1. Цель работы: изучить принципы построения лампового генератора с внешним возбуждением (ГВВ), его режимы работы, основ­ные характеристики, методику аналитического расчета. Выяснить влияние питающих напряжений на режим ГВВ.

2. Описание лабораторной установки

Установка состоит из лабораторного макета, содержащего ламповый ГВВ с блоком питания, и радиоизмерительных приборов: звуко-вого генератора, используемого в качестве источника воз­буждения и двух двухлучевых осциллографов для одновременного наблюдения нескольких осциллограмм токов и напряжений в цепях ГВВ с целью выяснения их фазовых соотношений.

ГВВ собран по схеме, показанной на рис.1, в основные цепи которой введены малые (1...2 ома) измерительные сопротивления для снятия осциллограмм токов в этих цепях. Регулировка величины сопротивления анодной нагрузки в макете осуществляется изменением коэффициента включения контура в анодную цепь.

3. Задание к работе и порядок ее выполнения

3.1. По разделу 4 методических указаний изучить основы теории лампового ГВВ, методику аналитического расчета, ознакомиться с примером технического расчета.

3.2. Экспериментальная часть лабораторной работы состоит из демонстрации осциллограмм токов и напряжений в цепях лампового ГВВ в различных режимах работы, оценке влияния на работу ГВВ напряжений смещения, анодного питания, амплитуды и частоты возбуждения, величины сопротивления анодной нагрузки. Эта часть работы выполняется преподавателем и сопровождается необходимыми пояснениями.

Отчет по данной лабораторной работе не представляется.

4. Теоретические сведения о ламповом генераторе с внешним возбуждением

4.1. Введение

Генераторы с внешним возбуждением предназначены для преобразования энергии источника питания в энергию колебаний высокой частоты (ВЧ). В ГВВ в отличие от генераторов с самовозбуждением (автогенераторов) этим процессом управляет внешний периодический сигнал на входе. Если частота генерируемых колебаний совпадает с частотой внешнего возбуждения, то ГВВ является усилителем мощности.

Преобразование энергии в ГВВ осуществляет активный элемент (АЭ), роль которого могут выполнять электровакуумные лампы, транзисторы, тиристоры, различные приборы СВЧ. Электронные лампы широко применяются в ГВВ средней и большой мощности (сотни Вт и выше). Особенность ламп заключается в том, что они являются практически безынерционными АЭ. Это означает, что при подаче на электроды лампы напряжений в ее цепях мгновенно устанавливаются токи в соответствии со статическими характеристиками. Электронные лампы можно считать безынерционными в большей части их рабочего диапазона частот. Лишь в СВЧ диапазоне необходимо учитывать пролетные явления. По степени инерционности к лампам близки полевые транзисторы. У биполярных транзисторов интервал частот, где их поведение описывается статическими характеристиками, составляет лишь несколько процентов от всей области рабочих частот, т.е. эти транзисторы являются существенно инерционными АЭ.

Рассматриваемая ниже теория лампового ГВВ является типичным примером теории генератора на безынерционном АЭ. Она строится очень наглядно на основе статических характеристик электронных ламп. Для анализа работы ГВВ на инерционном АЭ (биполярном транзисторе) статических характеристик недостаточно. Необходимо также использовать эквивалентную схему транзистора, дифференциальные и интегральные соотношения, связывающие токи и напряжения в его цепях. Однако и в этом случае остается в силе ряд основных положений теории ГВВ, разработанных для безынерционного АЭ.

4. 2. Схема лампового ГВВ

В качестве ГВВ рассмотрим широко распространенный на прак­тике резонансный усилитель мощности, схема которого на пентоде показана на рис.1. Данный ГВВ имеет три основных цепи: управляющей сетки, анодную и экранной сетки.

Цепь управляющей сетки является цепью возбуждения ГВВ. В большинстве случаев на вход генератора подается или чисто гармонический сигнал или узкополосный (при усилении модулированных колебаний), т.е. почти гармонический. Это основной сигнал, для которого проводятся расчеты и который используется при испытаниях ГВВ. Считая сигнал возбуждения гармоническим, мгновенное значение напряжения на управляющей сетке лампы записываем в виде

. (1)

где U_mc - амплитуда,  - круговая частота возбуждающего напряжения; Е_c напряжения смещения на сетке, определяющее положение рабочей точки на динамической¹ анодно-сеточной характеристике лампы, (рис. 2). В схеме ГВВ (рис.1) источник смещения блокирован по ВЧ конденсатором С_бл1, сопротивление которого на частоте  мало. На этом основании можно считать, что всё напряжение возбуждения приложено к сетке лампы.

В ГВВ лампы и другие АЭ, как правило, работают в нелинейном режиме с отсечкой тока. В этом случае токи лампы: анодный i_а управляющей i_с и экранной i_с2 сеток имеют форму импульсов (рис. 2). При косинусоидальной форме напряжения возбуждения (1) эти токи являются четными функциями времени. Значения текущего угла t , при которых ток i_а обращается в нуль, равны: 2n   (n = 0,1,2,..), где  - угол отсечки анодного то­ка. Угол отсечки тока экранной сетки _с2   , а угол отсечки тока управляющей сетки обычно меньше: _с1< .

¹ Динамическая характеристика (ДХ) снимается при наличии нагрузки в анодной цепи, т.е. в динамическом режиме работы лампы. ДХ учитывает одновременное изменение напряжений на сетке и на аноде. Она может строиться в анодно-сеточных и анодных координатах. Вид и положение ДХ зависит от характера и величины сопротивления анодной нагрузки

В анодной цепи генератора находится источник питания E_а, заблокированный конденсатором С_бл3, и колебательный контур с сопротивлением нагрузки R_н, в которое должна быть передана энергия ВЧ колебаний.

Последовательность импульсов анодного тока i_а(t) (рис. 2) можно разложить в ряд Фурье:

, (2)

где I_а0 - постоянная составляющая; I_а1 и I_аn- амплитуды первой и высшей (n-й) гармоник анодного тока.

Если контур настроен в резонанс на частоту возбуждающего колебания (_к), то на нем будет создавать падения напряжения практически только первая гармоника анодного тока:

(3)

U_mк=I_а1R_Э - амплитуда напряжения на контуре; R_Э - эквивалентное сопротивление контура. Для высших гармоник контур сильно расстроен, поэтому .

Мгновенное значение напряжения на аноде

(4)

(знак "-" за счет смены на 180° фазы напряжения при передаче через АЭ). Амплитуда U_mа ВЧ напряжения на аноде лампы несколько отличается от U_mк из-за падения напряжения первой гармоники анодного тока на сопро-тивлении блокировочного конденсатора. При выборе емкости C_бл3 из условия можно считать, что U_mаU_mк, и вместо (4) записать:

. (5)

Колебательный контур в анодной цепи выполняет функции цепи согласования ГВВ. Во-первых, он трансформирует сопротивление нагрузки R_Н в R_Э опт - оптимальное сопротивление анодной нагрузки лампы, обеспечивающее энергетически выгодный режим работы ГВВ. При высокой добротности контура Q >>1 трансформация сопротивлений определяется формулой

, (6)

где  - характеристическое сопротивление; R_П - сопротивление потерь элементов контура (R_П R_L). Во-вторых, при Q » 1 ток в контуре близок к гармоническому:

(7)

(I_к  U_mк/ амплитуда контурного тока). Поэтому в нагрузке R_Н выделяется практически только мощность колебания частоты , т.е. колебательный контур осуществляет фильтрацию высших гармоник анодного тока.

Отметим, что за счет фильтрующих свойств колебательного контура ток в нагрузке будет гармоническим даже при негармонической форме напряжения возбуждения. Необходимо лишь чтобы оно было периодическим с частотой , равной или кратной _к. Это говорит о том, что в ГВВ напряжение возбуждения не является усиливаемым сигналом в обычном смысле, а лишь обеспечивает преобразование энергии источника питания в энергию ВЧ-колебаний. Лампа вместе с колебательным контуром заново формируют ВЧ-колебание в нагрузке. Эти особенности в работе рассматриваемого устройства и позволяют называть его "генератором".

В цепи экранирующей сетки включен источник постоянного напряжения Е_с2 (обычно Е_с2=(0,5...0,7)Е_а), заблокированный по ВЧ емкостью С_бл2, благодаря которой переменное напряжение на этой сетке практически равно нулю.

4.3. Энергетические соотношения в ламповом генераторе

4.3.1. Анодная цепь

Средняя за период ВЧ колебания мощность, отдаваемая лампой в контур,

. (8)

Эта мощность выделяется в активных сопротивлениях контура R_Н и R_п:

. (9)

Из формулы (9) определяется КПД. колебательного контура как цепи согласования:

.

Если R_H >> R_П, что часто встречается на практике, то

 _к  и P_H  P₁

Единственным источником, поставляющим энергию в анодную цепь, является источник анодного питания. Подводимая мощность определяется постоянной составляющей анодного тока I_а0 (переменная составляющая замыкается через блокировочный конденсатор С_бл3):

. (10)

Среднюю за период Т ВЧ-колебания мощность, рассеиваемую на аноде лампы в виде тепла, находим по формуле

. (11)

Фактически соотношение (11) определяет мощность, выделяемую на сопротивлении лампы, по которой протекает ток i_а(t) и на которой создается падение напряжения e_а(t). Подставляя в (11) значения i_а(t) в виде ряда (2) и e_а(t) из выражения (5) и интегрируя, находим

. (12)

При интегрировании учитывалось, что интегралы от произведений косинусов с кратными аргументами в пределах (0, 2) равны нулю. Мощность рассеяния на аноде не должна превышать допустимой величины для конкретного типа лампы во избежание перегрева анода и выхода лампы из строя:

. (13)

Эффективность преобразования энергии источника питания в энергию ВЧ-колебаний показывает электронный КПД:

. (14)

Подставляя в формулу (14) значения из (8) и из (10), находим

, (15)

где  = U_mа/ Е_а - коэффициент использования анодного напряжения.

4.3.2. Цепь управляющей сетки

Ток в цепи управляющей сетки, так же, как анодный, имеет импульсный характер (рис.2). Следовательно, его можно представить в виде ряда

. (16)

Ток первой гармоники с амплитудой I_с1 нагружает источник возбуждения, от которого потребляется мощность:

. (17)

В АЭ (лампах, транзисторах) лишь незначительная часть сигнала за счет конечной проходной проводимости АЭ проходит из входной цепи в выходную. В экранированных лампах прямое прохождение сигнала практически отсутствует. Поэтому можно считать, что вся мощность P_в рассеивается в цепи возбуждения. Рассмотрим, где конкретно.

Ток I_c0 протекает через источник смещения. В ламповых ГВВ обычно ЭДС смещения Е_c и ток I_c0 направлены в противоположные стороны. Это значит, что источник смещения не отдает мощность, а наоборот, потребляет ее ("подзаряжается"). Мощность, потребляемая источником смещения,

. (18)

Другая (обычно бόльшая) часть мощности P_в рассеивается на управляющей сетке в виде тепла. Мощность рассеяния по аналогии с анодной цепью можно записать в виде

, (19)

где i_с(t) и e_c(t) выражаются соответственно формулами (16) и (1). Из (19) непосредственно следует баланс мощностей в цепи возбуждения:

Р_с=Р_в-Р_с0 . (20).

Мощность рассеяния не должна превышать допустимой величины:

. (21)

4.3.3. Цепь экранирующей сетки

Ток i_с2 так же, как и токи остальных электродов лампы, представляет собой последовательность импульсов (рис. 2). Переменная составляющая этого тока замыкается через блокировочный конденсатор С_бл2, сопротивление которого для ВЧ токов близко к нулю. Поэтому напряжение на экранирующей сетке практически содержит только постоянную составляющую:

. (22)

Постоянная составляющая экранного тока I_c20 нагружает источник питания Е_с2 , который отдает мощность:

. (23)

Как нетрудно убедиться, воспользовавшись соотношением (22), мощность рассеяния на экранирующей сетке

. (24)

Эта мощность не должна превышать допустимой:

. (25)

4.3.4. Сравнение линейного и нелинейного режимов работы лампы

Мы рассмотрели энергетические соотношения в ламповом генераторе в общем случае - при нелинейном режиме работы лампы( рис. 2). Они остаются справедливыми и при работе лампы на линейном участке ДХ в классе А. В этом случае анодный ток (2) содержит только постоянную составляющую и первую гармонику. Форма анодного тока i_а(t) в линейном режиме построена на рис.3. Там же приведен график мгновенного напряжения на аноде e_а(t), построенный в соответствии с выражением (5).

Поскольку в линейном режиме анодный ток не содержит выс­ших гармоник, значительно упрощается построение согласующей цепи. К ней предъявляется только требование трансформации сопротивления нагрузки R_Н в нужную величину R_Эопт.

В отдельных случаях (при R_НR_Эопт) возможна даже работа ГВВ непосредственно на резистивную нагрузку. Тем не менее указанные преимущества линейного режима работы не обусловили его широкого применения в ГВВ. Для того чтобы выяснить причины этого, оценим величину КПД генератора при работе лампы в классе А.

Как видно из рис.3, в классе А I_а1≤I_а0 (постоянная составляющая анодного тока равна току покоя I_п). Предельное значение в этом режиме η ≤ 0,5ξ и не превышает 50% (U_mа≤E_а, ξ≤1). Практически из-за достаточно протяженного нижнего загиба ДХ лампы и из-за того, что ξ<1, в линейном режиме КПД составляет η = 20...30%. Это означает, что 70...80% мощности источника анодного питания рассеивается на аноде в виде тепла, что очень невыгодно энергетически и опасно для лампы. Причину большой мощности рассеяния на аноде Р_а в этом режиме можно понять, рассматривая выражение (11). Действительно, анодный ток i_а отличен от нуля в течение всего периода ВЧ колебания, в частности когда напряжение на аноде достигает максимальных значений. Эта часть периода колебания дает значительный вклад в интеграл (11). Для уменьшения величины Р_а надо так выбрать положение рабочей точки на ДХ лампы, чтобы i_а =0 при e_а =e_{а mаx} . Это достигается при работе лампы в классе АВ, В или C с отсечкой тока.

При работе с отсечкой анодный ток i_а(t) негармонический, но это и не требуется в ГВВ с резонансной анодной нагрузкой. Графики i_а(t) и напряжения на управляющей сетке е_c(t) в этом режиме построены на рис. 3 штрихпунктирными линиями. Форма е_а(t) остается прежней, как и в линейном режиме, может измениться лишь амплитуда U_mа=I_а1R_Э.

Поскольку анодный ток отличен от нуля на части периода ВЧ колебания - ≤ t≤, выражение (11) переписываем в виде

, (26)

где е_{а ост}=е_а(- ≤ t≤   остаточное напряжение на аноде лампы во время импульса анодного тока. На рис.3 участок кривой е_а(t), соответствующий е_а(t), подчеркнут штрихпунктирной линией. Как видно из выражения (26), с уменьшением угла отсечки  будет снижаться мощность рассеяния на аноде и, следовательно, возрастать КПД.

Если обратиться к формуле для КПД (15), то возрастание η по сравнению с линейным режимом объясняется увеличением отношения I_а1/I_а0, которое, очевидно, зависит от угла отсечки . Как будет показано ниже, при  =90° I_а1/I_а01,57. Величина КПД при  =1 составляет η =70...80%, причем это значение реально достигается в генераторах. Используются также углы отсечки  <90° (70...80%). Значения  <70°, несмотря на рост КПД генератора, не находят применения из-за значительного уменьшения амплитуды первой гармоники I_а1 и мощности Р₁, отдаваемой лампой.

Явные энергетические преимущества режима работы лампы с отсечкой обусловили почти исключительное его применение в ГВВ. Генераторные радиолампы, выпускаемые для использования в ГВВ, изготовляются со сравнительно малыми анодами и не допускают работы при больших значениях Р_а и малых η. Линейный режим применяется лишь в маломощных предварительных каскадах, малый КПД которых не сказывается на энергетических показателях устройства в целом. Исключение составляют также специальные линейные усилители, где режим класса А иногда применяют и при большом уровне мощности.

В заключение данного раздела укажем на интересную возможность уменьшения величины P_а и увеличения КПД. Она основана на уменьшении е_{а ост} при сохранении формы i_а(t). Снизить е_{а ост} можно, отказавшись от гармонической формы е_а(t) и сделав это напряжение упрощенным и близким к нулю на интервале -<t<. Такой режим реализуется в бигармонических ламповых генераторах [l], в которых для получения необходимой формы е_а(t) используются первая и третья гармоники анодного тока, создающие падение напряжения на специальной двухконтурной колебательной системе. В бигармонических генераторах достигается η =90...95%. Аналогичный принцип повышения КПД используется в ключевых генераторах на транзисторах [2].

4.4. Классификация режимов работы ГВВ по напряженности

Понятие "напряженности режима" является фундаментальным в теории ГВВ. Различную напряженность режима генератора можно получить, изменяя, например, амплитуду возбуждения U_mc.

Изменения формы токов лампы, происходящие при этом, демонстрирует рис.4.

На рис. 4, а показаны ДХ токов анода, управляющей и экранной сеток, построенные в широких пределах изменения сеточного напряжения е_c . При некоторых значениях е_c>0 в лампе начинается перераспределение электронного потока (тока катода): значительная часть электронов идет на сетки (растут i_c2, i_c), и уменьшается поток электронов на анод (падает i_а). При достаточно больших значениях е_c анодный ток вообще прекращается, т.к. все электроны перехватываются сетками.

Когда амплитуда U_mc напряжения возбуждения сравнительно не- велика, импульс анодного тока имеет форму остроконечного импульса (рис. 4, б). Сеточные токи малы. На рисунке показаны линии построения импульса i_а по ДХ анодного тока. Токи i_c2, i_c построены аналогично. Режим ГВВ, характеризующийся остроконечной формой импульса i_а , называется недонапряженным (ННР). В этом режиме токи i_с2, i_c малы.

Если увеличить амплитуду возбуждения так, чтобы максимальное напряжение на сетке соответствовало точке перегиба ДХ анодного тока, то мы получим импульсы токов, показанные на рис. 4, в. Импульс i_а по-прежнему остроконечный, но с несколько уплощенной вершиной. Такой режим называется критическим (КР). В этом режиме токи i_c2, i_c больше, чем в ННР, но еще мало влияют на форму импульса i_а.

При достаточно большой амплитуде возбуждения в импульсе анодного тока появляется провал, который затем возрастает до нуля (рис.4,г, д). Это перенапряженный режим (ПНР). В ПНР сеточные токи настолько велики, что значительно искажают форму импульса i_а. ПНР подразделяется на слабо и сильно перенапряженный. Во втором случае на части длительности импульса происходит запирание лампы по анодной цепи (i_а =0).

По введенной классификации критический режим оказывается гра-ничным между ПНР и ПНР. Как мы увидим в дальнейшем, этот режим наиболее распространен в ГВВ. В заключение отметим, что отличитель-ным признаком той или иной напряженности режима является соответствующая форма импульса анодного тока. Однако эта форма складывается в зависимости от распределения электронных потоков в лампе. Поэтому физическим критерием напряженности режима является

соотношение токов анода и сеток.

4.5. Аппроксимация статических характеристик генераторных ламп

Как отмечалось выше, теория лампового ГВВ строится на основе статических характеристик ламп в предположении, что они являются безынерционными АЭ. Реальные характеристики имеют сложную криволинейную форму. В качестве примера на рис. 5, а, б показаны статические характеристики триода (а) и пентода (б).

Использовать такие характеристики для получения расчетных соотношений затруднительно. Характеристики анодного тока сначала идеализируют, т.е. представляют в виде отрезков прямых линий, а затем аппроксимируют, записывая аналитические соотношения - уравнения характеристик. В процессе идеализации пренебрегают плавными изгибами характеристик, что при расчете составляющих анодного тока дает ошибку около 20%. Однако более точная аппроксимация, нежели линейная, не имеет смысла, т.к. статические характеристики отдельных экземпляров ламп имеют разброс 15...20%.

Процесс идеализации показан на рис.5 штриховыми линиями.

Отдельно идеализированные статические характеристики пентода при фиксированных напряжениях е_c E_c2 и е_c3= 0 показаны на рис. 6, а, б. Рассмотрим вначале проходные характеристики, которые строятся в анодно-сеточных координатах (АСК). На рис.6,а показано семейство характеристик, соответствующих различным значениям напряжения е_а.

Выберем для определенности одну, например верхнюю (е_а=е'_а). На ней точка А разделяет два характерных участка: наклонный и горизонтальный. Первый, как видно из рис. 6, а, соответствует области, где сеточные токи малы, второй - области с большими сеточными токами. По аналогии с названиями режимов ГВВ, введенными в предыдущем разделе, эти области (участки) статических характеристик назовем недонапряженной (ННО) и перенапряженной (ПНО), а граничную точку А - точкой критического режима (КР). В зависимости от напряжения е_а положение точки КР на плоскости характеристик меняется. Множество этих точек образует линию критических режимов (ЛКР), показанную на рис. 6, а штриховой линией.

Введем в рассмотрение катодный ток i_к = i_а + i_c2+ i_c. Особенность его заключается в том, что характеристика i_к(е_с) при переходе из ННО в ПНО не испытывает излома, а остается линейной, рис.6, а. Линейность сохраняется на достаточном протяжении, т.к. у современных ламп с оксидированными катодами насыщения в области рабочих токов не наблюдается. Характеристиками катодного тока удобно пользоваться при построении ДХ генератора. В ННО сеточные токи малы, поэтому можно считать, что i_кi_а. В ПНО происходит перераспределение катодного тока: резко возрастают сеточные токи, а ток i_а в зависимости от е_с остается постоянным. Таким образом, идеализированные характеристики i_а(е_с) и i_к(е_с) позволяет очень наглядно трактовать процесс перехода из ННО в ПНО.

Характеристики сеточных токов i_c(е_с) и i_c2(е_с) не идеализируют. Эти характеристики отличаются значительной нелинейностью, и замена их отрезками прямых линий затруднительна. Для расчета сеточных токов используются, как будет показано ниже, реальные характеристики.

На рис. 6, б показано семейство идеализированных выходных (построенных в анодных координатах - АК) характеристик пентода, соответствующих различным значениям напряжения е_с на управляющей сетке. Выберем одну из них, например верхнюю, которая соответствует напряжению е_с=е'_с. На ней аналогично, как и на анодно-сеточной характеристике, показанной на рис. 6, а, точка А' разделяет участки, соответствующие ННО и ПНО. В ННО характеристика i_а(е_а) имеет небольшой наклон, т.к. в экранированных лампах проницаемость мала. Сеточные токи в этой области незначительны. При уменьшении е_а лампа переходит в ПНО, что вызвано резким возрастанием токов i_c и i_c2. По этой причине характеристика i_а(е_а) в ПНО имеет значительный наклон. Положение точки А', которая соответствует КР, зависит от напряжения на сетке е_с. При разных е_с множество этих точек образует ЛКР, как и в АСК. Особенностью анодного семейства является то, что в ПНО идеализированные характеристики при разных е_с сливаются между собой и с ЛКР. Последнее объясняется тем, что в ПНО анодный ток практически не зависит от сеточного напряжения (см. идеализированные анодно-сеточные характеристики в ПНО, рис. 6, а).

В анодном семействе, как и в анодно-сеточном, весьма полезным является введение катодного тока. Характеристика i_к(е_а) имеет во всех режимах одинаковый наклон (штрихпунктир на рис. 6, б), что позволяет переход в ПНР при уменьшении е_а объяснять перераспределением токов в лампе.

Переходим к аппроксимации статических характеристик. Соответственно форме идеализированных характеристик для их аналитического описания воспользуемся линейными функциями. При этом можно применять известные [1] параметры статических характеристик: крутизну анодно-сеточных характеристик и проницаемость лампы . Эти параметры описывают характеристики в ННО. Для ПНО введем параметр крутизну ЛКР в АК. Она численно равна , где  - угол наклона IIKP (рис. 6, б). Параметры S, D и S_кр определяются по реальным статическим характеристикам ламп в области рабочих токов.

Уравнение характеристик будем искать в виде функции двух переменных i_а = f (е_с, е_а) так, чтобы она описывала как анодно-сеточное, так и анодное семейства. Поскольку идеализированные статические характеристики претерпевают излом в точке КР, их уравнения, очевидно, должны иметь разный вид в ННО и ПНО. В ПНО аппроксимацию произвести проще , т.к. i_а является функцией только одной переменной е_а:

. (27)

Уравнение (27) описывает ЛКР в АК и горизонтальные участки характеристик - в АСК.

В ННО аппроксимация сложнее, т.к. i_а=f(е_с, е_а). Обратимся к анодно-сеточному семейству (рис.6, а), которое в ННО представляет собой ряд прямых линий, имеющих одинаковый наклон (крутизну) S . Введем параметр Е' - напряжение отсечки (запирания), определив его следующим образом :при е_с=Е' и заданном значении е_а=е_{а зад} анодный ток обращается в нуль. С помощью параметров S и Е_с' уравнение анодно-сеточных характеристик можно записать в виде:

. (28)

Уравнение (28) неявно содержит зависимость от е_а, т.к. от этого напряжения зависит величина Е_с' (каждая характеристика семейства имеет свое напряжение отсечки). Для того чтобы ввести в уравнение (28) зависимость от е_а в явном виде, учтем, что с ростом е_а анодно-сеточные характеристики сдвигаются влево пропорционально Dе_а, рис.6, а. На этом основании записываем:

. (29)

где Е'_c0- формальный параметр, называемый напряжением приведения статических характеристик. Сопоставляя (28) и (29), находим:

Е'_c= Е'_c0- Dе_а .

Последнее соотношение используется на практике для определения параметра Е'_c0. Для этого необходимо найти напряжение отсечки Е'_c какой-либо статической характеристики, например соответствующей е_а=е_{а зад}, а затем вычислить Е'_c0 по формуле:

. (30)

Уравнение (29) описывает в ННО как анодно-сеточные, так и анодные характеристики. В АК этому уравнению отвечает семейство прямых линий, которые проходят с малым наклоном к горизонтальной оси (их крутизна равна SD, D<<1) и при увеличении е_c сдвигаются параллельно вверх.

4.6. Анализ режимов лампового ГВВ

4.6.1. Динамические характеристики и режимы работы

В динамическом режиме, когда в анодную цепь включена нагрузка в виде колебательного контура с эквивалентным сопротивлением R_э, мгновенные напряжения на сетке и на аноде лампы описываются уравнениями:

. (31а)

. (31б)

Эти напряжения и определяют мгновенные значения тока. Как отмечалось выше, изменения анодного тока под действием одновременно изменяющихся е_c и е_а отображает ДХ генератора. ДХ, таким образом, связывает между собой мгновенные значения е_c, е_а и i_а и может быть построена на поле статических характеристик в анодно-сеточной и анодной системах координат.

Типичный вид реальной ДХ в АСК показан на рис. 7. Она строится по точкам. Для этого необходимо, задавшись определенными значениями напряжений Е_с, Е_а, U_mc, U_mа, рассчитывать по формулам (31) мгновенные значения e_c(t), e_а(t) для дискретных значений t и находить по ста-тическим характеристикам лампы мгновенные значения тока i_а(t). Таким же образом строится ДХ в АК. В качестве примера на рис. 7, а показано построение реальной ДХ i_а = f (е_а) для генератора на триоде ГУ-5Б.

На характеристике нанесены точки, соответствующие значениям t = 0 (1), 20° (2) и т.д. через 20°. На рис. 7, б построен импульс i_а(t), соответствующий этой ДХ, на котором также отмечены расчетные точки. Отметим, что построенная ДХ имеет наклонный участок и горизонтальный, совпадающий с осью е_а. Последний устанавливает связь между i_а и е_а на той части периода ВЧ колебания, когда лампа находится в отсечке (i_а=0). Данная ДХ, судя по форме импульса анодного тока, соответствует ННР генератора (см. раздел 4). Идеализированная ДХ анодного тока, охватывающая все возможные режимы по напряженности имеет вид ломаной линии FBADE в АСК и F'B'A'D'E' - в АК (рис. 8, а, б).

Конкретным режимам генератора соответствуют отдельные ее части. Рабочая часть ДХ в ННР включает в себя участок отсечки FВ (F'B') и часть основного линейного участка ВА (В'А'). В этом режиме мгновенная рабочая точка, определяемая напряжениями (31) в течение периода ВЧ колебаний не выходит за пределы ННО статических характеристик (находится левее ЛКР в АСК, рис. 8, а, и правее ЛКР - в АК, рис. 8, б). Критический режим генератора представляет собой предельный случай ННР, когда мгновенная рабочая точка доходит до точки А (А'), т.е. до ЛКР в семействе статических характеристик. В ПНР рабочая часть ДХ заходит на участок ADE (A'D'E'), т.е. в ПНО статических характеристик. Как отмечалось в разделе 4, этот режим имеет две разновидности:

а) слабо перенапряженный режим, при котором рабочая часть ДХ заходит на участок AD(А'D'). Последний соответствует той части периода ВЧ колебаний, в пределах которой в импульсе анодного тока образуется провал;

б) сильно перенапряженный режим, при котором рабочая часть ДХ заходит и на участок DE (D'E'). В пределах этого участка i_а=0. Ему соответствует провал до нуля в импульсе анодного тока.