Выходная
мощность Pвых=Pk, Вт
|
1
|
Напряжение
на сетке Ec, B
|
-4
|
Возбуждающее
напряжениеUmc,
B
|
5
|
Анодное
напряжение Ua≤,
B
|
400
|
Напряжение
накала Uн, В
|
6,3
|
Коэффициент
усиления μ
|
35
|
Введение
Генераторные лампы предназначены для
генерирования и усиления электрических колебаний низких и высоких частот. По
роду работы генераторные лампы можно разделить на следующие группы: -
генераторные лампы для непрерывного режима работы; - импульсные генераторные
лампы типа ГИ; - импульсные модуляторные лампы типа ГМИ. Для охлаждения анодов
генераторных ламп, рассеивающих значительные мощности, применяется
принудительное охлаждение воздушное(Б), водяное(А) или испарительное(П). Эти
индексы указываются в конце обозначения лампы (например ГУ-5Б). Если вид
принудительного охлаждения не указан, то лампа используется с естественным
охлаждением. Модификации ламп, связанные с повышением надежности и улучшением
эксплуатационных характеристик, имеют в конце обозначения буквы Р, В или индекс
1. Генераторные лампы для усиления низкой частоты - модуляторные лампы -
применяются в модуляторах мощных передатчиков с АМ, мощных усилителях НЧ, в
мощных электронных стабилизаторах напряжения и других схемах. Генераторные
лампы ультракороткого и дециметрового диапазонов предназначены для
генерирования и усиления колебаний СВЧ диапазона. Значительная группа этих ламп
рассчитана на работу в схеме с общей сеткой, которая характерна высокой
устойчивостью работы генераторов высокочастотных колебаний на триодах и
устраняет необходимость нейтрализации проходной емкости. В схемах с заземленной
сеткой выходной колебательный контур включен между сеткой и анодом. Выходной
емкостью в этом случае является емкость между анодом и сеткой, а проходной -
емкость между анодом и катодом. Т.к. генераторные лампы, предназначенные для
работы в этих схемах, имеют, как правило, небольшую проницаемость, то возможно
проходную емкость сделать достаточно малой, чем достигается устойчивая работа
схемы на высоких частотах. Импульсные генераторные и модуляторные лампы
используются в схемах импульсных СВЧ генераторов и импульсных модуляторов
радиорелейных линий связи, радиолокационных станциях и других устройствах. В
качестве импульсных модуляторных ламп, как правило, используются тетроды,
работающие при малом напряжении анода во время разряда накопительной емкости, я
также не требующие больших сеточных напряжений или запирания лампы.
1.Расчет триода
.1 Расчет электрических параметров
Задаемся КПД, который для ламп дециметрового
диапазона (f = 0,3 ÷
3 ГГц),работающих в классе “С”, составляет η =0,5÷07.
Выбираем η = 0,7 и находим
мощность, рассеиваемую анодом:
Находим постоянную составляющую анодного тока Ia0:
Задаемся углом отсечки анодного тока θ
= 120°, т.к. генераторная
лампа работает в классе “С”. Из графика на рис.16.6[1] находим отношение
переменной составляющей анодного тока к постоянной составляющей:
Отсюда амплитуда анодного тока:
В классе “С” генераторные лампы работают с
сеточными токами.
Определим амплитуду сеточного тока, которая в
генераторных лампах ДМ-диапазона может составить от четверти до половины
анодного тока:
Выбираем 0,3, тогда:
Определим амплитуду катодного тока:
Пользуясь графиком на рис.16.7[1]находим
коэффициент анодного тока α и
коэффициент использования анодного напряжения β. При
θ
= 120°, α = 0,9, а
т.к. КПД равен η = α*β, то:
Определим амплитуду анодного напряжения лампы:
Минимальное амплитудное анодное напряжение лампы
в рабочем режиме равно:
Рассчитаем первеанс лампы Gпри
минимальном анодном напряжении:
.2 Конструктивный расчет катода
В качестве катода проектируемой лампы выберем
оксидный катод косвенного накала, т.к. он имеет наибольшую эффективность. При
этом рабочей поверхностью катода является торцевая поверхность, покрытая
оксидом. Задаемся температурой катода Тк = 1000 К(127°С). Выберем
допустимую плотность тока с катода jk
= 80 (мА/см2) и определяем активную, т.е. покрытую оксидом, площадь
поверхности катода:
Рассчитаем диаметр катода dk:
см
Длину катодной трубки lkвыбираем
равной 20(мм), а оксидного слоя δокс= 100(мкм)
(1).
В качестве керна катода выбираем
никелевую трубку с толщиной стенок δNi = 100(мкм)
(1).
Внутренний диаметр катода :
.3 Тепловой расчет катода
Целью теплового расчета является
нахождение мощности, необходимой для накала катода. Это позволяет определить
ток накала и рассчитать подогреватель. Мощность Pнак складывается
из мощности излучения Ризли мощности потерь Рп.
Рнак = Ризл +
Рп
Мощность излучения складывается из
мощности излучения оксида, мощности излучения никелевой трубки, мощности
излучения абсолютно черного тела:
Ризл = Риз.окс+
РизлNi + Ризл. АЧТ
где Риз.окс = Руд
окс*Fокс;
PизлNi = Pуд Ni*FNi;
Pизл. АЧТ= РудАЧТ*FАЧТ;
где Руд окс, Pуд Ni, РудАЧТ
- удельные мощности излучения оксида, никеля и внутренней полости
катодной трубки соответственно.Fокс, FNi, FАЧТ - площади
оксидного покрытия, боковой поверхности Ni- трубки и
ее внутреннего поперечного сечения.
При Т = 1000 К удельные мощности
излучения составляют:
Рудокс = 4,1(Вт/см2);
PудNi = 1,3(Вт/см2);
Pуд. АЧТ =
8,34(Вт/см2);
Риз.окс = Рудокс*Fокс = 4,1*0,27=
1,15 Вт
FNi = π*dk*lk =
3,14*0,58*2 =3,6 см2
PизлNi = PудNi ∙ FNi =
1,3*3,6=4,68 Вт
FАЧТ = (π*dk02)/4 = см2
Pизл. АЧТ= РудАЧТ∙
FАЧТ =
8,34*0,447= 3,7 Вт
Pизл= 1,15 +
4,68 + 3,7 ≈10 Вт
Мощность потерь на катоде Рп
складывается из мощности потерь за счет потерь катодного ввода, который служит
для крепления катода в лампе и подаче на него потенциала и мощности потерь за
счет керамики, которая крепит катод в лампе:
Pп = Рп.кв+
Ркер;
где Ркв. тепл = потери за
счет теплопроводности ;
Pкв.изл= потери за
счет излучения.
где Ткв - температура
катодного ввода ;
Tкв = Тк
-500 = 500 К;
γ-коэффициент
излучения катодного ввода, γ =0,1;
Fв - площадь
сечения катодного ввода
λв- коэффициент
теплопроводности материала катодного ввода, λвNi =
0,65(Вт/см2∙К);
Пв = Пкв -
периметр катодного ввода ;
σ - 5,67∙10-14(Вт/см2∙К2)
;
Выбираем в качестве катодного ввода
отрезок никелевой ленты с размерами:
1 = 0,05(см), 2 = 1(см), δ = 0,03(см),получаем,
что:
Пкв= 2(0,05+1) = 2,1(см)
Пкер = π∙δкер∙dk = 3,14∙0,3∙0,58
=0,55 см
Следовательно, мощность потерь на
катоде будет равна :
Рп= 0,684 + 0,1 = 0,784
Вт
Мощность накала составит :
Рн = Рп+ Ризл
= 0,785+ 10 =10,784 Вт;
При заданном Uн =
6,3(В),ток накала составит :
.4 Расчет подогревателя
Подогреватель представляет собой
деталь из тугоплавкого материала, применяемого для нагрева катода косвенного
накала. В качестве конструкции подогревателя выбираем складчатый(петлевой)
подогреватель, а в качестве материала проволоку из сплава ВР - 50 - (50%W +50%Re).
Температуру подогревателя обычно
выбирают такой:
Tп = Тк +
500 = 1500 К.
Удельная мощность, рассеиваемая
подогревателем, составляет
Руд = 8(Вт/см2).
Удельное сопротивление составляет: ρуд= 41,5*10-6
(Ом∙см).
Число петель подогревателя будет
равно:
Т.к. число петель должно быть
четным, принимаем n = 14. Кроме того, длина
подогревателя должна быть увеличена на 3÷5 мм с каждого конца, что
необходимо для приваркивыводов подогревателя к выводам лампы. С учетом этого
делаем перерасчет длины проволоки:
C учетом
этого уточнения диаметр проволоки :
Для изоляции петель друг от друга и
от катодной трубки проволока подогревателя должна быть покрыта слоем изоляции Al2O3(алунд).
Примем толщину изоляции равной Δиз = 50(мкм).
С учетом этого диаметр подогревателя
с изоляцией будет равен:
.5 Расчет анодно-сеточного узла
Как известно первеанс триода описывается
следующим выражением :
;
Используя полученное в п.1.1.
значение Gminи полагая,
что Fa≈Fокс, находим
расстояние от сетки до катода:
Задаемся шагом витков сетки p = 0,8(мм) и
диаметром проволоки
2δ = dпс =0,1(мм).
Найдем расстояние от сетки до анода:
Выполним тепловой расчет сетки,
целью которого является выбор материала сетки. Сетка генераторных триодов
разогревается за счет двух факторов:
)за счет теплового излучения катода Pизл.К;
)за счет электронной бомбардировки,
т.е. за счет сеточного тока, который появляется в лампе при ее работе в классе
С.
Для расчета нагрева сетки за счет
теплового излучения с катода определим так, называемый коэффициент Хоттеля :
=0,22 Вт
Мощность, выделяемая на сетке за
счет электронной бомбардировки, определяется следующим образом :
cosθc = -Ec/Umc=
Удельная мощность рассеяния:
где Fc = Fокс + (5÷10)% ;
В качестве материала сетки выбираем
цирконированныймолибден. Коэффициент интегрального излучения этого материала
при Т = 400°С (673 К) составляет et= 0,7.Тогда
предельно допустимая мощность, рассеиваемая сеткой, будет равна:
где Руд.АЧТ - удельная
мощность рассеяния абсолютно черного тела при t = 400°C,Руд.АЧТ
= 1,15(Bт).
Таким образом, РС.уд.пред.
= 0,7*1,15 = 0,805(Вт).
Т.к. РС.уд ‹ РС.уд.пред.,
то тепловой режим сетки будет допустимым и ее температура будет меньше 400°С,
что приемлемо для оксидных катодов.
Температуру сетки определим из
закона Стефана-Больцмана:
Т=°С
1.6 Тепловой расчет анода
Нагрев анода лампы происходит за счет двух
факторов :
)тепловое излучение с катода и управляющей сетки
)электронная бомбардировка.
составляющая:
Длину анодного цилиндра laвыбираем
равной 20(мм)
В качестве материала анода выбираем медь,
интегральный коэффициент излучения которой равен et
= 0,17(при Та ≤ 600°С). Найдем предельную удельную мощность,
рассеиваемую анодом:
Т.к. РаУД‹ РаУД.АЧТ,
то при выборе меди в качестве материала анода его температура будет меньше
600°С.
2.7 Тепловой расчет баллона
В качестве материала баллона
выбираем титановую керамику. Мощность, рассеиваемая баллоном лампы, равна сумме
мощностей излучения с анода, сетки и катода:
С другой стороны, мощность,
рассеиваемая поверхностью баллона равна :
где γ = 0,2 - коэффициент
интегрального излучения керамики;
Fб - площадь
поверхности баллона.
Следовательно, Fб = π*lб*dб . Примем dб = 35(мм), lб = 50(мм).
Находим:
Fб = 3,14*3,5*5
=54,95(см2);
Температура баллона будет равна:
Т.к. температура баллона
металлокерамических ламп может составлять 700°С, то размеры баллона являются
удовлетворительными.
Список используемой литературы
1. Царев Б.М. Расчет и
конструирование электронных ламп, - М. :"Энергия",1967
. Лебедев И.В. Техника и приборы
СВЧ, - М. :"Высшая школа", 1972