книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

Включение лампы в схему показано на рис. 13.26. Управляю­ щий электрод У соединён внутри с анодом триода А. На экран Э

=0,5 Мом; вследствие падения на­ пряжения, создаваемого на этом сопротивлении анодным током трио­ да, потенциал анода и соединённого

электрода оказывается весьма низ­ ким и стержни управляющего элек­ трода отбрасывают на экран широ­ кие тени, оставляя лишь в центре экрана узкую светящуюся полоску (рис. 13.27а). Выпрямленное при помощи диода напряжение приём­ ного колебательного контура пода­

+

Еа

контура в резонанс с приходящими колебаниями напряжение на зажимах, а следовательно, и отрицательное смещение на сетке триода увеличиваются; анодный ток триода и создаваемое им падение напряжения на сопротивлении R уменьшаются. Вследствие

аэтого потенциал управляющего электрода увеличивается, приближаясь по величине к потенциалу экрана, и светлый сектор на экране растёт (рис. 13.276). В момент точ­ ной настройки контура в резонанс с прини-

Рис. 13.27 маемыми колебаниями светящийс имеет максимальную величину.

320

' На рис. : 13.28 дана зависимость угла раскрытия светящегося сектора а от величины напряжения на-управляющей сетке,-ко­

§ 13.9. Взаимозаменяемость электронных ламп

Применяя электронную лампу в той или иной схеме, мы берём для расчёта режима её работы и подсчёта эффективности этой работы определённые значения параметров этой лампы. Схема, рассчитанная для лампы с- определёнными параметрами, не даст нужных результатов, если в ней применять лампу иного ти­ па,. чем та, на которую схема рассчитана. Замена же выбывшей из строя (например, перегоревшей) лампы другим экземпляром

лампы того же типа не должна нарушать нормальной работы схемы, так как все лампы одного и того же типа должны иметь одинаковые параметры и быть взаимозаменяемы.

Подобное же требование взаимозаменяемости ламп возни­ кает при массовом изготовлении какой-либо электронной аппа­ ратуры, так как из экономических соображений необходимо, что­ бы выпускаемая заводом аппаратура имела заданные техни­ ческие показатели на любом комплекте применённых в ней ламп, без специального их подбора.

Фактически тождества параметров в однотипных лампах мы не имеем. Всегда лампы одинакового типа (одной и той же мар­ ки) несколько отличаются друг от друга по величине своих па­ раметров.

Причины различия параметров у однотипных ламп можно ука­ зать следующие:

1.При изготовлении деталей, из которых собирается элект­ ронная лампа, не удаётся обеспечить строгой одинаковости их геометрических размеров и однородности физико-химических свойств исходных материалов.

2.При сборке (монтаже) лампы, производимой в большинст­ ве случаев вручную, не обеспечивается строгая одинаковость конструкции, в особенности одинаковость расстояний между электродами; параметры же ламп, как мы видели выше, зависят от размеров электродов и расстояний между ними.

3.Существующая технология активировки сложных катодов не обеспечивает получения в лампах одинаковой эмиссионной

способности отдельных участков катода; поэтому в лампах с ак­ тивированными катодами всегда бывает различие в величине то­ ка эмиссии, крутизны характеристики, долговечности катода и т. п.

4.В лампах с активированными катодами всегда получается различная степень покрытия электродов, арматуры и стекла ба­ рием или другими веществами, испаряющимися с катода, а так­ же распыляемым в лампе газопоглотителем; это вызывает зна­ чительные изменения характеристик сеточного тока в начальной области, за счёт чего сильно изменяется входное сопротивление лампы; появляется также различие в значениях междуэлектродных ёмкостей, в величине вторичной эмиссии и т. д.

5.Даже и в том случае, когда при тщательном изготовле­ нии ламп в них будут получены одинаковые параметры, то при эксплуатации этих ламп всегда происходит изменение и расхож­ дение значений параметров вследствие постепенного изменения эмиссионных свойств катода в процессе работы, изменения сте­ пени покрытия электродов барием и т. п. Кроме того, испытывае­

мые лампами при перевозке и при работе в подвижных устрой­ ствах различные механические сотрясения при недостаточной жёсткости конструкции могут вызывать смещение электродов

322

друг относительно друга и тем создавать изменение параметр ров.

На рис. 13.29а показана в качестве примера найденная о п ы ф -

Рис. 13.29

ным путём характеристика распределения новых ламп типа 6Ж1П по величине крутизны характеристики. Испытывалась'

партия-ламп в количестве 1000' штук. По горизонтальной-оси отложены значения крутизны характеристики, по вертикальной оси — Количество ламп, имеющих данную величину крутизны. Наибольшее количество ламп из испытанной партии имеет вели­ чину крутизны S rs5,35 ма!в, однако значительное количество име­ ет величину крутизны как большую, так и меньшую этого зна­ чения.

Подобного типа кривые распределения получаются и по дру­ гим параметрам (рис. 13.29 б, в, г, <?),

Опыт показывает, что кривые распределения, полученные для отработавших определённое время ламп, отличаются от кривых распределения, снятых для новых ламп.

Очевидно, что неодинаковость параметров однотипных ламп, так называемый «разброс» параметров, неблагоприятно отража­ ется на работе электронной аппаратуры. Как пример, можйо ука­ зать проявление разброса значений междуэлектродных ёмкостей

влампах одного и того же типа. В большинстве схем ламповых генераторов и усилителей высокой частоты мы имеем включение колебательных контуров в цепях анода и сетки лампы; ясно, что

вобоих случаях параллельно конденсатору контура оказывает­ ся подключённой соответствующая междуэлектродная ёмкость лампы. В случае замены вышедшей из строя лампы другой лам­ пой, с иной величиной ёмкости, изменится общая ёмкость кон­ тура и вследствие этого изменится и частота собственных коле­ баний контура, градуировка которого, сделанная при одной лам­

пе, будет теперь при новой лампе, очевидно, неверна( особенно это заметно в коротковолновой аппаратуре при малых значени­ ях ёмкости конденсатора контура).

Поскольку, в силу указанных выше причин, ламповые заводы не могут дать ламп с совершенно идентичными параметрами, при­ ходится использовать лампы с разными параметрами, ограни­ чивая в известных пределах допускаемые их отклонения от сред­ них значений, иными словами, устанавливая определённый «до­ пустимый разброс» параметров. На рис. 13.29 штриховкой ука­ заны для примера допускаемые техническими условиями пре­ дельные значения параметров лампы 6Ж1П.

Величина допустимого разброса параметров определяется, с одной стороны, производственными соображениями, с другой — эксплуатационными. Экономические производственные сообра­ жения, естественно, требуют расширения допустимого разброса, так как при малом допустимом разбросе параметров значитель­ но увеличивается число бракуемых ламп. С точки зрения потреби­ телей, использующих лампы, допустимый разброс параметров желательно иметь возможно меньше. Чем ответственнее лампо­ вая установка и чем больше качество её работы зависит от ка­ чества ламп, тем меньше должен быть разброс параметров.

Пути уменьшения разброса параметров — это повышение чис­ тоты и однородности исходных материалов, улучшение техноло-

324

гических процессов изготовления активированных катодов,; «обезгаживания» электродов и получение вакуума, срверщецствов.а- ние способов сборки ламп и увеличение..жёсткости к он стр ук ц и й

тельно скомпенсировано путём рационального выбора схемы.: Од­ ним из распространённых приёмов является применение •автома­ тического смещения. В качестве примера на рис. 13.30 показаны

б)

Рис. 13.30

два варианта схемы усилителя низкой частоты на триоде, отли­ чающиеся Друг от друга способом подачи напряжения' ‘смещения на сетку. В схеме рис. 13.30а смещение подаётся от специальной батареи (фиксированное смещение), а в схеме рис. 13.306 сме­ щение получается за счёт анодного тока, создающего1падение напряжения на сопротивлении RCM , включённом в цепь-катода и шунтированном ёмкостью С (автоматическое смещение). Коэф­ фициент усиления второй схемы меньше изменяется !йри”смене лампы или при изменении параметров лампы со 1временем. Объясняется это тем, что обычно лампы с большой крутизной, оп­ ределяющей величину коэффициента усиления, имеют ц£?рдыную величину анодного тока, определяющего величину смещения UCM= —R см /д . Поэтому в лампах с большей крутизной и-соот­ ветственно с большим анодным током автоматически .устанав­ ливается большая величина напряжения смещения, рабочая точка перемещается по. анодно-сеточной характеристике влево на участок с меньшей крутизной и разница в усилении, получае­ мом от лампы с малой крутизной и от лампы, с большой крутиз­ ной, получается меньше.

Подобным образом по мере уменьшения крутизны дампы, с,о временем вследствие сопровождающего его уменьшения анод­ ного тока смещение будет автоматически уменьшаться, рабочая точка будет переходить на участок с большей крутизной и. умень­ шение коэффициента усиления усилительной ступени будет менер заметным, чем при фиксированном смещении. . , .

325

Помимо включения активного сопротивления в цепь катода, стабилизация режима лампы по постоянному току и соответст­ венно повышение взаимозаменяемости достигается также путём включения гасящего сопротивления в цепь экранной сетки и це­ лым рядом других способов. Мы не будем разбирать эти спосо­ бы, так как они являются предметом специальных курсов.

В заключение укажем величины допустимого разброса па­ раметров для некоторых отечественных приёмно-усилительных ламп (табл. 13.5).

§ 13Д0. Долговечность и надёжность электронных ламп

Долговечность электронных ламп

Одним из важнейших параметров электронных ламп является их долговечность. Долговечностью лампы называется время, в течение которого лампа может работать непрерывно, сохраняя свои параметры в пределах технических норм.

При проверке долговечности ламп на электровакуумных за­ водах обычно не требуют соответствия всех многочисленных па­ раметров ламп нормам, а ограничиваются проверкой одногодвух важнейших параметров лампы, определяющих её' работо--

326

способность в типовых схемах применения. На эти параметры за­ даются специальные нормы для конца срока службы, которые называются критериями долговечности.

Например, для усилительных ламп в качестве критерия дол­ говечности задаётся норма на крутизну характеристики, которая к концу срока службы должна обычно составлять 75-^-80% от своего значения в начале срока службы. Для выходных низко­ частотных ламп в качестве критерия долговечности обычно зада­ ётся норма на выходную мощность в конце срока службы (от 45 до 80% от минимального значения в начале срока службы).

Следует отметить некоторую условность понятия «критерий долговечности», так как реально при работе лампы в схеме она может в зависимости от типа схемы и выполняемых лампой функ­ ций оказаться пригодной для использования и тогда, когда её параметры выйдут за пределы норм — критериев долговечнос­ ти. С другой стороны, при испытании ламп на долговечность на заводском стенде не могут быть учтены все разнообразные усло­ вия эксплуатации ламп (вибрация, тряска, повышенная темпера­ тура, режим работы лампы). В связи с этим эксплуатационная долговечность лампы может отличаться как в ту, так и в другую сторону от стендовой долговечности лампы.

Как показывает опыт, индивидуальная долговечность ламп (как стендовая, так и эксплуатационная) весьма сильно разли­ чается даже для однотипных приборов. Поэтому она становится нам известной лишь после того, как данный прибор вышел из строя, т. е. тогда, когда эта информация представляет уже не­ большую ценность. На рис. 13.31 показан примерный вид опреде­ ляемой опытным путём характеристи­ ки распределения ламп по долговеч­

ности. Здесь N — количество ламп из испытываемой партии, имеющее дан­ ную долговечность t. Из этого рисун­ ка видно, что лампы по величине ин­ дивидуальной долговечности могут су­ щественно отличаться друг от друга, но наибольшее число ламп имеет дол­ говечность, близкую к tcp.

При хорошо налаженном произ­ водстве, когда качество исходных ма­

териалов и технология изготовления ламп достаточно ста­ бильны и отклонения от норм невелики, распределение ламп по индивидуальным долговечностям оказывается близким к нор­ мальному распреде'лению Гаусса и "вероятность того, что инди­ видуальная долговечность ламп лежит в пределах от t до t-\-dt определяется формулой

327

-где t..cp— средний срок службы ламп,

л■— среднеквадратичное отклонение по сроку службы.

Вэтом случае долговечность данного типа электронных

сти очень длительных испытаний больших партий ламп, а также из-за того, что во многих случаях распределение ламп по дол­ говечности может значительно отличаться от нормального. По­

тикальной — процент ламп, выдержавших испытание в течение данного времени. Партия ламп считается выдержавшей испы­ тание на долговечность, если по окончании указанного в нормах времени Т (например, 500 ч) заданный процент испытанных ламп (обычно не менее 90ч-95 %) сохранит контролируемые парамет­ ры в пределах, определённых критерием годности. Таким обра­ зом, в данном случае средний срок службы ламп остаётся неиз­ вестным, но имеется определённая гарантия, что достаточно боль­ шой процент ламп способен проработать заданное время Т. Как правило, фактически средний срок службы ламп оказывается значительно больше, чем время испытания на долговечность Т. Так, например, для многих, наших ламп, имеющих время, испы­ тания на долговечность 500 ч, средняя долговечность составляет несколько тысяч часов.

Заметим, что «кривая горения» представляет собой не что иное, как интегральную форму функции распределения ламп по сроку службы', в то время как характеристика распределения ламп по долговечности (рис. 13.31) представляет собой дифферен­ циальную форму этой зависимости. Таким образом, оба метода в сущности взаимосвязаны, однако метод «кривой горения» не требует знания вида всей кривой,и позволяет проводить испыта-

328

При практическом использовании электронных ламп требо­ вания к их долговечности могут существенно различаться в за­ висимости от типа аппаратуры, в которой они применяются. В связи с этим в настоящее время электровакуумная промышлен­ ность выпускает лампы, рассчитанные на различный срок служ­ бы, начиная от нескольких часов и кончая сотнями тысяч часов.

Лампы с большим сроком службы — в 100—200 тыс. я прин­ ципиально ничем не отличаются от обычных ламп, имеющих срок службы 1000—5000 я. Повышение срока службы у них дости> гается применением особо чистых и однородные исходных мате­ риалов при изготовлении, использованием надёжных конструк­ ций,. высококачественными монтажом и откачкой воздуха, вы­ сокой культурой всего электровакуумного производства в:.це­ лом, тщательным контролем на всех стадиях производства, при­ менением особых методов тренировки и испытания готовых ламп и, наконец, применением облегчённых и регулярно контро­ лируемых режимов работы ламп в аппаратуре.

.; ,;Особо долговечные лампы обходятся в производстве -зна­ чительно дороже, чем обычные. Поэтому;применяют их в аппара­ туре только в случае крайней необходимости.

Следует ютметить, что постепенно техника производства осо­ бо долговечных ламп переносится по мере накопления опыта и на обычные, лампы. В настоящее, время в связи с общим повыше­ нием культуры электровакуумного производства ..долговечность

Надёжность электронных ламп

Кроме срока службы, или долговечности, важным параметром электронных ламп является их надёжность. Надёжность лам­ пы характеризуется вероятностью того, что она будет удовлетво­ рительно работать в течение заданного времени при нормальных для данной лампы условиях эксплуатации.

Надёжность является важнейшим параметром ламп при ис­ пользовании их в такой аппаратуре, в которой внезапный выход лампы из строя во время работы аппаратуры может привести к катастрофическим последствиям. В настоящее время электро­ вакуумная промышленность не гарантирует индивидуальную долговечность электровакуумных приборов. Даже при большом среднем сроке службы данного типа ламп есть вероятность, что тот или иной экземпляр лампы выйдет из строя по истечении сравнительно короткого времени. Поэтому надёжность современ­ ных электронных ламп не является стопроцентной.

Для оценки надёжности электронных ламп обычно использу­ ют «кривую горения» (рис. 13.32). Пусть, например, установлено,

329