Контрольная работа по "Вакуумная и плазменная электроника"

Будем  считать, что  R_н >> R_а. Выберем масштабы  тока  i_а  и напряжения  U_а Построим  анодные  характеристики  полученные  нами  во  втором  задании. Расчёт  начнём  с построения  кривой  допустимой  мощности  Р_д  рассеиваемой  анодом. Вычислим  значения  токов i_а  при различных U_а  по  формуле:

 i_а = Р_д/U_а=1,2/50=24 мА;

 i_а = Р_д/U_а=1,2/100=12 мА;

 i_а = Р_д/U_а=1,2/20=60 мА

 Рассчитанные значения определяют  кривую допустимой мощности Р_д (рис. 3). Необходимо, чтобы  рабочие  токи  располагались  ниже  этой  кривой. 

Построим  нагрузочную  прямую  усилительного  каскада  по  двум  точкам  уравнения:

U_а = Е_а - i_а R_a, предположим что  i_а = 0, тогда:

U_а = Е_а = 100В.

 это  значение  первой  точки. Взяв  U_а = 0  найдём  наибольшее  значение  тока  в каскаде:

i_а = Е_а/R_a = 100/2500 = 40 мА.

Построим  динамическую  сеточную  характеристику усилительного  каскада. Для  этого  масштаб  сеточного  напряжения  берём  так,  чтобы он  соответствовал  напряжениям сетки из  семейства анодных характеристик, а масштаб анодного  тока  сохраняем тем же. По  пересечениям  нагрузочной прямой  и анодных характеристик строим сеточную характеристику (рис. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3-Динамическая сеточная характеристика(а) и выходной сигнал каскада(б).

Выберем  рабочий  участок  и  рабочую  точку. Обычно  для  класса  А  положение  рабочей  точки  выбирают  в  середине  линейного участка отрицательных сеточных  напряжений. По  положению рабочей точки определяем, что напряжение  смещения:

U_см =1,6В,

ток  покоя  анода:

 i_ао =9.5мА,

напряжение  покоя  на  аноде:

U_ао = 77В.

Рассчитаем  цепочку  автоматического  смещения  R_к, С_к:

R_к = U_см/i_ао = 1,6/9,5*10^-3 = 168 Ом,

выбираем ближайшее из ряда резисторов:         

  С_к ³ 10/2p f_н R_к = = 13,5*10^-5Ф

По  рисунку  4(а)  определим динамическую  крутизну  S_д  триода, для этого построим  небольшой треугольник изменения напряжения  сетки DU_с, и соответствующее ему изменение Di_а, и по  формуле:

S_д = Di_а/DU_c = 5/0,55 = 9 мА/В. 

Амплитуда  входного  сигнала  U_mвх = 1В, по  рисунку 4(б)  находим, что амплитуда выходного сигнала:

U_mвых =16 В.

Рассчитаем  коэффициент  усиления  каскада  по  напряжению:

К_u = U_mвых/U_mвх = 16/1 =16

Для  проверки  рассчитаем  коэффициент  усиления, используя  динамическую  крутизну:

К_u = S_д ×R_а = 9*10^-3*2,5*10³ = 22

Рассчитаем  мощность  выходного  сигнала  Р_с, и мощность  постоянного тока  на  аноде Р_а:

Р_с = U_{m вых}*i_m/2 = 16*6*10^-3/2 = 0,048Вт

Р_а = U_ао *i_ао = 77*9,5*10^-3 = 0,731Вт

Определим  мощность  Р_н  потребляемую  накалом  лампы:

Р_н =I_н*Uн =0.13*6.3 = 0,819Вт

Определим  коэффициент  полезного  действия  h  усилительного каскада:

h = *100%= *100%=30%.

 

 

 

 Ответ: h = 30%, С_к ³  13,5*10^-5Ф, R_к = 168 Ом.

Задание 4

Расчет  спектрального  коэффициента  использования  потока  излучения

Построить  нормированные  распределения  спектральной  мощности  излучателя  Р(l) и чувствительности    фотоэлектрического  приёмника j (l) и рассчитать  спектральный  коэффициент h (l), использования мощности  потока.

Спектральная  функция  мощности  Р(l) задана  значениями: l_m = 0.2мкм,   D1=0.1мкм, D2 =0.04мкм. Функция спектральной чувствительности j(l) задана: l_m = 0.25мкм, D1 = 0.02, D2 = 0.08  

Решение.

Величина  фототока  i_ф  фотоэлектрического  приёмника определяется  по  формуле:

 i_ф = к*Р_l*Ф_m*h(l)

 где  к – конструктивный  коэффициент;

        Р_l - полная мощность излучения;

        Ф_m –максимальная чувствительность фотоэлектрического риёмника.

Коэффициент  использования  потока  излучения  отражает  согласование  спектральной  чувствительности  фотоэлектрического  приёмника  со  спектром  применяемого  сигнала  и  определяется  формулой:  

h(l) =   = S₁/S₂                                         (4.1)

 Построим  функцию  Р(l), вычислив  для этого по  формулам

( l₁ = l_m - D1;    l₂ = l_m + D2)

значения  граничных  длин  волн  l₁  и l₂:

l₁ = l_m - D1 = 0.2 – 0.1 = 0.1мкм;

 l₂ = l_m - D2 = 0.2 + 0.04 = 0.24мкм. 

Рассчитаем  значения  граничных  длин  волн  l₁  и l₂  для   функции j(l):

l₁ = l_m - D1 = 0.25 – 0.02 = 0.23мкм;

 l₂ = l_m - D2 = 0.25 + 0.08 = 0.33мкм.  

Определив положение  точек обеих функций на уровне 0.5, построим  плавные кривые графиков (рис. 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок4- Графики спектральных распределений

Для  вычисления  интегралов  в  формуле (4.1) площади S₁, S₂  подсчитаем, как  сумму  площадей  квадратов  занимающих  площадь  под  кривыми  графиков.    

Сначала  построим  график  функции  р(l)×f(l)  для чего  произведём  умножение ординат этих  функций на  различных длинах  волн. Соединив  полученные  точки,  получим  график,  который входит  в интеграл  числителя. Площадь S₁ соответствующая этому интегралу может быть  посчитана, как сумма эквивалентных квадратов площадью  S₀  каждый, отсюда :

S₁ = 28*S₀.                

Площадь  S₂  интеграла в знаменателе  формулы (4.1) составит:

S₂ = 20*S₀. 

Найдём  коэффициент  использования  спектра  мощности  излучателя  или  коэффициент  спектрального  согласования:

 h (l) = S₁/S₂ = 28*S₀/20*S₀ = 1.4  

Ответ: h (l) = 1.4

Задание 5

 Расчет  чувствительности  электронно-лучевой  трубки

Рассчитать  чувствительность  электроннолучевой  трубки  с  электростатическим  управлением, если  заданы  конструктивные  параметры       d = 5мм, L = 200 мм, l = 10мм  и напряжение  ускоряющего анода U_a = 2кВ, где: d, l – расстояние  между  пластинами  и  их  длина; L – расстояние  до  экрана  трубки.

                                                           Решение. 

Электронно-лучевые  приборы  – электровакуумные  приборы, в  которых  используется  поток  электронов, сконцентрированных  в  узкий  пучок (электронный   луч), управляемый  как  по  интенсивности, так и  по  положению  в  пространстве

      2  3     4

               1

 

Рисунок 6-Устройство  электростатической  отклоняющей  системы.

1 – электронный  прожектор; 2, 3 – вертикально  и  горизонтально  отклоняющие пластины; 4 – экран

Важным  параметром  электронно-лучевой  трубки  является  чувствительность,  то  есть  величина, которая  показывает  отклонение  луча  на  экране, приходящуюся  на  единицу  воздействия  по  отклоняющей  системе. Чем  выше  чувствительность, тем  меньшие  воздействия  требуются  для  получения  изображения, тем  удобнее  трубка  в  эксплуатации. Для  электронно-лучевой  трубки  с  электростатическим  управлением  чувствительность  h  определяется  по  формуле:

h = l*L/2d*U_a.

На  чувствительность  оказывает  влияние напряжение  на  втором  аноде  U_a поскольку оно определяет  скорость  движения  электронов  V:

V = ,

где  e – заряд электрона,

                  m – масса электрона.

Вычислим  значение  скорости  движения  электронов:

V =  = 2,65*10⁸ м/с.

Скорость  движения  электронов  в  0,88  раза  меньше  скорости  света.

Рассчитаем  значение  чувствительности  электронно-лучевой  трубки:

h = l*L/2d*U_a = 0.01*0.2/2(0.05*2000) = 0,00001 м/В.

Вычислим напряжение сигнала для получения изображения на экране размером  20мм и 30мм.

 

U_c = 0.02/ 0,00001 = 2кВ, и  U_c = 0.03/ 0,00001 = 3кВ.

 

Ответ: h =  0,00001 м/В, U_c = 2кВ, U_c = 3кВ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОД

В ходе решения контрольной работы описана надежность электровакуумных приборов, техническое  описание, характеристики, применение нувистора. Описан принцип работы усилительного каскада на данном нувисторе, рассчитаны и изображены анодная, динамическая сеточная характеристика, входной и выходной сигнал каскада. Определил  динамическую  крутизну триода S_д=9 мА/В, коэффициент усиления по напряжению К_u=16. Рассчитана мощность  выходного  сигнала  Р_с=0,048Вт, мощность  постоянного тока  на  аноде  Р_а=0,731Вт, мощность потребляемую  накалом  лампы Р_н=0,819Вт.

Коэффициент  полезного  действия усилительного каскада h=30%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Батушев  В. А. “Электронные  приборы” М. Высшая  школа  1969. 608 стр.
2. Толкачев  Г. Б. Ковалев  В. Н. “Радиоэлектроника” М. Высшая  школа  1983. 288 стр.
3. Лабец  К. С. “Справочник  по  электронным  приборам” Киев  Техника  1966 732 стр.
4. Арестов  К. А. Яковенко  Б. С. “Основы  электроники” М. Радио  и  связь  1988. 272 стр.