§ 26. Особенности расчета УРУ, работающего на несогласованную нагрузку

Как указывалось выше, при нагрузке, изменяющейся в широких пределах, целесообразно использовать схему УРУ с частичным подавлением обратной волны.

Обычно степень изменения нагрузки УРУ задается в виде минимального КБВ в фидере, соединяющем УРУ с нагрузкой. В расчетах удобно пользоваться коэффициентом отражения рн, который связан с КБВ формулой (180).

Рассмотрим наиболее интересный случай, когда уровень выходной мощности УРУ ограничивается мощностью, рассеиваемой на анодах ламп.

Расчет можно выполнять несколькими способами. Наиболее простой из них подразумевает структуру УРУ (соотношение n₁ и n₂), обеспечивающую значение к. п. д. при рассогласовании, близкое к максимальному [формула (211)].

Будем предполагать, что анодное напряжение УРУ может быть выбрано без учета трансформации отраженной волны неоднородным участком анодной линии (см. § 20).

В начале расчета необходимо определить ориентировочное значение параметра Q:

где q = 0,5S_крρ_a; S_кр - крутизна линии критического режима лампы, выбранной в соответствии с рекомендациями § 24; ρ_а - волновое сопротивление однородного участка анодной линии, рассчитываемое по формуле (220).

При определении Q следует выбирать то значение n, которое фигурировало при выборе типа лампы (см. § 24).

По графикам рис. 49 (штриховые линии) определяется ориентировочное значение максимального к. п. д. η_р.макс для найденного Q и заданного р_н.

Затем из формулы (217) определяется максимальное значение коэффициента использования ламп УРУ по номинальной мощности:

где Р_ном - номинальная мощность выбранных ламп при полном использовании их по току в левой части анодно-сеточной характеристики для номинального напряжения на экранной сетке (см. § 11).

При расчете χ_р.макс значение h следует выбрать равным 0,3-0,5.

По рассчитанному χ_р.макс определяют ориентировочное число ламп УРУ:

где Р_н.р - заданная мощность.

В дальнейшем n будет уточняться.

Для полученного n определяется новое значение параметра Q = 2α₁qn и по формуле (210) определяется оптимальное значение параметра h = h_опт. По найденному h_опт находится число ламп УРУ, работающих на однородную линию:

которое округляется до ближайшего целого числа.

Далее следует определить максимальное значение импульса анодного тока I_m, при котором для найденного n₁ мощность, рассеиваемая на аноде первой лампы, равна допустимой.

Для этого можно воспользоваться формулой (214), придав ей следующий вид:

где U_н = 0,5α₁I_mn₁ρ_a - напряжение на выходе УРУ при согласовании (р_н = 0).

Выражение для параметра h можно привести к следующему виду:

где ρ_a(n+1) - волновое сопротивление выходного звена анодной линии, равное сопротивлению нагрузки R_н при согласовании УРУ; Р_н - выходная мощность при согласовании, связанная с заданной мощностью Р_н.р простым соотношением: Р_н = Р_н.р/(1 - р_н²).

Подставляя в (227) выражения для U_н и h и решая полученное уравнение относительно I_m, получим искомую формулу для расчета тока ламп:

Рассчитанное I_m целесообразно уменьшить на 5-10%.

Обычно полученное таким образом I_m меньше максимального значения импульса тока лампы в левой части анодно-сеточной характеристики при номинальном экранном напряжении (именно в этом и проявляются ограничения, связанные с тепловым режимом анода первой лампы).

По найденному току I_m находят:

величину выходного напряжения УРУ при согласовании

мощность, отдаваемую первыми n₁ лампами при согласовании,

и мощность, отдаваемую при согласовании каждой лампой из группы n₂,

Затем находят число ламп n₂ и общее число ламп УРУ n:

Далее определяют постоянное анодное напряжение УРУ

мощность, подводимую к УРУ от источника анодного питания, и к. п. д.:

Полученный к. п. д. целесообразно сравнить с максимально возможным, который определяется из выражения (211). Затем по формулам (221) и (222) находим волновые сопротивления П-звеньев анодной линии и параметр h = ρ_a(n+1)/ρ_a.

В заключение расчета целесообразно рассчитать максимальные мощности, рассеиваемые на анодах 1-й (P_a1) и выходных n₂ + 1 ламп (P_ai):

Величина U_iр.мин, входящая в последнюю формулу, определяется из (201). Учитывая, что произведение, входящее в (201), можно приближенно заменить формулой, аналогичной (206):

получим

Рассчитанные максимальные мощности, рассеиваемые на анодах выходных n₂ + 1 ламп, позволяют судить о возможности уменьшения числа ламп УРУ за счет увеличения токов этих ламп.

Пример расчета УРУ при одинаковых токах ламп. Требуется рассчитать УРУ по двухтактной схеме с выходной мощностью 1 квт (на одно плечо Р_н.р = 500 вт) в полосе частот 1,5-25 Мгц при работе на фидер с КБВ = 0,5, что соответствует р_н = 0,33.

На основе соображений, приведенных в § 24, выбираем лампу ГУ-33Б. Для этой лампы, как и в примере предыдущего параграфа, ρ_a = 1200 ом.

Ориентируясь на n порядка 10 и выбирая θ = 90°, получим Q = 2α₁qnρ_a ≈ 9.

По штриховым графикам рис. 49 определяем для р_н = 0,33 и Q = 9 - η_р.макс ≈ 0,3. Учитывая, что для выбранной лампы P_ном = 165 вт, Р_адоп = 150 вт, и задаваясь h ≈ 0,3, получим

откуда

Уточняем значение Q = 2α₁S_крρ_an = 11,7.

Определяем h_опт и n₁:

Находим импульс тока ламп

Принимаем I_m = 0,35a. Полученный ток обеспечивается за счет соответствующего выбора экранного напряжения.

Определяем U_н, Р_n1, Р'_n1n₂ и n:

Полученное окончательно число ламп несколько превышает 13, принятое в начале расчета.

Уточняем величину выходной мощности при рассогласовании

Находим Е_ар, Р_0р и η_р:

Полученный к. п. д. очень близок к максимально возможному, определяемому по формуле (211).

Волновые сопротивления П-звеньев анодной линии сводим в табл. 2.

Таблица 2

Определяем параметр h = ρ_а16/ρ_а = 240/1200 = 0,2. Далее рассчитываем максимальные мощности, рассеиваемые на анодах ламп. Результаты расчета сводим в табл. 3.

Таблица 3

В приведенном выше расчете предполагалось, что все лампы УРУ имеют одинаковый ток, величина которого меньше номинального. При этом оказалось, что мощность, рассеиваемая на аноде выходных n₂ + 1 ламп, значительно меньше допустимой (см. табл. 3). Следовательно, имеется возможность увеличить ток этих ламп, приблизив его к номинальному, и тем самым уменьшить число ламп УРУ при той же выходной мощности.

Обычно ток нескольких последних ламп можно увеличить до номинального. Однако ток нескольких ламп, следующих за (n₁ - 1)-й, во многих случаях должен быть меньше номинального, поскольку мощность, рассеиваемая на анодах ламп, возрастает по мере приближения от последней лампы к (n₁ - 1)-й. Таким образом, при неравномерном использовании ламп УРУ по току может оказаться целесообразным для каждой лампы определять свой ток, при котором мощность, рассеиваемая на аноде этой лампы, будет близка к допустимой.

Для упрощения дальнейших выкладок будем считать, что ток для первых n₁ ламп одинаков, а для последующих ламп увеличивается.

Расчет УРУ с неравномерным использованием ламп по току вплоть до определения числа ламп n₁ ведется так же, как и при равномерном использовании по току. Однако ток первых n₁ ламп должен быть определен несколько иначе.

Мощность, рассеиваемая на аноде первой лампы, для рассматриваемого случая определится формулой, аналогичной (227):

где I_m1 - импульс тока первых n₁ ламп;

е_{а мин} = I_m/S_кр - минимальное анодное напряжение, соответствующее номинальному импульсу тока выбранной лампы I_m.

Выражение для выходного напряжения УРУ при согласовании для рассматриваемого случая имеет вид:

Подставляя теперь (228) и (231) в (230) и решая полученное выражение относительно I_m1, найдем

По найденному I_m1 находится выходное напряжение УРУ при согласовании по формуле (231) и постоянное анодное напряжение УРУ: Е_ар = е_амин + U_н(1 + р_н).

Токи остальных ламп находятся поочередно из условия: P_ai = Р_адоп.

Выражение для мощности P_ai, рассеиваемой на аноде i-й лампы, имеет вид, аналогичный (229):

Из последних двух выражений ток i-й лампы

По найденному току i-й лампы находят волновое сопротивление (i + 1)-го П-звена анодной линии:

и мощность, отдаваемую при согласовании первыми i лампами:

Как только P_нi достигает величины P_н.р/(1 - p_н²), расчет прекращают и определяют общее число ламп УРУ n и число ламп n₂ = n - n₁.

Если при расчете ток i-й лампы I_mi окажется больше номинального, то ток этой лампы и токи всех последующих ламп принимают равными номинальному.

В заключение расчета целесообразно проверить максимальные мощности, рассеиваемые на анодах 1-й и выходных n₂ + 1 ламп.

Пример расчета УРУ при неравномерном использовании ламп по току. Выполним расчет для данных, приведенных в предыдущем примере настоящего параграфа, учитывая, что при номинальном экранном напряжении для лампы ГУ-33Б е_{а мин} = 400 в, I_m = 0,6а (см. приложение).

Из предыдущего примера n₁ = 5.

Определяем ток первых n₁ ламп

Выходное напряжение УРУ при согласовании и анодное напряжение:

Определяем ток (n₁ + 1)-й (6-й) лампы; волновое сопротивление 7-го П-звена анодной линии и мощность, отдаваемую при согласовании первыми 6 лампами:

Аналогично определяем токи остальных ламп и волновые сопротивления последующих ячеек. Результаты расчета сводим в табл. 4 и 5.

Таблица 4

Параметр h = p_a13/ρ_a = 222/1200 = 0,185. При расчете оказалось, что Р_н12 ≈ Р_н.р/(1 - р_н²). Следовательно, общее число ламп УРУ n = 12, n₂ = n - n₁ - 7, а выходная мощность УРУ при рассогласовании

Таким образом, за счет неравномерного использования отдельных ламп по току удалось уменьшить число ламп УРУ до 12 (вместо 15 в предыдущем примере)

К.п.д. УРУ

В заключение расчета по формулам (230) и (232) проверяем мощность, рассеиваемую на анодах отдельных ламп УРУ. Результаты расчета сводим в табл. 4.

Поскольку в рассматриваемом УРУ токи ламп различны, экранное напряжение, напряжение возбуждения и смещение определяются индивидуально для каждой лампы.