Вакуумная электроника / Laba5

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра радиотехнической электроники

отчет

по лабораторной работе №5

по дисциплине «Вакуумная и Плазменная Электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МОДУЛЯЦИИ

ЭЛЕКТРОННЫХ ПОТОКОВ В ВЭПУ

Студент гр. 4203		Юрченков М.И.
Студент гр. 4203		Рыков А.А.
Преподаватель		Шануренко А.К.

Санкт-Петербург

2016

Цель работы

Изучение квазистатических способов модуляции (управления) тока в пентоде в режимах 1-го и 2-го родов, а также влияния сопротивления анодной нагрузки на управляющую характеристику лампы.

Основные теоретические положения

Способы модуляции электронного потока. Модуляция электронного потока – это изменение во времени по заданному закону его параметров, определяющих выполнение основной функции ВЭПУ. Модуляция осуществляется при взаимодействии электронного потока с переменным электромагнитным полем (или с его составляющими – электрическим либо магнитным полем), которое изменяет характер движения электронов (их траектории) и тем самым вызывает отклонение параметров электронного потока от исходных значений. Следовательно, способы модуляции можно классифицировать как по типу модулирующих полей (электрические, магнитные), так и по названию изменяемых параметров потока.

При осуществлении того или иного способа модуляции важное значение имеет соотношение времени пролета электронов между электродами (в пространстве взаимодействия) и периодом модулирующего напряжения. Способы модуляции, реализуемые при условии , называются квазистатическими, а при – динамическими. К последним относится способ скоростной модуляции, реализуемый в микроволновых электронных приборах. В электронных лампах используются квазистатические способы модуляции электронного потока.

В триодном усилителе модулирующее устройство совмещено с преобразующим устройством, поэтому в его анодную цепь всегда включено активное сопротивление , на котором анодный ток создает падение напряжения (рис. 1). В связи с этим анодное напряжение становится равным и выражение для катодного тока примет вид

. (1)

Из (1) видно, что падение напряжения на сопротивлении понижает действующий потенциал, а вместе с ним и катодный ток, причем тем больше, чем выше значение . Этот результат следует рассматривать как проявление внутренней обратной связи выходной цепи с входной, приводящей к уменьшению крутизны наклона управляющей характеристики от и одновременно к ее спрямлению (рис. 1).

В тетродных и пентодных усилителях из-за малой общей проницаемости ламп подобного явления не наблюдается. Крутизна и нелинейность их управляющих характеристик от сопротивления практически не зависят.

Рис. 1 Рис. 2

Режимы модуляции катодного тока. Выделяют:

режимы 1-го рода, характеризующиеся тем, что модулирующее электрическое поле в промежутке взаимодействия сохраняется положительным в течение всего периода его изменения, поэтому конвекционный ток проходит через модулирующее устройство также в течение всего периода;

режимы 2-го рода, характеризующиеся тем, что модулирующее электрическое поле в указанном промежутке сохраняется положительным только часть периода, равную , поэтому ток проходит через модулирующее устройство только в течение этой части периода.

Режимы 2-го рода называют также режимами с "отсечкой" катодного тока, а величину – углом отсечки. Таким образом, если первая группа характеризуется равенством , или , то вторая – неравенством . С целью конкретизации (уточнения) режимов модуляции внутри каждого рода колебаний вводятся классы колебаний. В группе режимов 1-го рода таковыми являются классы , , . Наибольшее распространение получил класс , который характеризуется использованием только прямо-линейного участка управляющей характеристики, лежащего в области . Благодаря этому обеспечивается минимальное искажение формы катодного (и анодного) тока по отношению к форме управляющего напряжения. В этом заключается главное достоинство класса .

Рис. 3

На рис. 3 представлен интегральный график, иллюстрирующий модуляцию катодного тока в режиме класса . Он объединяет три частных графика: управляющую характеристику от , кривую изменения потенциала сетки, изменяющегося по закону , и кривую изменения катодного тока , где и I_к0 – постоянные составляющие потенциала сетки и катодного тока, а и – их амплитудные значения.

Из рис. 3 видно, что изменения и не выходят за пределы прямолинейного участка управляющей характеристики, что как раз и соответствует классу . Недостатками этого класса является то, что, во-первых, эмиссионная способность катода используется неполностью и, во-вторых, постоянная составляющая катодного тока не зависит от амплитуды управляющего напряжения, что приводит к низкому коэффициенту полезного действия (КПД) усилительных устройств. В классе используется весь участок управляющей характеристики, лежащий в области , а в классе – вся управляющая характеристика.

В группе режимов 2-го рода выделяют также три класса колебаний, различающиеся значениями угла отсечки: класс , класс и класс . Углы отсечки анодного и сеточного токов определяются выражениями: ; .

Рис. 4

Следует заметить, что отсечка сеточного тока будет иметь место не только в режимах колебаний 2-го рода, но и в режиме колебаний 1-го рода класса . На рис. 4 представлен интегральный график, иллюстрирующий все три класса режимов управления 2-го рода. Модулирующее напряжение представлено ускоряющим полупериодом синусоиды. Из рис. 4 видно, что переход от режима класса к режиму класса и к классу осуществляется увеличением отрицательного напряжения смещения.

Схема установки

Схема для исследования управляющих характеристик триода и самого процесса управления тока в нем представлена на рис. 5. Она содержит источники смещения в цепи управляющей сетки и анодного напряжения, измерительные приборы, источник переменного напряжения – генератор низкой частоты ГНЧ, сопротивления в цепях анода и сетки для измерения с помощью осциллографа переменных напряжений и , пропорциональных токам и . Кроме того, с помощью осциллографа можно измерить переменное напряжение в цепи сетки .

Рис. 5

Рис. 1.9. Электрические схемы для исследования

триода – и пентода -

Параметры триода 6Н3П

Таблица 1

Параметр	Значение
	150 В
	1,8 Вт
	18 мА
	-2 В
	4-8 мА

Экспериментальные результаты

1. Ra = 6,8 (кОм)

Таблица 2

Uc0, В	0	-0,6	-1,2	-1,8	-2,3	-2,9	-3,6	-4,3	-5	-5,4
Ia0, мА	9,55	7,18	5,2	3,8	2,7	1,6	0,69	0,27	0,08	0,01

2. Ra = 0

Таблица 3

Uc0, В	0	-0,6	-1,2	-1,6	-2,3	-2,9	-3,6	-4,2	-4,8	-5,4
Ia0, мА	20,2	14,8	10,5	7,5	4,3	2,3	1,2	0,35	0,1	0,02

3. Ra = 33 (кОм)

Таблица 4

Uc0, В	0	-0,5	-1,2	-1,6	-2,3	-3	-3,6	-4,2	-4,8	-5,4
Ia0, мА	3,24	2,68	2,11	1,71	1,18	0,8	0,44	0,23	0,08	0,01

4. Ia₀ = f(Uc_~)

Uc₀ ≈ -0,5 (В) – эксп.

Таблица 5

2Uc~, В	2UR~, В	Ia0,мА	K
4	90	7,64	22,5
2	40	7,44	20
1	20	7,35	20
0,5	10	7,32	20

Обработка результатов

1.) Построены анодно-сеточные характеристики при различных Ra:

Ia₀ = f₁(Uc₀)

Рис. 6

2.) Экспериментально зафиксировали реальное Uc₀ = -0,5 (В).

3.) Проведены исследования режима колебаний 1-ого рода:

Зависимость амплитуды напряжения выходного сигнала от амплитуды напряжения входного: UR~ = f(Uc~)

Рис. 7

Зависимость коэффициента усиления от амплитуды напряжения входного сигнала K = f(Uc~)

Рис. 8

Зависимость анодного тока от амплитуды входного напряжения Ia0 = f(Uc~)

Рис. 9

Результаты вычисления крутизны:

Зависимость крутизны от сопротивления Ra: S = f(Ra)

Таблица 6

Ra, кОм	0	6,8	33
S, мА/В	7,81	3,19	0,96

График зависимости крутизны от сопротивления Ra: S = f(Ra)

Рис. 10

График Ia = f(wt) для Ra = 6,8 (кОм) и Uc~ = 2

Рис. 11

Выводы:

Режим 1-го рода, характеризуется тем, что модулирующее эл. поле в промежутке взаимодействия сохраняется положительным в течение всего периода его изменения, поэтому конвекционный ток проходит через модулирующее устройство также в течение всего периода.

Внутри каждого рода колебаний вводятся классы колебаний. В группе режимов 1-го рода таковыми являются классы , , . Наибольшее распространение получил класс , который характеризуется использованием только прямолинейного участка управляющей характеристики, лежащего в области . Благодаря этому обеспечивается минимальное искажение формы катодного (и анодного) тока по отношению к форме управляющего напряжения. В этом заключается главное достоинство класса .

Недостатками этого класса является то, что, во-первых, эмиссионная способность катода используется не полностью и, во-вторых, постоянная составляющая катодного тока не зависит от амплитуды управляющего напряжения, что приводит к низкому коэффициенту полезного действия (КПД) усилительных устройств.