Двойной триод 6Н9С

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Двойной триод 6Н9С предназначен для усиления напряжения низкой частоты. Применяется в предварительных каскадах усилителей низкой частоты и каскадах фазоинверторов, а также в измерительной аппаратуре.

Государственным стандартом установлены условные обозначения современных отечественных приемно-усилительных ламп, состоящих из четырех элементов обозначения.

Каждый тип электронных ламп имеет условное наименование, которое состоит из нескольких цифр и букв, расположенных в определенном порядке. Условные обозначения установлены государственным стандартом - ГОСТ 5461-56. Первый элемент представляет собой цифру, указывающую напряжение накала в вольтах (округленно); второй -- буква -- указывает тип лампы. Третий элемент наименования представляет собой цифру, указывающую порядковый номер типа радиолампы. Четвертый элемент -- буква -- указывает на принадлежность лампы к определенной серии. Таким образом, тип 6Н9С означает двойной триод с напряжением накала 6В со стеклянным баллоном и порядковым номером 9. Источником электронов в электронной лампе является оксидный катод косвенного накала, который благодаря термоэлектронной эмиссии испускает электроны. Работа триода, как и всякой электронной лампы, основана на существовании потока электронов между катодом и анодом. Сетка - третий электрод - имеет вид проволочной спирали. Она находится ближе к катоду, чем к аноду. Если на сетку подать небольшое отрицательное напряжение, она будет отталкивать часть электронов, летящих от катода к аноду, и сила анодного тока уменьшится. При большом анодном напряжении сетка становится барьером для электронов. Они задерживаются в пространстве между катодом и сеткой, несмотря на то что к катоду приложен минус, а к аноду - плюс источника питания. При положительном напряжении на сетке она будет усиливать анодный ток. Таким образом, подавая различное напряжение на сетку, можно управлять силой анодного тока лампы. Даже незначительные изменения напряжения между сеткой и катодом приведут к значительному изменению силы анодного тока, а следовательно, и к изменению напряжения на нагрузке (например, резисторе), включенной в цепь анода.

электрод анод триод подогреватель

1. Исходные данные для расчета

Общие данные

Двойной триод 6Н9С предназначен для усиления напряжения низкой частоты.

Применяется в предварительных каскадах усилителей низкой частоты и каскадах фазоинверторов, а также в измерительной аппаратуре.

Катод оксидный косвенного накала.

Работает в любом положении. Выпускается в стеклянном оформлении. Срок службы не менее 500 час.

Цоколь октальный с ключом. Штырьков 8.

Основные данные

Напряжение накала 6,3±0,6, В

Ток накала 300 ±25, мА

Напряжение анода номинальное 250, В

Напряжение анода предельное 275, В

Ток анода 2,3±0,9, мА

Коэффициент усиления 70±15

Напряжение сетки номинальное минус 2, В

Крутизна характеристики 1,6±0,4, мА/В

2. Выбор типа конструкции электродов

Электронная лампа представляет собой электровакуумный прибор, основными элементами которого являются катод, испускающий поток электронов, анод, улавливающий электроны и сетка, предназначенная для управления электронным потоком.

Низкочастотный двойной триод c высоким усилением, с октальным цоколем. Предназначен для усиления сигналов высокой частоты. Применяется в телевизионной и приёмно-передающей аппаратуре.

Триод - трех электродная лампа, имеющая кроме катода и анода, дополнительный электрод-сетку, управляющую анодным током.

Различают лампы прямого накала, в которых катодом является непосредственно накаливаемая током проволока и лампы косвенного накала, в которых раскаленная проволока выполняет только роль подогревателя катода.

В данной курсовой работе разрабатывается лампа с косвенным нагревом катода.

3. Расчет геометрических размеров основных электродов

3.1 Расчет катода

Самым распространенным типом катодов, применяемых в электронных лампах, является оксидный катод косвенного накала. Он представляет собой никелевую гильзу, покрытую слоем оксида толщиной 50-100 мкм и нагреваемую до температуры 1000-1100 °К с помощью проволочного подогревателя, находящегося внутри гильзы и электрически изолирован от нее. Для расчета взято среднее значение температуры катода, Т= 1000 °К. Оксид - это смесь окислов бария и стронция, представляющая собой диэлектрик. После специальной обработки (так называемой активировкой) этот диэлектрик превращается в полупроводник электронного типа, что резко повышает эмиссионные свойства катода.

Расчет катода сводится к определению эффективной поверхности, обеспечивающей получение заданного тока эмиссии.

Считая, что температура катода одинакова по всей длине катода, можно определить мощность, необходимую для получения заданной температуры, т.е. мощность накала:

где L0-активная длина катода;

l1,l2 - длина непокрытых концов катода;

dk- диаметр катода;

з - удельная мощность излучения оксида.

Мощность накала, с другой стороны можно определить взяв из справочника значения тока и напряжения накала.

Таким образом расчет катода можно провести следующим образом:

а) используя справочные значения тока и напряжения накала, определить мощность накала.

где Iн - ток накала,

Uн - напряжение накала

б) задавшись рабочей температурой катода определим зокс.

Удельная мощность излучения оксида, как известно, зависит от температуры катода и составляет для Т=1000 °К зокс=2.7 Вт/см2.

в) задать длину непокрытых концов катода (0.3 см)

l1=l2=0,3

г) dк = 0.12 см

Для определения геометрических размеров катода задаются диаметром катодной трубки и находим длину покрытой оксидом части катода.

Полная длина катода

Отношение полной длины катодной трубки к диаметру, будет составлять:

lk/dk = 1.2229/0.12=10.19

что соответствует рекомендуемому отношению 3-20. При lk/dk < 3 за счет охлаждающего действия концов катода в местах его крепления резко уменьшается реальная эффективная поверхность катода. При lk/dk>20 снижается механическая прочность катода.

Толщину стенки катодной трубки возьмем равной 0,05 мм. В нижней части катода делается накатка для упора в слюду и приваривается соединитель из никелевой ленты 0,1 Х 0,8 мм.

У катодов круглого и овального сечений вся поверхность покрывается оксидом и является рабочей. Недостатком в данном случае является то , что часть электронов с катода попадает на траверсы сетки, увеличивая ток сетки.

При нанесении оксидного слоя концы катода остаются непокрытыми примерно на длине 3-5 мм для закрепления в слюде.

3.2 Расчет и конструирование подогревателя

Точный расчет подогревателя еще более сложен, чем расчет оксидного катода. Поэтому используют эмпирические формулы для определения диаметра и длины проволоки подогревателя.

;

где :

dn - диаметр проволоки подогревателя

Ln - длина проволоки подогревателя

In - ток накала

Un - напряжение накала

с - удельное сопротивление материала подогревателя

з - удельная мощность излучения материала подогревателя.

В качестве материала подогревателя используют либо вольфрам, либо его сплавы с молибденом. Температура подогревателя берется на 400-500 С выше, чем температура катода. Т= 1500 °К

Удельная мощность излучения и удельное сопротивление вольфрама зависит от температуры. Задавшись рабочей температурой подогревателя, определяют удельную мощность излучения и удельное сопротивление проволоки подогревателя:

з = 42 мкОм·см

с = 8 Вт/см2

Зная ток и напряжение накала, рассчитаем диаметр и длину проволоки подогревателя.

Длина проволоки подогревателя должна быть больше на величину необходимых для приварки подогревателя к держателям 0,3 см.

Lnол = 13,05+0,6=13,65 см

В качестве изолирующего покрытия подогревателя используют прокаленную окись алюминия - алунд. Толщина алундового покрытия 50 мкм.

Основные виды конструкций подогревателей: петлевой, простая спираль, бифилярная (двойная) спираль. Петлевые подогреватели - проволока, сложенная в виде петли. Их легко изготавливать, дешевы, обладают средней долговечностью, так как приходиться размещать в заданном объеме и следовательно брать тонкую и короткую нить. Простая спираль - изолирующий слой на наружную поверхность спирали. Поэтому выигрыш в пространстве позволяет использовать проволоку большего диаметра и большей длины. Такой подогреватель имеет большую долговечность, чем петлевой. Но стоимость его выше из-за сложности изготовления. Бифилярная спираль - такие подогреватели в лампах с низким уровнем шума. В обеих спиралях подогревателя ток протекает в противоположных направлениях. Поэтому паразитное магнитное поле, вызывающее шумы, устраняется. Нагрев катода более равномерный. Подогреватели этого типа достаточно дороги. Исходя из вышеуказанных свойств конструкции подогревателей, выбираем простую спираль.

Расчет подогревателя:

Оставляя прямые концы равные до места приваривания, получаем длину свиваемой проволоки:

Ln0=ln-l1- l2

Ln0=13,05-0,6=12,45 cм

Длину спирали берем несколько короче катодной трубки:

Внутренний диаметр катода трубки равен:

где 0,05 - толщина стенки катода.

Диаметр спирали подогревателя определим по формуле:

Определим шаг навивки спирали подогревателя:

условие выполняется :

полный расход проволоки составит: 12,53 см.

3.3 Расчет межэлектродных расстояний и сетки триода

Расстояние сетка-катод можно определить из степени 3/2, которое записывается в следующем виде:

где

Iа - анодный ток равный 0,0023 А

Fа - активная поверхность анода

dск- расстояние сетка катод

- напряжение на аноде = 250 В

- напряжение на сетке = -2 В

- контактная разность потенциалов (0,8 В)

- коэффициент усиления = 70

Далее рассчитываем расстояние сетка - катод:

;

По конструкции сетки бывают: навитые из проволоки по спирали, стержневые сетки из проволочной ткани. Навитые сетки применяют в приемно - усилительных лампах и генераторных лампах малой и средней мощности. Данный вид сетки выбран для проекта.

Материалы для сеток. В современных приемно-усилительных лампах для сеток применяют марганцовистый никель, обладающий хорошей механической прочностью.

Кроме того, используют также молибден и сплав молибдена с никелем. При диаметрах проволоки менее 25 мкм применяют вольфрам. В лампах с малым расстоянием сетка - катод для уменьшения термотока сетки из вольфрама золотят, так как золото обладает большой работой выхода.

Траверсы. Они служат для обеспечения механической прочности сетки, отвода тепла, выделяемого на витках за счет нагрева ее сеточным током и за счет теплового излучения с катода и других электродов. Поэтому диаметр траверс выбирается довольно большой (особенно в мощных выходных лампах). Чаще всего траверсы изготавливают из никеля, меди и ее сплавов с серебром и хромом. Траверсы не должны, по возможности, располагаться по пути основного потока электронов с катода на анод. По этой причине боковые поверхности плоского катода не покрывают оксидом. Диаметр траверса - 1мм;

К конструкции сетки предъявляют следующие требования:

а) постоянство расстояния сетка - катод;

б) однородность поля у катода и сетки, которая обеспечивает высокую крутизну и низкий уровень шумов (для этого нужно уменьшать диаметр проволоки, увеличивать длину витка и уменьшать расстояние сетка - катод, но все это ограничивается соображениями механической прочности);

в) хорошая формоустойчивость сетки при высокой температуре;

г) для уменьшения микрофонного эффекта следует увеличивать диаметр проволоки сетки и диаметр траверс.

По форме сетки бывают:

а) круглые;

б) плоские;

в) эллиптические;

г) овальные.

Из-за плохой формоустойчивости круглые сетки практически не применяются (за исключением мощных генераторных ламп). Во избежание «островкого эффекта» шаг навивки сетки Р выбирается меньше расстояния сетка-катод. С целью получения наибольшего значения крутизны лампы рекомендуется брать отношение

P/dck = 0,8;

следовательно:

Р = 0,0023 • 0,8 = 0,0018 см

Диаметр навивочной проволоки сетки выбирается нормализованный, по возможности наименьший. Однако следует помнить, что по мере уменьшения диаметра проволоки, не только уменьшается механическая прочность сетки, но и удорожается сам процесс производства. В связи с этим рекомендуется использовать для навивки сетки проволоку диаметром д не менее 20 мкм.

Расстояние сетка - анод определяется по формуле Оллендорфа:

- коэффициент усиления лампы.

- расстояние сетка - анод

- шаг навивки сетки

- функции коэффициента заполнения сетки б=д/Р

Д=0,05402 Т=0,05292

Используя рассчитанные данные, находим расстояние сетка - анод:

Диаметр сетки:

3.4 Расчет анода

Расчет, конструкция и материал анода определяются следующими факторами:

а) заданными параметрами лампы (коэффициентами усиления и токораспределения);

б) мощностью, которую рассеивает анод.

Мощность, рассеиваемая анодом, складывается из мощности, выделяемой на аноде потоком попадающих на него электронов, и мощности поглощаемого анодом излучения с катода и других элементов.

Выделяемая на аноде мощность лишь частично отводится по его держателям за счет их теплопроводности. В основном она рассеивается анодом в окружающее пространство путем излучения или отводится с помощью принудительного охлаждения (воздушного или водяного) для мощных генераторных ламп. В приемно-усилительных лампах аноды охлаждаются за счет теплового излучения.

Для анодов с охлаждением за счет теплового излучения используют материалы, обладающие достаточно большим интегральным коэффициентом излучения или определяемой им удельной мощностью излучения. С целью повышения коэффициента излучения поверхность металлов, применяемых в изготовлении анодов, матируют, т.е. делают шероховатой или наносят на нее различного рода «чернящие» покрытия, которые приближаются к коэффициенту излучения абсолютно черного тела.

Основные материалы, применяемые для изготовления анодов: никель, никелированная сталь, молибден, тантал, графит, алюминированное железо, титан, цирконий.

Широко применяется для изготовления анодов приемно-усилительных ламп - никель. Легко поддается механической обработке. Однако никель обладает довольно низким коэффициентом излучения. Поэтому поверхность анодов либо матируют, либо, что намного эффективнее, покрывают чернящим веществом (графит, газовое чернение).

Придельная рабочая температура анода определяется не только свойствами материала, из которых изготовлен анод, но и видом катода, применяемого в данной лампе, так как тепловое излучение анода приводит к дополнительному нагреву катода. Перегрев за счет теплового излучения анода особенно опасен для оксидного катода. Поэтому температура анода не должна превышать при наличии оксидного катода 700 К, или 400 - 450 ?С.

Реальный перегрев катода за счет излучения с анода будет значительно меньше при открытых конструкциях анодов. Для увеличения поверхности охлаждения анода применяют так называемые ребра, располагаемые в местах наиболее интенсивного нагрева анода.

Расчет анода, охлаждаемого тепловым излучением.

Полная мощность, рассеиваемая анодом, складывается из мощности, выделяемой на аноде за счет анодного тока и поглощаемой анодом мощности излучения катода:

- ток и напряжение накала

- ток и напряжение анода

- доля мощности накала, поглощаемая внутренней поверхностью анода. На рисунке 1в приведена зависимость коэффициента от геометрических размеров лампы, где L - активная длина системы электродов, принятая для простоты равной длине анода или катода, - расстояние между катодом и анодом.

- диаметр анода. dа=dск+dса=0,023+0,069=0,092 см

б=(0,12-0,092)/(2·0,623)=0,022

По формулам, приведенным выше, можно рассчитать полную мощность рассеиваемую анодом двухэлектродной лампы:

Ра=0,0023·150+0,95·0,3·6,3=2,37 Вт

Мощность равная , выделяется на участках анода, расположенных непосредственно против катода. Основная часть мощности излучения с катода так же попадает на эти участки. Поэтому, фактически вся мощность рассеивается эффективной поверхностью анода. Однако соседние участки анода отводят часть тепла за счет теплопроводности и реальная температура эффективной части анода будет меньше расчетной.

Для приблизительного учета доли мощности накала, нагревающей анод, а так же мощности, излучаемой наружу внутренней поверхности анода можно воспользоваться формулой:

Где

- удельная мощность излучения.

; где

Что соответствует

Для плоских анодов введение равномерно и густо расположенных ребер, как показывают расчеты не увеличивает мощности излучаемой анодом. Если на каждой плоскости анода поместить по одному ребру или же ребра достаточно далеко стоят друг от друга, то можно к эффективной поверхности добавить еще обе боковые поверхности каждого ребра.

3.5 Тепловой расчет баллона

Мощность, рассеиваемая баллоном лампы, складывается для триода из мощности, выделяемой на аноде анодным током, и полной мощности накала:

Pб = Ia • Ua + Iн • Uн;

Pб =0,0023•250+0,3•6,3=2,47 Вт

Предполагается, что эта мощность излучается сквозь баллон на участке, равном длине системы электродов. Тогда рабочая поверхность баллона составит:

Fб = Dб • Lсист

Fб = 3,3•1,22=12,64 см2

где:

Dб - диаметр баллона;

La - длина системы электродов.

Средняя удельная мощность, рассеиваемая баллоном, определяется как отношение полной рассеиваемой мощности к рабочей поверхности баллона:

б = Рб / Fб;

б = 2,47/12,64=0,19 Вт/см2

Полученное значение удельной мощности сравнивают с максимальным значением удельной мощности, разрешаемым для данной категории ламп, что составляет:

Максимальная удельная мощность нагрева баллона 0,28 Вт/см2

Максимальная температура баллона- 160 ?С

Заключение

Целью курсового проектирования было - обобщение и закрепление знаний, полученных по дисциплине «Вакуумные и плазменные приборы и устройства», приобретение практических навыков, ознакомление с реальными задачами проектирования электронных ламп и методами их решения.

В результате выполнения курсового проекта были получены следующие параметры:

1	Температура катода К	1000
2	Удельная мощность излучения оксида катода Вт/см2	2,7
3	Диаметр катодной трубки, мм	12
4	Длина не покрытых концов катода, мм	3
5	Активная длина катода, мм	6,23
6	Полная длина катодной трубки, мм	12,23
7	Толщина стенки катодной трубки, мм	0,05
8	Толщина оксидного слоя, мкм	50
9	Температура подогревателя К	1500
10	Удельное сопротивление подогревателя, мкОМ см	42
11	Удельная мощность излучения материала подогревателя, Вт/см2	8
12	Диаметр проволоки подогревателя, мм	0,058
13	Длина проволоки подогревателя, мм	130,5
14	Длина свиваемой проволоки подогревателя, мм	124,5
15	Длина спирали, мм	11,2
16	Внутренний диаметр катодной трубки, мм	1,10
17	Диаметр спирали подогревателя, мм	1,04
18	Шаг навивки спирали, мм	0,29
19	Активная поверхность анода, мм2	1,46
20	Действующее напряжение, В	2,34
21	Контактная разность потенциалов, В	0,8
22	Расстояние сетка - катод, мм	0,23
23	Шаг навивки сетки, мм	0,184
24	Диаметр навивочной проволоки, мкм	50
25	Расстояние сетка - анод, мм	0,69
26	Функции коэффициента заполнения сетки		0,05402 0,05292
		Т
27	Полная мощность рассеиваемая анодом, Вт	2,37
28	Диаметр анода, мм	0,92
29	Активная длина системы электродов, мм	12,2
30	Мощность, рассеиваемая баллоном лампы, Вт	2,47
31	Диаметр баллона, мм	33
32	Средняя удельная мощность рассеиваемая баллоном, Вт/см2	0,19

Список используемой литературы

1. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы. М., 1960.

2. Царев Б.М. Расчет и конструирование электронных ламп. М., 1967.

3. Батушев В.А. Электронные приборы. М.,1969.

4. Кацнельсон Б.В., Ларионов А.С. Отечественные приемно-усилительные лампы и их зарубежные аналоги. М., 1974.

5. Кацман Ю.А. Электронные лампы. Теория, основы расчёта и проектирования. М., 1979.

6. Хлебников М.М. Электронные приборы. М., 1986.

Размещено на Allbest.ru