Лекция 14 (лекции по УГФС), страница 2

Следовательно, соотношение (14.1) указывает на тот факт, что если в генераторе с ОС установить на электродах такие же напряжения, как в генераторе с ОК, то есть реализовать одинаковый режим работы ламп в обоих генераторах, то амплитуда напряжения на нагрузке U_MK в генераторе с ОС будет больше на величину U_MC, чем в генераторе с ОК. В генераторе с ОС амплитуда переменного напряжения на контуре U_MK равна амплитуде переменного напряжения U_{M АC}, действующего между анодом и сеткой, то есть

U_MK = U_{M AC} = U_MA + U_MC. (14.2)

Как правило, U_MA >> U_MC, поэтому напряжение на контуре, следовательно, и переменное напряжение между анодом и сеткой лампы U_{M AC} в генераторе с ОС в основном определяются переменным напряжением между анодом и катодом U_MA. Напомним, что в генераторе с ОК одинаковыми являются переменные напряжения на контуре и между анодом и катодом лампы.

Рассмотрим энергетические соотношения в генераторе с ОС.

Через источник анодного питания c напряжением Е_А протекает постоянная составляющая анодного тока I_A0 (см. рис.14.2). Следовательно, мощность, потребляемая от источника анодного питания Е_А,

Р₀ = Е_А I_A0.

Колебательная мощность в анодно-сеточном контуре

.

Учитывая (14.2), получаем:

. (14.3)

В выражении (14.3) первое слагаемое определяет колебательную мощность, которую можно получить в нагрузке генератора с ОК при работе лампы в таком же по напряжённости режиме, как в генераторе с ОС. Второе слагаемое определяет величину дополнительной колебательной мощности, которая может быть получена в генераторе с ОС, если лампа в нём работает в таком же режиме, как в генераторе с ОК.

Как уже отмечалось, в генераторе с ОС через входную цепь протекает, кроме сеточного тока, анодный ток. Поэтому мощность возбуждения определяется суммарным током сетки и анода:

(14.4)

Первое слагаемое в правой части выражения (14.4) определяет ту часть мощности, которая расходуется непосредственно в сеточной цепи генератора на управление током. По форме это слагаемое совпадает с выражением для мощности возбуждения в генераторе с ОК (см. лекцию 1). Следовательно, оно определяет величину мощности возбуждения в генераторе с ОК при работе в нём лампы в таком же по напряжённости режиме, как в генераторе с ОС. Второе слагаемое

определяет величину дополнительной мощности возбуждения, требуемой в генераторе с ОС при работе лампы в таком же режиме, как в генераторе с ОК. Как видно, величина этой мощности равна величине дополнительной колебательной мощности, которая может быть получена в генераторе с ОС по сравнению с генератором с ОК при работе ламп в обоих генераторах в одинаковом по напряжённости режиме.

Эту мощность называют проходной и обозначают

.

Проходная мощность представляет часть мощности, затрачиваемой источником возбуждения, которая непосредственно переходит в колебательную мощность в нагрузке генератора, то есть проходит из входной цепи в выходную. Остальная часть колебательной мощности в генераторе с общей сеткой

обеспечивается за счёт преобразования энергии источника анодного питания. Согласно (14.3) эта мощность равна

.

Такая мощность получается в генераторе с ОК. Обозначим её . Тогда выражение (14.3) можно записать в виде

.

Обозначая мощность

,

затрачиваемую источником возбуждения непосредственно в сеточной цепи генератора с ОС, которая равна мощности возбуждения в генераторе с ОК, как , выражение (14.4) можно записать в виде

Необходимое эквивалентное сопротивление анодно-сеточного контура, являющегося нагрузкой генератора с ОС,

где - эквивалентное сопротивление контура нагрузки в генераторе с ОК при режиме работы лампы как в генераторе с ОС. Такое же сопротивление нагрузки ощущает лампа относительно точек анод-катод в генераторе с ОС.

Как следует из последнего выражения, требуемое эквивалентное сопротивление контура нагрузки в генераторе с ОС при одинаковом режиме работы лампы больше, чем в генераторе с ОК. Только при таком сопротивлении контура в генераторе с ОС, по сравнению с генератором с ОК, может быть получена в нагрузке дополнительная колебательная мощность за счёт источника возбуждения. Если в генераторах с ОС и с ОК использованы контуры с одинаковыми эквивалентными сопротивлениями R_oe и имеют место одинаковые значения амплитуд первых гармоник анодных токов ламп в обоих генераторах, то колебательные мощности в нагрузках генераторов будут одинаковы. Однако, если в генераторе с ОК вся мощность при этом создаётся за счёт преобразования энергии источника питания анода, то в генераторе с ОС часть колебательной мощности создаётся за счёт источника возбуждения. Режим работы лампы в генераторе с ОС в этом случае будет менее напряжённым, чем в генераторе с ОК.

Очевидно, если нет проблем с реализацией необходимого эквивалентного сопротивления анодно-сеточного контура R_{oe AC}, то в генераторе с ОС может быть получена колебательная мощность больше номинальной для лампы на величину проходной мощности.

Согласно (14.2)

.

Можно так подобрать R_{oe AC}, что U_MA = 0. Это возможно, если

.

В этом случае колебательная мощность в нагрузке генератора создаётся только за счёт источника возбуждения и равна Р_ПРОХ.

При R_{oe AC} = 0, то есть, например, при коротком замыкании анодно-сеточного контура,

U_MA = – U_MC.

В этом случае между анодом и катодом лампы действует переменное напряжение, равное напряжению возбуждения (знак «–» обусловлен тем, что напряжения u_A и u_C на схеме рис.14.2 имеют противоположные направления). Если R_{oe AC} = 0, то, очевидно, колебательная мощность в нагрузке генератора P_~ = 0, а проходная мощность при этом

и рассеивается на аноде вместе с мощностью Р₀, подводимой от источника анодного питания. То, что при коротком замыкании контура нагрузки в генераторе с ОС потребляемая от источника возбуждения мощность Р_ПРОХ рассеивается на аноде, объясняется тем, что между сеткой-катодом и анодом-катодом действует одно и то же переменное напряжение от источника возбуждения, ускоряющее электроны в межэлектродных пространствах катод-сетка, катод-анод. При этом вся кинетическая энергия, приобретённая прошедшими через сетку электронами, выделяется ими на аноде.

В общем случае мощность, рассеиваемая на аноде лампы в генераторе с ОС, определяется соотношением

Р_А = Р₀ + Р_ПРОХ – Р_~ .

Очевидно, если , то Р_А = Р₀. Если , то вся мощность Р₀ и часть проходной мощности Р_ПРОХ рассеиваются на аноде лампы. Оставшаяся часть Р_ПРОХ выделяется на контуре.

Коэффициент полезного действия анодной цепи генератора с ОС, характеризующий эффективность преобразования энергии источника анодного питания в энергию высокочастотных электрических колебаний, можно определить следующим соотношением:

физический смысл и возможная трактовка которого очевидны из приведенных выше рассуждений. Согласно последнему соотношению в «нормальном» режиме работы генератора с ОС, когда ,

.

Если учесть, что - коэффициент использования напряжения источника анодного питания в генераторе с ОК, то КПД анодной цепи генератора с ОС определяется точно так же, как и у генератора с ОК:

.

Этого и следовало ожидать при одинаковых режимах работы ламп в обеих схемах генераторов.

При работе лампы в недонапряжённом режиме вплоть до критического отношение токов

,

следовательно

. (14.5)

Мощность, рассеиваемая на сетке лампы в генераторе с ОС, определяется, как и в генераторе с ОК:

Коэффициент усиления по мощности К_Р генератора с ОС за счёт дополнительной загрузки источника возбуждения анодным током заметно меньше, чем генератора с ОК. Определить его можно по формуле

где - коэффициент усиления по напряжению в генераторе с ОС.

Если в генераторе с ОК при отсутствии сеточного тока (I_C1 = 0) коэффициент усиления по мощности равен бесконечности, так как Р_{ВОЗБ ОК} = , то в генераторе с ОС в этом случае К_Р = К_u. Очевидно, чтобы в генераторе с ОС получить К_Р >1, необходимо иметь эквивалентное сопротивление анодно-сеточного контура

Как уже отмечалось выше, принцип работы и режим лампы в схеме генератора не зависит от того, какой электрод заземлён. Следовательно, для генератора с ОС справедливы все уравнения, описывающие выходной (анодный) ток лампы, а также основное уравнение ГВВ (4.8).⁶ Необходимо только учитывать особенности генератора с ОС, связанные с тем, что контур нагрузки генератора включен между анодом и сеткой лампы, а не между анодом и катодом, как в генераторе с ОК. В частности, амплитуду первой гармоники анодного тока в генераторе с ОС при работе в недонапряжённом режиме вплоть до критического можно определить по формуле

. (14.6)

Если D = 0, то При этом