![](/user_photo/_userpic.png)
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра радиотехнической электроники(РТЭ)
отчет
по лабораторной работе №8
по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА
В ЛАМПОВЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Студент гр. 4203 |
|
Юрченков М.И. |
|
|
Рыков А.А. |
Преподаватель |
|
Шануренко А.К. |
Санкт-Петербург
2016
Цель работы.
Изучение режимов преобразования энергии модулированного электронного потока; определение основных параметров, характеризующих эти режимы; изучение особенностей работы лампы с колебательным контуром в анодной цепи.
Основные теоретические положения.
П
Рис1
Рис.
2.1. Преобразующее
устройство
и
имеют одинаковые потенциалы
;
в качестве нагрузочного сопротивления
используется колебательный
-контур,
настроенный в резонанс на частоту
управляющего напряжения, к которому
через трансформаторную связь с помощью
клемм
может быть подключен потребитель энергии
выходного сигнала. Предположим, что
модулированный электронный поток,
прошедший промежуток
,
характеризуется переменным конвекционным
током
.
Если при этом время пролета электронов
через указанный промежуток
,
где
– период управляющего напряжения и
– круговая частота, то во внешней цепи
будет протекать такой же ток проводимости
и создавать на колебательном контуре
падение напряжения
,
где
– активное эквивалентное сопротивление
контура. В этом случае анодное напряжение
будет изменяться по закону
и создавать в промежутке
переменное электрическое поле.
Противофазное изменение тока
и напряжения
имеет принципиальное значение для
преобразования энергии электронного
потока в энергию выходного сигнала в
любом электронном усилителе или в
генераторе с самовозбуждением, поэтому
указанное условие обычно называют
генераторным режимом преобразования
энергии. В данном режиме в тормозящий
полупериод электрического поля в
пространство взаимодействия входит
большее число электронов, чем в ускоряющий
полупериод, поэтому в среднем за период
модулированный электронный поток отдает
полю определенную энергию, которая и
определяет энергетический эффект
взаимодействия электронов с полем.
Основными параметрами, характеризующими
процесс преобразования энергии
электронного потока, являются средняя
преобразованная (или колебательная)
мощность
,
выделяющаяся в нагрузочном сопротивлении;
КПД преобразования
и мощность рассеяния
на аноде.
В квазистатическом
приближении колебательная мощность
определяется формулой
,
где
и
– коэффициент и амплитуда первой
гармоники анодного тока,
– амплитуда напряжения на нагрузочном
сопротивлении.
КПД преобразования
определяется как отношение колебательной
мощности к средней мощности электронного
потока, прошедшего через промежуток
взаимодействия
,
т. е.
,
где
– постоянная составляющая анодного
тока,
,
и
– коэффициенты использования анодного
тока и напряжения.
Мощность рассеяния
на аноде определяется как разность
между средней и колебательной мощностями:
.
И
Рис2
и
необходимо иметь возможно большие
значения амплитуд
и
.
При этом во избежание режима возврата
и динатронного эффекта анода необходимо
выполнение условия
По указанной причине в мощных тетродных
и пентодных усилителях обычно
.
На рис.2 приведен интегральный график, иллюстрирующий явление ограничения максимальной амплитуды анодного тока в пентодном усилителе, возникающее при изменении режима токопрохождения, т. е. при переходе от режима перехвата (РП) к режиму возврата (РВ).
Основу
графика составляют зависимости анодного
тока
и тока экранирующей сетки
от потенциала на первой сетке
при постоянных значениях потенциалов
всех других электродов и заданном
значении нагрузочного сопротивления
.
Поскольку указанные зависимости лежат
в области
,
первая сетка не перехватывает электроны,
поэтому катодный ток распределяется
только между экранной сеткой и анодом.
Следовательно,
и
,
где
,
при условии, что катодный ток не зависит
от
и
регулируется с помощью напряжения
первой сетки, изменяющегося по закону
.
На графике (рис.2) показан только
положительный полупериод этого напряжения
при трех значениях амплитуды
и управлении в классе
.
Каждому из этих напряжений (а,
б, в)
соответствуют импульсы токов
и
.
Таким образом, при увеличении
возрастают ток
и напряжение
.
Это происходит до тех пор, пока выполняется
условие
Когда же оно перестанет выполняться,
т. е. окажется, что
,
наступит ограничение тока
и появятся искажения формы его импульса.
В
зависимости от соотношения
различают три режима работы преобразующего
устройства:
1)
недонапряженный,
характеризующийся неравенством
,
при котором лампа в течение всего периода
управляющего напряжения работает в
режиме прямого перехвата (РП), когда
;
2)
критический,
для которого характерно соотношение
и лампа по-прежнему работает в режиме
перехвата –
;
3)
перенапряженный,
характеризующийся неравенством
,
при котором лампа в течение части периода
работает в режиме возврата (РВ) и поэтому
ток
соизмерим с током
.
Из
приведенных данных следует, что с
энергетической точки зрения наиболее
предпочтительным режимом является
критический, в котором анодный ток
достигает максимального значения при
относительно небольших значениях тока
экранирующей сетки. При этом напряжение
на колебательном контуре будет также
максимальным. Следует подчеркнуть, что
реализовать критический режим в полной
мере, т. е. достичь максимальных значений
,
и
,
можно только, используя в качестве
анодного нагрузочного сопротивления
резонирующий колебательный контур. При
этом, во-первых, колебательный контур
выделяет из тока, протекающего через
него, только ту гармонику, на которую
он настроен (в усилителе – на первую
гармонику), благодаря чему анодное
напряжение изменяется по синусоидальному
закону независимо от закона изменения
анодного тока, что позволяет работать
в режимах управления с отсечкой катодного
тока и достигать максимальных значений
и
.
Во-вторых, постоянная составляющая
анодного тока создает на колебательном
контуре пренебрежимо малое падение
напряжения, благодаря чему амплитуда
переменного напряжения на нем может
достигать значений, близких к постоянному
напряжению источника питания (
),
или даже превосходить
вследствие того, что запасенная в
колебательном контуре электромагнитная
энергия поддерживает в нем колебания
и в отрицательный полупериод управляющего
напряжения, когда ток через преобразующее
устройство не проходит.
Р
Рис.3
и колебательного контура
.
Уравнение этих характеристик имеет вид
и
описывает прямую линию, наклоненную к
оси
под углом
.
В статическом режиме, когда на управляющую
сетку подано только напряжение смещения
или
)
и анодный ток
,
это уравнение для резистора
примет вид
для колебательного контура
–
Данные
соотношения определяют координаты
точек
и
,
через которые проходят прямые
и
.
На рис. 4.3
,
и потому прямые параллельны друг другу.
Точки пересечения этих прямых со
статическими характеристиками связывают
между собой все основные величины
электрического режима:
,
,
,
поэтому они называются рабочими
точками. Линия,
соединяющая все рабочие точки при
заданном значении
и
,
называется анодной
рабочей характеристикой.
Она показывает предельно возможный
диапазон изменений тока
и напряжения
в случае критического режима.
Сравнив максимальные
значения амплитуд анодного напряжения
при различных типах анодной нагрузки,
можно сделать вывод о том, что в режиме
колебаний 1-го рода в случае резистора
,
а при включении колебательного контура
–
.
Это позволяет значительно увеличить
колебательную мощность и КПД преобразующего
устройства.
Рис.4.Схема измерений
Экспериментальные результаты.
1.Режим в-кк:
Uc10=-4B T=1мс; Rэо=40кОм
Таблица№1.1
2Uc1m |
2UR~ |
Ia0 |
Ic20 |
8 |
220 |
1,7 |
3,5 |
6 |
200 |
1,7 |
2,1 |
4 |
170 |
1,25 |
1,3 |
2 |
52 |
0,5 |
0,7 |
1 |
25 |
0,3 |
0,6 |
2.Режим а-кк:
Uc10=-2B; Rэо=40кОм
Таблица№1.2
2Uc1m |
2UR~ |
Ia0 |
Ic20 |
7,5 |
200 |
2,72 |
2,91 |
6 |
160 |
2,37 |
2,4 |
4 |
140 |
2 |
1,2 |
2 |
80 |
1,7 |
1,035 |
1 |
30 |
1,4 |
0,85 |
3.Режим а-Ra:
Uc10=-4B; Ra=39кОм
Таблица№1.3
2Uc1m |
2UR~ |
Ia0 |
Ic20 |
5 |
100 |
1,07 |
2,93 |
3 |
100 |
1,11 |
1,5 |
1,5 |
70 |
1,12 |
0,77 |
1 |
60 |
1,12 |
0,66 |
0,5 |
25 |
1,06 |
0,59 |
Параметры триода 6Ж2П
Параметр |
Значение |
|
120 В |
|
1,8 Вт |
Uc3 |
0 B |
Uc2 |
100В |
|
6 ± 2 мА |
Обработка результатов эксперимента.
1.Режим в-кк:
Uc10=-4B T=1мс;Rэо=40кОм;f=793,7(Гц)
Таблица№2.1
2Uc1m |
2UR~ |
Ia0 |
Ic20 |
ɣ |
ξ |
Pвых |
Ра |
Р0 |
η |
||||
8 |
220 |
1,7 |
3,5 |
1,62 |
0,92 |
0,15 |
0,053 |
0,204 |
0,74 |
||||
6 |
200 |
1,7 |
2,1 |
1,47 |
0,83 |
0,12 |
0,079 |
0,204 |
0,61 |
||||
4 |
170 |
1,25 |
1,3 |
1,7 |
0,71 |
0,09 |
0,059 |
0,150 |
0,60 |
||||
2 |
52 |
0,5 |
0,7 |
1,3 |
0,22 |
0,008 |
0,052 |
0,060 |
0,14 |
||||
1 |
25 |
0,3 |
0,6 |
1,04 |
0,104 |
0,002 |
0,034 |
0,036 |
0,05 |
||||
γ=Ia1/Ia0
Ia1=Uma/Ra
γ= Uma/IaRa=110/1,7*40=1,62
|
|
||||||||||||
ξ=Ur/Ea=110/120=0,92
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Pвых=Uma*Ia1/2=Uma2/2Ra=110*110/2*40000=0,15Вт |
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Po=Iа0*Ea/1000=1,7*120/1000=0,204 Вт |
|
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Pa=Po-Pвых=0,053 Вт
η=Pвых/Ро=0,74 |
|
Рис.5