Электроды, баллоны, вспомогательные детали 4 страница

Характеристика обратного тока имеет падающий участок АВ с отрицательным сопротивлением, которое может быть причиной неустойчивой работы лампы. На практике ограничивают сопротивление . Его величина устанавливается для каждой лампы заводом-изготовителем. Чем мощнее лампа, тем меньшее значение допускается в эксплуатации.

Статические параметры триода. Параметрами триода называются величины, связывающие между собой токи и напряжения анодной и сеточной цепей. Анодный ток является функцией напряжений и при постоянном значении :

при = const. (1.18)

Выражение полного дифференциала для анодного тока можно записать как

(1.19)

Если бесконечно малые приращения токов и напряжений заменить конечными, но малыми величинами, которые не выходят за пределы линейного участка характеристики, то выражение полного дифференциала примет вид

.

Если далее потребовать, чтобы при изменении и , =0, то

(1.20.)

Знак минус в выражении (1-20) показывает, что изменения и противоположны по знаку, при увеличении нужно уменьшать и наоборот. Частные производные в уравнении (1.19), а также отношение являются параметрами статических характеристик триода и имеют следующий смысл.

Крутизна анодно-сеточной характеристики триода

, (1.21.)

есть частная производная анодного тока по сеточному напряжению при постоянном анодном напряжении. Приближенно крутизну характеристики можно определить, задавая конечные приращения тока и напряжения.

Крутизна характеризует абсолютное влияние сеточного напряжения на анодный ток или, другими словами, крутизна показывает величину изменения анодного тока при изменении сеточного напряжения на один вольт при постоянном напряжении анода. Геометрически S определяет наклон характеристики прямой передачи и равна тангенсу угла, образуемого касательной к этой характеристике с осью абсцисс. В современных приемно-усилительных триодах значение крутизны лежит в пределах l 30 мА/B.

Внутреннее сопротивление триода переменному току

, (1.22.)

есть частная производная анодного напряжения по анодному току при постоянном сеточном напряжении. Приближенное значение внутреннего сопротивления можно получить из выражения, задавая возможно малые приращения тока и напряжения.

Внутреннее сопротивление триода переменному току характеризует абсолютное влияние анодного напряжения на анодный ток, т. е. показывает сопротивление лампы для малых изменений анодного тока. Величина, обратная внутреннему сопротивлению – выходная проводимость равна крутизне выходной (анодной) характеристики. Чем круче выходная характеристика, тем меньше внутреннее сопротивление триода. Величина внутреннего сопротивления триодов лежит в пределах =0,5 50 кОм.

Статический коэффициент усиления триода оценивает относительное влияние сеточного и анодного напряжений на анодный ток:

, (1.23)

Коэффициент усиления равен отношению приращений напряжения анода и напряжения сетки вызывающих одинаковое изменение анодного тока. Этот коэффициент показывает, во сколько раз приращение напряжения анода больше, чем равноценное по воздействию на анодный ток приращение напряжения сетки. При определении коэффициента усиления изменения и противоположны по знаку. Например, увеличение приводит к увеличению . Для приведения к прежнему значению нужно уменьшить значение . Коэффициент является безразмерной величиной и имеет в промышленных триодах значение =4 100. Подставив в выражение (1.20) , , и , получим уравнение:

, (1.24)

которое называется внутренним уравнением триода. Внутреннее уравнение связывает между собой основные параметры статических характеристик триода и позволяет по двум известным параметрам найти третий. Проницаемость сетки лампы оценивает относительное влияние сеточного и анодного напряжений на катодный ток:

, (1.25)

При отрицательных напряжениях на сетке , поскольку .

При работе с токами управляющей сетки пользуются параметрами сеточной цепи.

Внутреннее сопротивление промежутка сетка–катод для переменного тока

, (1.26)

Крутизна входной характеристики

, (1.27)

равна входной проводимости триода при постоянном напряжении на аноде. Внутреннее сопротивление и крутизна входной характеристики обратно пропорциональны друг другу:

(1.28)

Эквивалентные схемы триодов. Эквивалентные схемы триодов позволяют упростить расчет усилительных устройств. Они содержат те основные элементы, которые существенно влияют на величину полезного переменного сигнала. Для области низких частот эквивалентные схемы можно составлять с некоторым приближением без учета емкостей ламп. Принципиальную схему усилителя на триоде с активной нагрузкой можно заменить одной из эквивалентных схем, изображенных на рис. 1.40.а, б. Схема рис. 1.40.а называется эквивалентной схемой с генератором тока, а схема рис. 1.40.6 — эквивалентной схемой с генератором напряжения. Обе схемы равноправны и отражают существующие в принципиальной схеме соотношения между переменными составляющими токов и напряжений. В эквивалентных схемах отсутствуют источники питания и , так как предполагается, что их сопротивления для переменного тока равны нулю.

Эквивалентная схема с генератором тока является графическим изображением уравнения (1.19), записанного для переменных составляющих тока и напряжения:

. (1.29)

Генератор тока отображает усилительные свойства триода, ток отражает потери на внутреннем сопротивлении лампы, а ток является выходным током лампы.

Если все члены уравнения (1.29) умножить на , то в результате получим и далее . Графическое изображение последнего уравнения дает эквивалентную схему с генератором напряжения , который отражает усилительные свойства лампы, а напряжение равно падению напряжения на внутреннем сопротивлении, лампы.

Эквивалентная схема лампы с учетом ее паразитных емкостей представлена на рис. 1.40.в.

Применение триодов. Триоды применяются для усиления и генерирования гармонических и импульсных сигналов, для преобразования частоты и в ряде других случаев. Рассмотрим особенности работы и конструкции маломощных усилительных триодов, которые делятся на усилители напряжения и усилители мощности.

Усилители напряжения работают в предварительных каскадах усилительных устройств при малой амплитуде входного сигнала. К ним предъявляется требование большого коэффициента усиления напряжения при малой мощности сигнала в нагрузке. Триоды, усиливающие напряжение, следовательно, должны обладать большим статическим коэффициентом усиления (порядка 50-100 единиц). Они имеют густую сетку и правые характеристики. Крутизна характеристики и анодный ток таких триодов небольшие. Габариты ламп невелики.

Усилители мощности, как правило, являются оконечными каскадами усилительных устройств. Они должны выделять на нагрузке значительную мощность. Триоды для усиления мощности, следовательно, должны иметь значительную крутизну характеристики и большой анодный ток. Это требует применения электродов с большой активной площадью. Для получения больших выходных напряжений на вход триода также нужно подавать сигналы значительных амплитуд. В этом случае нужно применять триоды с левыми характеристиками. Чтобы обеспечить сдвиг характеристик, нужно использовать триоды с большой проницаемостью, т. е. с малым статическим коэффициентом усиления (порядка 10—20 единиц).

Главными недостатками триодов являются малый коэффициент усиления и большая проходная емкость. Триод имеет также малое внутреннее сопротивление , которое сильно шунтирует колебательный контур в резонансном усилителе. Вследствие внесения в контур дополнительного затухания, его резонансные свойства ухудшаются. Триод имеет малый коэффициент усиления на низких частотах и еще меньший на высоких, поэтому использование его на высоких частотах невыгодно (на высоких частотах применяют в основном экранированные лампы – тетроды и пентоды).

Достоинством триода является простота его конструкции и хорошая линейность характеристик.

ЭКРАНИРОВАННЫЕ ЛАМПЫ

Общие свойства экранированных ламп. Экранированными называются лампы, имеющие экранирующую сетку. К ним относятся: лампы общего применения, тетрод, пентод, лучевой тетрод, а также частотопреобразовательные – гексод, гептод, и др. Введение экранирующей сетки сильно влияет на активные и реактивные параметры лампы. Изменяется также вид ее статических характеристик.

Проходная емкость экранированной лампы резко уменьшается от единиц пикофарад в тетроде до тысячных долей пикофарады в высокочастотных пентодах. Это объясняется тем, что экранирующая сетка, помещаемая между управляющей сеткой и анодом, экранирует электростатическое поле анода. С уменьшением проходной емкости резко уменьшается входная эквивалентная емкость. Вследствие этого экранированные лампы обладают хорошими частотными свойствами.

Статический коэффициент усиления, , экранированной лампы сильно возрастает. Благодаря экранирующей сетке влияние анодного напряжения на катодный ток, а, следовательно, и на анодный ток ослаблено, поэтому изменение анодного тока, вызванное небольшим приращением сеточного напряжения, можно скомпенсировать лишь очень большими приращениями анодного напряжения. Это соответствует большому коэффициенту , который в высокочастотных пентодах достигает тысяч единиц.

Внутреннее сопротивление экранированной лампы также существенно увеличивается. Из-за малого влияния анодного напряжения на анодный ток необходимо давать очень большие приращения для получения небольшого приращения . Внутреннее сопротивление ряда пентодов достигает единиц мегом.

Крутизна характеристики экранированной лампы имеет тот же порядок, что и в триоде. Из внутреннего уравнения лампы следует, что при одновременном росте и , крутизна не должна сильно изменяться.

Тетроды. Тетрод имеет четыре электрода: катод, управляющую сетку, экранирующую сетку и анод. Экранирующая сетка существенно влияет на реактивные и активные параметры тетрода. Напряжения на его электроды подаются, как показано на рис. 1.41, Положительное напряжение = (0,5 l) на экранирующую сетку снимается с источника, питающего анодную цепь. В некоторых случаях экранирующая сетка питается от отдельного источника. Ток экранирующей сетки составляет примерно 20 40% анодного тока. Семейство выходных характеристик и характеристик прямой передачи тетрода представлено на рис. 1.42. Из семейства выходных характеристик видно, что при малых значениях анодного напряжения кривая тока имеет провалы. Эти провалы объясняются проявлением динатронного эффекта по аноду.

Динатронный эффект в лампе – это процесс перераспределения токов электродов, связанный с наличием вторичной эмиссии. Если вторичные электроны выбиваются из анода и электрическим полем отводятся на экранирующую сетку, то анодный ток уменьшается, а ток экранирующей сетки увеличивается. Такое явление носит название динатронного эффекта по аноду. При выбивании электронов из экранирующей сетки и отводе их на анод ток экранирующей сетки уменьшается, а анодный ток увеличивается. В этом случае имеет место динатронный эффект по экранирующей сетке.

Рассмотрим характеристики анодного тока и тока экранирующей сетки при = 0 (рис. 1.42.а). Если =0, то =0, а = значительный, так как действующее напряжение в тетроде определяется приложенным к экранирующей сетке напряжением и в силу этого является положительным, что обусловливает большой катодный ток . С увеличением анодный ток растет, а ток экранирующей сетки падает. Происходит «переключение» электронов с экранирующей сетки на анод, соответствующее режиму возврата электронов.

При = (порядка 10 20 В) энергия электронов, падающих на анод, оказывается достаточной для выбивания вторичных электронов. Вторичные электроны с анода отводятся на экранирующую сетку, так как в данном случае > и существует ускоряющее поле в направлении от анода к экранирующей сетке. Вследствие такого перехода вторичных электронов анодный ток уменьшается и соответственно увеличивается ток экранирующей сетки. Этот процесс токораспределения, являющийся следствием динатронного эффекта по аноду, продолжается до тех пор, пока анодное напряжение не увеличится до . Тогда в силу равенства этих напряжений ускоряющее поле, направленное к экранирующей сетке, исчезнет, и отвод вторичных электронов прекратится. Далее, при > анодный ток начнет возрастать из-за проявления динатронного эффекта по сетке, а ток экранирующей сетки будет соответственно уменьшаться.

Динатронный эффект является основным недостатком тетрода. Он обусловливает большую нелинейность характеристик. Наличие на характеристике участка с отрицательным сопротивлением от до на рис. 1.42.а может при определенных условиях привести к паразитной генерации цепи с тетродом. Поэтому тетроды не получили широкого распространения и используются, главным образом, как мощные лампы.

Характеристики прямой передачи тетрода (рис. 1.42.6) —веерообразные. При малом анодном токе анодное напряжение меньше влияет на величину действующего напряжения и на процесс токораспределения, чем при больших значениях . Напряжение сдвига характеристик зависит лишь от экранного напряжения и практически не зависит от анодного: . При изменении характеристики сдвигаются параллельно самим себе так же, как и в триоде при изменении анодного напряжения. В целом характеристики подобны триодным, если экранирующую сетку тетрода принять за анод триода.

Характеристика тока экранирующей сетки показана на рис. 1.42.6 пунктирной линией. Ее начало совпадает с началом характеристики анодного тока. Особенностью характеристик является то, что при увеличении анодного напряжения ток уменьшается. Катодный ток перераспределяется между анодным током и током экранирующей сетки. С увеличением ток увеличивается, а уменьшается.

Пентоды. Помимо управляющей и экранирующей сеток, у пентода имеется защитная сетка, устраняющая динатронный эффект. Пентод является весьма распространенной лампой, обладающей хорошими усилительными и частотными свойствами.

Схема питания пентода показана на рис. 1.44. Управляющая сетка питается от. источника , а экранирующая – от источника питания анода. В зависимости от назначения лампы и ее конструкции напряжение экранирующей сетки лежит в пределах = (0,5 1,0) . Ток экранирующей сетки при этом составляет = (0,2 0,3) . Защитная сетка соединена с катодом и, следовательно, имеет относительно него нулевой потенциал. В ряде ламп она не имеет отдельного вывода и соединена с катодом внутри лампы.

В общем случае сумма токов всех электродов равна току катода . Чаще всего токи первой и третьей сеток равны нулю и катодный ток распределяется между анодом и экранирующей сеткой. Потенциальная диаграмма пентода для двух сечений лампы (рис. 1.45) показывает роль защитной сетки в устранении динатронного эффекта. Если рассмотреть сечение лампы, проходящее через виток защитной сетки, то распределение потенциала между экранирующей сеткой и анодом будет определяться кривой а. Путь электронов будет лежать между витками защитной сетки. Кривая б показывает распределение потенциала для сечения, проходящего через середину междувиткового расстояния. Наличие в этом сечении потенциала, отличного от нуля, обусловлено влиянием поля и . Как видно из рисунка, здесь образуется потенциальный барьер для вторичных электронов величиной . В различных сечениях тормозящий потенциал будет лежать в пределах от до 0. Благодаря защитной сетке динатронный эффект будет отсутствовать.

Основные характеристики. Основными статическими характеристиками пентода, как и у триода, являются выходные характеристики и характеристики прямой передачи. Кроме того, у пентода появляется ряд специфических характеристик, связанных с наличием экранирующей и защитной сеток.

Выходные статические характеристики пентода показаны на рис. 1.46. Эти характеристики обычно снимаются при =const, = 0 и номинальном напряжении накала . Каждая из характеристик снимается при постоянном напряжении на первой сетке , интервалы изменения, которого выбираются одинаковыми. Чем меньше напряжение , тем меньше анодный ток. Однако строгого соответствия между и ,Д/_а не наблюдается. Чем меньше анодный ток, тем меньшее значение Д/_а получается при том же интервале . В этом проявляется нелинейность между и , которая очень наглядна на семействе характеристик прямой передачи.

Каждая характеристика имеет два участка, резко отличающихся по изменению тока. Участок ОА соответствует малым анодным напряжениям ( = 0 50 В) и характеризуется резким изменением тока от нуля до некоторой величины. Он обусловлен режимом токораспределения, называемым режимом возврата электронов к экранирующей сетке. При нулевом анодном напряжении почти все электроны, получив большую скорость под воздействием высокого напряжения экранирующей сетки и прошедшие между ее витками, возвращаются к ней из околоанодной области, не преодолев тормозящего поля анода. Небольшое увеличение анодного напряжения приводит к резкому увеличению анодного тока за счет электронов, преодолевших тормозящее поле и «переключающихся» с экранирующей сетки на анод. Ток экранирующей сетки соответственно резко уменьшается. При анодном напряжении, соответствующем точке А, процесс токораспределения между экранирующей сеткой и анодом в основном заканчивается.

При дальнейшем увеличении анодного напряжения все электроны, пролетающие между витками сетки, попадают на анод. Пологий участок АВ характеризуется очень малым изменением анодного тока. Этот режим называется режимом перехвата электронов экранирующей сеткой. Изменение анодного тока объясняется двумя причинами. Во-первых, изменение анодного напряжения продолжает влиять на токораспределение, но уже незначительно. Повышение анодного напряжения приводит к тому, что несколько увеличивается количество электронов, пролетающих плоскость экранной сетки. Незначительно возрастает анодный ток; на такую же величину уменьшается ток экранирующей сетки. Во-вторых, увеличение анодного тока связано с повышением действующего напряжения, которое для пентода можно приближенно записать как