Входное сопротивление и потери энергии в лампах

Материалы / Шпаргалка по общей электронике и электротехнике / Входное сопротивление и потери энергии в лампах

Усилительный каскад характеризуется коэффициентом усиления по мощности К, показывающим, во сколько раз усиливается мощность: К= Рвых / Рвх, где Рвых -полезная мощность, отдаваемая лампой, а Рвх – мощность, подводимая ко входу лампы.

При малом значении входного сопротивления мощность может настолько возрасти, что коэффициент станет равен единице или будет еще меньше. Очевидно, нецелесообразно применять усилители, дающие усиление мощности меньше чем в 2–3 раза. С переходом на СВЧ входное сопротивление обычных ламп резко уменьшается и усиление мощности получается малым или даже отсутствует. Уменьшение входного сопротивления ламп на СВЧ объясняется возникновением наведенных токов в цепи сетки.

В зависимости от соотношения времени пролета и периода колебаний, соотношения расстояний участков «катод – сетка» и «сетка – анод» величины напряжений на электродах процессы в триоде могут происходить различно, но все же в любом случае из-за проявления инерции электронов на СВЧ получаются большие наведенные токи в цепи сетки, приводящие к резкому уменьшению входного сопротивления.

Самое неприятное следствие инерции электронных процессов состоит в появлении активной составляющей сеточного тока. Оно обусловливает наличие у лампы входного активного сопротивления, которое уменьшается с повышением частоты и снижает коэффициент усиления по мощности. Активное входное сопротивление лампы характеризует потерю энергии источника колебаний, включенного в цепь сетки. В данном случае эта энергия переносится активной составляющей наведенного тока от источника колебаний к электрическому полю и передается электронам, которые увеличивают свою кинетическую энергию и расходуют ее на нагрев анода. Если же 1

лампа работает на более низких частотах и временем пролета можно пренебречь, то при напряжении сетки токи будут иметь такую же прямоугольную форму и длительность, как и напряжение, и они не будут сдвинуты по времени относительно друг друга. Поскольку эти токи равны и противоположны по направлению, то суммарный сеточный ток равен нулю. Следовательно, никакого расхода энергии от источника колебаний в этом случае нет.

При синусоидальном переменном напряжении все процессы происходят сложнее, но на СВЧ обязательно возникнет активный наведенный ток в цепи сетки, на создание которого расходуется энергия источника колебаний. Эта энергия в конечном итоге теряется на дополнительный нагрев анода и катода конвекционным током. Действительно, положительная полуволна сеточного напряжения, ускоряя электроны, летящие от катода, дает им дополнительную энергию, а во время отрицательного полупериода сетки отталкивает электроны, движущиеся к аноду, и они тоже получают дополнительную энергию. В результате электроны бомбардируют с большей силой анод, который дополнительно нагревается. Кроме того, электроны, не пролетевшие сквозь сетку, а повернувшие обратно на катод, также отталкиваются сеткой во время отрицательного полупериода и получают еще дополнительную энергию. Эти электроны бомбардируют дополнительный катод и вызывают его дополнительный нагрев. Таким образом, источник колебаний в течение всего периода отдает энергию электронам, а они расходуют ее на бомбардировку анода и катода.

Потери энергии в лампах, работающих на СВЧ, происходят не только из-за инерции электронов, но и по ряду других причин.

Вследствие поверхностного эффекта увеличивается активное сопротивление электродов и их выводов. По поверхности металлических проводников проходят значительные токи, которые создают бесполезный нагрев.

На СВЧ увеличиваются потери во всех твердых диэлектриках, находящихся под воздействием переменного электрического поля.