4.6.2. Динамическая характеристика и импульс анодного тока

в ННР(КР)

Подставляя мгновенные значения напряжений на сетке и на аноде (31) в уравнение анодного тока (28), соответствующее ННО статических характеристик, получаем:

. (32)

Это уравнение справедливо для i_а >0 ,т.е. при - ≤ t≤.

Его правая часть состоит из постоянного и переменного слагаемых. Первое слагаемое есть ток покоя I_П, а коэффициент при cos t во втором слагаемом - амплитуда образующего тока I_~,

, (33)

I_~=S( U_mc -DU_mа), (34)

где - является в соответствии с (29) напряжением запирания анодно-сеточной статической характеристики лампы при рабочем напряжении на аноде е_а=E_а . Подставив формулы (33) и (34) в (32), получаем:

i_а (t)=I_П+I_~ cos t , Ι t Ι≤ . (35)

Полученное уравнение анодного тока i_а(t) справедливо в ННР вплоть до КР. Очевидно, в этих режимах i_а(t) представляет собой отрезок косинусоиды со средним значением I_л, амплитудой I_~ , расположенный в пределах - ≤ t≤.

Выразим из формулы (31a) cost=(е_а-E_C)/U_mс подставим его в уравнение (35):

. (36)

Полученная линейная зависимость i_а(е_а) представляет собой идеализированную ДХ анодного тока, в АСК. Крутизна этой прямой:

. (37)

положительна. Она меньше статической крутизны S.

Уравнение ДХ в АК получим, подставив найденное из формулы (31 а) выражение в уравнение (35):

. (38)

Зависимость i_а(е_а) показывает, что в АК идеализированная ДХ является прямой с отрицательной крутизной:

. (39)

Как видно из выражений для крутизны ДК (37) и (39), она зависит

от , следовательно, от величины сопротивления анодной нагрузки R_Э генератора. С ростом R_Э крутизна ДХ уменьшается (S_Dа - по модулю).

Рассмотрим построение ДХ на поле статических характеристик в АК (рис. 9, в). Поскольку ДХ является прямой, ее можно строить по двум точкам. Наиболее удобно выбрать следующие точки:

С' - точку покоя с координатами е_а=Е_а; е_c =E_с(что соответствует t =90° и 0);

i_а =I_П (на рис.9, в),  >90° и I_П >0;

А' - верхнюю точку ДХ, соответствующую значениям:

;

;

которая находится на характеристике, соответствующей е_c = е_cmаx, при aбсциссе е_а = е_аmin.

Соединив эти две точки прямой, получим в области i_а > 0 основной (наклонный) участок ДХ. Точка В пересечения этого участка с осью абсцисс определяет угол отсечки  анодного тока. Горизонтальный участок ДХ пойдет по оси абсцисс до е_а =е_{а mаx}=E_а +U_mа.

По ДХ можно построить импульс анодного тока, рис. 9, б, 10, б. В КР, являющемся предельным случаем ННР, верхняя точка ДХ (е_{c mаx}, е_{а min}) лежит на ЛKP.

4.6.3. Расчет анодной цепи ГВВ в ННР (КР)

В ННР и КР анодный ток описывается уравнением (35).

При t =0 ток i_а =0. Отсюда находим:

. (40)

Подставляя I_n=I_~ cos  в (35), получаем:

i_а = I_~(cos t -cos ), ΙtΙ≤. (41)

При t=0, i_а=I_аm (I_аm- высота импульса анодного тока). Используя (41), находим:

. (42)

С учетом (42) уравнение анодного тока принимает вид:

. (43)

Уравнения (41) и (43) используются для расчета составляю­щих анодного тока I_а0, I_а1, I_а2, …_,I_аn, … .

Поскольку импульсы i_а(t) симметричны относительно вертикальной оси, выражения для составляющих i_а имеют вид:

(44)

.

Если нормировать составляющие анодного тока к максимальному значению импульса I_аm ,то получим систему коэффициентов :

… ; ,

называемых коэффициентами Берга¹. Подставляя i_а (t) в виде (43) в выражения (44) и интегрируя, находим:

,

, (44 а)

.

Коэффициенты _n являются функциями только угла отсечки . Указанные зависимости для коэффициентов ₀ ,₁ ,₂ ,и ₃ представлены в виде графиков на рис. 11.

При выборе в качестве нормирующей величины амплитуды I_~ косинусоиды получим систему коэффициентов γ:

… ; .

которые связаны с коэффициентами  согласно формуле (42) соотношением

,n=0, 1, 2, …

Импульс анодного тока характеризуется коэффициентом формы, под которым понимают отношение амплитуды первой гармоники тока к

постоянной составляющей:

¹ Берг А.И. (1893-1979) - советский ученый, академик, адмирал-инженер, один из основоположников теории радиопередающих устройств.

.

График () также приведен на рис.11.

4.6.4. Динамическая характеристика и импульс анодного тока в ПНР

О граничимся рассмотрением слабой ПНР, когда провал в импульсе анодного тока не достигает нуля (рис.4). Для построения ДХ воспользуемся тем, что статическая характеристика катодного тока i_к сохраняет линейную форму при переходе из ННО в ПНО, и построим ДХ и импульс тока i_к так же, как их строили для анодного тока в ННР. Соответствующее построение показано на рис. 12. ДХ анодного тока в ННО (левее ЛКР в АСК и правее - в АК) совпадает с ДХ катодного тока и состоит из двух участков: наклонного и горизонтального (совпадающего с осью абсцисс). Обозначим е_c= е_{c кр} и е_а= е_{а кр} значения мгновенных напряжений, при которых ДХ, пересекает ЛКР (точки А₁ и А'₁ на рис. 12, а, в). Им соответствует значение t = _. При ΙtΙ < _ мгновенная рабочая точка находится в ПНО, где в соответствии с уравнением (26) i_а=S_кре_а. Поэтому в АК в интервале напряжений е_{а min}≤ е_а ≤ е_{а кр} ДХ совпадает с ЛКР (участок A'₁ A'₂ на рис. 12, в). Точка A'₂ соответствует е_а = е_{а min .} В АСК (рис. 12, а, в) ПНО образуется падающий участок A'₁ A'₂ ДХ. Точка A₂ находится на характеристике e_а = e_{а min} при е_с = е_{с mаx}.

В импульсе анодного тока в интервале значений ΙtΙ<₁ образуется провал, глубина которого определяется положением точки А2(A'₂)ДХ. Значение ₁ называется верхним углом отсечки. Провал в импульсе i_а(t) повторяет форму е_а(t), т.к. ПНО анодный ток описывается уравнением (26).

В слабо ПНР e_аmin=Е_а-U_mа>0. В сильно ПНР е_аmin<0 (U_mа>Е_а). Поэтому часть периода ВЧ колебания |t|<_напряжение на аноде е_а<0 и лампа заперта по анодной цепи (i_а=0). Значение ₂ называется нижним углом отсечки. Форма напряжения е_а(t) для этого случая показана на рис. 12 штриховой линией, а импульс i_а (t) изображен на (рис. 13).

4.6.5. Расчет цепей сеток

В цепи управляющей сетки действуют напряжения E_c и u_c(t) с амплитудой U_mc. Величину U_mc определим из выражения (34):

. (45)

Значение Е_с найдем, воспользовавшись формулой (40):

. (46)

Полученные выражения определяют величины E_c и U_mc, необходимые для получения заданного режима анодной цепи, т.е. заданных значений I_аm,  и U_mа. Формулы (45) и (46) справедливы так же, как исходные выражения, в ННР и КР.

Для расчета составляющих сеточного тока I_с0 и I_с1 необходимо построить импульс i_c(t). Это легко сделать по ДХ i_c=f_D(е_c). Поскольку идеализация статических характеристик сеточного тока i_c=f(e_c, e_o)не производилась, строить ДХ и импульс i_а(t) необходимо по реальным характеристикам. Это построение показано на рис. 14, а. Как видно из рисунка, ДХ резко нелинейная, поэтому импульс i_c(t) (рис.14, б) заметно отличается по форме от косинусоидального.

Угол отсечки _с сеточного тока определим из условия, что ток i_c появляется при е_c=0. Значит, при t=_с е_c=0. Подставляя эти значения в выражение (31а), находим

. (47)

Наиболее распространенным на практике является расчет генератора в КР. Вблизи этого режима составляющие сеточного тока можно рассчитать по полу эмпирическим формулам:

I_c0=0,66 I_cm_(_c);

I_c1=0,72 I_cm_(_c), (48)

где I_cm – высота импульса сеточного тока (рис.14, б); _(_c) и _(_c) – коэффициенты Берга (44, а), вычисленные для угла отсечки _c сеточного тока; 0,66 и 0,72 – поправочные эмпирические коэффициенты, учитывающие некосинусоидальную форму сеточного тока. Эти коэффициенты для различных типов генераторных ламп имеют небольшой разброс (около 15%).

Величину I_cm, строго говоря, необходимо определять по статическим характеристикам i_c=f(e_c,e_o) при е_с=е_сmаx=E_с+U_mc и е_а=е_аmin=E_а+U_mа. Если необходимых характеристик в наличии нет, то можно воспользоваться эмпирическими соотношениями, справедливыми вблизи КР:

I_cm=(0,1...0,15)I_аm – для триодов; (49)

I_cm = (0,05...0,1) I_аm – для тетродов и пентодов.

При расчете цепи экранной сетки необходимо определить лишь постоянную составляющую I_c20 ее тока, необходимую для расчета мощности рассеяния I_c2 = I_c20 E_c2. Импульс I_с2(t) оказывается даже более некосинусоидальным (рис. 15), чем импульс тока управляющей сетки. Угол отсечки тока i_с2 приблизительно равен углу отсечки анодного тока: _с2   . Величину I_c20 можно найти из эмпирического соотношения

I_c20=(0,1 ...0,2)I_а0, (50)

справедливо вблизи КР.

4.7. Влияние нагрузки, амплитуды возбуждения и напряжений источников питания на работу ГВВ

4.7.1. Нагрузочные характеристики

Зависимости токов, напряжений, мощностей и прочих показателей режима ГВВ от сопротивления R_Э анодной нагрузки называются нагрузочными характеристиками. Рассмотрим эти характеристики для случая  =90°. Качественно зависимости будут теми же и при других зна-чениях . Постоянные напряжения и амплитуду U_mc считаем неизменными.

Как отмечалось в п. 6. 2, крутизна ДХ зависит от величины сопротивления R_Э. Более наглядно влияние анодной нагрузки можно продемонстрировать в АК. Крутизну ДХ в этой системе координат, записанную выражением (39), можно представить в виде

. (51)

На рис. 16 показаны ДХ в АК и импульсы анодного тока для нескольких значений сопротивления нагрузки (0 – R_Э= 0, 1 – R_Э1 , 2 – R_Э2 > Rэ₁ и т.д.).Так как угол отсечки равен  =90°, то точка покоя С' (е_а = E_а) находится на оси абсцисс (ср. с рис. 9 и 10). Поэтому все ДХ имеют одну и ту же нижнюю точку излома е_а = E_а, и угол отсечки при изменении R_Э остается постоянным. В этом заключается удобство выбранного угла отсечки ( =90°).

При R_Э =0 (короткое замыкание по ВЧ) ДХ в соответствии с формулой (51) проходит вертикально. Этому значению соответствует наибольшие высота импульса анодного тока и значения составляющих I_а1, I_а1 (рис. 17). На рисунке I_а1>I_аo ,т.к. для углов отсечки  <180° коэффициент _()>_() (см. рис. 11). Начиная от R_Э =0 до R_Э2 =R_Экр генератор работает в ННР с остроконечным импульсом анодного тока. Так как е_c mаx = E_c+U_mc=const то при увеличении R_Э верхняя точка ДХ скользит по пологому участку статической характеристики, занимая, последовательно положения a'₀, a'₁, a'₂. При этом амплитуда напряжения U_mа =E_а-е_аmin увеличивается. Высота импульса I_аm ,а также токи I_а0 , I_а1 в пределах ННР незначительно уменьшатся (рис.17); если же D мало можно считать, что они почти не изменяются. Составляющие сеточных токов I_c1, I_c0 и I_c20 немного растут.

При дальнейшем увеличении R_Э (от R_Э2 до R_Э4 и далее) генератор переходит в ПНР с появлением провала в импульсе i_а, который затем опускается до нуля. Составляющие анодного тока I_а0 и I_а1 уменьшаются приблизительно обратно пропорционально R_Э, что сопровождается значительным возрастанием сеточных токов I_c1, I_c0 и I_c20 (рис. 17). В ННР амплитуда напряжения на аноде U_mа=I_аR_Э изменяется приблизительно пропорционально R_Э, т.к. I_а1 = const, в ПНР рост U_mа резко замедляется, а затем почти прекращается.

На основании нагрузочных характеристик (рис. 17)на рис. 18 построены графики зависимостей от R_Э энергетических показателей. Колебательная мощность в ННР, где можно считать I_а1=const, изменяется приблизительно пропорционально R_Э, а в ПНР, где U_mа=const –

обратно пропорционально R_Э ( ).

Вблизи КР P₁ проходит через максимум. Подводимая мощность P₀=I_а0E_а изменяется так же, как ток I_а0.График для мощности рассеяния на аноде P_а=P₀–P₁ построен графическим вычитанием P₁ из P₀. Мощность P_а имеет большие значения в ННР, уменьшающиеся с R_Э. В ПНР P_а мала и изменяется незначительно. Кривая (R_Э) =P₁/P₀ имеет тупой максимум в слабо ПНР. Мощности рассеяния на сетках изменяются пропорционально сеточным токам: P_c~I_c1, Р_c2~I_c20 и имеют большие значения в ПНР.

4.7.2. Влияние амплитуды напряжения возбуждения

На рис. 19, а показаны ДХ анодного тока (идеализированная) и сеточных токов (реальные), а также формы импульсов анодного тока при различных амплитудах U_mc для  <90°. При увеличении U_mc от 0 до U_mc1 лампа заперта, анодный ток, а также ток экранной сетки отсутствуют. При дальнейшем повышении U_mc появляется импульс i_а, который увеличивается с ростом U_mc.Также возрастают составляющие I_аo и I_а1 (рис.19, б). Токи I_c20, I_c1, I_c0 малы. Ток управляющий сетки появляется при U_mс=U_mc2 > Ι_cΙ. С переходом в ПНР (U_mc> U_mc3) в импульсе i_а появляется провал, который увеличивается по мере возрастания U_mc. Это

сопровождается увеличением сеточных токов. Деформация импульса анодного тока приводит к замедлению роста I_ао и I_а1 , а затем эти токи почти не изменяются, (рис. 19, б).

В случае  > 90° генератор при малых амплитудах U_mc работает в режиме класса А и лишь с ростом U_mc переходит в режим с отсечкой тока. Графики зависимости I_а1(U_mc) для этого случая, а также для =90° изображены на рис. 19, б штриховыми линиями. При  >90° кривая I_а1 выходит из начала координат, а при  =90° отличается наибольшей линейностью (в области ННР).

4.7.3. Зависимость режимов ГВВ от питающих напряжений

Рассмотрим влияние напряжений смещения E_с и анодного Е_а. Влияние Е_с на режим можно уяснить из рис. 20, а, где показаны ДХ анодного и сеточных токов. С их помощью, как и в предыдущем случае, можно построить импульсы анодного тока для различных E_с. Лампа отпирается при значении E_с = E_с1 , зависящем от амплитуды возбуждения U_mc. При уменьшении отрицательного смещения растут I_аm, , а следовательно, и I_ао и I_а1 (рис. 20, б). Это происходит в области ННР, до E_с= E_с3. С переходом в ПНР рост токов I_ао и I_а1. прекращается. Таким образом, данный процесс аналогичен процессу, происходящему при повышении U_mc. To же относится и к токам экранной и управляющей сеток. Последний появляется при E_с =Е_с2.

Отметим, что верхний загиб кривых I_а, I_а0(E_с) может произойти и в области ННР из-за перехода лампы в режим класса А. Это возможно при малой амплитуде U_mc. Напряжение возбуждения и зависимость I_а0(E_с) для этого случая показаны на рис. 20, а, б штриховыми линиями.

На рис. 21, а показаны ДХ и импульсы анодного тока для разных значений анодного напряжения E_а. Уменьшение E_а приводит к повышению напряженности режима. При большом напряжении E_а = E_а1 режим – недонапряженный; при Е_а2 <E_а1 он становится критическим, а затем при Е_а1 =Е_а2 – перенапряженный. В ННР при малом значении токи I_аo, I_а1, мало изменяются с изменением напряжения E_а, (рис. 21, б). В ПНР вследствие быстрого роста провала в импульсе анодного тока уменьшение Е_а вызывает пропорциональное уменьшение I_аo, I_а1 и соответствующее увеличение сеточных токов I_c20, I_c1, I_c0, т.к. катодный ток приблизительно постоянен. При Е_а =0 анодный ток становится тоже равным нулю, а сумма сеточных - катодному, (рис. 21, б).

Влияние на режим ГВВ напряжений питания экранной сетки Е_с2 и защитной - Е_с3 (в случае, когда Е_с3=0) рассмотрено в [1].

4.7.4. Сравнительная характеристика режимов работы ГВВ по напряженности

Рассмотренные зависимости режимов генератора от нагрузки,

амплитуды возбуждения, питающих напряжений позволяет отметить достоинства и недостатки этих режимов и указать области их применения. Обращаясь к нагрузочным характеристикам (рис. 17, 18), видим, что недонапряженному режиму присущи малые значения колебательной мощности Р₁ и КПД  , но большие – мощности рассеяния на аноде Р_а. При достаточно малых значениях Р₁ возможно даже превышение Р_а >Р_{а доп} (рис. 18), что является опасным для лампы. Таким образом, ННР – энергетически невыгодный режим, что ограничивает его применение в генераторах. К достоинствам ННР следует отнести малые мощности рассеяния на сетках, т.е. легкий тепловой режим этих электродов.

Области применения ПНР можно указать, рассматривая зависимости I_а1(U_mc) (рис. 19, б) и I_а1(E_с) (рис. 20, б). Как видно из первого рисунка, при  =90° в пределах ПНР зависимость I_а1(U_mc) близка к линейной. Это позволяет использовать данный режим для усиления сигналов с переменной амплитудой. Такую же возможность предоставляет линейный режим класса А (см. п. 3.4). Однако он имеет еще более низкий КПД, чем рассматриваемый ННР с отсечкой тока.

Из рис. 20, б видно, что при достаточно большой амплитуде возбуждения в пределах ННР имеется линейный участок зависимости I_а1(E_с). Этот участок находит применение для осуществления амплитудной модуляции в генераторах путем изменения напряжения смещения на управляющей сетке лампы.

Перенапряженный режим, как видно из рис. 18, характеризуется малой мощностью рассеяния на аноде Р_а и высоким КПД  (_mах достигается в слабом ПНР). Таким образом, ПНР – энергетически выгодный режим. Однако колебательная мощность Р₁, отдаваемая лампой, в ПНР по сравнению с КР снижается (одновременно с подводимой мощностью Р₀). Существенным недостатком ПНР является тяжелый тепловой режим сеток (мощности рассеяния P_с2 и P_с велики). Сильно ПНР может даже оказаться опасным для лампы из-за превышения Р_c2 > P_{c2 доп} (рис. 18).

Важную область применения ПНР можно указать, рассматривая зависимости токов генератора от напряжения E_а (рис. 21, б). Кривая I_а1(Е_а) имеет линейный участок в ПНР, что позволяет осуществлять в этом режиме амплитудную модуляцию путем изменения E_а. Генератор при анодной модуляции, очевидно, будет обладать лучшими энергетическими показателями, чем генератор при модуляции смещением на сетку, т.к. последняя осуществляется в ННР. Недостаток ПНР – большие сеточные токи (рис. 21, б) в генераторах с анодной модуляцией устраняют, комбинируя анодную модуляцию с модуляцией на другие электроды лампы.

Критический режим, как видно из рис. 18, характеризуется максимумом колебательной мощности P₁. КПД близок к максимальному, мощности рассеяния P_а, P_c2, P_с невелики. Явные энергетические достоинства данного режима обусловили его широкое применение в генераторах. Иногда с целью повышения КПД генераторы переводят в слабом ПНР.

4.7.5. Настроечные характеристики лампового ГВВ

До сих пор рассматривались режимы генератора при работе на настроенный контур. Однако на практике приходится сталкиваться со случаями, когда генератор работает на расстроенную нагрузку. Это, в ч астности, имеет место в процессе настройки контура.

Рассмотрим работу ГВВ, выполненного по схеме рис. 1. В общем случае, когда собственная частота контура _к не равна частоте возбуждения , сопротивление контура является комплексным:

.

Его модуль Z_Э и фаза определяются по резонансным кривым для параллельного контура (рис. 22). При резонансе (=_к) сопротивление контура становится активным и приобретает максимальное значение, которое мы ранее обозначали R_Э. Угол _Э определяет сдвиг фаз между напряжением на контуре U_mк и первой гармоникой анодного тока I_а1. Соответствующие векторные диаграммы при <_к и при >_к показаны на (рис. 22). Напряжение на аноде лампы в соответствии с выражением (4) противофазно напряжению на контуре. Поэтому фазовый угол между векторами U_mа и равен  - _Э (рис.22). При =_к он равен .

С возникновением фазового угла _Э связано появление асимметрии в импульсе i_а(t) в ПНР при  = _к (рис. 23). Когда контур настроен в резонанс (= _к), минимальное напряжение на аноде е_аmin, при котором возникает провал в импульсе i_а (из-за резкого возрастания сеточных токов), достигается в точке t=0. Поэтому при резонансе провал в импульсе анодного тока располагается симметрично. При   _к значение е_аmin сдвинуто относительно точки t = 0, из-за чего провал в импульсе i_а

будет располагаться не посередине, а сбоку, справа или слева в зависимости от знака расстройки (рис. 23). Асимметрия импульса анодного тока вызывает появление дополнительного фазового угла между первой гармоникой и импульсом тока, который войдет в общий баланс фаз.

Рассмотрим настроечные кривые рис. 24, представляющие собой зависимость I_а0, I_c20, I_c0 и напряжения U_mа от расстройки контура. Если контур имеет достаточно высокую добротность, то при приближении частоты возбуждения  к _к модуль сопротивления Z_Э резко увеличивается. При этом токи I_а0, I_а0 уменьшаются. Сопротивление |Z_Э| в подавляющем большинстве случаев изменяется значительно быстрее, чем ток I_а1, поэтому в первом приближении можно считать, что амплитуда анодного напряжения U_mа=I_а1|Z_Э| повторяет резонансную кривую (рис. 22). Таким образом, максимальная напряженность режима (максимальные анодная нагрузка |Z_Э| и амплитуда U_mа) будут соответствовать моменту резонанса, что и обусловит здесь максимумы сеточных токов I_с20, I_с0 и минимум I_а0 (рис. 24).

4.8. Технический расчет лампового генератора.

4.8.1. Задачи технического расчета.

Наиболее распространенным является расчет на заданную колебательную мощность P₁, отдаваемую лампой. На практике применяются также [3] варианты расчета на заданную подводимую мощность P₀, на полное использование лампы по току и другие. Выше были получены необходимые аналитические соотношения для расчета токов и напряжений в цепях лампового генератора. В настоящем разделе на основе этих соотношений рассматривается вся последовательность операций по расчету генератора при заданной колебательной мощности.

4. 8.2. Выбор лампы.

Он производится по справочнику [4]. Лампа выбирается по номинальной колебательной мощности так, чтобы P_1ном>P₁. При выборе необходимо руководствоваться следующими соображениями.

1. Если на одинаковую P_1ном имеется триод и тетрод (пентод), то следует выбрать экранированную лампу, т.к. она имеет большее усиление по мощности (требуется меньшая мощность возбуждения Р_в). Однако необходимо иметь в виду, что на большие мощности (порядка десятки - сотни кВт) имеются только триоды.

2. Рабочая частота генератора f_раб не должна превышать максимальную частоту, до которой может работать лампа.

3.Желательно выбирать лампы с меньшим E_а, меньшим током накала, и более простым способом охлаждения.

4. Иногда по техническим соображениям бывает целесообразно применять параллельное или двухтактное включение ламп. При этом мощности ламп складываются.

Для выбранной лампы устанавливаются рабочие напряжения Е_а, Е_c2. По характеристикам после их идеализации определяются параметры: S, S_кр, D, E'_{c pаб}.

4. 8.3. Выбор угла отсечки

Этот выбор должен обеспечить высокие энергетические показатели генератора (высокие значения P₁ и ). Для ННР и КР, характеризующихся остроконечным импульсом анодного тока, выражения (8) и (15) для колебательной мощности, отдаваемой лампой, и КПД можно представить в виде

Как видно из рис.  11, коэффициент первой гармоники ₁() достигает максимального значения при  120°, коэффициент формы =₁()/₀() монотонно падает с ростом . Однако учитывая, что максимум ₁() довольно тупой и в интервале  =70...120° коэффициент ₁ близок к максимальному, для получения мощности, отдаваемой лампой, близкой к максимальной, при достаточно высоком КПД обычно выбирают _опт=70...80°(до 90°).

Если ГВВ предназначен для умножения частоты сигнала возбуждения, то контур в анодной цепи настраивают на одну из высших гармоник анодного тока. При этом угол отсечки выбирают из условия максимума _n(). Как видно из рис. 11, _2опт=60°,_3опт=40°. Можно пока-зать, что _{n_onт}=120°/n,где n – номер выбранной гармоники анодного тока.

4.8.4. Выбор напряженности режима

Сравнение режимов по энергетическим показателям, проведенное в п. 7. 4., показало, что наиболее выгодным является КР. Это обусловило широкое применение КР в тех случаях, когда к ГВВ предъявляется только требования эффективного преобразования энергии источника питания в энергию ВЧ колебаний. Если же в ГВВ дополнительно необходимо осуществлять тем или иным способом амплитудную модуляцию или требуется усиливать колебания с переменной амплитудой, то, как отмечалось в п. 7.4, следует использовать ННР или ПНР. Необходимо, однако, отметить, что в этих случаях напряженность режима генератора в процессе работы непрерывно меняется и одним из крайних его состояний

оказывается КР. Поэтому на практике обычно рассчитывают генераторы в КР. При необходимости производят пересчет отдельных показателей на иной режим в зависимости от конкретного применения генератора. Учитывая сказанное, далее рассматривается расчет ГВВ в КР.

4.8.5. Расчет анодной цепи генератора в КР

Для определенности рассмотрим расчет на заданную мощность P₁, отдаваемую лампой. Параметры лампы, значение угла отсечки и напряжение Е_а полагаем выбранными.

Как отмечалось в п. 6. 2, в КР верхняя точка ДХ (е_{с mаx}, е_{с min}) лежит на ЛКР. В АК для этого режима ДХ построена на рис. 25. Обозначим е_а кр абсциссу точки перегиба статической характеристики, соответствующей е_c=е_с mаx. Нетрудно видеть, что различным режимам по напряженности соответствуют следующие соотношения: е_а min=Е_а-U_mа>е_кр (ННР);

e_{а min}<е_{а кр} (ПНР); е_а min=е_а кр (КР). Последнее равенство позволяет определить амплитуду напряжения на аноде U_{mа кр}, соответствующую КР.

При заданном значении Е_а удобнее оперировать с безразмерной величиной ξ=U_mа/Е_а. В КР, когда е_{а min=}е_{а кр}, значение I_аm лежит на ЛКР (рис. 25). В соответствии с уравнением (26) записываем:

. (52)

Колебательную мощность P₁ представим в виде выражения:

. (53)

Подставляя в (53) значение I_аm из (52), получаем квадратное уравнение относительно ξ_кр, решение которого имеет вид

. (54)

Оба корня имеют физический смысл: при заданной колебательной мощности P₁ возможны два КР с большим и малым значениями ξ. Первый режим характеризуется согласно формуле (53) большой амплитудой переменного анодного напряжения U_mа и малым импульсом анодного тока I_аm, второй, наоборот, - малой амплитудой U_mа и большим импульсом тока I_аm. Поскольку второй КР обладает очень низким КПД (и, кроме того, он

часто бывает нереализуем из-за ограничения по эмиссии лампы), на практике используется только первый, для которого

. (55)

При заданной мощности P₁ значение ξ_КР будет тем больше, чем выше анодное напряжение Е_а. Для большинства случаев ξ_кр= 0,85...0,95.

После расчета ξ_кр определяется амплитуда U_mакр=E_аξ_кр. Далее по формулам разделов 3 и 6 рассчитываются составляющие анодного тока, эквивалентное сопротивление контура R_{Э кр}, необходимое для получения КР генератора, проверяется допустимость режима по мощности рассеяния на аноде. Последовательность расчета рассматривается ниже на численном примере.

Если выбрать ξ<ξ_кр и определить U_mа=ξЕ_а,то в результате дальнейшего расчета мы получим параметры генератора в ННР. При ξ>ξ_кр амплитуда напряжения на аноде U_mа будет соответствовать ПНР. Однако электрический расчет генератора в этом режиме ввиду некосинусоидальной формы импульса анодного тока довольно сложен [l].

4.8.6. Расчет сеточных цепей

По формулам (45) и (46) определяются амплитуда возбуждения U_mc и напряжение смещения E_c, обеспечивающие требуемые угол отсечки  и импульс анодного тока I_аm. Составляющие токов управляющей и экранной сеток рассчитываются по эмпирическим формулам (48) – (50), справедливым вблизи КР. Расчет мощностей в цепях сеток производится по формулам, приведенным в п. 3.2 и 3.3. В заключение проверяется допустимость рассчитанного режима по мощностям рассеяния на сетках.

4.8.7. Пример технического расчета генератора

Задание. Рассчитать ВЧ генератор (усилитель мощности) для установки вакуумного напыления микросхем с колебательной мощностью P₁ =250 Вт; f_pаб =13,56 МГц.

Выбираем [4] пентод ГК-71 с Р_1ном =250 Вт и f_mаx =20 МГц.

Параметры лампы: ; ; D =0,001. Предельно допустимые мощности рассеяния на электродах: Р_{а доп} =125 Вт; Р_{с2 доп}= 25 Вт; Р_{с доп} =3 Вт.

Устанавливаем; E_а =1500 В; Е_c2 =400 В; E_c3 =0. При этих значениях питающих напряжений E'_{с раб} = -70 В.

Выбираем угол отсечки  80°. По таблицам [1,2] находим ₀ = 0,286; ₁= 0,472; cos 0,174.

В соответствии с назначением генератора (получение мощных ВЧ

колебаний) выбираем КР.

Расчет анодной цепи

1. ;

2. U_mа = U_{mа кр} = _кр E_а = 1425 В;

3. I_а1 = 2P₁ / U_mа = 0,351 А;

4. I_аm=I_а1/₁() = 0,743 А;

5. I_а0 = I_аm ₀() = 0,212 A;

6. Р₀ = I_а0Е_а = 319 Вт;

7. Р_а = Р₀ - P₁ = 69 Вт < P_{а доп};

8.  = P₁/P₀ = 0,784 78 %;

9. R_экр = U_mа/I_а1= 4,063 кОм

Расчет сеточных цепей

10. В;

11. E_c = E'_{c pаб} -(U_mc - DU_mа)cos = -107 В;

12. I_сm = (0,05... 0,1)I_аm  0,052 А;

13. cos _c = -E_c/U_mc = 0,5; _c = 60 ^o.

Находим [1,2] : ₁(_c) = 0,391; ₀(_c) = 0,218;

14. I_c1 = 0,72I_cm  _(_c) = 0,015 A;

15. I_c0 = 0,66I_cm  ₀(_c) = 0,0075 A;

16.P_в=0,5U_mcI_c1=1,61 Вт;

17. Р_c0 = E_с I_с0 = 0,8 Вт;

18. Р_с = Р_в - Р_с0 = 0,861Вт<Р_{с доп};

19. I_c0 = (0,1... 0,2)I_а0 = 0,032 A;

20. P_c2 = I_c20E_c2 = 13Bт < P_{c2 доп} .