1.5. Навантажувальні характеристики лампового генератора
Навантажувальні характеристики є залежності анодного струму, амплітуди напруги на контурі, потужностей і електронного ККД генератора від еквівалентного опору Rе навантаженого контуру в анодному ланцюгу при незмінних напругах Еa, E і Ugm. Для аналізу залежності першої гармоніки анодного струму Ia1 від Rе використовують характеристику залежності сумарного струму від напруги на аноді is=f(ea) при сітковій напрузі еg, що дорівнює залишковій напрузі на сітці, яка визначається заданими значеннями напруг Eg і Ugm: еg = egmax = Eg + Ugmax. У недонапруженому режимі, аж до критичного, сітковим струмом можна знехтувати (у критичному режимі він не перевищує 15-20% анодного струму) і прийняти анодний струм рівним сумарному струму, при цьому перша гармоніка анодного струму дорівнює:
де a1 - коефіцієнт приведення, що залежить від кута відсічення анодного струму q.
У перенапруженому режимі, який має місце при опорах навантаження Rе>Rэкр, в імпульсах анодного струму з'являється провал через перерозподіл струму катода між анодом і сіткою, що управляє. Зі зростанням Rе цей провал розширюється і поглиблюється, тому в перенапруженому режимі збільшення опору навантаження Rе супроводжується різким зменшенням складових анодного струму Ia1 і Ia0 і зростання струму сітки, що управляє.
Амплітуда напруги на контурі Uк = Ia1Rе в недонапруженому режимі зростає пропорційно до збільшення Rе, а в перенапруженому режимі вона залишається практично постійною, оскільки при Rе Rекр зменшення Ia1 досить різке. Для наближених розрахунків та якісних міркувань можна прийняти, що при Rе Rэкр Uк=Ukкр.Це означає, що генераторна лампа, що працює в недонапруженому режимі, поводиться як генератор струму, а вперенапружена - як джерело ЕРС.
На рис.1.5б наведено залежність енергетичних показників генератора від величини опору навантаження. Залежність потужності Р0=EaIa0, що підводиться до анодного ланцюга, від Rе така сама, як у постійної складової анодного струму. Оскільки в недонапруженому режимі Ia1 незначно змінюється, то з формули для коливальної потужності видно, що в цьому режимі ця потужність збільшується пропорційно Rе. В області сильно перенапруженого режиму з формули слід, що тут коливальна потужність змінюється обернено пропорційно Rе, оскільки в цій області Uк практично постійно. Максимум потужності має місце у перенапруженому режимі поблизу критичного.
Характер залежності потужності розсіювання на аноді Ра від Rе визначається формулою Pa = P0 - P
. У недонапруженому режимі потужність, що розсіюється на аноді, зменшується лінійно зі зростанням опору навантаження. У перенапруженому режимі вона також зменшується, але значно повільніша. З графіка видно, що з анода лампи режим тим важче, що менше Rэ.
Електронний ККД можна уявити формулою:
, (1.7 ')
де - Коефіцієнт форми по першій гармоніці; - Коефіцієнт використання лампи за анодною напругою. У недонапруженому режимі немає зміни форми імпульсу, а кут відсічки змінюється незначно, тому g1 від Rе майже залежить. У перенапруженому режимі імпульсу анодного струму з'являється провал, і коефіцієнт форми зменшується. Залежність x від Rэ повторює хід графіка залежності Uк від Rэ, оскільки Еa постійно. Пояснення характеру залежності ККД від Rе випливає із розгляду залежностей x і g1 від Rэ. У недонапруженому режимі ККД збільшується пропорційно Rе; після досягнення критичного режиму ККД продовжує повільнозростати зі зростанням опору навантаження, проходить через деякий тупий максимум і, нарешті, повільно падає в області сильно вираженого перенапруженого режиму.
Дамо порівняльну характеристику різних режимів:
1) Недонапружений режим невигідний через низький ККД і несприятливий для лампи внаслідок великих теплових втрат на аноді.
2) Перенапружений режим виявляється доцільним у випадках, коли навантаження генератора змінюється і потрібно отримати у ньому стабільну амплітуду напруги. У слабко перенапруженому режимі, коливальна потужність зменшується лише на 20%.
3) Недоліками сильно перенапруженого режиму є великий струм сітки, що управляє, і недовикористання лампи по потужності.
4) Критичний режим забезпечує найбільшу коливальну потужність при високому ККД, тому він є оптимальним.
З наведеної вище формули для ККД випливає, що абсолютна величина коефіцієнта використання анодної напруги x в критичному режимі має велике значення. Цей коефіцієнт визначається формулою
ξкр=1 - ,
де Sкр - крутість лінії критичного режиму (рис.1.4). З цієї формули видно, що анодна напруга Еа має бути якнайбільше, як і крутість лінії критичного режиму лампи Sкр, а імпульс анодного iamax вигідно мати невеликим. При заданому куті відсічення анодного струму коефіцієнт використання за анодною напругою обчислюється за такою формулою:
ξкр=0,5[1+
Як вказувалося вище, в ламповому генераторі, незалежно від того, в якому електронному режимі він працює і чи налаштована на робочу частоту його навантаження, перша гармоніка сумарного струму синфазна з напругою, що управляє . Можна показати, що перша гармоніка сіткового струму завжди збігаєтьсяпо фазі з сіточною керуючою напругою. Тут μg=()ig=const.; μg - коефіцієнт аналогічний коефіцієнту D для сумарного струму. У тих точках, де eg μgea сітковий струм дорівнює нулю, тому умову eg=μgea можна вважати умовою граничного (критичного) режиму та коефіцієнт μg називають коефіцієнтом напруженості режиму, зазвичай μg≤1. Можна показати, що крутість лінії критичного режиму Sкр = S (μg + D), тобто. Sкр≈ S.
Перша гармоніка анодного струму є різниця. При роботі генератора в перенапруженому режимі на засмучене навантаження керуючі напруги і, а значить і струми, не збігаються по фазі. При цьому провал імпульсу анодного струму не збігається з максимумом сумарного струму і при розладі анодного контуру змінює своє положення.