Режим работы электровакуумных приборов

Режимом работы электронной лампы называется совокупность факторов, определяющих условия ее работы в схеме и, следовательно, используемую область характеристик и параметры лампы в этой области.

Главнейшими из этих факторов являются значения постоянных и переменных потенциалов на электродах лампы. К ним также относятся температура катода, напряженность внешних электрического и магнитного полей в пространстве, занимаемом прибором и т.д., но последние условия обычно либо неизменны, либо имеют незначительное влияние.

Нетрудно выбрать необходимый режим работы непосредственно на семействе характеристик лампы. Например, если необходимо установить режим, обеспечивающий работу электронной лампы в области линейной части характеристик, то допустимыми пределами изменения потенциалов будут участки, положение которых приблизительно определяется не заштрихованной частью на рис. 2.19, а (семейство сеточных характеристик) и на рис 2.19, б (семейство анодных характеристик).

Рис. 2.19. Области относительной линейности характеристик (участки, в которых характеристики можно считать приблизительно линейными).

В последнем случае линейная часть определяется по отрезкам, отсекаемым на нагрузочной линии линиями семейства статических характеристик. Пока эти отрезки равны друг другу, лампа работает как линейный элемент. Конечно, нахождение режима работы графически по характеристикам является приближенным, но для большинства практических случаев получаемая точность вполне достаточна.

Если известна форма переменного управляющего сигнала, то легко выбирается и положение рабочей точки на характеристике лампы, которая соответствует анодному току в ней при отсутствии внешнего сигнала. В случае синусоидального сигнала рабочую точку а (рис. 2.20) удобно выбрать на середине линейного участка. При несимметричном сигнале ее целесообразнее установить со сдвигом в сторону с таким расчетом, чтобы ни в какой из моментов времени Мгновенные значения потенциала не выходили за пределы выбранного участка.

Практически установление необходимого режима работы осуществляется созданием постоянного начального потенциала сетки лампы и_с0, называемого смещением (рабочей точки).

Рис. 2.20. Выбор нормального режима работы лампы (потенциал управляющей сетки) графическим методом.

Такое смещение может поддерживаться специальным источником э. д. с, включаемым последовательно с подаваемым сигналом так, как это показано на рис. 2.20, а. В этом случае

u_c=e_co+u_вх (68)

и при u_вх=0 будет

u_c=e_co. (69)

На рис. 2.20, б приведено графическое построением часто применяемое для нахождения на динамической характеристике мгновенных значений анодного тока лампы по известному потенциалу сетки.

Если требуется выбрать такой режим, при котором в цепи сетки нет заметных токов, то рабочую область следует ограничить только отрицательными значениями потенциала сетки. Выполнение этого требования дополнительно к условию линейности приводит к сокращению допустимых пределов использования лампы. Еще одно ограничение на допустимую область использования электронной лампы накладывается энергетическими соображениями. На анод лампы падает поток электронов с достаточно большой энергией, которая тем больше, чем больше разность потенциалов, ускоряющих электроны, и сила тока в цепи анода. Энергия электронов превращается главным образом в тепло, что ведет к нагреванию анода. Теплоотдача анода в вакуумной лампе мала, так что всегда существует некоторое предельно допустимое значение мощности, рассеиваемой на аноде лампы, при котором лампа способна нормально работать. Охлаждение анодов, расположенных внутри баллона лампы, производится главным образом за счет лучеиспускания. Поэтому аноды обычно чернятся и иногда снабжаются пластинками, увеличивающими их площадь. В электронных лампах, предназначенных для работы с большой мощностью, рассеиваемой на аноде, применяются специальные конструкции анода с тем, чтобы его наружная поверхность была доступна; для принудительного охлаждения потоком воздуха или воды. Но и в этом случае максимальное значение мощности, рассеиваемой на аноде, ограничено. Значение мощности, рассеиваемой на аноде, может быть определено произведением анодного тока на потенциал анода в рабочем режиме (предполагается, что лампа ведет себя как активное сопротивление, т. е. что фазовый сдвиг между током анода и напряжением на аноде отсутствует). При заданной максимальной мощности рассеивания для каждого значения потенциала анода может быть найден максимальный анодный ток, при котором заданная мощность не превышена. Эта зависимость максимальной силы тока от потенциала анода может быть изображена на семействе анодных характеристик лампы в виде кривой (см. пунктир Р_{а макс} на рис.2.19). Для нормальной работы лампы режим ее должен выбираться таким образом, чтобы рабочая точка всегда лежала под кривой Р_{а макс}. Аналогичные рассуждения можно привести и относительно сетки лампы, если лампа используется при положительных потенциалах сетки.