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

ной 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

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

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

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

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

/.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

Очевидно, что использование резко недонапряженных режимов с относительно малыми значениями и ri так же невыгодно, как

84

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

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

статической идеализированной характеристики в анодной системе

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

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

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-

26

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.)*

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-

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).

Это уравнение связывает анодный ток и напряжения в схеме генератора с параметрами лампы S, D в недонапряженном и гра­

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

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.

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:

Решив ур-ние (4.46) относительно Ug, получаем

89-

Если известен угол отсечки, удобнее в этой формуле заменить Ее его выражением (4.44). После простых преобразований получим

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

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

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

90