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

Выходная мощность Pвых=Pk, Вт1Напряжение на сетке Ec, B-4Возбуждающее напряжениеUmc, B5Анодное напряжение Ua?, B400Напряжение накала Uн, В6,3Коэффициент усиления ?35

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 ? =0,5÷07. Выбираем ? = 0,7 и находим мощность, рассеиваемую анодом:

Находим постоянную составляющую анодного тока Ia0:

Задаемся углом отсечки анодного тока ? = 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 ? и коэффициент использования анодного напряжения ?. При ? = 120°, ? = 0,9, а т.к. КПД равен ? = ?*?, 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 Тк = 1000 К(127°С). Выберем допустимую плотность тока с катода jk = 80 (мА/см2) и определяем активную, т.е. покрытую оксидом, площадь поверхности катода:

Рассчитаем диаметр катода dk:

см

Длину катодной трубки lkвыбираем равной 20(мм), а оксидного слоя ?окс= 100(мкм) (1).

В качестве керна катода выбираем никелевую трубку с толщиной стенок ?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 Pнак складывается из мощности излучения Ризли мощности потерь Рп.

Рнак = Ризл + Рп

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

Ризл = Риз.окс+ РизлNi + Ризл. АЧТ

где Риз.окс = Руд окс*Fокс;

PизлNi = Pуд Ni*FNi;

Pизл. АЧТ= РудАЧТ*FАЧТ;

где Руд окс, Pуд Ni, РудАЧТ - удельные мощности излучения оксида, никеля и внутренней полости катодной трубки соответственно.Fокс, FNi, FАЧТ - площади оксидного покрытия, боковой поверхности Ni- трубки и ее внутреннего поперечного сечения.

При Т = 1000 К удельные мощности излучения составляют:

Рудокс = 4,1(Вт/см2);

PудNi = 1,3(Вт/см2);

Pуд. АЧТ = 8,34(Вт/см2);

Риз.окс = Рудокс*Fокс = 4,1*0,27= 1,15 Вт

FNi = ?*dk*lk = 3,14*0,58*2 =3,6 см2

PизлNi = PудNi ? FNi = 1,3*3,6=4,68 Вт

FАЧТ = (?*dk02)/4 = см2

Pизл. АЧТ= РудАЧТ? FАЧТ = 8,34*0,447= 3,7 Вт

Суммарная мощность будет равна:

Pизл= 1,15 + 4,68 + 3,7 ?10 Вт

Мощность потерь на катоде Рп 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:

Pп = Рп.кв+ Ркер;

где Ркв. тепл = потери за счет теплопроводности ;

Pкв.изл= потери за счет излучения.

где Ткв - температура катодного ввода ;

Tкв = Тк -500 = 500 К;

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

Fв - площадь сечения катодного ввода

?в- коэффициент теплопроводности материала катодного ввода, ?вNi = 0,65(Вт/см2?К);

Пв = Пкв - периметр катодного ввода ;

? - 5,67?10-14(Вт/см2?К2) ;

Выбираем в качестве катодного ввода отрезок никелевой ленты с размерами:

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

Пкв= 2(0,05+1) = 2,1(см)

Пкер = ???кер?dk = 3,14?0,3?0,58 =0,55 см

Следовательно, мощность потерь на катоде будет равна :

Рп= 0,684 + 0,1 = 0,784 Вт

Мощность накала составит :

Рн = Рп+ Ризл = 0,785+ 10 =10,784 Вт;

При заданном Uн = 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:

Tп = Тк + 500 = 1500 К.

Удельная мощность, рассеиваемая подогревателем, составляет

Руд = 8(Вт/см2).

Удельное сопротивление составляет: ?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 ?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 Gminи полагая, что Fa?Fокс, находим расстояние от сетки до катода:

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

2? = dпс =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 Pизл.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 :

cos?c = -Ec/Umc=

Удельная мощность рассеяния:

где Fc = Fокс + (5÷10)% ;

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

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

Таким образом, РС.уд.пред. = 0,7*1,15 = 0,805(Вт).

Т.к. РС.уд ‹ РС.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:

Для анода лампы выберем цилиндрическую конструкцию, при этом

Длину анодного цилиндра laвыбираем равной 20(мм)

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

Т.к. РаУД‹ РаУД.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 ? = 0,2 - коэффициент интегрального излучения керамики;

Fб - площадь поверхности баллона.

Следовательно, Fб = ?*lб*dб . Примем dб = 35(мм), lб = 50(мм). Находим:

Fб = 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

Проектирование генераторного триода дециметрового диапазона Задание на курсовой проект Рассчит

Больше работ по теме: