Схемы питания цепей накала мощных генераторных ламп

В генераторных лампах мощностью свыше 0,5 – 1 кВт применяются, как правило, катоды прямого накала. Подогревные катоды в мощных лампах не используются, т.к. вследствие низкой эффективности они требуют значительных затрат электроэнергии на подогрев. Питание катодов прямого накала осуществляется переменным током промышленной частоты (50 Гц). Поэтому в генераторе может появиться помеха (фон) с частотой 50 Гц, или кратной ей. Для выяснения причин появления фона с частотой 50 Гц обратимся к рисунку 4.12а, который соответствует простейшему варианту питания катода прямого накала. В этой схеме конденсатор Сбл необходим для обеспечения кратчайшего пути переменным составляющим тока катода на землю. Элементы сеточной цепи - Lбл и источник смещения для тока с частотой 50 Гц имеют незначительное сопротивление, поэтому можно считать, что по частоте 50 Гц сетка заземлена. Тогда оказывается, что правый (по схеме) конец катода соединен с сеткой, а между левым концом и сеткой приложено все напряжение накала Uн. Складываясь с напряжением смещения, напряжение накала вызывает паразитную модуляцию анодного тока.

Для устранения этого явления схема питания цепи накала должна быть выполнена согласно рисункам 4.12б или 4.12в.В этих схемах блокировочная емкость разделена на две части и средняя точка заземлена. Для постоянной составляющей катодного тока в этих случаях необходима дополнительная цепь на землю, которая создается либо заземлением средней точки вторичной обмотки трансформатора, либо искусственной средней точки, образованной реостатным делителем. При таком построении схемы, напряжение накла приложенное к сетке относительно противоположных концов катода, оказываются противофазными. В результате, глубина паразитной модуляции фоном существенно уменьшается. Схемы на рисунках 4.12б и 4.12в приблизительно равноценны, однако, в последней схеме легче выполнить точный вывод средней точки, поэтому она получила наибольшее распространение.

За счет тока Iко на резисторах делителя Rн появляется напряжение автоматического смещения ΔЕс и расходуется часть мощности источника анодного питания. Кроме того, в резисторах Rн выделяется и мощность, обусловленная напряжением накала. Потери в резисторах получаются минимальными, если они выбраны следующим образом

Rн = Uн/Iко

Величина мощности в делителе и дополнительное напряжение автосмещения определяются по формулам

ΔЕс

При питании катода прямого накала переменным током может возникнуть также и фон с частотой 100Гц. Такой фон является следствием «магнетронного» эффекта, сущность которого поясняется рисунком 4.13

При максимальных значениях тока накала (iн) напряженность (Н) магнитного поля достигает таких значений, что траектория перемещения электронов эмитированных катодом искривляется и часть из них возвращается на катод. В результате возникает фон с частотой 100 Гц.

Амплитуда пульсаций, обусловленных магнетронным эффектом, может быть существенно уменьшена в специальных лампах с трех фазным катодом, а также в генераторах содержащих 3 или 6 ламп. В первом случае изменение суммарного поля катода незначительно, поэтому и амплитуда пульсаций невелика. Слабый остаточный фон в этом случае имеет частоту 300 Гц. При использовании в генераторе трех (шести) ламп, цепи накала следует питать от отдельных фазных (линейных) напряжений. При этом ток эмиссии каждой лампы будет содержать пульсации обусловленные магнетронным эффектом, однако в суммарном токе трех ламп амплитуда пульсаций будет невелика. Если в генераторе используется две лампы включенные параллельно или по двухтактной схеме, цепи накала питают напряжениями,сдвинутыми по фазе на 90˚ относительно друг друга. Такая схема, представлена на рисунке 4.14 (Схема «Скотта»). Принцип ее работы поясняется векторной диаграммой. Напряжение на первичной обмотке трансформатора лампы Uн2 определяется линейным напряжением Uн2 = Uab, а напряжение Uн1 представляет собой векторную сумму

В результате напряжения Uн1 и Uн2 оказываются сдвинутыми по фазе на 90 ˚. Амплитуды их различны и различны поэтому коэффициенты трансформации накальных трансформаторов:

;

Поскольку напряжения накала сдвинуты по фазе на 90 ˚, пульсации эмиссионного тока ламп, имеющие удвоенную частоту, оказываются сдвинутыми на 180˚. В результате суммарный ток двух ламп меняется незначительно (рисунок 4.15), а остаточный фон имеет частоту 200Гц.

Аналогично может быть составлена схема для 4-х ламп, обеспечивающая сдвиг фаз напряжений накала на 45˚.

Основой катода мощных генераторных ламп является вольфрамовая нить. Поэтому электрическое сопротивление катода зависит от температуры разогрева. В холодном состоянии катод имеет сопротивление в 14 раз меньше, чем в разогретом и, следовательно, включение катода в холодном состоянии на полное напряжение накала недопустимо.

Значительная величина пускового тока вызывает перемещение нити накала в собственном магнитном поле. Механическая деформация катода может привести к разрушению мест крепления катода, растрескиванию стекла у выводов; возможен обрыв нити накала. Для ограничения пускового тока применяют регулировочные реостаты, автоматические устройства для постепенного увеличения напряжения накала, либо специальные накальные трансформаторы с повышенной индуктивностью рассеяния. Для нормальной работы катода пусковой ток не должен превышать номинальное значение более чем в 1.5 раза.