Проектирование и расчет электронной лампы 6Н7С

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Общие данные

Рис. 1. 6Н7С - двойной триод с общим катодом

Основные размеры лампы 6Н7С.

Лампа 6Н7С имеет следующие обозначения:

6 - напряжение накала подогревателя (6,3 В);

Н - тип прибора - двойной триод;

7 - заводской номер разработки;

С - конструктивное обозначение (стеклянная оболочка).

Лампа 6Н7С состоит из 2-х триодов каждый из которых содержит 3 электрода: анод, катод и направляющую сетку расположенную между анодом и катодом.

Двойной триод 6Н7С предназначен для усиления мощности низкой частоты.

Применяется в выходных каскадах усилителей низкой частоты, работающих в классе АВ2, в каскадах фазоинверторов, маломощных генераторов высокой частоты для магнитофонов, в телевизионных приемниках и 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 7.

1.1 Междуэлектродные емкости, пФ

Входная 4,3.

Выходная 5,4.

Проходная 2,4.

1.2 Номинальные электрические данные (для каждого триода)

Табл. 1

Напряжение накала, В	6.3
Напряжение на аноде, В	300
Напряжение смещения на сетке, В	-6
Ток в цепи накала, мА	810+-50
Ток в цепи анода при параллельно соединенных триодах, мА	7
Ток в цепи анода при напряжении на сетке, равном нулю, мА	17.5
Крутизна характеристики при параллельно соединенных триодах, мА/В	3.2+-0.5
Внутреннее сопротивление при параллельно соединенных триодах, кОм	11.4+-2.1
Коэффициент усиления при параллельно соединенных триодах	35+-5
Выходная мощность при напряжении смещения на сетке -5 В, переменном напряжении на сетке 35 В, сопротивлении в цепи сетки 500 Ом и сопротивлении нагрузки в цепи анода 2500 Ом, Вт	4.2
Выходная мощность при напряжении накала 5.7 В, Вт	3.2

1.3 Предельно допустимые электрические величины (для каждого триода)

Табл. 2

Наибольшее напряжение накала, В	7.0
Наименьшее напряжение накала, В	5.7
Наибольшее напряжение на аноде, В	300
Наибольшая мощность, рассеиваемая на аноде, Вт	6.0
Наибольшее постоянное напряжение между катодом и подогревателем, В	100
Наибольший ток утечки между катодом и подогревателем при напряжении между катодом и подогревателем 100 В, мкА	30

1.4 Рекомендованные режимы эксплуатации лампы 6Н7С в предварительном усилителе класса А для возбуждения выходного каскада класса В (оба триода соединены параллельно)

Табл. 3

Напряжение на аноде, В	250
Напряжение смещения на сетке, В	-5
Крутизна характеристики, мА/В	3.1
Ток в цепи анода, мА	6
Внутреннее сопротивление, кОм	11.3
Коэффициент усиления	35
Сопротивление в цепи анода, кОм	30
Выходная мощность, Вт	не менее 4

1.5 Рекомендуемый режим эксплуатации лампы 6Н7С в усилителе мощности класса В в двухтактной схеме

Табл. 4

Напряжение на аноде, В	250
Напряжение смещения на сетке, В	0
Ток в непн анода каждого триода, мА	35
Наибольший ток в цепи анода для каждого триода, мА	70
Наибольшая амплитуда возбуждения между сетками, В	82
Наибольший ток в цепи сетки каждого триода, мА	22
Наибольшее сопротивление в цепи каждой сетки, Ом	500
Сопротивление нагрузки между анодами, кОм	8
Наибольшая выходная мощность, Вт	10
Коэффициент нелинейных искажений, %	8

Примечание. Чтобы получить выходную мощность до 20 Вт, в двухтактной схеме класса В можно применить две лампы 6Н7С, соединив оба триода каждой лампы параллельно. При этом величина нагрузки между анодами будет составлять 5000 Ом.

Лампа 6Н7С является единственным мощным выходным триодом и замены себе не имеет.

Рис. 2. Характеристики зависимости тока анода и тока сетки от напряжения на аноде. Ток в цепи анода; ток в цепи сетки

Рис. 3. Характеристики зависимости тока анода и тока сетки от напряжения на аноде. Ток в цепи анода; ток в цепи сетки

Рис. 4. Динамические характеристики зависимости тока анода от напряжения на сетке при напряжении источника питания 250 В

Рис. 5. Схема применения лампы 6Н7С в каскаде фазоинвертора

2. Выбор типов конструкции электродов

Для любого типа электронных ламп имеется непосредственная связь между формой ее основных электродов и ее электрическими и механическими характеристиками.

При выборе формы электродов нужно учитывать следующие факторы:

1) С точки зрения простоты изготовления и обеспечения жесткости конструкции более пригодны:

а) катоды круглого сечения по сравнению с плоскими.

б) овальная сетка по сравнению с круглого и овального сечения.

в) аноды круглого или овального сечения по сравнению с анодами прямоугольного сечения.

2) С точки зрения получения лучших электрических параметров предпочтительнее плоскопараллельная конструкция как наиболее близкая по форме к идеальной.

На основании вышеперечисленного для упрощения расчетов выбираем лампы плоскопараллельной конструкции, которая будет иметь катод - круглой формы, анод - круглой формы, сетку - круглой формы.

3. Расчет геометрических размеров основных электродов

3.1 Расчет катодов

Самым распространенным типом катодов, применяемых в электронных лампах, является оксидный катод косвенного накала. Он представляет собой 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. Оксид это смесь окислов бария и стронция, представляющий собой диэлектрик. После специальной обработки этот диэлектрик превращается в полупроводник электронного типа, что резко повышает эмиссионные свойства катода. Часто в качестве материала применяют никель с различными активирующими присадками как, например кремний или магний.

Тепловое расширение катодной трубки при нагреве позволяет закреплять катод жестко только на одном конце. Для этого на гильзе либо выдавливается специальный упор, либо приваривается соединитель. При нанесении оксидного слоя концы катода остаются неприкрытыми примерно на длине 3 - 5 мм для закрепления в слюде. У катодов овального сечения 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. Экспериментально доказано, что существует связь между сроком службы лампы и температурой катода. При долговечности более 500 часов температура катода составит 1000 К. Расчет катода сводится к определению эффективной поверхности, обеспечивающей получение заданного тока эмиссии. Считая, что температура катода одинакова по всей его длине, можно определить мощность, необходимую для получения заданной температуры. Взяв из исходных данных значения тока и напряжения накала можно определить мощность накала:



где Рн - мощность накала, Вт. Iн - ток накала, А. Uн - напряжение накала, В.

для двойного триода:

удельная мощность излучения зависит от температуры катода и составляет для:

где Тк - температура катода, К. ?окс - удельная мощность излучения катода, Вт/смІ.

Выбираем диаметр катодной трубки равный:

dk=1 мм=0,1 см.

Длина непокрытых концов катода выбирается из интервала 3-5 мм. Я выбираю 3 мм, тогда активная длина катода будет равна:

где - мощность накала, Вт. - удельная мощность излучения катода, Вт/смІ, - активная длина катода, см, , - длина непокрытых концов катода, см, - диаметр катода, см.

,== 0,3 см.

.

Полная длина катодной трубки:



рекомендуемые соотношения полной длины катодной трубки к диаметру от 3 до 20.

условия выполняются:

3<<20

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 подогревателей

Для определения длины и диаметра проволоки подогревателя воспользуемся формулой:

где - удельное сопротивление материала подогревателя, - удельная мощность излучения материала подогревателя.

В качестве материала подогревателя используют либо вольфрам либо его сплавы с мышьяком.

Температура подогревателя берется на 400-500 К выше, чем температура катода. Следовательно температура разрабатываемого подогревателя 1400-1500 К, что соответствует:

Зная ток и напряжение накала, по приведенным формулам рассчитываем диаметр и длину проволоки подогревателя:

длина проволоки подогревателя рассчитывается по формуле:

Длина проволоки подогревателя должна быть больше на величину отрезков необходимых для приваривания подогревателя к держателю (3 мм):

В качестве изолирующего покрытия подогревателя используют алунд. Толщину алундового покрытия выбирают в пределах 50-100 мкм. В нашем случае 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 обоих 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 и до места приваривания, получаем длину свиваемой проволоки:

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:

.

3.3 Расчет межэлектродных расстояний и сетки триода

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

Где - анодный ток равный 35 мА. активная поверхность анода.



- расстояние сетка катод:

- напряжение на аноде = 300 А, - напряжение на сетке = -6 А, - контактная разность потенциалов (0,8 В), - коэффициент усиления. = 35.

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 используется марганцовистый никель.

Траверсы. Они используются для обеспечения механической прочности сетки. Они изготавливаются из никеля, меди и ее сплавов с серебром и хромом. Траверсы не должны по возможности располагаться на пути основного потока электронов с катода на анод. Диаметр траверса - 1 мм;

К конструкции сетки предъявляют определенные требования.

1) постоянство расстояния сетка - катод.

2) однородность поля у каждой сетки, которая обеспечивает высокую крутизну и низкий уровень шумов.

3) хорошая формоустойчивость сетки при высокой температуре.

4) для уменьшения микрофонного эффекта, следует увеличивать диаметр проволоки сетки и диаметр траверсы. По форме сетки бывают: круглые, плоские, эллиптические, овальные. Из-за плохой формоустойчивости круглые сетки практически не применяются. Для нашей лампы выбираем овальную форму сетки. Во избежание островкового эффекта шаг навивки делают меньше расстояние сетка и катод. С целью получения наибольших значений крутизны ламп соблюдают следующее. , =0,0134 см.

Диаметр навивочной проволоки сетки выбирается по возможности маленький. Однако, 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 не более 50 мкм=0,05 мм.

Расстояние сетка - анод определяется по формуле Оленфорда:

;

- коэффициент усиления лампы, - расстояние сетка - анод, - шаг навивки сетки, - функции коэффициента заполнения сетки

Используя рассчитанные данные находим расстояние сетка - анод:



Диаметр сетки:

3.4 Расчет анода

Расчет, конструкция и материал анода определяются следующими факторами:

1) заданными параметрами лампы (коэффициентом усиления и токораспределения),

2) мощностью, которую рассеивает анод.

Мощность, рассеиваемая анодом, складывается из мощности выделяемой на аноде потоком падающих 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.

В приемно-усилительных лампах аноды охлаждаются за счет теплового излучения.

Материалы для анодов с охлаждением за счет теплового излучения.

Для таких анодов используют материалы, обладающие достаточно большим интегральным коэффициентом излучения или определенной или удельной мощностью излучения. С целью повышения коэффициента излучения поверхность металлов, применяемых для изготовления анодов изготавливают шероховатой или наносят на неё покрытие повышающее коэффициент излучения до 0,9 - 0,95, что приближается к коэффициенту излучения абсолютно черного тела.

Основные материалы применяемые для изготовления анодов: никель, никелированная сталь, тантал, графит, алюминированное железо, а так же никель и цирконий.

Для изготовления анодов приемно-усилительных ламп широко применяется никель, который поддается механической обработке. Однако никель обладает довольно низким коэффициентом излучения. Поэтому поверхность анодов либо матируют, либо, что на много эффективнее, покрывают черным веществом.

В качестве материала рассчитываемого анода выбираем никель, покрытый окисью титана, что позволяет получить коэффициент теплового излучения порядка 0,7 - 0,8.

Предельная рабочая температура определяется не только свойствами материала, из которого изготовлен анод, но так же 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.

Рис. 6. Удельная мощность излучения для различных материалов и покрытий: 1-абсолютно черное тело; 2-сажевое покрытие на никеле; 3-средняя кривая для чернения углеродом; 4-графит; 5-никель, матированный пескоструйкой; 6-никель гладкий; 7-титан; 8-вольфрам; 9-молибден и ниобий

На рисунке 7 приведена зависимость катода от температуры анода, откуда видно, что температура анода не должна превышать при наличии оксидного катода 700К или 400-450С. Реальный перегрев катода за счет излучения с анода будет значительно меньше при открытых конструкциях анодов. Для увеличения поверхности охлаждения анода применяют ребра, располагаемые в местах наиболее интенсивного нагрева анода.

Рис. 7. Зависимость температуры катода от температуры 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.

Рис. 8

На рисунке 8 приведена зависимость коэффициента от геометрических размеров лампы, где - активная длина системы электродов, принятая простоты равной длине анода или катода, - расстояние между катодом и анодом.

- диаметр анода.

Исходя из рисунка 8 следует, что .

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

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 поверхностью анода можно воспользоваться формулой:

Где - удельная мощность излучения, которую находим из рисунков 6 и 7.

Рис. 9

,

где:

Из рисунка 9 видно, 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 полно мощностью накала.

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

Где - диаметр баллона, - длина системы электродов.

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

Максимальное значение удельной мощности, разрешенное для данной категории ламп составляет 0,63 .

Максимальная температура баллона - 255 .

Заключение

триод фазоинвертор межэлектродный

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:

Табл. 5

1	Температура катода К	1000
2	Удельная мощность излучения оксида катода Вт/см2	2,7
3	Диаметр катодной трубки, мм	1
4	Длина не покрытых концов катода, мм	3
5	Активная длина катода, мм	12,2
6	Полная длина катодной трубки, мм	18,2
7	Толщина стенки катодной трубки, мм	0,05
8	Толщина оксидного слоя, мкм	50
9	Температура подогревателя К	1500
10	Удельное сопротивление подогревателя, ОМ см	0,000042
11	Удельная мощность излучения материала подогревателя, Вт/см2	8
12	Диаметр проволоки подогревателя, мм	0,11
13	Длина проволоки подогревателя, мм	96,9
14	Длина свиваемой проволоки подогревателя, мм	84,9
15	Длина спирали, мм	15,9
16	Внутренний диаметр катодной трубки, мм	0,9
17	Диаметр спирали подогревателя, мм	0,79
18	Шаг навивки спирали, мм	0,47
19	Активная поверхность анода, мм2	1,22
20	Действующее напряжение, В	3,28
21	Контактная разность потенциалов, В	0,8
22	Расстояние сетка - катод, мм	0,17
23	Шаг навивки сетки, мм	0,134
24	Диаметр навивочной проволоки, мкм	50
25	Расстояние сетка - анод, мм	1,14
26	Функции коэффициента заполнения сетки		0,00383
		Т	0,243
27	Полная мощность рассеиваемая анодом, Вт	6,9
28	Диаметр анода, мм	1,3
29	Активная длина системы электродов, мм	12,2
30	Доля мощности накала поглощаемая внутренней поверхностью анода	0,109
31	Удельная мощность излучения, Вт/см2	0,85
32	Мощность, рассеиваемая баллоном лампы, Вт	6,9
33	Диаметр баллона, мм	32
34	Средняя удельная мощность рассеиваемая баллоном, Вт/см2	0,38

Литература

1. Царев Б.М. «Расчет и конструирование электронных ламп» М., 1967 г.

2. Кацман Ю.А. «Электронные лампы: теория, основы расчета и проектирования» М., 1979 г.

3. Кацнельсон Б.В., Ларионов А.С. «Отечественные приемно-усилительные лампы и их зарубежные аналоги». М., 1974 г.

4. Власов В.Ф. «Электронные и ионные приборы».

5. Шерстнев Л.Г. «Электронная оптика и электроннолучевые приборы».

6. Соболева Н.А., Белемет А.Е. «Фотоэлектронные приборы».

7. Царев Б.М. «Расчет и конструирование электронных ламп».

Размещено на Allbest.ru