§ 21. Влияние рассогласования на использование ламп по номинальной мощности

Рассмотрим теперь, как рассогласование влияет на коэффициент использования ламп УРУ по номинальной мощности χ_р. Выражение для выходной мощности при рассогласовании можно привести к виду:

где - максимальная в диапазоне частот мощность, отдаваемая n₁-й лампой.

Учитывая, что получим

где χ_{n1 макс} - коэффициент использования по номинальной мощности n₁-й лампы на частоте, соответствующей максимуму напряжения U_{n1 р.макс}.

Поскольку χ_{n1 макс} ≤ 1,

Как видно из сравнения (212) и (138), рассогласование существенно ухудшает использование ламп УРУ по номинальной мощности. Простые расчеты показывают, что при χ_{n1 макс} = 1 и при р_н = 0,3÷0,5 - χ_р составляет величину порядка 0,45-0,3.

Однако реальные значения коэффициента χ_р обычно оказываются меньше, что обусловлено ограничениями, накладываемыми тепловыми режимами анодов ламп.

Как указывалось выше, в наиболее тяжелых тепловых условиях находится первая лампа, на аноде которой при рассогласовании на некоторых частотах рассеивается мощность

где Р₀₁ = P_0p/n - мощность, подводимая к аноду первой лампы от источника анодного питания; Р_0р - общая мощность, подводимая к УРУ от источника анодного питания; ΔP_a1 - колебательная мощность, рассеиваемая на аноде первой лампы, определяемая с учетом выражения (204).

Выражение для ΔР_а1 нетрудно привести к следующему виду:

Поскольку максимальное значение Р_а1р = Р_{а доп}, максимальное значение мощности, подводимой от источника анодного питания, равно

Следовательно, выходная мощность УРУ при рассогласовании ограничена неравенством:

Решая последнее неравенство относительно Р_н.р, получим

Отсюда вытекает ограничение, накладываемое на коэффициент использования ламп по номинальной мощности:

Оценим порядок верхнего предела χ_р. Так, для р_н = 0,3 (из рис. 49 η ≈ 0,3) и h = 0,3 из выражения (216) имеем

Аналогично при p_н = 0,5 имеем

Таким образом, допустимая мощность, рассеиваемая анодами ламп, ограничивает коэффициент использования ламп по номинальной мощности значениями, существенно меньшими предельного значения, определяемого выражением (213), поскольку обычно Р_{а доп}/P_ном ≤ = 1.

Аналогичные ограничения могут быть установлены для того случая, когда постоянное анодное напряжение выбирается без учета трансформации отраженной волны [формула (208)].

В этом случае значение χ_р ограничено выражением:

С учетом ограничений, накладываемых тепловыми потерями на анодах ламп, получим:

При р_н = 0,3 (из рис. 49 η_р ≈ 0,36) и h = 0,3 имеем

Аналогично при p_н = 0,5

Из сравнения приведенных данных, рассчитанных по формулам (216) и (217), видно, что питание УРУ пониженным анодным напряжением позволяет существенно улучшить использование ламп по номинальной мощности. Однако коэффициент χ_р по-прежнему остается значительно меньше единицы.

Отметим, что полученные выше соотношения относятся к случаю питания анодов всех ламп одинаковым постоянным напряжением при одинаковых токах ламп.

Как и при работе на согласованную нагрузку, можно увеличить коэффициент использования ламп по номинальной мощности, либо питая отдельные лампы разным анодным напряжением, либо неравномерно используя отдельные лампы по току.

Как показывают расчеты, неравномерное использование отдельных ламп по току позволяет уменьшить число ламп УРУ для получения той же мощности (см. § 26). Однако вывод основных соотношений для УРУ в этом случае оказывается весьма громоздким. Это обусловлено тем, что максимальные мощности, рассеиваемые на анодах выходных n₂ + 1 ламп, неодинаковы, в отличие от случая согласованной нагрузки. При этом часто оказывается невозможным полностью использовать по току все выходные n₂ + 1 ламп. Расчет УРУ при неравномерном использовании ламп по току и при работе на несогласованную нагрузку необходимо выполнять особо для каждого конкретного случая. Основная идея и порядок такого расчета изложены в § 26.

Подведем теперь основные итоги настоящей главы. Как показали исследования, УРУ, в отличие от других типов усилительных устройств, оказывается весьма малочувствительным (с точки зрения выходной мощности) к изменению сопротивления нагрузки. При этом для коэффициентов отражения от нагрузки р_н порядка 0,3-0,4 он сохраняет свои широкополосные свойства. Однако отражения от нагрузки существенно влияют па режим работы ламп, что приводит к ухудшению энергетических показателей УРУ при рассогласовании. Реальное значение к. п. д. усилителя по анодной цепи при р_н = 0,3÷0,4 составляет 25-35%, а коэффициент использования ламп по номинальной мощности - 0,2-0,3.

Отмеченные свойства УРУ обуславливают возможность применения его в качестве широкодиапазонного ненастраиваемого усилителя при работе на нагрузку, которая может изменяться в довольно широких пределах. Так, например, он может быть использован в качестве выходного ненастраиваемого каскада коротковолнового передатчика, работающего непосредственно на антенный фидер при КБВ в фидере порядка 0,5 [53]. При этом относительно низкие энергетические показатели передатчика могут полностью окупаться преимуществами, связанными с отсутствием настраиваемых элементов как в анодных цепях усилителя, так и в цепях связи усилителя с антенной. Указанные преимущества могут дать особенно большой эффект в случае полностью автоматизированных передатчиков.