Л Рис.44.1. Схема генератора с блокировочным анодным дросселемабораторная работа 44 исследование элементов ламповых генераторов

1. Цель работы

Электронные (ламповые) генераторы являются основными источниками питания высокочастотных электротехнологических установок. Они охватывают диапазон частот от нескольких десятков килогерц до десятков мегагерц и диапазон мощностей 20 ÷ 2000 кВт. Разработанные и внедренные полупроводниковые транзисторные преобразователи частоты на данном этапе не могут заменить ламповые генераторы для указанных диапазонов частот и мощностей.

В данной лабораторной работе проводятся экспериментальные исследования характеристик генераторного триода, тиратрона, а также полупроводниковых выпрямителей с различными способами регулирования напряжения. Полученные экспериментальные данные сравниваются с результатами предварительных расчетов.

2. Необходимые теоретические сведения

Практически любой генератор незатухающих колебаний представляет электрическую цепь, состоящую из линейной и нелинейной частей. К линейной части относятся все элементы, характеризующиеся электрическими параметрами, не зависящими от тока, который протекает через них. Это система колебательных контуров и все блокировочные и разделительные элементы. К нелинейной части схемы относятся электронная лампа или транзистор, при помощи которых формируется импульс тока, проходящий через линейную часть схемы и создающий высокочастотное напряжение на выходных элементах.

Простейшая одноконтурная схема лампового генератора показана на рис.44.1.

Колебательный контур образован нагрузкой (например, индуктором) с параметрами L_н, R_н и параллельно подключенной емкостью С. Разделительный конденсатор большой емкости С_р пропускает в колебательный контур только переменную составляющую анодного тока триода.

Постоянная составляющая импульса анодного тока будет замыкаться через блокировочный дроссель с индуктивностью L_б.

Электрическая цепь (рис.44.1) получает питание от высоковольтного выпрямителя с выходным напряжением U_d. Рассмотрим основные элементы лампового генератора.

2.1. Современные электронные лампы и их основные характеристики

Практически во всех мощных ламповых генераторах в качестве лампы используется генераторный триод с чисто вольфрамовым или вольфрамовым карбидированным и торированным катодами. Конструкции таких генераторных ламп, несмотря на различия, имеют общие черты.

Центром конструкции является нить накала (обычно вольфрамовая), через которую пропускается значительный ток (десятки и сотни ампер) для ее разогрева и создания облака электронов, которые окружают эту нагретую нить вследствие термоэлектронной эмиссии. Катод окружен ажурным цилиндром, который выполняет роль сетки. Коаксиально с сеткой располагается цилиндрический анод (в мощных лампах он делается из меди и охлаждается водой).

Характеристики генераторной лампы обычно приводятся для анодного и сеточного токов, как функции анодного и сеточного напряжений.

Анодно-сеточная характеристика (рис.44.2,а) начинается из точки , называемой напряжением запирания лампы, анодный ток в этой точке равен нулю. Если напряжение на сетке меньше, то анодный ток возрастает сначала медленно, затем быстрее и характеристика становится почти линейной. При положительных напряжениях на сетке рост тока замедляется, так как часть электронов перехватывается сеткой, и появляется сеточный ток.

а б

Рис.44.2. Анодно-сеточная характеристика генераторной лампы

Чем более положителен потенциал сетки, тем больше электронов оседает на сетке, не достигнув анода. При достаточно низких U_а потенциал сетки будет почти равен анодному или может его превзойти. Будет протекать большой ток (рис.44.2,б). У характеристик ярко выражен предельный ток в лампе (ток насыщения). Насыщение возникает из-за того, что при чистом вольфрамовом катоде плотность электронного облака ограничена. Для создания термоэлектронной эмиссии необходимо затратить значительную мощность – до 10 % от мощности лампы. Поэтому в современных лампах вольфрам покрывают специальными соединениями, что резко повышает эффективность катода. Сами характеристики принимают веерообразный вид.

Семейство анодных характеристик представлено на рис.44.3.

Так как для получения большой мощности, зависящей от амплитуды колебаний анодного тока, необходимо увеличивать анодный ток лампы вплоть до предельно допустимой величины, то при работе лампового генератора мгновенное напряжение на сетке должно доходить до больших положительных значений.

Рис. 44.3. Анодные характеристики генераторной лампы

При U_а = 0 и U_с > 0 электроны, подлетая к сетке, подвергаются воздействию положительного поля сетки, траектории электронов искривляются, некоторые электроны устремляются непосредственно к сетке, другие же, пролетев плоскость сетки и попав в тормозящее поле анода, возвращаются обратно к сетке. Ток анода равен нулю, все эмитированные катодом электроны попадают на сетку.

При подаче небольшого положительного напряжения на анод, электроны, имеющие энергию, достаточную для преодоления тормозящего поля анода, устремляются к аноду. Большая часть электронов, пролетев плоскость витков сетки, возвращается на сетку; ток сетки снижается на величину тока анода, катодный ток равен:.

При напряжении U_{а min} характеристика претерпевает излом, наступает насыщение. При больших анодных напряжениях изменяется слабо. Электроны, пролетевшие плоскость витков сетки, не возвращаются к сетке. Ток сетки образуется только теми электронами, которые непосредственно попадают на витки сетки.