . |
(4.45) |
|
Ug — D U a |
|
Формула для определения амплитуды напряжения возбужде ния .получается решением ур-ния (4.41) при ®t= 0, когда ia= iaMаис и напряжение возбуждения достигает максимального амплитудно го значения Ug:
Ч макс = s [Eg - Eg + (Ug- D и,)]. |
(4.46). |
Решив ур-ние (4.46) относительно Ug, получаем
£4 = |
1п макс |
+ DUa. |
|
(Eg - Eg ) |
|||
S |
|
89-
Если известен угол отсечки, удобнее в этой формуле заменить Ее его выражением (4.44). После простых преобразований получим
Uе — |
1а макс |
+ DUa |
(4.47) |
5 (1 — cos0) |
Формула (4.47) позволяет по данным режима анодной цепи ге нератора (7'амакс, Uа, 0) определить требуемую амплитуду возбуж дения в цепи сетки данной лампы при известных ее параметрах
S и D. На основании (4.12) ф-ла (4.47) может быть приведена к виду
|
Uё |
____ Лн_____ + DUЛ |
(4.48) |
||
|
|
S ОЦ (1 — cos 0) |
|
||
В технических расчетах весьма удобна следующая формула для |
|||||
определения амплитуды напряжения возбуждения: |
|
||||
|
- |
eg макс |
Eg |
DUя COS 0 |
(4.49) |
|
"ё = |
|
(1 — cos 0) |
||
|
|
|
|
||
Она получена подстановкой значения Eg (4.44) в выражение |
|||||
(4.3) |
и его решением относительно Ug. Эта формула |
(4.49) не тре |
|||
бует |
знания крутизны |
S, |
что упрощает расчет режимов ламп с |
веерным расположением характеристик (ем. гл. 3).
У ламп с ярко выраженной веерообразностью расположения ха рактеристик уравнение идеализированной рабочей (динамической) характеристики несколько упрощается. Известно, что анодный ток этих ламп в недонапряженной области мало зависит от изменений анодного напряжения, и поэтому можно считать, что формирова ние импульса анодного тока в динамическом режиме практически происходит под влиянием изменяющегося сеточного напряжения eg. В связи с тем, что формирование вершины импульса происходит при значениях мгновенных напряжений, близких к еам1ш, Б. С. Ага фонов предложил считать идеализированную рабочую (динамиче
скую) |
характеристику совпадающей всеми точками |
с идеализиро |
ванной |
статической характеристикой, построенной |
для еа= еаМць |
так, как это показано на рис. 4.19. В этом случае восходящий уча сток идеализированной динамической характеристики во. опреде лится запирающим напряжением Е'е и крутизной статической ха рактеристики для анодного напряжения, равного остаточному
^( е а мин) •
Утриодов с веерообразными характеристиками запирающее на
пряжение E'g в принятой идеализации считается не зависящим от анодного напряжения, а у экранированных ламп оно определяется
|
‘) |
Ч асто |
в |
таблицах |
расчетны х коэф ф ициентов указы ваю т .величину |
|||||||
р, = |
cti (1— cos 0 ), |
удойн ую |
для |
расчетов, |
если н уж н о |
и сследовать |
зависим ость |
|||||
реж им а |
генератора |
от |
см ещ ения |
Eg при |
неизм енном |
в о зб у ж д ен и и |
Ug. График |
|||||
коэф ф ициентов |
Pi, |
Ро |
в |
функции |
(— c o s 0 ) |
и зо б р а ж а ет |
статические |
м одуляц ион |
||||
ные |
характеристики: |
/ a i = ( ( £ g ) , |
I&o—h(E g ) при м одуляции изм енением см ещ е |
|||||||||
ния, |
рассм атриваем ой |
во второй |
части книги. |
|
|
90