Нагрузочные характеристики представляют собой зависимости анодного тока, амплитуды напряжения на контуре, мощностей и электронного КПД генератора от эквивалентного сопротивления R_э нагруженного контура в анодной цепи при неизменных напряжениях Е_a , E и U_gm. Для анализа зависимости первой гармоники анодного тока I_a1 от R_э используют характеристику зависимости суммарного тока от напряжения на аноде i_s=f(e_a) при сеточном напряжении е_g, равном остаточному напряжению на сетке, которое определяется заданными значениями напряжений E_g и U_gm: е_g = e_gmax = E_g + U_gmax. 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:

I_a1 = a₁i_amax, где a₁ - коэффициент приведения, зависящий от угла отсечки анодного тока q.

Рис.1.4

Косинус угла отсечки определяется формулой cosq = - , где U_к=I_a1R_э - напряжение на контуре. Поскольку проницаемость лампы D мала, то можно считать, что угол отсечки q в недонапряженном режиме от величины R_э не зависит. Абсцисса, которой соответствует значение i_amax в недонапряженном режиме, равна остаточному напряжению на аноде e_amin= E_a - U_к = E_a - I_a1R_э. С увеличением R_э значение U_к растет, а e_amin уменьшается. При этом, как видно из рис.1.4, величина импульса анодного тока i_amax меняется незначительно, поскольку из-за малой проницаемости D наклон характеристики i_s=f(e_a) 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 R_э>R_экр, в импульсах анодного тока появляется провал из-за перераспределения тока катода между анодом и управляющей сеткой. С ростом R_э этот провал расширяется и углубляется, поэтому в перенапряженном режиме увеличение сопротивления нагрузки R_э сопровождается резким уменьшением составляющих анодного тока I_a1 и I_a0 и возрастанием тока управляющей сетки.

Амплитуда напряжения на контуре U_к= I_a1R_э в недонапряженном режиме возрастает пропорционально увеличению R_э, а в перенапряженном режиме она остается практически постоянной, поскольку при R_э<R_экр увеличение сопротивления нагрузки сопровождается незначительным уменьшением I_a1, тогда как при R_э>R_экр уменьшение I_a1 довольно резкое. Для приближенных расчетов и качественных рассуждений можно принять, что при R_э < R_экр I_a1 =I_a1кр, а при R_э>R_экр U_к=U_kкр. 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=E_aI_a0, подводимой к анодной цепи, от R_э такая же, как у постоянной составляющей анодного тока. Поскольку в недонапряженном режиме I_a1 изменяется незначительно, то из формулы для колебательной мощности видно, что в этом режиме эта мощность увеличивается пропорционально R_э. В области сильно перенапряженного режима из формулы следует, что здесь колебательная мощность изменяется обратно пропорционально R_э, поскольку в этой области U_к практически постоянно. Максимум мощности имеет место в перенапряженном режиме вблизи критического.

Характер зависимости мощности рассеяния на аноде Р_а от R_э определяется формулой P_a=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 R_э.

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 R_э почти не зависит. В перенапряженном режиме в импульсе анодного тока появляется провал, и коэффициент формы уменьшается. Зависимость x от R_э повторяет ход графика зависимости U_к от R_э, так как Е_a постоянно. Объяснение характера зависимости КПД от R_э вытекает из рассмотрения зависимостей x и g₁ от R_э. В недонапряженном режиме КПД увеличивается пропорционально R_э; 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

ξ_кр=1 - ,

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

ξ_кр=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 μ_g=( )_ig=const.; μ_g - коэффициент аналогичный коэффициенту D для суммарнрго тока. В тех точках, где e_g μ_ge_a сеточный ток равен нулю, поэтому условие e_g=μ_ge_a можно считать условием граничного (критического) режима и коэффициент μ_g называют коэффициентом напряженности режима, обычно μ_g≤1. Можно показать, что крутизна линии критического режима S_кр= S(μ_g+ D), т.е. S_кр≈ 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.