§ 27. Электрический и конструктивный расчеты линий УРУ

В случае однородной линии элементы L, L_m (рис. 51, а) и С звеньев определяются по известным волновому сопротивлению и граничной частоте:

где ρ - волновое сопротивление линии; f_г - граничная частота; m - параметр фильтров типа m.

Рис. 51. Схема однородной линии (а) и конструкция ее катушек индуктивности (б)

Если линия выполняется на выходных или входных емкостях ламп, то С должна равняться соответственно выходной или входной емкости лампы (с учетом емкости монтажа). В противном случае следует определить емкость ΔС дополнительного конденсатора, подключаемого к ячейкам линий (рис. 51, а):

где С'_вых(вх) - выходная (входная) емкость лампы с учетом емкости монтажа.

Если в сеточной цепи лампы используется емкостный делитель (как, например, в УРУ с неравномерным использованием ламп по току), то емкости конденсаторов этого делителя (рис. 37) определяются по формулам:

где C_g = m/πf_гρ_g); ρ_g - волновое сопротивление сеточной линии; U'_вх и U_вх - напряжения на сетке лампы и на сеточной линии (рис. 37).

Индуктивности и емкость согласующих полузвеньев типа m (рис. 51, а) определяются по аналогичным формулам:

где m_с = 0,6 - параметр согласующих полузвеньев.

Поскольку для основных звеньев анодной и сеточной линий m > 1, индуктивность L_m оказывается отрицательной. Такая индуктивность в емкостных ветвях звеньев может быть осуществлена за счет взаимной индуктивности между двумя половинами катушки, разделенными отводом к аноду (сетке) лампы.

Конструктивно индуктивные элементы однородной линии выполняются в виде одинаковых однослойных катушек с отводом посередине (рис. 51, б). Каждая катушка эквивалентна части линии, выделенной на рис. 51, а пунктиром.

Для обеспечения малой связи отдельных катушек расстояние между ними должно равняться 1-2 диаметрам каркаса D. Для уменьшения влияния поверхностного эффекта и собственной емкости катушки изготовляются из провода диаметром d = (0,25÷1,5) мм с шагом намотки τ = (1,5÷3)d.

Конструктивный расчет катушек основывается на приближенной формуле для индуктивности однослойной катушки:

где D - диаметр намотки, мм (рис. 51, б); l - длина намотки, мм; τ - шаг намотки, мм.

Отношение D/l должно быть выбрано таким, чтобы обеспечить требуемую индуктивность между концами катушки, равную L = mρ/nf_г, и коэффициент взаимной индуктивности между половинами катушки, равный индуктивности L_m (рис. 51, а). Для этого необходимо, чтобы индуктивность между отводом и любым из концов катушки L₀ (рис. 51, б) равнялась (L/2 + L_m). Учитывая, что последняя индуктивность определяется формулой (233) с подстановкой в нее половины общей длины катушки, нетрудно получить:

где - индуктивность между отводом и любым из концов.

Из последней формулы с учетом выражений для L и L_m:

При расчете катушки выбирают диаметр провода d и шаг намотки τ, по известному m находят D/l и из формулы (233) определяют диаметр намотки и длину катушки:

Общее число витков катушки N = l/τ.

Остановимся теперь на особенностях расчета неоднородной анодной линии. Элементы однородного участка анодной линии в УРУ с частичным подавлением обратной волны определяются по приведенным выше формулам. Элементы П-звеньев неоднородного участка (рис. 30) находятся по известным волновым сопротивлениям:

При одинаковых граничных частотах всех П-звеньев резонансные частоты всех последовательных контуров в схеме рис. 30, подключенных к генераторам тока, равны. Следовательно, точки 1 и 1' на схеме рис. 30 эквипотенциальны. Это позволяет эквивалентную схему рис. 30 привести к виду, изображенному на рис. 52, а. Для этой схемы полная емкость между анодом i-й лампы и землей

и емкость дополнительного конденсатора, подключаемого к аноду i-й лампы

Рис. 52. Схема неоднородной линии (а) и конструкция ее катушек индуктивности (б)

Полная индуктивность L_пmi равна параллельному соединению индуктивностей 2L_mi и 2L_m(i+1) (рис. 30):

Эти индуктивности отрицательны и обеспечиваются за счет взаимной индуктивности.

Катушки неоднородной части линии могут быть выполнены конструктивно различными способами. В частности, возможно такое распределение индуктивных элементов линии между отдельными катушками, при котором отвод к аноду лампы делается от середины каждой катушки. Однако такой способ построения линии оказывается не всегда выполнимым.

В другом случае катушки неоднородного участка анодной линии - несимметричны относительно отвода. При этом индуктивные элементы, обведенные на рис. 52, а штриховыми линиями, выполняются в виде отдельных катушек (52, б).

Общая индуктивность i-й катушки, отвод которой подключается к аноду i-й лампы, определяется следующим образом:

Индуктивность между отводом катушки и ее концами (рис. 52, б):

По найденным для каждой катушки L_i, L'_0i и L"_0i на основе формулы (233) производится их конструктивный расчет. В соответствии с указанной формулой можно написать следующие равенства:

где l_i - общая длина намотки i-й катушки; l'_i и l"_i - длина намотки между отводом и концами катушки (рис. 52, б).

Из последних трех формул с учетом выражений (237)-(239) можно получить:

где

Поскольку ψ_i и m известны, можно определить X_i и Y_i, а затем, решив кубическое уравнение (240), найти l'_i/l_i. Для упрощения расчетов на рис. 53 приведены графики зависимости l'_i/l_i от ψ_i для m = 1,27 и m = 1,4.

Рис. 53. Зависимость отношения l'/l для катушек неоднородной линии от параметра ψ для различных m

Теперь по известным X_i и l'_i/l_i можно найти по формуле (241) D_i/l_i.

Дальнейший расчет можно вести, задаваясь для каждой катушки шагом τ_i и определяя D_i по формуле (233). Однако в большинстве случаев все катушки анодной линии удобно выполнять на каркасах одинакового диаметра. В этом случае D_i = const = D известно из расчета катушек однородной части линии. Требуемое отношение D_i/l_i обеспечивается выбором шага намотки τ_i, который определяется для i-й катушки по формуле:

Общая длина намотки и длина намотки между каждым концом и отводом:

При расчете анодной линии УРУ с трансформаторами (рис. 39) следует учитывать индуктивности рассеивания трансформаторов, которые используются как элементы линий. При этом катушки должны иметь меньшую индуктивность.

Индуктивности 2L_m2 и 0,5L_a2 первого полузвена в УРУ с полным подавлением обратной волны, которые не имеют балластного сопротивления, выполняются в виде одной катушки с индуктивностью

Эта катушка включается между анодом первой лампы и левым концом второй катушки анодной линии (или первичной обмоткой трансформатора в схемах рис. 42).

Индуктивные элементы линий конструктивно могут быть выполнены не в виде отдельных катушек, а в виде одной длинной катушки с непрерывной намоткой и несколькими отводами к анодам или сеткам ламп [53] (рис. 55 и 56). Для неоднородной линии в этом случае по длине намотки может изменяться шаг, диаметр провода и каркаса.

Пример расчета линий. В качестве примера определим параметры линий УРУ, рассчитанного в § 25. Граничные частоты анодной и сеточной линий одинаковы и равны f_гa = 30 Мгц.

Сеточная линия. Индуктивные элементы линий:

Общая емкость линий

Емкость дополнительного конденсатора

ΔC_g = C_g - С'_вх = 60 - 40 = 20 пф.

Выбираем диаметр провода d = 0,3 мм и шаг τ = 0,5 мм. Отношение диаметра к длине

Диаметр намотки

Длина катушки

Анодная линия. Однородный участок анодной линии строится на выходных емкостях ламп с учетом емкости монтажа С'_вых, так что

Для пяти катушек однородного участка линии выбираем d = 0,8 мм, τ = 1,2 мм.

Отношение D/l = 1,087 (1 - m²) = 1,087⋅0,96 = 1,04.

Диаметр и длина намотки:

Далее для волновых сопротивлений, приведенных в табл. 1, определяем элементы П-звеньев неоднородного участка линии. Результаты расчета сводим в табл. 6.

Таблица 6

По формулам (234)-(236) определяем емкости С_пai, ΔС_ai и индуктивности L_пmi. Результаты расчета сводим в табл. 7.

Таблица 7

Затем определяются индуктивности между концами катушек анодной линии L_i и параметр ψ_i = L_a(i+1)/L_a. По графику рис. 53 для каждого ψ_i определяется отношение l'_i/l_i(m = 1,4). Затем по формуле рассчитывается отношение (D/l)_i. Диаметр каркаса выбираем одинаковым для всех катушек D_i = const = 34 мм. По формуле (242) определяем шаг намотки τ_i. Все результаты сведены в табл. 7.

Учитывая, что через катушки выходной части линии протекает больший ток, увеличиваем диаметр провода этих катушек.