1.5. Нагрузочные характеристики лампового генератора

Нагрузочные характеристики представляют собой зависимости анодного тока, амплитуды напряжения на контуре, мощностей и электронного КПД генератора от эквивалентного сопротивления Rэ нагруженного контура в анодной цепи при неизменных напряжениях Еa , E и Ugm. Для анализа зависимости первой гармоники анодного тока Ia1 от Rэ используют характеристику зависимости суммарного тока от напряжения на аноде is=f(ea) при сеточном напряжении еg, равном остаточному напряжению на сетке, которое определяется заданными значениями напряжений Eg и Ugm: еg = egmax = Eg + Ugmax. В недонапряженном режиме, вплоть до критического, сеточным током можно пренебречь (в критическом режиме он не превышает 15-20% анодного тока) и принять анодный ток равным суммарному току, при этом первая гармоника анодного тока равна:

Ia1 = a1iamax,

где a1 - коэффициент приведения, зависящий от угла отсечки анодного тока q.

рис1-4

Рис.1.4


Косинус угла отсечки определяется формулой cosq = - , где Uк=Ia1Rэ - напряжение на контуре. Поскольку проницаемость лампы D мала, то можно считать, что угол отсечки q в недонапряженном режиме от величины Rэ не зависит. Абсцисса, которой соответствует значение iamax в недонапряженном режиме, равна остаточному напряжению на аноде eamin= Ea - Uк = Ea - Ia1Rэ. С увеличением Rэ значение Uк растет, а eamin уменьшается. При этом, как видно из рис.1.4, величина импульса анодного тока iamax меняется незначительно, поскольку из-за малой проницаемости D наклон характеристики is=f(ea) очень мал. Таким образом, в недонапряженном режиме первая гармоника анодного тока практически не зависит от величины сопротивления нагрузки.

В перенапряженном режиме, который имеет место при сопротивлениях нагрузки Rэ>Rэкр, в импульсах анодного тока появляется провал из-за перераспределения тока катода между анодом и управляющей сеткой. С ростом Rэ этот провал расширяется и углубляется, поэтому в перенапряженном режиме увеличение сопротивления нагрузки Rэ сопровождается резким уменьшением составляющих анодного тока Ia1 и Ia0 и возрастанием тока управляющей сетки.

Амплитуда напряжения на контуре Uк= Ia1Rэ в недонапряженном режиме возрастает пропорционально увеличению Rэ, а в перенапряженном режиме она остается практически постоянной, поскольку при Rэ<Rэкр увеличение сопротивления нагрузки сопровождается незначительным уменьшением Ia1, тогда как при Rэ>Rэкр уменьшение Ia1 довольно резкое. Для приближенных расчетов и качественных рассуждений можно принять, что при Rэ < Rэкр Ia1 =Ia1кр, а при Rэ>Rэкр Uк=Ukкр. Это означает, что генераторная лампа, работающая в недонапряженном режиме, ведет себя как генератор тока, а в перенапряженном - как источник ЭДС.

На рис.1.5б приведены зависимости энергетических показателей генератора от величины сопротивления нагрузки. Зависимость мощности Р0=EaIa0, подводимой к анодной цепи, от Rэ такая же, как у постоянной составляющей анодного тока. Поскольку в недонапряженном режиме Ia1 изменяется незначительно, то из формулы для колебательной мощности видно, что в этом режиме эта мощность увеличивается пропорционально Rэ. В области сильно перенапряженного режима из формулы следует, что здесь колебательная мощность изменяется обратно пропорционально Rэ, поскольку в этой области Uк практически постоянно. Максимум мощности имеет место в перенапряженном режиме вблизи критического.

Характер зависимости мощности рассеяния на аноде Ра от Rэ определяется формулой Pa=P0 - P~. В недонапряженном режиме мощность, рассеиваемая на аноде, убывает линейно с ростом сопротивления нагрузки. В перенапряженном режиме она также убывает, но значительно медленнее. Из графика видно, что для анода лампы режим тем тяжелее, чем меньше Rэ.

Электронный КПД можно представить формулой:

, (1.7')

где - коэффициент формы по первой гармонике; - коэффициент использования лампы по анодному напряжению. В недонапряженном режиме не происходит изменения формы импульса, а угол отсечки меняется незначительно, поэтому g1 от Rэ почти не зависит. В перенапряженном режиме в импульсе анодного тока появляется провал, и коэффициент формы уменьшается. Зависимость x от Rэ повторяет ход графика зависимости Uк от Rэ, так как Еa постоянно. Объяснение характера зависимости КПД от Rэ вытекает из рассмотрения зависимостей x и g1 от Rэ. В недонапряженном режиме КПД увеличивается пропорционально Rэ; после достижения критического режима КПД продолжает медленно возрастать с ростом сопротивления нагрузки, проходит через некоторый весьма тупой максимум и, наконец, медленно падает в области сильно выраженного перенапряженного режима.

Дадим сравнительную характеристику различных режимов:

1) Недонапряженный режим невыгоден из-за низкого КПД и неблагоприятен для лампы вследствие больших тепловых потерь на аноде.

2) Перенапряженный режим оказывается целесообразным в тех случаях, когда нагрузка генератора изменяется и требуется получить на ней стабильную амплитуду напряжения. В слабо перенапряженном режиме, колебательная мощность уменьшается не более чем на 20%.

3) Недостатками сильно перенапряженного режима являются большой ток управляющей сетки и недоиспользование лампы по мощности.

4) Критический режим обеспечивает наибольшую колебательную мощность при высоком КПД, поэтому он является оптимальным.

Из приведенной выше формулы для КПД следует, что абсолютная величина коэффициента использования по анодному напряжению x в критическом режиме имеет большое значение. Этот коэффициент определяется формулой

ξкр=1 - ,

где Sкр – крутизна линии критического режима (рис.1.4). Из этой формулы видно, что анодное напряжение Еа должно быть как можно больше, как и крутизна линии критического режима лампы Sкр, а импульс анодного iamax выгодно иметь небольшим. При заданном угле отсечки анодного тока коэффициент использования по анодному напряжению вычисляется по формуле:

ξкр=0,5[1+

Как указывалось выше, в ламповом генераторе, независимо от того, в каком электронном режиме он работает и настроена ли на рабочую частоту его нагрузка, первая гармоника суммарного тока синфазна с управляющим напряжением . Можно показать, что первая гармоника сеточного тока всегда совпадает по фазе с сеточным управляющим напряжением . Здесь μg=( )ig=const.; μg - коэффициент аналогичный коэффициенту D для суммарнрго тока. В тех точках, где eg μgea сеточный ток равен нулю, поэтому условие eggea можно считать условием граничного (критического) режима и коэффициент μg называют коэффициентом напряженности режима, обычно μg≤1. Можно показать, что крутизна линии критического режима Sкр= S(μg+ D), т.е. Sкр≈ S.

Первая гармоника анодного тока есть разность . При работе генератора в перенапряженном режиме на расстроенную нагрузку управляющие напряжения и , а значит и токи и , не совпадают по фазе. При этом провал в импульсе анодного тока не совпадает с максимумом суммарного тока и при расстройке анодного контура меняет свое положение.

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.