УСИЛИТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ТИПА ЛБВ Российский патент 1994 года по МПК H01J25/00 

Изобретение относится к конструкции малошумящего усилителя сверхвысоких частот типа ЛБВ, работающего в широком интервале температур окружающей среды.

Известно, что обычно для питания цепи накала усилителя используется источник напряжения, который на низкочастотном разъеме усилителя поддерживает напряжение постоянным независимо от температуры окружающей среды. Мощность накала при этом также практически не изменяется, так как сопротивление подогревателя катода ЛБВ и подводящих проводов цепи накала от низкочастотной ножки ЛБВ до низкочастотного разъема усилителя изменяется очень мало. Поскольку при изменении температуры окружающей среды изменяется температура корпуса ЛБВ и держателей катода, то изменяется и температура катода.

В малошумящих ЛБВ температура катода изменяется на 30-40^о при изменении температуры окружающей среды от -60^о до 80^оС. Известно, что в малошумящих ЛБВ температура катода выбирается такой, что катод работает на границе перехода из режима пространственного заряда в режим температурного ограничения.

Поэтому при изменении температуры катода, особенно при ее уменьшении, ток катода резко уменьшается, а коэффициент шума и время готовности сильно увеличиваются.

Обычно стабилизация температуры катодов электровакуумных приборов осуществляется с помощью введения обратной связи между блоком питания накала усилителя и датчиком температуры катода или тока катода. Введение сигнала обратной связи в блок питания накала так изменяет напряжение накала, что температура катода автоматически поддерживается в определенных пределах. Для получения сигнала обратной связи приходится непрерывно измерять температуру катода с помощью фотоэлементов (фотосопротивлений) или включать сопротивление в цепь катода. Все эти устройства с обратной связью из-за их сложности и малой надежности невозможно использовать для стабилизации температуры катодов малошумящих долговечных ЛБВ при изменении температуры окружающей среды.

Целью изобретения является увеличение долговечности ЛБВ путем стабилизации температуры катода. Для этого длину проводов цепи накала от низкочастотного разъема усилителя до низкочастотной ножки ЛБВ выбирают такой, чтобы изменение напряжения на них при изменении температуры окружающей среды обеспечивало автоматически изменение мощности накала, необходимое для поддержания температуры катода постоянной.

Для определения длины проводов цепи накала l вначале необходимо экспериментально определить токи накала I_1,2 и напряжения накала на низкочастотной ножке ЛБВ U_1,2, при которых достигается постоянство температуры катода при двух температурах окружающей среды t_1,2. Рекомендуется за t₁ выбирать комнатную температуру (20^оС), а за t₂нижний или верхний предел рабочих температур окружающей среды. После определения значений I_1,2 и U_1,2 длина проводов цепи накала определяется из системы уравнений:
U_o = I₁R₁ + U₁
U_o = I₂R₂ + U₂
R₁ = R_o(1 + αt₁) (1)
R₂ = R_o(1 + αt₂)
R₁= ρ₁, где U_o - напряжение на низкочастотном разъеме усилителя,
R_1,2 - сопротивление проводов цепи накала при температурах t_1,2,
α- температурный коэффициент электросопротивления материала проводов цепи накала,
ρ₁- удельное электросопротивление материала проводов цепи накала при температуре t₁.

S - поперечное сечение проводов цепи накала,
R_o - сопротивление проводов цепи накала при 0^оС.

Два верхних уравнения системы (1) выражают закон Ома или цепи накала при двух температурах окружающей среды t_1,2.

Решая систему уравнений (1), получим:
l = , (2)
Если из-за выделения джоулева тепла при прохождении тока температура проводов цепи накала будет отличаться от температуры окружающей среды, то в формулу для определения l вместо температур окружающей среды t_1,2 надо поставить температуры проводов, которые они имеют при окружающей температуре t_1,2 и тока I_1,2.

В некоторых случаях желательно, чтобы только часть проводов цепи накала изменяла свое сопротивление существенно при изменении температуры окружающей среды. Например, когда катод и подогреватель соединены внутри корпуса ЛБВ, и от низкочастотной ножки ЛБВ до низкочастотного разъема усилителя электронный ток катода и ток накала идут по одному проводу, то изменение падения напряжения на нем будет нарушать режим усилителя, особенно его фазовую стабильность. В таких случаях предлагается цепь накала выполнять из проводов двух видов, длины которых l' и l'' определяются из выражений:
l′ = , ;
l″ = , (3)
Использование предлагаемой конструкции позволило создать усилитель, в котором ток катода изменялся не более, чем на ±1% , (что соответствует изменению температуры катода на ±3^о) при изменении температуры окружающей среды от -60^о до 80^оС. Кроме увеличения срока службы предлагаемая конструкция позволяет создавать усилители с повышенной фазой и амплитудной стабильностью, поскольку ток катода практически не изменяется при изменении температуры окружающей среды в широких пределах. Усилитель был выполнен в двух вариантах. В первом варианте цепь накала от низкочастотной ножки ЛБВ до низкочастотного разъема усилителя была выполнена из посеребреного молибденового провода длиной 45 см и диаметром 0,25 мм, а во втором из медного провода диаметром 0,4 мм и длиной 20 см и посеребреного молибденового провода длиной 5 см и диаметром 0,08 мм.

Длины медного и молибденового проводов обоих вариантов были найдены при условии, что для поддержания температуры катода постоянной токи накала и напряжения накала на низкочастотной ножке ЛБВ равны следующим значениям: при t₁ = 20^oC U₁ = 1,9 B, I₁ = 0,235 А
t₂ = -60^oC U₂ = 1,935 B, I₂ = 0,239 А
Напряжение накала на низкочастотном разъеме усилителя поддерживалось постоянным (2,02 В). Введение стабилизации температуры катода увеличивает гарантированную долговечность усилителей на 25-50% .

Использование: в радиотехнических цепях для усиления сверхвысокочастотных сигналов. Сущность изобретения: устройство содержит прибор типа ЛБВ с накаливаемым катодом и ножкой. В цепи накала низкочастотным разъемом и ножкой последовательно включено сопротивление в виде отрезка провода из материала с положительным температурным коэффициентом.

УСИЛИТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ТИПА ЛБВ, содержащий накаливаемый катод, низкочастотные разъемы усилителя и ножку ЛБВ, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности за счет стабилизации температуры катода при неизменном напряжении накала на низкочастотном разъеме, в цепь накала между низкочастотными разъемом и ножкой последовательно включено сопротивление, например, в виде провода, имеющее положительный температурный коэффициент по величине, определяемой из выражения
R₁= /
где R₁ - сопротивление при температуре окружающей среды t₁,
α - температурный коэффициент сопротивления,
I_1,2 и U_1,2 - экспериментально определяемые токи накала и напряжения накала на низкочастотной ножке ЛБВ, при которых достигается постоянство температуры катода при двух температурах окружающей среды t₁, t₂.