Методы определения статических параметров пентода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Факультет электронной техники
Кафедра электронных приборов
А.В. ШИРЯЕВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
по курсу
«Вакуумные и плазменные приборы и устройства»
для направления подготовки 210100
«Электроника и наноэлектроника»
2013 г.
Введение
Общие указания к решению задач
Материал сборника составлен так, чтобы он способствовал углублению
и закреплению теоретических знаний, а также вырабатывал навык в
решении практических вопросов и задач.
Прежде чем решить задачу или ответить на вопрос, надо понять их
сущность, смысл заданных величин, вспомнить физические процессы,
законы и соотношения, относящиеся к данному вопросу.
Очень полезно всегда начертить схему, относящуюся к задаче или вопросу,
и по этой схеме разобраться в том, где и как проходят токи, какие и где
имеются напряжения, каковы сопротивления отдельных участков схемы.
При вычерчивании схем надо пользоваться стандартными
изображениями элементов этих цепей.
Решение ряда задач производится с помощью характеристик
соответствующих приборов, их следует перечертить из справочника на
миллиметровую или клетчатую бумагу в удобном, не слишком мелком
масштабе.
На осях координат обязательно надо показать, какие величины на них
отложены и в каких единицах. Вдоль оси указывают значения этих величин
в равномерном масштабе.
Поскольку решения, связанные с графическими построениями на
характеристиках, как правило, получаются приближенными, то они могут
несколько отличаться от ответов, приведенных в сборнике. Расхождения в
ответах может быть также потому, что в различных справочниках
характеристики для одних и тех же приборов могут несколько отличаться
друг от друга.
Нередко бывает так, что помимо характеристик, приведенных в
справочнике, для решения нужны еще характеристики для каких – либо
промежуточных значений напряжений, а иногда и для напряжений,
лежащих за пределами имеющихся характеристик. Тогда, используя метод
линейной интерполяции или экстраполяции (метод пропорционального
деления), следует построить необходимые дополнительные характеристики.
Все аналитические решения следует делать по общеизвестным
правилам. Сначала надо написать исходные буквенные формулы, сделать,
если это нужно, соответствующие преобразования, получить конечные
формулы, а затем подставить в эти формулы числовые значения и
вычислять результат. Ход всех преобразований и вычислений должен быть
четко показан в решении задачи.
Вычисления, как правило, достаточно делать с точностью до третьего
знака, а в ряде случаев даже только до второго знака, так как исходные
данные обычно бывают известны с меньшей точностью.
Полученное в виде числового ответа решение, надо всегда стараться
проверить каким – либо способом. Иногда в вычислениях бывает допущена
ошибка, и порядок величин в ответе получается неправильным. Полезно
оценить результат, вычислив его приближенно путем округления величин, с
которыми производятся действия, до удобных для вычисления чисел.
Некоторые задачи можно решить несколькими способами. Весьма
полезно проделать эти решения. Помимо того, что это дает дополнительную
тренировку, сопоставляя решения, можно сделать выводы о том. Какие
методы решения являются наиболее рациональными. Всегда следует
считать лучшим тот метод решения, который проще, т.е. требует меньшего
числа действий.
1. Двухэлектродные лампы
1.1. Определить анодный ток диода цилиндрической конструкции, если
диаметр анода da = 2см, диаметр катода dк = 4мм, эффективная длина анода
la = 3,5см, анодное напряжение Ua = 550В.
(Ia= 20мА)
1.2. Диод с плоскопараллельными электродами работает в режиме
объемного заряда. Анодный ток Ia =20мА при анодном напряжении
Ua=100В. Полагая, что для диода справедлив закон степени «3/2»,
определить: а) при каком анодном напряжении анодный ток увеличиться
вдвое; б) чему будет равен анодный ток, если анодное напряжение
увеличить в два раза; в) какой ток может быть получен в диоде аналогичной
конструкции, но с увеличенной вдвое площадью эффективной поверхности
и уменьшенным вдвое расстоянием между электродами, при условии, что
анодное напряжение Ua=100В.
(а) Ua≈159В; б) Ia=56,6мА; в) Ia = 160мА)
1.3. Диод с плоскопараллельными электродами работает в режиме
объемного заряда. Анодный ток Ia = 100мА при анодном напряжении 30В.
Предполагая, что для диода справедлив закон степени «3/2», определить,
при каком анодном напряжении анодный ток будет равен 20мА.
(Ua =10,3В)
1.4. Два диода с цилиндрической конструкцией электродов работают в
режиме объемного заряда. Они имеют одинаковые размеры анодов (диаметр
da =4мм, длина – 2см), но различные диаметры катодов. Диаметр одного
катода 0,1мм, другого – 1,5мм. Сравните величины анодных токов в этих
диодах при анодном напряжении 25В. Предполагается, что для диодов
справедлив закон степени «3/2».
(Ia2 / Ia1 =1,82)
1.5. Диод цилиндрической конструкции имеет следующие размеры
электродов: диаметр анода da = 1см, диаметр катода dк = 0,16см, длина анода
la =1,8см. При рабочей температуре ток эмиссии этого диода. Чему равен
анодный ток, если: а)Ua = 50В; б) Ua = 100В. Предполагается, что в режиме
объемного заряда справедлив закон степени «3/2».
(а)Ia1=21,8мА; б) Ia2= 40мА)
1.6. Анодный ток некоторого диода выражается зависимостью Ia= k U an .
Определить коэффициент k и показатель степени n, если известно, что при
анодном напряжении Ua=100В анодный ток Iа=10мА, а при анодном
напряжении Ua=10В анодный ток Iа = 0,3мА.
(k =9.10–6, n= 1,52)
1.7. Ток, протекающий в некотором идеальном диоде, характеризуется
следующими зависимостями: I  (T 2 / 100)е20000/Т – в режиме насыщения;
I  0, 01U a3/2 – в режиме объемного заряда. Какое минимальное анодное
напряжение должно быть приложено для работы диода в режиме
насыщения, если рабочая температура катода Т=2000К.
(Ua= 32В)
1.8. Нарисовать теоретические и реальные характеристики диода для трех
значений напряжения накала. Объяснить причины, вызывающие отклонение
реальных характеристик от теоретических в режимах тормозящего поля,
объемного заряда и насыщения. Объяснить, от каких факторов зависит
величина анодного тока диода на начальном участке характеристики.
1.9. Изобразить и объяснить анодные характеристики для двух диодов,
отличающихся только: а) диаметром анодов; б) материалами катодов.
1.10. Рассчитать и построить на графике анодную характеристику кенотрона
6Ц4П при изменении анодного напряжения от 0 до 25В, если длина анода la
= 11,3мм, диаметр анода da = 2,62мм, диаметр катода dк = 1,54мм.
Предполагается, что для кенотрона справедлив закон степени «3/2». На этом
же графике построить характеристику кенотрона, взятую из справочника.
Объяснить причины различия.
1.10. Определить относительное увеличение тока эмиссии в диоде
цилиндрической конструкции за счет наличия внешнего ускоряющего
электрического поля у поверхности катода. Диод имеет следующие данные:
диаметр катода dк = 4мм, диаметр анода da = 2см, анодное напряжение Ua =
1000В, температура катода Тк =1000К.
(IэЕ/ Iэ = 1,27; (Ек =
Ua
r
rк ln a
rк
= 3120В/см))
1.11. При изменении анодного напряжения на 2В анодный ток диода
изменился на 4мА. Определить крутизну S и внутреннее сопротивление Ri
диода.
(S=2мА/В; Ri =500 Ом)
1.12. В плоскопараллельном диоде, работающем в режиме объемного
заряда, действующая поверхность анода Fa = 6см2, расстояние от катода до
анода ra = 2мм. Рассчитать параметры диода S, Ri и R0 при анодном
напряжении Ua = 50В. Для данного диода справедлив закон степени «3/2».
(S=3,7мА/В; Ri =667 Ом; R0 =405 Ом)
1.13. В плоскопараллельном диоде, работающем в режиме объемного
заряда, анодный ток равен 100мА при анодном напряжении 100В. Считая,
что справедлив закон степени «3/2», определить: а) чему равны S, Ri и R0
при Ua = 100В; б) чему равны S, Ri и R0 при Ua = 50В.
1.14. Некоторый диод имеет вольт–амперную характеристику, описываемую
следующим выражением: I a  0, 259U a1,37 , где Ia – анодный ток, мА; Ua –
анодное напряжение, В. Определить аналитически: R0 при Ua =1,4,7,10,30В;
Ri в тех же точках и объяснить причину расхождения; построить вольт–
амперную характеристику и определить из нее R0 и Ri графически.
Ответ:
Параметр
Напряжение анода, В
1
4
7
10
30
R0, кОм 3,86
2,31 1,88 1,6 1,1
Ri, кОм
2,57
1,54 1,25 5
0,73
1.15. Уравнение анодного тока диода I a  5  104 U a3/2 . Найти анодный ток,
крутизну характеристики S, сопротивление постоянному току R0 и
внутреннее сопротивление диода Ri для случаев, когда анодное напряжение
равно 4 и 25В.
(при Ua = 4В I =4мА, S = 1,5 мА/В, R0 =1кОм, Ri=667 Ом; при Ua =25В
I =62,5мА, S = 3,75 мА/В, R0 =400Ом, Ri=267 Ом)
1.16. По анодной характеристике диода (рисунок 1) определить крутизну S,
сопротивление постоянному току R0 и внутреннее сопротивление
переменному току Ri для точек, соответствующих напряжениям Ua , равным
4,8,16, 24 и 28В. Построить график зависимости параметров от анодного
напряжения и объяснить эти зависимости.
Рис. 1
Ответ:
Параметр
S, мА/В
R0, Ом
Ri, Ом
Напряжение анода, В
4
8
16
24
2
2,5
4
5
667
534
382
316
500
400
250
200
28
8
266
125
1.17. Через диод, анодная характеристика которого представлена на рисунке
1, проходит ток 80мА. Определить мощность, выделяемую на аноде.
(Ра = 8Вт)
1.18. В некотором диоде, работающем в режиме объемного заряда, анодный
ток Ia = 5мА при анодном напряжении Ua =100В. Определить максимальное
анодное напряжение, при котором мощность, выделяемая на аноде, не
превысит 16Вт. Для данного диода справедлив закон степени «3/2».
(Ua =403В)
1.19. В некотором диоде, работающем в режиме объемного заряда, анодный
ток Ia =50 мА при анодном напряжении Ua = 30В. Какой максимальный ток
через диод можно пропустить, если мощность, выделяемая на аноде, не
должна превышать 3,2Вт? Предполагается, что для диода справедлив закон
степени «3/2».
(Iamax =16мА)
1.20. Диод имеет следующие данные: предельная мощность, выделяемая на
аноде, Ра пред=15Вт, напряжение накала Uн =5В, ток накала Iн =1А, анодная
I a  103 U a3/2 .
характеристика описывается уравнением:
Определить
предельный анодный ток и предельное анодное напряжение, если 70%
мощности, подводимый к катоду, выделяется на аноде.
1.21. В анодную цепь диода включен нагрузочный резистор с
сопротивлением Ra = 200 Ом. Чему равно напряжение источника анодного
питания, если при анодном токе Ia = 300мА анодное напряжение равно 60В.
(Еа = 120В)
1.22. Линия нагрузки диода, нагруженного сопротивлением Ra ,пересекает
ось Ia в точке, соответствующей 50мА. Определить Ra , если напряжение
источника анодного питания Еа = 200В.
(Ra = 4кОм)
1.23. Диод включен в схему по рисунку 2. Напряжение источника анодного
питания Еа = 100В, сопротивление резистора нагрузки Ra = 250 Ом.
Определить анодный ток диода, анодное напряжение, напряжение на
нагрузке и мощность, выделяемую на аноде. Анодная характеристика диода
изображена на рисунке 3.
Рис.2
Рис.3
Решение. Используя уравнение линии нагрузки I a  ( Ea  U a ) / Ra ,
нанесем на анодную характеристику диода для заданного Ra =250 Ом линию
нагрузки (нагрузочную прямую). Для построения нагрузочной прямой
достаточно двух точек. Задаваясь значением Ia = 0, получим Ua = Ea = 100В,
при Ua = 0 Ia= Ea/ Ra= 400мА. Через эти точки проводим линию нагрузки.
Точка пересечения линии нагрузки с анодной характеристикой будет
рабочей точкой Т. Проекция рабочей точки на ось ординат определит
значение анодного тока Ia, протекающего через лампу, проекция рабочей
точки на ось абсцисс – анодного напряжения Ua.
Как видно из рисунка 3, Ia=210мА, Ua= 47В. Напряжение на нагрузке
определяется отрезком оси абсцисс, соответствующим разности напряжения
источника анодного питания Ea и анодного напряжения Ua, т.е. в нашем
случае UR=53В. Мощность, выделяемая на аноде лампы, Ра = Ia. Ua =
=210.10–3 . 47 ≈ 9,9Вт.
1.24. В анодную цепь диода включен резистор нагрузки с сопротивлением
Ra =200 Ом (рисунок 2). Определить анодный ток, анодное напряжение и
падение напряжения на нагрузке, если Еа равно 60,80 и 120В. Анодная
характеристика лампы изображена на рисунке 3.
(а) Ia = 130мА, Ua = 34В, UR = 26В;
б) Ia = 180мА, Ua = 43В, UR = 37В;
в) Ia = 305мА, Ua = 59В, UR = 61В)
1.25. Диод, анодная характеристика которого представлена на рисунке 3,
соединен с источником питания Еа через резистор нагрузки Ra. Определить:
а) анодный ток диода Ia; б) анодное напряжение Ua; напряжение на нагрузке
UR, если Еа равно 200,100 и 200В, а Ra , соответственно, 4000, 500 и 200 Ом.
(а) Ia = 330мА, Ua = 63В, UR = 137В;
б) Ia = 440мА, Ua = 77В, UR = 23В;
в) Ia = 550мА, Ua = 90В, UR = 110В)
1.26. В анодную цепь диода включен источник питания Еа = 100В (рисунок
2). Определить анодный ток лампы Ia, анодное напряжение Ua и падение
напряжения на нагрузке UR, если сопротивление резистора нагрузки Ra
равно 400 Ом, 200 Ом , 0 Ом. Какая мощность выделяется во всех случаях
на аноде лампы? Анодная характеристика диода изображена на рисунке 3.
(а) Ia = 155мА, Ua = 39В, UR = 61В, Ра = 5,88Вт;
б) Ia = 247мА, Ua = 51В, UR = 49В, Ра = 12,6Вт;
в) Ia = 630мА, Ua = 100В, UR = 0В, Ра = 63Вт (превышает
предельную мощность, режим работы недопустим))
1.27. Построить рабочую характеристику диода (статическую анодную
характеристику взять из справочника) при изменении напряжения
источника анодного питания от 0 до 100В, если сопротивление резистора,
включенного в анодную цепь, равно 250 Ом.
1.28. В схеме, изображенной на рисунке 4, Еа = 200В, Ra = 15кОм, Rк =
3кОм, Ia = 10мА. Найти: а) потенциалы катода и зажимов источника Еа,
принимая потенциал земли за нулевой; б) потенциалы тех же точек для
случаев, если нулевым считать потенциал катода и если нулевым считать
потенциал анода.
Рис. 4
Рис. 5
1.29. Для диода, анодная характеристика которого приведена на рисунке 1,
приведена схема питания, изображенная на рисунке 5. Напряжение
анодного источника Еа = 60В, R1 = 200 Ом, R2= 500 Ом. Найти анодный ток
и анодное напряжение.
(Ia = 63мА, Ua = 20В)
1.30. Диод питается через делитель (рисунок 5). Напряжение анодного
источника 160В, анодное напряжение 80В, анодный ток 6мА и ток делителя
2мА. Найти ток делителя в случае, если выключить накал катода.
(3,2мА)
1.31. Емкость анод–катод Сак диода равна 4пФ, а его внутреннее
сопротивление переменному току Ri = 500 Ом. Найти сопротивление Сак на
частотах 400Гц и 400МГц. Начертить эквивалентную схему диода для
переменного тока и выяснить, каково шунтирующее влияние емкости на
этих частотах.
(На частоте 400Гц Хс = 100 Ом и шунтирующее влияние емкости
практически отсутствует. На частоте 400МГц Хс = 10–4Ом и емкость сильно
шунтирует диод)
2. Триоды
Статический режим
2.1. Изобразить примерную кривую распределения потенциала между
катодом и анодом триода для разных напряжений управляющей сетки и при
постоянном положительном напряжении анода в отсутствие и при наличии
объемного заряда.
2.2. Изобразить примерную кривую распределения потенциала между
катодом и анодом триода для разных анодных напряжений и постоянного
отрицательного напряжения сетки в отсутствие и при наличии объемного
заряда.
2.3. Определить действующее напряжение в триоде при трех значениях
отрицательного напряжения сетки (–1, –2, –3В), если анодное напряжение
Ua=100В, прямая проницаемость D=0,03. Поясните, от каких факторов
зависит величина прямой проницаемости D.
Указание. Действующее напряжение триода Uд=(Uc+D Ua)/(1+D+D/), где
D – прямая проницаемость; D/ – обратная проницаемость. Поскольку D и D/
как правило, значительно меньше единицы, то практически Uд ≈ (Uc+D Ua).
Для данной задачи Uд равно –2, –1, 0В.
2.4. Рассчитать и построить семейство анодных характеристик триода
плоской конструкции, соответствующих напряжениям управляющей сетки
Uc, равным 0, –2, –4 и –6В. Известно, что площадь действующей
поверхности анода Fa = 4см2, расстояние между сеткой и катодом rск=0,2см,
расстояние между катодом и анодом rак=0,5см, прямая проницаемость
лампы D =0,05.
Указание. Для нахождения анодного тока при отрицательных напряжениях
сетки можно воспользоваться приближенной формулой:
I a  I к  2,33  106
Fa
(U c  DU a )3/2 .
rск rак
Используя эту формулу, вначале следует построить характеристику Iк = f(Ua)
при Uc=0. Затем эту характеристику следует смещать вправо на величину
Uc/D в соответствии с заданными значениями сеточного напряжения.
2.5. Объяснить, как по величине проницаемости и одной из анодно–
сеточных характеристик триода построить семейство анодно–сеточных
характеристик в области отрицательных сеточных напряжений.
2.6. По семейству анодных характеристик триода 6С1П, изображенному на
рисунке 6, построить семейство анодно–сеточных характеристик для трех
значений анод
Рис. 6
Рис. 7
2.7. По семейству анодно–сеточных характеристик триода 6С34А,
изображенному на рисунке 7, построить семейство его анодных
характеристик для значений напряжений сетки –1, –2, –3, –4В.
2.8. Изменение анодного тока ΔIa =4мА получается в триоде либо
изменением анодного напряжения ΔUa=50В, либо изменением сеточного
напряжения ΔUс = 1,25В. Определить крутизну характеристики S,
внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления μ.
(S=3,2мА/В, Ri = 12,5кОм, μ=40)
2.9. Внутреннее сопротивление триода переменному току Ri = 10кОм. На
сколько миллиампер уменьшится анодный ток, если при постоянном
сеточном напряжении анодное напряжение изменится от 100 до 80В.
2.10. Коэффициент усиления триода μ=50. Если изменить напряжение сетки
Uс на 2В, поддерживая анодное напряжение постоянным, то анодный ток
изменится на 10мА. На сколько вольт нужно изменить анодное напряжение,
поддерживая сеточное напряжение постоянным, чтобы анодный ток
изменился на 20мА?
(на 200В)
2.11. На основании приведенных ниже данных найти приблизительные
значения параметров триода:
Ia,мА = 3,0; 4,0; 4,0; 4,6
Uс,В = –3; –3; –2; –2
Uа,В = 200; 225; 185; 200
(S =1,6мА/В; Ri =12,5кОм; μ=20)
2.12. Составьте схему, с помощью которой можно было бы снять
статические характеристики и определить параметры триода. Каким
образом можно определить статические параметры в этой схеме, не снимая
семейства статических характеристик?
2.13. Объяснить, почему коэффициент усиления триода μ зависит слабее
от расстояния сетка–катод, чем крутизна S? Почему μ имеет максимальное
значение при определенном отношении расстояния катод–сетка к
расстоянию сетка–анод?
2.14. Уравнение анодного тока триода:
I a  65  106 (17U c  U a )  0,33  106 (U c  U a ) 2 .
Определить анодный ток Ia, внутреннее сопротивление Ri и крутизну
характеристики в рабочей точке при Uс= –10В и Uа = 200В.
(Ia = 2,25мА; S =1,57мА/В; Ri =11,8кОм)
2.15. Вольт–амперная характеристика некоторого триода определяется
I a  0, 00384(U a  42,5U c )3/2 мА .
следующим
выражением:
Требуется
определить величины параметров лампы S, Ri и μ при анодном напряжении
Ua= 300В и напряжении сетки Uс= – 4В.
(S =2,8мА/В; Ri =15,2кОм; μ=42,5)
2.16.Уравнение анодного тока триода: I a  0, 0125(U a  21U c )3/2 мА . Определить
параметры лампы при напряжении Ua= 100В и напряжении сетки Uс= –2В.
(S = 3мА/В; Ri =7кОм; μ=21)
2.17. Две лампы, имеющие различные параметры, соединены параллельно.
Параметры ламп следующие: μ1=50, S1= 5мА/В; μ2=20, S1= 2,5мА/В.
Определить эквивалентные μ, S и Ri этой комбинации.
(Sэкв = 7,5мА/В; Riэкв = 4,45кОм; μэкв= 33,4)
2.18. Триод имеет следующие параметры: коэффициент усиления μ=36,
крутизна S = 4мА/В. При анодном напряжении Ua= 150В и напряжении
сетки Uс= –3В анодный ток Ia = 3мА. На сколько вольт нужно изменить
напряжение сетки Uc, чтобы при данном анодном напряжении анодный ток
увеличился вдвое? На сколько вольт нужно изменить анодное напряжение,
чтобы при постоянном Uc анодный ток достиг исходного значения?
(ΔUc= 0,75В, ΔUа = 27В)
2.19. Из семейства анодных характеристик триода, изображенного на
рисунке 6, определить: а) соответствующие анодные напряжения, при
которых напряжение сетки остается постоянным и равным нулю, если
анодный ток изменится от 17,5 до 22,5мА; внутренне сопротивление
переменному току Ri.
(Ua1 =140В, Ua2=175В, Ri=7кОм)
2.20. Пользуясь семейством анодных характеристик, изображенном на
рисунке 6, определить: а) на сколько вольт нужно изменить напряжение
сетки, чтобы при постоянном и равном 160В анодном напряжении
анодный ток изменился от 7,5 до 15мА; крутизну характеристики S.
(ΔUc = 2В, S = 3,75В)
2.21. Из семейства анодных характеристик, изображенного на рисунке 6,
определить: а) рабочую точку, соответствующую напряжению сетки Uc = –
2В и анодному току Ia = 17,5 мА; б) изменение анодного напряжения ΔUа,
необходимое для того, чтобы анодный ток оставался постоянным и равным
17,5мА, если напряжение сетки изменяется от –1 до –3В; в) коэффициент
усиления μ.
( б) ΔUа= 60В, в) μ=30)
2.22. По семейству анодно–сеточных характеристик триода (рисунок 6)
определить крутизну S, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент
усиления μ в рабочей точке при Ua = 240В и Uc = –4В. Проверить
правильность расчетов.
(S ≈ 3,75мА/В; Ri ≈ 8кОм; μ ≈30)
2.23. По семейству анодно–сеточных характеристик триода (рисунок 8)
определить крутизну S, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент
усиления μ в рабочей точке при Ua = 200В и Uc =–3В. Проверить
правильность расчетов.
(S ≈ 3,25мА/В; Ri ≈7,8кОм; μ ≈25)
2.24. По семейству анодных характеристик триода (рисунок 6) для точек,
соответствующих напряжению управляющей сетки Uc=–2В и напряжениям
анода 100,150,200,250В определить сопротивление триода постоянному
току R0 и сопротивление триода переменному току Ri , крутизну
характеристики S и коэффициент усиления μ. Построить графики
зависимости: R0=f(Ua), S=f(Ua), Ri= f(Ua), μ= f(Ua). Объяснить эти
зависимости.
Параметр
S, мА/В
R0, кОм
Ri,кОм
μ
100
2,25
25
10
23
Напряжение анода,В
150
200
250
3,6
4,1
4,6
15
11,4
10
7,9
7,3
6,4
28
30
30
Рис. 8
2.25. По семейству анодно–сеточных характеристик триода (рисунок 7)
определить крутизну характеристики S, сопротивление триода
постоянному току R0 и сопротивление триода переменному току Ri и
коэффициент усиления μ для точек, соответствующих анодному
напряжению Ua =120В и напряжениям сетки Uc, равным –2, –3, –3,5 и
–4,5В. Построить графики зависимости параметров от сеточного
напряжения: R0=f(Uс), S=f(Uс), Ri= f(Uс), μ= f(Uс). Объяснить эти
зависимости.
Параметр
S, мА/В
R0, кОм
Ri,кОм
μ
Напряжение управляющей сетки,В
–2
–3
–3,5
–4,5
5,35
4
3,26
1,5
11,7
20,6
30
8
4,65
5,35
6,9
11,7
25
25
22
20
2.26. Известно, что при анодном напряжении Ua =200В триод запирается
при напряжении сетки Ucзап= – 8В. Определить внутреннее сопротивление
Ri, если крутизна S= 2мА/В.
(Ri = 12,5кОм)
2.27. Коэффициент усиления триода μ=30. При каком анодном напряжении
появится анодный ток, если напряжение сетки Uc = –8В.
(Ua =240В)
2.28. Крутизна характеристики S=7мА/В, внутреннее сопротивление
Ri=3,2кОм, анодное напряжение Ua =200В. Определить: а) коэффициент
усиления μ, напряжение запирания Ucзап; б) на сколько вольт нужно
уменьшить анодное напряжение, чтобы анодно–сеточная характеристика
сдвинулась вправо на 2В.
(а) μ=22,4; Ucзап≈ – 9В; б) на 44,8В)
2.29. Крутизна характеристики триода S=5мА/В. Известно, что при
анодном напряжении Ua =100В лампа запирается при напряжении сетки
Ucзап= –4В. Определить: а) внутреннее сопротивление Ri и коэффициент
усиления μ; б) на сколько вольт (и в какую сторону) сместиться анодно–
сеточная характеристика, если анодное напряжение увеличится на 100В.
(Ri=5кОм; μ=25; б) на 4В влево)
2.30. Известно, что триод запирается при напряжении сетки Ucзап= –10В.
Известно также, что коэффициент усиления этого триода μ=30 и что при
изменении напряжения сетки на 2В анодный ток изменяется на 6мА.
Определить: а) параметры S и Ri; б) при каком анодном напряжении
снималась анодно–сеточная характеристика.
(S ≈ 3мА/В; Ri ≈10кОм; б) Ua =300В)
2.31. Дана анодная характеристика триода, снятая при напряжении сетки
Uc= –2В. Известно также, что коэффициент усиления этого триода μ=20 и
что при изменении напряжения анода на 20В анодный ток изменяется на
2мА. Определить: а) параметры S и Ri; б) чему равно напряжение
запирания Uазап.
(S ≈ 2мА/В; Ri ≈10кОм; б) Uaзап =40В)
2.32. Даны две анодно–сеточные характеристики триода, снятые при
Ua1=80В и при Ua2=120В. Коэффициент усиления этого триода μ=20.
Определить напряжение запирания для каждой из характеристик Ucзап1 и
Ucзап2 и напряжение сдвига.
(Ucзап1= –4В; Ucзап2= –6В; ΔUcдв= 2В)
2.33. Крутизна характеристики триода S ≈ 4,5мА/В, внутреннее
сопротивление Ri ≈ 8кОм. Анодно–сеточную характеристику этого триода
нужно сдвинуть на 2В. На сколько вольт нужно для этого изменить
анодное напряжение?
(на 72В)
2.34. Даны два триода, коэффициент усиления первой лампы μ1 =100,
второй – μ2 =10. Обе лампы работают при одинаковых анодных
напряжениях Ua=200В. Определить6 а) чему равно напряжение запирания
каждой лампы; б)как различается напряжение сдвига анодно–сеточных
характеристик у обеих ламп.
(а)Ucзап1= –2В; Ucзап2= –20В; б) в 10 раз)
Рабочий режим
2.35. Триод включен в схему, изображенную на рисунке 9. Напряжение
источника питания анодной цепи Еа =300В, сопротивление резистора
нагрузки Ra =5кОм, амплитуда синусоидального входного сигнала Umc =3В.
Пользуясь семейством анодно–сеточных характеристик, изображенном на
рисунке 8, для напряжений смещения –3, –6 и –9В требуется: а) построить
временные диаграммы анодного тока и входного напряжения; б) найти
координаты рабочей точки (Ia0, Ua0 , Ес); графическим путем определить
максимальные и минимальные значения анодного тока и амплитуды
переменных составляющих анодного тока; г) объяснить, почему
амплитуды переменных составляющих анодного тока получились
различными; каким образом выбор рабочей точки влияет на усиление
сигнала; произвести качественную оценку степени нелинейных искажений.
Рис. 9
2.36. Триод работает в схеме усиления напряжения (рисунок 9).
Напряжение источника питания анодной цепи Еа =300В. Для
сопротивлений резисторов нагрузки Ra, равных 5,10, 25 и 50кОм,
определить: а) анодный ток, анодное напряжение и напряжение на
нагрузке при напряжении смещения Ec= –2В; б) величину сопротивления
нагрузки, при котором рабочая точка соответствует Ia0=7,5мА, Ес= –4В при
Еа=260В. Анодные характеристики триода изображены на рисунке 6.
( а)
Искомые
величины
Ia0, мА
Ua0,В
UR0,В
Сопротивление нагрузки Ra, кОм
5
10
25
50
18,5
13
7
4
207,5
170
125
100
92,5
130
175
200
б) Ra =10,7кОм)
2.37. По семейству статических анодно–сеточных характеристик триода
(рисунок 7) построить рабочую анодно–сеточную характеристику, если
напряжение источника питания анодной цепи Еа =140В и сопротивление
резистора нагрузки Ra=10кОм.
2.38. Используя анодные характеристики триода, изображенные на рисунке
6, построить рабочие анодно–сеточные характеристики для сопротивлений
нагрузки Ra, равных 0,10,15,25кОм и напряжении источника питания
анодной цепи Ea= 250В.
2.39. Пользуясь справочником, на семействах анодных и анодно–сеточных
характеристик триода (тип триода задается преподавателем) указать
рабочую область, для чего провести линии: а) ограничивающую
возможность появления искажений из–за нелинейности характеристик; б)
ограничивающую возможность появления сеточных токов; в) предельной
мощности, выделяемой на аноде.
2.40. Триод, семейство анодных характеристик которого, представлено на
рисунке 10, работает в усилительном каскаде. Напряжение источника
питания анодной цепи триода Еа = 180В, напряжение смещения Ес = –2В,
сопротивление резистора нагрузки Ra=20кОм. Амплитуда напряжения
сигнала Umc= 1,5В. Определить постоянную составляющую анодного тока
Ia0, амплитуду переменной составляющей анодного тока Ima, постоянную
составляющую анодного напряжения Ua0, амплитуду переменной
составляющей анодного напряжения Uma, выходную мощность Рвых и
мощность, выделяемую на аноде, Ра. Выяснить, допустим ли такой режим
работы, если предельная мощность, выделяемая на аноде, Рапред=1,8Вт.
Рис. 10
(Ia0=3,2мА, Ima= 1,7мА, Ua0 =110В, Uma = 34В; Рвых= 28,9 мВт, Ра=176 мВт.
Режим работы допустим).
2.41. Триод 6С51Н работает в схеме усиления напряжения. Напряжение
источника питания анодной цепи триода Еа = 100В, напряжение смещения
Ес = –2,5В. Требуется определить: а) напряжение анода Ua0 и напряжение на
нагрузке UR0 при сопротивлениях нагрузки Ra , равных 0,5,10 и 15 кОм; б)
амплитуду переменной составляющей анодного тока Ima и коэффициент
усиления каскада k для каждого из резисторов, если амплитуда
синусоидального входного сигнала Umc= 1В. Анодные характеристики
триода приведены на рисунке 11.
Рис. 11
Искомые
величины
Ua0,В
UR0,В
Ima,мА
k
Сопротивление нагрузки Ra, кОм
0
5
10
15
100
85
80
70
0
15
20
30
0,8
2,4
1,5
1,1
0
12
15
16,5
2.42. Триод 6С51Н, анодные характеристики которого даны на рисунке 11,
работает в усилительном каскаде. Сопротивление резистора нагрузки в
анодной цепи Ra=8кОм. Напряжение источника питания в анодной цепи
Еа = 100В, напряжение смещения Ес = –1,5В. В цепь сетки включено
переменное синусоидальное напряжение с амплитудой Umc= 1В. Построить
рабочую анодную характеристику и определить: а) выходную мощность,
выделяемую на нагрузке Рвых; б) мощность, выделяемую на нагрузке
постоянной составляющей анодного тока, РR0; в) мощность, выделяемую
на аноде, Ра; г) полную мощность, потребляемую в анодной цепи, Р0; д)
к.п.д. анодной цепи.
( а)Рвых = 25мВт; б)РR0 =140 мВт; в) Ра =295мВт; г) Р0= 460мВт; д) η=5,4%)
2.43. Произвести те же вычисления, что и в задаче 2.42, при условии, что
напряжение источника питания анодной цепи Еа = 120В. Объяснить,
почему в этом случае к.п.д. ниже.
( а)Рвых = 27мВт; б)РR0 =186 мВт; в) Ра =532мВт; г) Р0= 745мВт; д) η=3,6%)
2.44. Триод 6Н1П работает в схеме усиления с активной нагрузкой в
анодной цепи. Напряжение источника анодного питания Еа = 300В.
Требуется: а) выбрать величину резистора Ra и рабочую точку,
позволяющие получить максимальную амплитуду выходного напряжения
при минимальных искажениях усиливаемого сигнала в безопасном для
лампы режиме; б) определить напряжение смещения Ес, постоянные
составляющие анодного тока Ia0, анодного напряжения Ua0 и напряжения на
нагрузке UR0; в) определить амплитуду входного напряжения Umc,
переменные составляющие анодного тока Ima, и напряжения на нагрузке
UmR; г) определить коэффициент усиления каскада k, рабочую крутизну Sр,
предварительно построив рабочую анодно–сеточную характеристику и
входную рабочую емкость Свх. раб, отыскав значения статических
междуэлектродных емкостей в справочнике; д) определить полезную
выходную мощность, выделяемую на нагрузке Рвых; мощность, выделяемую
на аноде, Ра, полную мощность, потребляемую в анодной цепи, Р0 и к.п.д.
анодной цепи η; е) на характеристике слева от оси ординат построить
кривую Ia = f(t).
Указания. 1. В задаче требуется выбрать режим для наибольшего усиления
по напряжению при минимальных искажениях. Для этого следует провести
линию нагрузки (выбрать ее наклон) так, чтобы величина горизонтального
катета в треугольнике полезной мощности была по возможности большей.
Для выполнения этого условия наклон линии нагрузки должен быть
меньшим, что будет соответствовать включению большого по величине
сопротивления нагрузки Ra. На практике берут обычно Ra =(3÷4) Ri.
2. Построение рабочей анодно–сеточной характеристики можно
осуществить путем переноса точек пересечения рабочей анодной
характеристики со статическими характеристиками, снятыми при
определенных значениях сеточного напряжения. Эти точки переносят на
плоскость анодно–сеточных характеристик, где по оси абсцисс отложены
напряжения сетки.
2.45. Триод 6С34А, анодные характеристики которого изображены на
рисунке 12, работает в схеме по рисунку 13.
Рис. 12
Рис. 13
Нагрузкой служит резистор с сопротивлением Ra = 10кОм, шунтированный
дросселем, обладающим бесконечно большой самоиндукцией Lдр= ∞ и
сопротивлением rдр =0. Напряжение источника питания анодной цепи Еа
=140В, напряжение смещения Ес= – 4В, амплитуда синусоидального
входного сигнала Umc = 4В. Определить: а) постоянную составляющую
анодного тока Ia0, б) амплитуду переменной составляющей анодного тока
Ima, в) амплитуду переменной составляющей анодного напряжения Uma, г)
величину полезной выходной мощности Рвых; мощности, подводимой к
лампе, Р0; мощности, выделяемую на аноде, Ра; д) коэффициент усиления
каскада и к.п.д. анодной цепи η.
(а) Ia0 =5мА; б) Ima = 5,2мА; в) Uma =52В; г) Рвых =0,13Вт; Р0 =0,7Вт; Ра =
0,57Вт; д) k =13; η = 18,6%.
Указания. Для постоянной составляющей анодного тока, когда переменное
сеточное напряжение равно нулю, величина сопротивления нагрузки rдр = 0.
Поэтому по постоянному току лампа работает в режиме без нагрузки.
Следовательно, рабочей точке должно соответствовать напряжение Еа, а не
Ua0 = Eа – Ia0Ra, т.е. рабочая точка должна находиться на прямой,
параллельной оси ординат, исходящей из точки с координатами Ia=0, Ua =
Eа. Точка пересечения этой прямой с характеристикой, снятой при
напряжении сетки Uc=Ec, определит рабочую точку.
Для переменного тока сопротивление нагрузки равно Ra (индуктивное
сопротивление ωLдр=∞), поэтому нагрузочная кривая для переменного тока
должна проходить через рабочую точку под углом α = arctgm/nRa (где m и n
– масштабные коэффициенты по осям тока и напряжения) к оси абсцисс.
Для построения нагрузочной прямой рекомендуется вначале из точки с
координатами Ia=0, Ua=Ea провести вспомогательную прямую, которая
пересекла бы ось ординат в точке Ia=Ea/Ra. Затем через рабочую точку
нужно провести прямую, параллельную вспомогательной. Эта прямая и
будет искомой нагрузочной прямой для анодной цепи. Дальнейший расчет
ведется обычным способом.
2.46. Рассчитать сопротивление резистора в цепи катода для
автоматического смещения Rк, необходимое для получения на сетке
напряжения смещения Ес= –4В и мощность, выделяемую на этом резисторе,
если ток покоя Ia0 =10мА.
Решение. Сопротивление резистора Rк определим из формулы:
Rк  Ес / I a 0  4 / 10 103  400Ом
Мощность, выделяемая на резисторе Rк:
Рк  I a20 Rк  10  103   400  4  102 Вт.
2
2.47. Определить сопротивление резистора Rк и емкость конденсатора Ск в
цепи автоматического смещения, если ток покоя Ia0 =8мА, напряжение
смещения Ес= –4В и диапазон усиливаемых частот f = 50÷105Гц.
Решение. Сопротивление резистора Rк определим из формулы:
Rк  Ес / I a 0  4 / 8 103  500Ом
Емкость выбираем из условия, чтобы ее сопротивление на низшей
частоте сигнала было значительно меньше сопротивления Rк, т.е.
1
1

 0,1Rк ,
н Ск 2 f н Ск
откуда
Cк 
1
 64  106 Ф  64 мкФ.
6,
28

50

0,1

500


2.48. Триод 6С34А включен в схему по рисунку 14. Пользуясь анодными
характеристиками триода (рисунок 12), определить анодный ток Ia0, анодное
напряжение Ua0, напряжение сетки Ес (координаты рабочей точки), если Ra=
15,5кОм, Rк =0,5кОм и Еа = 160В.
Рис. 14
Решение. Из рисунка 14. согласно второму закону Кирхгофа, следует:
Еа=IaRa+Ua+IaRк.
Решая это уравнение относительно Ia , получим уравнение линии
нагрузки:
Ia =( Еа– Ua)/( Ra+Rк).
Полагая в нем Ia=0, получим первую точку линии нагрузки: Ua = Еа =
= 160В, а при Ua=0 – вторую точку линии нагрузки:
Ia 
Ea
160

 10 мА .
Ra  Rк (15,5  0,5)  103
Нанесем эту линию нагрузки на семейство анодных характеристик
(рисунок 15).
Рис. 15
На рисунке 14 напряжение сетки Ес = –Ia0Rк. Это уравнение называется
уравнением линии смещения. Чтобы найти координаты рабочей точки,
нужно на семейство анодных характеристик нанести линию смещения.
Задаваясь значениями напряжения Ес и подставляя их в последнее
уравнение, получим значения тока Ia. Результаты вычислений приведены
ниже.
Ес,В . . . . . . . . . .0 –1 –2 –3 –4 –5
IaмА . . . . . . . . .0 2 4 6 8 10
Построенная по этим данным линия смещения показана на рисунке 15.
Точка пересечения линии нагрузки с линией смещения определит рабочую
точку Т. Проецируя рабочую точку на ось ординат, получим значение
анодного тока Ia0 = 4,2мА, а на ось абсцисс – значение анодного напряжения
Ua0 =92В. Напряжение сетки Ec = – Ia0Rк = 4,2.10–3.500 = 2,1В. Это значение
можно определить и из графика.
2.49. Пользуясь анодно–сеточными характеристиками триода (рисунок 7),
определить координаты рабочей точки (Ia0 , Ua0 , Ec), если триод включен в
схему по рисунку 13. Данные схемы: Eа =140В, Ra= 9,5кОм, Rк=0,5кОм.
(Ia0=4,4мА; Ua0 =96В; Ес=–2,2В)
2.50. В цепь катода триода 6С34А включен резистор нагрузки с
сопротивлением Rк = 10кОм. Напряжение источника анодного питания Eа =
=120В. Определить анодный ток триода, если: а) сетка соединена с катодом
(рисунок 16,а); б) сетка подключена к отрицательному полюсу источника
питания (рисунок 16,б).
Рис. 16
2.51. В анодную цепь триода 6С35А включен резистор с сопротивлением
Rа=35кОм. Пользуясь справочником, определить коэффициент усиления
каскада, если триод работает в типовом режиме.
(k=47)
2.52. Триод, предназначенный для усиления колебаний низкой частоты,
имеет следующие параметры: коэффициент усиления μ=66, крутизна
характеристики S =4мА/В. Чему должна быть равна величина
сопротивления нагрузки, чтобы получить коэффициент усиления каскада
k=45?
(Ra =33,6кОм)
2.53. Коэффициент усиления каскада k = 30, крутизна характеристики S =
= 4мА/В, сопротивление резистора нагрузки в анодной цепи Ra = 20кОм.
Определить: а) коэффициент усиления триода μ; б) его сопротивление
переменному току Ri.
(а) μ=48; б) Ri=12кОм)
2.54. Лампа имеет в рабочей точке коэффициент усиления μ=100 и
внутреннее сопротивление Ri= 50кОм. Определить: а) величину
сопротивления нагрузки Ra, при которой получается 50–кратное усиление
напряжения; б) рабочую крутизну Sраб.
(а) Ra=50кОм; б) Sраб =1мА/В)
2.55. Триод работает в рабочем режиме. Сопротивление резистора нагрузки
Ra = 100кОм, крутизна характеристики S =3мА/В, крутизна рабочей
характеристики Sраб =0,6мА/В. Требуется определить: а) коэффициент
усиления лампы μ; б)внутреннее сопротивление переменному току Ri; в)
коэффициент усиления каскада k.
(а) μ= 75; б) Ri=25кОм; в) k = 60)
2.56. Триод имеет коэффициент усиления по напряжению, равный 24, при
нагрузочном сопротивлении 12кОм и 30 при сопротивлении 30кОм.
Определить параметры лампы: S, Ri и μ.
(S=6мА/В; Ri =6кОм; μ =36)
3. Многосеточные лампы
3.1. Почему введение экранирующей сетки позволяет уменьшить проходную
емкость лампы? Каким образом нужно включить тетрод, чтобы вторая сетка
играла роль экранирующей.
3.2. Напишите формулы для действующего напряжения и напряжения
запирания по первой сетке тетрода и пентода. Докажите, что в этих лампах
анодное напряжение влияет на катодный ток слабее, чем в триоде.
3.3. Тетрод имеет прямую проницаемоcть первой сетки D1 =0,05 и
проницаемость второй сетки D2 =0,02. Найти напряжение запирания по
первой сетки, если анодное напряжение Ua0 =250В и напряжение
экранирующей сетки Uс2 =100В.
(Uc1зап = –5,25В)
3.4. По семейству анодных характеристик пентода 6Ж9П (см. справочник)
построить семейство его анодно–сеточных характеристик для трех значений
анодного напряжения (50,100 и 150В). Сравнить взаимное расположение
характеристик и объяснить их.
3.5. Лучевой тетрод 6П6С работает при напряжении экранирующей сетки
Uс2 =200В, анодном напряжении Ua =200В и напряжении управляющей
сетки Uс1= –5В. Определить крутизну характеристики S, внутреннее
сопротивление Ri и коэффициент усиления μ в рабочей точке. Повторить
вычисления для триодного включения тетрода (анод соединен с
экранирующей сеткой) при таких же напряжениях анода и управляющей
сетки. Сравнить результаты. Характеристики взять в справочнике.
(параметры тетрода: S = 4,6мА/В; Ri =27кОм; μ=124; параметры тетрода в
триодном включении: S = 3,9мА/В; Ri =2,3кОм; μ=8,8)
3.6. Определить параметры пентода 6П9П по его анодным характеристикам
при напряжении анода 200В, напряжении экранирующей сетки Uс2 =150В и
напряжении управляющей сетки Uс1= –5В.
(S = 8,5мА/В; Ri =100кОм; μ=850)
3.7. Почему в экранированных лампах при повышении анодного
напряжения увеличиваются значения параметров μ и Ri?
3.8. Почему при повышении напряжения экранирующей сетки крутизна
характеристик увеличивается, а внутреннее сопротивление уменьшается?
3.9. Напряжение на экранирующую сетку подается через гасящий резистор
Rc2= 50кОм от источника анодного питания Еа=240В. Определить
напряжение экранирующей сетки, если ток экранирующей сетки Ic20 =3мА.
(Uc20 =90В)
3.10. На экранирующую сетку надо подать напряжение 80В от источника
анодного питания Еа=300В. Ток экранирующей сетки Ic20=0,5мА.
Определить абсолютное и относительное изменение напряжения
экранирующей сетки Uc20 при увеличении тока экранирующей сетки до
0,55мА, если в одном случае ее питание осуществляется через гасящий
резистор, а в другом случае – через делитель напряжения (рисунок 17),
потребляющий на себя ток 3мА.
(уменьшится на 20В, т.е. на 20%, уменьшится на 1В, т.е. на 1,25%)
Рис. 17
3.11. Экранирующая сетка питается через делитель напряжения (рисунок
16). Определить: а) как изменится напряжение экранирующей сетки, если
произойдет обрыв в R1; что произойдет с напряжением экранирующей
сетки, если будет обрыв в R2.
(а) возрастет; б) Uc20 будет иметь небольшое отрицательное значение)
3.12. Требуется рассчитать резисторы делителя для питания экранирующей
сетки пентода, если напряжение источника анодного питания Еа=250В,
напряжение экранирующей сетки Uc20 = 125В. Ток делителя Iдел = 2мА,
напряжение смещения Ес = –2В, анодное напряжение Ua0 = 250В.
(R1 = 62,5кОм; R2 =25кОм)
3.13. Пентод 6Ж4П (рисунок 18) включен в схему, изображенную на
рисунке 19. Напряжение источника анодного питания Еа=300В, напряжение
источника питания экранирующей сетки Еc2 = 150В; напряжение смещения
Ес1 = –2В, сопротивление нагрузки Ra =25кОм. На управляющую сетку
подается синусоидальный сигнал с амплитудой Umc = 0,5В. Построить
временные диаграммы анодного тока и анодного напряжения. Определить:
а) коэффициент усиления каскада; б) амплитуду переменной составляющей
анодного тока; в) рабочую крутизну; г) коэффициент усиления каскада для
сопротивления резистора нагрузки Ra = 20кОм. Построить рабочую анодно–
сеточную характеристику.
( а) k =100; б) Ima = 1,7мА; в) Sраб = 3,4мА/В; г) k = 68)
Рис. 18
Рис. 19
3.14. Тетрод работает в усилительном каскаде. Постоянная составляющая
анодного напряжения Ua0 = 200В, постоянная составляющая напряжения
экранирующей сетки Uс20= 100В. На сетку подается сигнал с амплитудой
Umc =3В. Коэффициент усиления каскада k=40. Будет ли в этом случае
наблюдаться динатронный эффект?
(да)
3.15. Лучевой тетрод 6П6С (рисунок 20) работает в усилительном каскаде.
Рис. 20
Напряжение источника анодного питания Еа=250В; напряжение
экранирующей сетки Uс20= 250В; напряжение сигнала Umc = 8В; напряжение
сеточного смещения Ес1 = –10В; сопротивление резистора нагрузки в
анодной цепи Ra =2кОм. С помощью анодных характеристик найти: а)
постоянные составляющие анодного тока Ia0 , анодного напряжения Ua0 и
напряжения на нагрузке UR0; б) амплитуды переменных составляющих
анодного тока Ima, анодного напряжения Uma ; в) выходную мощность Рвых,
мощность, выделяемую на нагрузке постоянной составляющей анодного
тока PR0 , мощность выделяемую на аноде в режиме покоя Ра0, полную
потребляемую мощность в анодной цепи Р0; г) коэффициент усиления
каскада k и рабочую крутизну Sраб; д) к.п.д. анодной цепи. Выяснить,
допустим ли данный режим по мощности, выделяемой на аноде, если Ра пред
=13,2Вт.
(а) Ia0 =52 мА; Ua0 = 142В; UR0 =108В; б) Ima = 30мА; Uma =60В; в) Рвых
=0,9Вт; PR0 = 5,6Вт; Ра0 =7,4Вт; Р0 = 13Вт; г) k = 7,5; Sраб = 4,2 мА/В; д) η =
5,4%)
3.16. Пентод 6Ж4 работает в рабочем режиме. Напряжение источника
анодного питания Еа=320В, напряжение экранирующей сетки Uс20= 150В;
напряжение сеточного смещения Ес1 = –1,5В; амплитуда сигнала Umc =1В.
Пользуясь семейством анодных характеристик (рисунок 21), определить:
оптимальное сопротивление нагрузки анодной цепи Raопт; б) постоянные
составляющие анодного тока Ia0 , анодного напряжения Ua0 и напряжения на
нагрузке UR0; в) амплитуды переменных составляющих анодного тока Ima и
напряжения на нагрузке Uma ; г) выходную мощность Рвых, мощность,
подводимую к анодной цепи Р0 , мощность выделяемую на аноде в режиме
покоя Ра0; д) коэффициент усиления каскада k и рабочую крутизну Sраб; е)
к.п.д. анодной цепи. Выяснить, допустим ли данный режим по мощности,
выделяемой на аноде, если Ра пред =3,3Вт.
( а) Raопт=12кОм; б) Ia0 =14,3мА; Ua0 = 146В; UR0 = 160В; в) Ima =8,2мА; Uma =
98,5В; г) Рвых = 405мВт; Р0 = 4,6Вт; Ра0 =2,1Вт < Ра пред =3,3Вт; д) k=98,5; Sраб
= 8,3мА/В; е) η = 9%. Режим работы допустим)
Указание. 1. В задаче требуется подобрать оптимальное сопротивление
нагрузки. Это будет такое сопротивление, при котором в нагрузке
выделяется оптимальная мощность при минимальных нелинейных
искажениях. В подобных случаях линию нагрузки следует провести так,
чтобы рабочая точка делила рабочий участок пополам, т.е. чтобы
гипотенузы треугольников полезной мощности были одинаковы. 2. Расчет
всех заданных величин в условии задачи проводится аналогично расчету
рабочего режима триода.
Рис. 21
3.17. Пользуясь справочником, найти сопротивление автоматического
смещения пентода 6Ж10П, если при анодном напряжении Uа0 =150В,
Uс20 = 100В надо получить напряжение смещения Ес1 = –1В.
(Rк = 116 Ом)
3.18. В усилительном пентоде напряжение экранирующей сетки Uс20 = 120В,
напряжение источника анодного питания Еа=300В, напряжение
автоматического смещения Ес1 = –1,5В. Значения анодного тока и тока
второй сетки в режиме покоя равны соответственно 1,3 и 0,2мА. Питание
экранирующей сетки осуществляется через гасящий резистор. Определить
величины сопротивлений резисторов в цепи автоматического смещения и в
цепи второй сетки.
(Rк = 1кОм, Rс2=900кОм)
3.19. Пентод 6К4П (рисунок 22) работает в каскаде УВЧ. Резонансное
сопротивление контура Rэ =20кОм. Найти коэффициент усиления каскада
для случаев: а)при приеме сильных сигналов (Umc = 4В), если напряжение
смещения Ес =–20В; б) при приеме слабых сигналов (Umc = 0,1В), если Ес =
=–2В. Определить амплитуду выходного напряжения Umвых в обоих случаях.
(а) k=3; б) k=40; 12 и 4В)
Рис. 22
3.20. Лучевой тетрод 6П23П работает в типовом режиме. Сопротивление
резистора нагрузки Ra = 5кОм, амплитуда подводимого к сетке напряжения
Umc =6В. Аналитически определить: а) коэффициент усиления каскада k; б)
рабочую крутизну Sраб; в) амплитуду переменной составляющей анодного
тока Ima; выходную мощность Рвых.
(а) k =20; б) Sраб = 4мА/В; в) Ima 24мА; г) Рвых =1,44Вт)
3.21. Пентод 6К7Б имеет в рабочей точке статическую крутизну Sраб =
=1,45мА/В и внутреннее сопротивление Ri = 827кОм. Определить а)
статический коэффициент усиления μ; б) коэффициент усиления каскада k,
если в анодную цепь лампы включен настроенный в резонанс контур,
имеющий индуктивность L = 10мкГн, емкость С =50пФ и сопротивление
потерь r = 20Ом.
( а) μ= 1200; б) k =129)
3.22. Оконечный триод 6С4С и пентод 6П15П имеют следующие параметры:
для триода S = 5,4мА/В, Ri = 840кОм; для пентода S = 14,7мА/В, Ri =
100кОм. Определить амплитуды напряжений, которые надо подать на сетку
каждой из ламп, необходимые для получения выходной мощности 1Вт, если
сопротивление резистора нагрузки Ra=4кОм.
(для триода Umc = 19,6В, для пентода Umc = 1,43В)
3.23. Пользуясь справочником, определить коэффициент усиления каскада с
пентодом 6Ж49П–Д, работающим в типовом режиме, если сопротивление
резистора нагрузки в анодной цепи Ra =20кОм.
(k= 280)
3.24. а) Сравнить коэффициенты усиления каскада, которые можно
получить в случае использования ламп 6С28Б (триод), 6Э6П–Е (тетрод) и
типа 6Ж9П (пентод) при номинальных напряжениях на электродах и при
сопротивлении нагрузки, равном 20кОм. б) Вычислить величину
сопротивления нагрузки, необходимую для получения в случае каждой из
этих ламп коэффициента усиления каскада, равного половине статического
коэффициента усиления каскада соответствующей лампы. Параметры ламп
найти в справочниках.
(а) для триода k =38; для тетрода k =262; для пентода k =309;
б) для триода Ra=2,1кОм; для тетрода Ra =15кОм; для пентода Ra =150кОм)
3.25. Некоторый пентод имеет следующие междуэлектродные емкости:
Сас1 = 0,005пФ, Сак = Сас2 = Сас3 = 7пФ, Сс1к = Сс1с2 = Сс1с3 = 6пФ. Определить
входную и выходную емкости, а также входное и выходное сопротивление
при частоте f = 20МГц, считая внутреннее сопротивление пентода Ri → ∞.
(Свх=18пФ; Хсвх =442 Ом; Свых = 21пФ; Хсвых = 380 Ом)
4. Плазменные приборы
4.1. Потенциал ионизации ртути равен 10,4В. Определить минимальную
скорость электрона, необходимую для ионизации молекулы ртути.
(1,91.106м/c)
4.2. Какой минимальной скоростью должен обладать электрон для
возбуждения молекулы аргона, имеющей потенциал возбуждения 11,6В?
(2,02.106 м/с)
4.3. Определит минимальную скорость, необходимую электрону для того,
чтобы ионизировать атом неона, если потенциал ионизации последнего
21,5В (а). Какое расстояние должен пройти электрон в поле с
напряженностью 100В/см, чтобы приобрести эту скорость?
(а) 2,75.106м/с; б) 2,15мм)
4.4. Атом ртути находится в метастабильном состоянии с энергией 4,68эВ.
Требуется определить: а) какова длина волны фотона, необходимая для
перевода атома в другое метастабильное состояние с энергией 4,86эВ? б)
что произойдет с атомом, если атом затем будет излучать свет длиной волны
2537А?
( а)6,87мкм; б) атом вернется в нормальное состояние)
4.5. В некотором газе при температуре 200С и давлении 2 мм.рт.ст. длина
свободного пробега 1см. Определить длину свободного пробега при
температуре 500С и давлении 3 мм.рт.ст.
(7,3 мм)
4.6. Нарисуйте примерный вид вольт–амперных характеристик двух
ионных приборов тлеющего разряда, различающихся только размерами
катодов. Поясните эти зависимости.
4.7. Два ионных прибора тлеющего разряда имеют цилиндрические катоды,
выполненные из одинакового материала, длиной 5 и 10см и диаметром 2 и
4см, соответственно. Ток меньшей лампы изменяется от 5 до 50мА. Какой
максимальный ток можно получить у большей лампы, если лампы
наполнены одним и тем же газом при одинаковых давлениях?
(200мА)
4.8. В стабилитроне тлеющего разряда пределы стабилизации по току равны
5÷40мА. Рассчитать необходимое сопротивление ограничительного
резистора, если напряжение на нагрузке Uн = 150В, сопротивление резистора
нагрузки Rн =10кОм и номинальное значение питающего напряжения в
полтора раза больше стабилизируемого. Задачу решить для трех случаев: а)
напряжение источника питания может как увеличиваться, так и
уменьшаться; б) напряжение источника питания может только
увеличиваться; в) напряжение источника питания может только
уменьшаться.
Указание. При решении задачи воспользоваться формулой:
Еа  U cт  Rогр ( I н  I ст ) .
Для второго и третьего случаев эту формулу следует видоизменить. Если,
например, напряжение источника питания может только уменьшаться, то
формула имеет вид:
Еа  U cт  Rогр ( I н  I ст. мин ) .
(а) 2кОм; б) 3,75кОм, в) 1,36кОм)
4.9. Рассчитать величину сопротивления ограничительного резистора,
включенного последовательно со стабилитроном СГ1П (рисунок 23), если
стабилизированное напряжение на нагрузке Uст = 150В, сопротивление
резистора нагрузки Rн =12кОм, входное напряжение Еа =250В. Определить
пределы изменения тока стабилитрона, если сопротивление резистора
нагрузки изменяется от 15 до 8кОм.
(3,3кОм; Iст.макс =20мА; Iст. мин =11мА)
Рис. 23
4.10. Стабилитрон типа СГ15П включен в схему, изображенную на рисунке
23, для получения постоянного выходного напряжения. Подаваемое
напряжение остается постоянным Еа =250В, но ток нагрузки изменяется в
интервале от 40 до 60мА. Определить величину сопротивления
ограничительного резистора Rогр, при которой напряжение на нагрузке было
бы постоянным и равным 108В. Проверить, будет ли обеспечена
стабилизация напряжения на всем диапазоне изменения тока нагрузки.
(2,24кОм. Стабилизация будет обеспечена на всем диапазоне изменений
тока нагрузки)
4.11. Стабилитрон типа СГ1П включен в схему стабилизации напряжения
(рисунок 23). Величина тока нагрузки Iн =10мА, напряжение на входе Еа =
=250В. Определить аналитическим и графическим способом величину
ограничительного сопротивления и допустимое изменение входного
напряжения Еа при условии сохранения постоянства Uст (использовать весь
рабочий участок характеристики стабилитрона, изображенной на рисунке
24).
(3,64кОм; Еа.макс=295В; Еа.мин=295В)
Рис. 24
4.12. Для стабилитрона предыдущей задачи вычислить сопротивление
стабилитрона постоянному току при протекающих через него токах 10, 20,
30мА. А также дифференциальное сопротивление при токе Iст =20мА.
4.13. Два стабилитрона типа СГ2П, включенные последовательно (рисунок
25), используются для получения постоянного напряжения Uст =216В.
Входное напряжение равно Еа = 350В. Определить величину сопротивления
нагрузки ограничительного резистора Rогр, если номинальный ток нагрузки
равен 15мА.
(4,1кОм)
Рис. 25
Рис. 26
4.14. Схема, изображенная на рисунке 26, используется для стабилизации
напряжений на 108 и 216В. Определить максимальный ток, который может
проходить по нагрузке Rн/ , включенной между средней точкой
и
отрицательным зажимом. Напряжение стабилизации считать постоянным.
(16,5мА)
4.15. Источник питания имеет напряжение Е =345±50В. Необходимо
получить стабильное напряжение 200В на нагрузке Rн =4кОм. Если имеются
стабилитроны СГ2П с напряжением стабилизации Uст = 108В и током 5–
30мА. Требуется составить схему стабилизации и рассчитать ее элементы.
(Rогр= 2кОм; Rдоб = 0,2кОм)
4.16.
Начертите и поясните основные статические характеристики
тиратронов с токовым и электростатическим управлением.
4.17.По пусковой характеристике тиратрона МТХ–90 (рисунок 27)
определить чувствительность h 
dU а.в. р.
dI c
на крутом и пологом участках и
сеточный ток возникновения разряда при Uа = 150В.
(6,25 В/мкА на пологом участке; 60В/мкА на крутом участке; 4,5мкА)
Рис. 27
4.18. Тиратрон тлеющего разряда МТХ– 90 имеет данные: Uа.в.р.= 140В при Iс
= 5мкА ; Uа..раб = 60В, Uс.в.р = 80В, Uс..раб = 50В. Определить сопротивление
резистора нагрузки в анодной цепи Rн, сопротивление гасящего
ограничительного резистора в цепи сетки Rс.огр и входное напряжение, если
ток в анодной нагрузке Ia =20мА, напряжение источника питания анодной
цепи Еа =140В.
(4кОм; 6МОм; 30В)
4.19. Поясните, почему напряжение горения газотрона мало отличается от
напряжения возникновения разряда.
4.20. Газотрон имеет напряжение возникновения разряда 20В.
Сопротивление резистора нагрузки Rн = 5Ом. Определить угол управления,
если подводимое напряжение Еа =(100sinωt)В.
(11030/)
4.21. Тиратрон дугового разряда имеет напряжение возникновения разряда
100В и горит под напряжением 15В при анодном токе 20мА. Определить
величину сопротивления ограничительного резистора в анодной цепи.
(550Ом)
Методы определения статических параметров пентода.
Для определения статических параметров пентода применяются те же
методы, что и для параметров триода: графический по характеристикам и
метод двух точек (трех измерений). Но при определении параметров этими
методами в случае пентода может возникнуть следующее затруднение. В
реальных условиях пентоды обычно работают в режиме перехвата, т.е. на
пологом участке анодной характеристики. При очень большом значении Ri
наклон этого участка может стать настолько малым, что не удается
построить на нем характеристический треугольник, а также выполнить по
замкнутому циклу измерения по методу двух точек. Это видно из рисунка,
где изображены анодные характеристики пентода с большим Ri и для
сравнения – триода, а также показаны характеристические треугольники для
определения параметров в заданной точке А (ΔАВС). Вершина С
характеристического треугольника при графическом построении находится
как точка пересечения горизонтальной линии, проведенной через точку В, с
соседней характеристикой. Для пентодов с высоким Ri (ВЧ пентоды) она в
большинстве случаев будет лежать вправо далеко за пределами рисунка, т.е.
практически ее получить нельзя. Поэтому в этом случае Sac1 и Ri не
определяются из общего треугольника. Sac1 определяется из точек А и В,
соответствующих одному и тому же значению Ua, а Ri – из специального
треугольника АDE. Т.к. характеристики очень пологие, то при определении
Ri для получения достаточно большого приращения анодного тока (ΔIa)
приращение анодного напряжения (ΔUa) приходиться делать большим (до
100 – 150В). Треугольник при этом нужно располагать так, чтобы не
заходить в крутую начальную область характеристики. Поэтому
приращение ΔUa рекомендуется брать в сторону увеличения Uа. Если нельзя
получить точку С, т.е. замкнуть характеристический треугольник и
определить μ непосредственно о характеристикам, то μ находится путем
расчета на основании ранее полученных значений Sac1 и Ri.