Проектирование генераторного триода дециметрового диапазона

Проектирование генераторного триода дециметрового диапазона

Проектирование генераторного триода дециметрового диапазона

Задание на курсовой проект

Рассчитать и сконструировать генераторный триод дециметрового диапазона, работающего в непрерывном режиме по следующим данным:

генераторный триод дециметровый диапазон

Таблица 1.Исходные данные

Введение

Генераторные лампы предназначены для генерирования и усиления электрических колебаний низких и высоких частот. По роду работы генераторные лампы можно разделить на следующие группы: - генераторные лампы для непрерывного режима работы; - импульсные генераторные лампы типа ГИ; - импульсные модуляторные лампы типа ГМИ. Для охлаждения анодов генераторных ламп, рассеивающих значительные мощности, применяется принудительное охлаждение воздушное(Б), водяное(А) или испарительное(П). Эти индексы указываются в конце обозначения лампы (например ГУ-5Б). Если вид принудительного охлаждения не указан, то лампа используется с естественным охлаждением. Модификации ламп, связанные с повышением надежности и улучшением эксплуатационных характеристик, имеют в конце обозначения буквы Р, В или индекс 1. Генераторные лампы для усиления низкой частоты - модуляторные лампы - применяются в модуляторах мощных передатчиков с АМ, мощных усилителях НЧ, в мощных электронных стабилизаторах напряжения и других схемах. Генераторные лампы ультракороткого и дециметрового диапазонов предназначены для генерирования и усиления колебаний СВЧ диапазона. Значительная группа этих ламп рассчитана на работу в схеме с общей сеткой, которая характерна высокой устойчивостью работы генераторов высокочастотных колебаний на триодах и устраняет необходимость нейтрализации проходной емкости. В схемах с заземленной сеткой выходной колебательный контур включен между сеткой и анодом. Выходной емкостью в этом случае является емкость между анодом и сеткой, а проходной - емкость между анодом и катодом. Т.к. генераторные лампы, предназначенные для работы в этих схемах, имеют, как правило, небольшую проницаемость, то возможно проходную емкость сделать достаточно малой, чем достигается устойчивая работа схемы на высоких частотах. Импульсные генераторные и модуляторные лампы используются в схемах импульсных СВЧ генераторов и импульсных модуляторов радиорелейных линий связи, радиолокационных станциях и других устройствах. В качестве импульсных модуляторных ламп, как правило, используются тетроды, работающие при малом напряжении анода во время разряда накопительной емкости, я также не требующие больших сеточных напряжений или запирания лампы.

1.Расчет триода

.1 Расчет электрических параметров

Задаемся КПД, который для ламп дециметрового диапазона (f = 0,3 ÷ 3 ГГц),работающих в классе “С”, составляет η =0,5÷07. Выбираем η = 0,7 и находим мощность, рассеиваемую анодом:

Находим постоянную составляющую анодного тока I_a0:

Задаемся углом отсечки анодного тока θ = 120^°, т.к. генераторная лампа работает в классе “С”. Из графика на рис.16.6[1] находим отношение переменной составляющей анодного тока к постоянной составляющей:

Отсюда амплитуда анодного тока:

В классе “С” генераторные лампы работают с сеточными токами.

Определим амплитуду сеточного тока, которая в генераторных лампах ДМ-диапазона может составить от четверти до половины анодного тока:

Выбираем 0,3, тогда:

Определим амплитуду катодного тока:

Пользуясь графиком на рис.16.7[1]находим коэффициент анодного тока α и коэффициент использования анодного напряжения β. При θ = 120^°, α = 0,9, а т.к. КПД равен η = α*β, то:

Определим амплитуду анодного напряжения лампы:

Минимальное амплитудное анодное напряжение лампы в рабочем режиме равно:

Рассчитаем первеанс лампы Gпри минимальном анодном напряжении:

.2 Конструктивный расчет катода

В качестве катода проектируемой лампы выберем оксидный катод косвенного накала, т.к. он имеет наибольшую эффективность. При этом рабочей поверхностью катода является торцевая поверхность, покрытая оксидом. Задаемся температурой катода Т_к = 1000 К(127°С). Выберем допустимую плотность тока с катода j_k = 80 (мА/см²) и определяем активную, т.е. покрытую оксидом, площадь поверхности катода:

Рассчитаем диаметр катода d_k:

 см

Длину катодной трубки l_kвыбираем равной 20(мм), а оксидного слоя δ_окс= 100(мкм) (1).

В качестве керна катода выбираем никелевую трубку с толщиной стенок δ_Ni = 100(мкм) (1).

Внутренний диаметр катода :

.3 Тепловой расчет катода

Целью теплового расчета является нахождение мощности, необходимой для накала катода. Это позволяет определить ток накала и рассчитать подогреватель. Мощность P_нак складывается из мощности излучения Р_изли мощности потерь Р_п.

Р_нак = Р_изл + Р_п

Мощность излучения складывается из мощности излучения оксида, мощности излучения никелевой трубки, мощности излучения абсолютно черного тела:

Р_изл = Р_из.окс+ Р_излNi + Р_{изл. АЧТ}

где Р_из.окс = Р_{уд окс}*F_окс;

P_излNi = P_{уд Ni}*F_Ni;

P_{изл. АЧТ}= Р_удАЧТ*F_АЧТ;

где Р_{уд окс}, P_{уд Ni}, Р_удАЧТ - удельные мощности излучения оксида, никеля и внутренней полости катодной трубки соответственно.F_окс, F_Ni, F_АЧТ - площади оксидного покрытия, боковой поверхности Ni- трубки и ее внутреннего поперечного сечения.

При Т = 1000 К удельные мощности излучения составляют:

Р_удокс = 4,1(Вт/см²);

P_удNi = 1,3(Вт/см²);

P_{уд. АЧТ} = 8,34(Вт/см²);

Р_из.окс = Р_удокс*F_окс = 4,1*0,27= 1,15 Вт

F_Ni = π*d_k*l_k = 3,14*0,58*2 =3,6 см²

P_излNi = P_удNi ∙ F_Ni = 1,3*3,6=4,68 Вт

F_АЧТ = (π*d_k0²)/4 = см²

P_{изл. АЧТ}= Р_удАЧТ∙ F_АЧТ = 8,34*0,447= 3,7 Вт

P_изл= 1,15 + 4,68 + 3,7 ≈10 Вт

Мощность потерь на катоде Р_п складывается из мощности потерь за счет потерь катодного ввода, который служит для крепления катода в лампе и подаче на него потенциала и мощности потерь за счет керамики, которая крепит катод в лампе:

P_п = Р_п.кв+ Р_кер;

где Р_{кв. тепл} = потери за счет теплопроводности ;

P_кв.изл= потери за счет излучения.

где Т_кв - температура катодного ввода ;

T_кв = Т_к -500 = 500 К;

γ-коэффициент излучения катодного ввода, γ =0,1;

F_в - площадь сечения катодного ввода

λв- коэффициент теплопроводности материала катодного ввода, λв_Ni = 0,65(Вт/см²∙К);

П_в = П_кв - периметр катодного ввода ;

σ - 5,67∙10^-14(Вт/см²∙К²) ;

Выбираем в качестве катодного ввода отрезок никелевой ленты с размерами:

1 = 0,05(см), 2 = 1(см), δ = 0,03(см),получаем, что:

П_кв= 2(0,05+1) = 2,1(см)

П_кер = π∙δ_кер∙d_k = 3,14∙0,3∙0,58 =0,55 см

Следовательно, мощность потерь на катоде будет равна :

Р_п= 0,684 + 0,1 = 0,784 Вт

Мощность накала составит :

Р_н = Р_п+ Р_изл = 0,785+ 10 =10,784 Вт;

При заданном U_н = 6,3(В),ток накала составит :

.4 Расчет подогревателя

Подогреватель представляет собой деталь из тугоплавкого материала, применяемого для нагрева катода косвенного накала. В качестве конструкции подогревателя выбираем складчатый(петлевой) подогреватель, а в качестве материала проволоку из сплава ВР - 50 - (50%W +50%Re).

Температуру подогревателя обычно выбирают такой:

T_п = Т_к + 500 = 1500 К.

Удельная мощность, рассеиваемая подогревателем, составляет

Р_уд = 8(Вт/см²).

Удельное сопротивление составляет: ρ_уд= 41,5*10^-6 (Ом∙см).

Число петель подогревателя будет равно:

Т.к. число петель должно быть четным, принимаем n = 14. Кроме того, длина подогревателя должна быть увеличена на 3÷5 мм с каждого конца, что необходимо для приваркивыводов подогревателя к выводам лампы. С учетом этого делаем перерасчет длины проволоки:

C учетом этого уточнения диаметр проволоки :

Для изоляции петель друг от друга и от катодной трубки проволока подогревателя должна быть покрыта слоем изоляции Al₂O₃(алунд). Примем толщину изоляции равной Δ_из = 50(мкм).

С учетом этого диаметр подогревателя с изоляцией будет равен:

.5 Расчет анодно-сеточного узла

Как известно первеанс триода описывается следующим выражением :

;

Используя полученное в п.1.1. значение G_minи полагая, что F_a≈F_окс, находим расстояние от сетки до катода:

Задаемся шагом витков сетки p = 0,8(мм) и диаметром проволоки

2δ = d_пс =0,1(мм).

Найдем расстояние от сетки до анода:

Выполним тепловой расчет сетки, целью которого является выбор материала сетки. Сетка генераторных триодов разогревается за счет двух факторов:

)за счет теплового излучения катода P_изл.К;

)за счет электронной бомбардировки, т.е. за счет сеточного тока, который появляется в лампе при ее работе в классе С.

Для расчета нагрева сетки за счет теплового излучения с катода определим так, называемый коэффициент Хоттеля :

=0,22 Вт

Мощность, выделяемая на сетке за счет электронной бомбардировки, определяется следующим образом :

cosθ_c = -E_c/U_mc=

Удельная мощность рассеяния:

где F_c = F_окс + (5÷10)% ;

В качестве материала сетки выбираем цирконированныймолибден. Коэффициент интегрального излучения этого материала при Т = 400°С (673 К) составляет e_t= 0,7.Тогда предельно допустимая мощность, рассеиваемая сеткой, будет равна:

где Р_уд.АЧТ - удельная мощность рассеяния абсолютно черного тела при t = 400°C,Р_уд.АЧТ = 1,15(Bт).

Таким образом, Р_{С.уд.пред.} = 0,7*1,15 = 0,805(Вт).

Т.к. Р_С.уд ‹ Р_{С.уд.пред.}, то тепловой режим сетки будет допустимым и ее температура будет меньше 400°С, что приемлемо для оксидных катодов.

Температуру сетки определим из закона Стефана-Больцмана:

Т=°С

1.6 Тепловой расчет анода

Нагрев анода лампы происходит за счет двух факторов :

)тепловое излучение с катода и управляющей сетки

)электронная бомбардировка.

составляющая:

Длину анодного цилиндра l_aвыбираем равной 20(мм)

В качестве материала анода выбираем медь, интегральный коэффициент излучения которой равен e_t = 0,17(при Т_а ≤ 600°С). Найдем предельную удельную мощность, рассеиваемую анодом:

Т.к. Р_аУД‹ Р_{аУД.АЧТ}, то при выборе меди в качестве материала анода его температура будет меньше 600°С.

2.7 Тепловой расчет баллона

В качестве материала баллона выбираем титановую керамику. Мощность, рассеиваемая баллоном лампы, равна сумме мощностей излучения с анода, сетки и катода:

С другой стороны, мощность, рассеиваемая поверхностью баллона равна :

где γ = 0,2 - коэффициент интегрального излучения керамики;

F_б - площадь поверхности баллона.

Следовательно, F_б = π*l_б*d_б . Примем d_б = 35(мм), l_б = 50(мм). Находим:

F_б = 3,14*3,5*5 =54,95(см²);

Температура баллона будет равна:

Т.к. температура баллона металлокерамических ламп может составлять 700°С, то размеры баллона являются удовлетворительными.

Список используемой литературы

1. Царев Б.М. Расчет и конструирование электронных ламп, - М. :"Энергия",1967

. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, - М. :"Высшая школа", 1972