Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 141
Текст из файла (страница 141)
Оптимальные значениЯ й',гг б [1, 5...2, 0]. Спад КПД после максимУма свЯзан не с возвратом электронов (перенапряженный режим), а с ухудшением их торможения при возрастающем времени пролета зазора, 625 Определение исходных данных х 7в 1«;«! бр Расчету режима. Для расчета режима клистронного усилителя необходимо знать величины нормированных тока 1'„д и сопротивлейо ния Л',,ч Значением тока будем задаваться, сопротиеление оценим расчетным путем. По определению Л,н = 1/10«л + Сакэ') = 8Уб = Лезги,гг. Сопротивление Лен обусловлено в основном двумя параметрами конструкции, характеризующими сосредоточенную емкость зазора, а именно радиусом пролетной Ф йо 4ак го канала г и расстоянием 8 между торцами труб, которые образуют зазор.
Приближенно Рис. 10.14 Ееэг в 100!И/2гк)з*з. ОтсУтствие сведений о значениях сс и гк заставляет пользоваться ориентировочной оценкой. Для мощных приборов дециметрового диапазона Ео«г = 120... 140 Ом, сантиметрового Ео~д = 80... 100 Ом. Значением Ееч зададимся. Доброгносгь Я,н = 1/бан. Затухание б,н = бгг — б,аг, где бн — полное затухание выходного резонатора, а б,,ч — его слагаемое, которое учитывает влияние на частотные свойства резонатора активной составляющей электронной проводимости !ем.
1 10.4). Полное затухание ба определим по известным паспортным данным: полосе усилителя с1/ и отклонению М АЧХ е ней. Обычно отклонение АЧХ выходной цепи М „= 10,5...0,8)М. Введем вспомогательный параметр Ь, который связан с М отношением М = 10Щ1+ Ь). Отсюда следует Ьн = 10«о~охи'"". Затухание бм =,гь/х/(/н;/Ь,у). Рассчитаем затухание б,н = ЕелсС',гг/Ле. Нормироеанную активную проводимость 0',гг определяют геометрические размеры зазора.
Приближенно ее можно принять 0,10...0,14. Сопротивление Лам = Еол /1᫠— б,н). Номинальное значение Ло = Еа н/1«ком. Корректность решения проверим по окончании поверочного расчета режима сопостаелением найденного и паспортного значений КПД. Их возможное расхождение связано с ориентироеочным выбором значения Лен и приближенным расчетом затухания б«г. Контурный КПД выходного резонатора п«се 1 — б «г/б,гг. Затухание ненагруженного резонатора составляет 10,5... 1,0) . 10 Расчет режима.
Его полезно еыполнить даже в том случае, когда работа ведется в режиме, указанном в паспорте прибора. Являясь поверочным, он позволяет понять особенности выбора напряжения анода и тока катода, уяснить взаимосвязь двух важнейших параметров усилителя — КПД и полосы. Тот же порядок расчета используют для определения режима при работе с пониженным против номинала уровнем мощности в нагрузке. Исходными данными к расчету являются требуемая мощность Р в нагрузке, сопротивление Л н, КПД и „выходной цепи, фидера и аключенных в него элементов 1 0,8), микропервеанс Аи электронного потока. Последний находят с помощью формул из 1' 1.5 при номинальных Е и 1«, а О 1*« зс,2Р«, /С .
А плитуда первой гармоники наведенного тока 1«~э = 2Р /11улг1аык). Амплитуда первой гармоники конвекционного тока 1ыгг = 1«~ст(1 + +Л' б', )Д11эг[! — 0,06(без + а„))). Коэффициент ззаимодейстеиЯ )ул = 0,8...0,9. Поправка без,е учитывает нелинейную заеисимость между наведенным и конвекционным током. Она равна той нормированной к анодному напряжению амплитуде ВЧ напряжения на зазоре, которая' получается при расчете нааеденного тока по формулам малого сигнала, т.е.
без учета нелинейных явлений в зазоре выходного резонатора: беа = 1,',г,Л.',,/~1+Л',,«6', ). Коэффициент а„учитывает уменьшение наведенного тока, вызываемое различием начальных скоростей электронов на входе в выходной зазор !так называемый "разброс скоростеи"); а = - УА . Вычислим значение бп«г, для чего зададимся относительи — у и. ной амплитудой конвекционного тока 1,', . Ее определяют процессы в группироеателе клистрона. В широкополосных клистронах, когда полоса еыходнои цепи мало отличается от полосы усилителя, рекомендуют езять 1',, = 1,3...
1,4 Ток катода 1к — — 1,051ы и/1'~гг. Коэффициент запаса 1,05 учитывает токораспределение в лампе. Из-за несовершенства фокусировки небольшая часть тока катода попадает на анод до выходного резонатора. Этот ток минимален е статическом режиме и несколько увеличивается при подаче на вход клистрона мощности возбуждения. В режиме усиления ток анода может заметно превышать значение 0,051„за счет электронов, оседающих на аной за выходным зазором. В любом случае должно выполняться услоаие 1а ( 1а„,аа. Ток коллектора клистрона 1« „= ! — 1 . Напряжение источника анодного питания, которое необходимо для получения расчетного тока катода, Еа = 11 /А)з/за« 104,10айоеП lх«81з Мощность. подводимая к лампе от источника анодного напряжения, Ре — — Е,1 .
Коэффициент полезного действия усилителя и = Р /Ре. Систему охлаждения обычно проектируют так, чтобы отводить тепло, образующееся в статическом режиме. В таком случае подводимая мощность Ре равна мощности рассеяния на коллекторе и аноде. Распределение мощностей рассеяния зависит от токопрохождения, которое оценивается коэффициентом пт = 1«о«/1«Здесь и, Ъ 0,95, поэтому практически вся мощность, подводимая от источника ускоряющего !знойного) напряжения, рассеивается на коллекторе клистрона.
В режиме усиления мощность, рассеиваемая электродами, уменьшается: Рр„— — Рз — Р . Строгая оценка мощностей, рассеиваемых электродами клистрона, затруднена, поскольку электроны покидают зазор с различными скоростями. Часть из них попадает на анод за выходным зазором и увеличивает ток этого электрода. Полагая скорости всех электронов на еыходе из последнего зазора одинаковыми, определим приближенно мощности, рассеиваемые коллектором и анодом, приняв и ( 0,8.
Тогда Ррас «ол = п«Ррас Ррас.а = Ррас Раас.кол. Определение коэффипиента усиления. Корректный расчет усиления при малой погрешности определения характеристик сопроти- 828 627 аленин резонаторов и параметров электронного потока выполняют на ЭВМ. В связи со сказанным примем Кр, указанныи в паспорте прибора. Проектирование резонансных 11еней клистрона. Частотные характеристики клистронного усилителя получают, исследуя его комплексный коэффициент усиления: Кр = Г/н/ГГ х, задаваемый отношением амплитуд напряжений падающих волн в нагрузочном 1/н и входном 7/нх фидерах.
По определению Кр = КвхКнКны». Выше введены коэффициенты передачи входной К х и выходнои Кны„цепей. Для расчета Кгг = Ггу/Г71 удобно ввести понятие средней крутизны Оо,о+г = /о+г/Г/о. ОНа СВяЗЫВаЕт тОК /н4„ПИтаЮщяй СООтВЕтСтВуЮщИй контур, и напряжение 7/н на и-м зазоре. Крутизна участка клистрона, включающего пространство группирования между и-м и (и+ г)-м зазорами, в котором под действием напряжения на и-м зазоре создается ток в цепи (и + г)-го, Е„н+г — — Е„, з10(Трй„о+г) ехР( — 1т/2).
В этои фоРмУле Е„, = 0,5/уо/уо4г9,00. ПостоЯннаЯ дн Учитывает влияние сил пространственного заряда на группировку электронов (д, 10/.„/Ая). Расстояние между центрами зазоров Л„нею а фазовая постоянная плазмы -/р — — 2я/о/сод„где 00 — постоянная скорость электронов. Пролетные трубы ориентировочно можно считать такими, что ТрЬо,о4г о— н 1 рад.
Приближенно максимальная крутизна Е„ = (0,10...0,15) „/А„Е„где Ая — в мкА/Вз/2, Е, — в кВ, Е„, — в мА/В. Усиление на участке между двумя зазорами Ко,о+г = Г/я+ /Г/» = = Е„„,„г„„„. Многорезонаторный клистрон подобен многокаскадному усилителю, но отличается от него тем, что каждую пару зазоров с подключенными к ним резонаторами и пролетным пространством между ними можно считать усилительным каскадом. Четырехрезонаторныи клистрон приводится в эквивалентной схеме (рис.
10.15). На ней даны усилители не только с расположенными рядом резонаторами, но и учитывающие влияние так называемых несоседних резонаторов. Результирующий ко- 1У-1 т-г зффициент усиления Км = (1+ Е1т) П Ко „4г. о=1 В этой формуле функция Ряг учитывает-роль усилительных каскадов с несоседними резонаторами.
Она слабо влияет на среднее в полосе значение усиления, но вносит значительную неравномерность АЧХ Если пренебречь влиянием сомножителя (1 + Ру), то параметры цепи усилителя можно рассчитать так же, как для полосового Рис. 10.1$ фильтра. Ошибка при этом оказывается недопустимо большой, и ее трудно скорректировать в натурном экспе- Таблица 10.2 Таблица 10.3 рименте. Для уточнения параметров резонаторов предлагаются табл.
10.2 и 10.3. Более подробные сведения имеются в [10.10). При составлении таблиц считалось, что полоса усилителя определяется его выходнои цепью. Группирователь (все пролетные пространства и резонатоРы, кРоме выходного) фоРмиРУет АЧХ тока /н16г с малой неРавномеРностью. Характеристика тока аппроксимирована по Чебышеву. В таблицах даны нормированные к полосе 74/у = (Ь/у//0) затухания б„' = б„/1117 И УДВОЕННЫЕ РаССтРОйКИ й'„= 2(/о — /0)/бь/у.
ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ эквивалентного контура 7о = У„,/(Ь~'[б„' + (й' — й'„))). Параметром таблиц служит постоянная Со = Е Я /74/'. с нн Результаты расчета нормированных б„' и абсолютных б„затуханий, добротностеи 17„= 1/б„, расстроек й„' и Ь/о оо /„— /0 полезно свести в таблицу. Этими сведениями пользуются разработчики приборов. Значения затуханий и расстроек и необходимые пределы их регулировок уточняют на этапе ОКР при создании лампы. При эксплуатации усилителя подстройка резонаторов нежелательна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
