Тема 1.8. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Электронные лампы

Принцип работы электровакуумных приборов (электронных ламп) состоит в создании электронного потока в вакууме и управлении этим потоком.

Процесс получения электронов называется электронной эмиссией. В электронных лампах используется термоэлектронная эмиссия, происходящая под действием нагрева катода.

Катод - электрод, предназначенный для испускания электронов.

По способу подогрева различают катоды прямого и косвенного накала. В катодах косвенного накала можно использовать как постоянный, так и переменный ток, но его экономичность ниже, чем у катода прямого накала.

По типу эмитирующей поверхности катоды подразделяются на простые (из чистых металлов) и сложные (покрытые пленкой, оксидные). Оксидные катоды применяются для уменьшения работы выхода. В импульсном режиме такие катоды резко увеличивают ток эмиссии. Обычно используются в маломощных лампах. В мощных лампах используются вольфрамовые катоды, покрытые торием (тарированные катоды).

Диод - простейшая электронная лампа, имеющая два электрода - анод и катод (рис. 1).

На анод подается положительное напряжение U_a ≈ (100...300) В; на катод отрицательное относительно анода U_К ≈ 0. Анод создает ускоряющее поле и притягивает электроны. На рис. 2 приведена ВАХ диода I_а = f(U_a) | U_H = const. Диод используется для выпрямления высоковольтных напряжений большой мощности.

Рис. 1 Рис. 2

Основными параметрами диода являются:

Крутизна S: показывает управляющее действие анода в режиме пространственного заряда:

| U_H = const:мА/В;

внутреннее сопротивление переменному току R_i: характеризует сопротивление диода изменяющемуся току:

| U_H = const,Ом.

Предельные параметры диода: допустимая мощность на аноде Р_а _max и допустимое анодное напряжение U_а_max

Триод содержит 3 электрода: анод, катод и сетку, (рис. 3).

Устройство и схема включения триода

Рис. 3

Сетка - управляющий электрод, на нее подается небольшое отрицательное напряжение U_с = - (1...100) В. Сетка создает тормозящее поле. Изменяя в небольших пределах U_с можно получить значительное изменение I_a_; т.е. триод является усилительным элементом

На рис. 4 приведены анодные I_а = f(U_a)при U_с = const и анодно-сеточные I_а = f(U_c)при U_a = const характеристики триода.

Рис. 4

Статическими параметрами триода являются:

Крутизна S: показывает управляющее действие сетки:

| U_H = const:мА/В; S ≈ (2...30)mА/В;

внутреннее сопротивление R, характеризует влияние анода на I_а

| U_H = const,кОм; R₁ ≈ (1…50) кОм;

статический коэффициент усиления: показывает, во сколько раз сильнее на I_а влияет поле сетки, чем поле анода, т.е. характеризует усилительные свойства триода

| I_a = const; µ ≈(5... 2000).

Внутреннее уравнение лампы связывает параметры триода

µ = S*R₁

К предельным параметрам триода относятся: допустимая мощность, рассеиваемая анодом Р_а _max, допустимое анодное напряжение U_a _max, допустимый анодный ток I_а _max

Триод обладает межэлектродными емкостями, которые оказывают действие на работу триода.

Входная емкость С_C_К шунтирует источник сигнала; выходная емкость С_АК шунтирует нагрузку; проходная емкость С_АС оказывает самое отрицательное воздействие - через нее возникает паразитная частотно зависимая обратная связь и нарушается режим работы триода

С_А_C ≈ (1...15)пФ.

Недостатками триода являются низкий µ и большая величина С_А_K.

Используется триод для усиления сигналов низких частот, для детектирования. Более широкое применение получили двойные триоды.

Тетрод - электронная лампа, имеющая четыре электрода: катод, анод, управляющую и экранирующую сетки (рис. 5).

Рис. 5

Наличие экранирующей сетки (С2) уменьшает С_А_C₁ увеличивает µ. С_А_C₁ тетрода ~ (0,01..0,07) пФ, на С2 подается положительное напряжение U_С2 ~ (0,7...0,9) U_A.

На рис. 6 приведены статические анодные (I_A = f(U_A) при U_C₁, U_C₂ = const и анодно-сеточные (I_A = f (U_C₁) при U_А,U_C₂= const характеристики.

Анодно-сеточные характеристики Анодные характеристики

тетрода тетрода

Рис. 6

На графике анодных характеристик показана также зависимость сеточного тока I_C₂ от анодного напряжения U_A. В тетроде возникает вторичная электронная эмиссия, приводящая к динатронному эффекту (уменьшение I_А и увеличение I_C₂ на участке ВС анодной характеристики). К статическим параметрам тетрода относятся:

Крутизна S, показывает управляющее действие сетки I

| U_A, U_C₂ = const, мА/ В; S ≈ (2...30) мА/В;

внутреннее сопротивление R_i_; показывает действие поля анода на I_A

| U_C_1,U_C₂ = const, кОм; R_i ~ десятки; кОм;

статический коэффициент усиления µпоказывает усилительные способности тетрода:

Тетрод применяется в качестве приемно-усилительных ламп, для генерации.

Недостатком тетрода является наличие динатронного эффекта. Для устранения динатронною эффекта используются лучевые тетроды, в которых формируются пучки электронов, создающие тормозящее поле, практически устраняющее вторичную эмиссию. При этом несколько увеличивается проходная емкость и уменьшается коэффициент усиления. Используется в мощных усилителях НЧ

Пентод - электронная лампа, имеющая пять электродов: катод, анод, управляющую (С1), экранирующую (С2) и антидинатронную (СЗ) сетки (рис. 7).

Антидинатронная сетка создает тормозящее поле между анодом и экранирующей сеткой; на С₃ подается нулевой потенциал. На рис. 8 (а, б) приведены анодные (I_A = f (U_А) при U_C₁, U_C₂, U_C₃ = const) и анодно-сеточные (I_A = f (U_C₁) при U_A, U_C₂, U_C₃= const) характеристики пентода,

К статическим параметрам пентода относятся:

Крутизна S, показывает управляющее действие сетки 1

| U_A, U_C2, U_C3= const, мА/ В; S ≈ (5...30) мА/В;

внутреннее сопротивление R_i показывает действие поля анода на I_A

| U₁, U_C2, U_C3= const, кОм; R, ≈ (50...2000) кОм;

статический коэффициент усиления µ, характеризует усилительные свойства пентода:

. ~ сотни... тысячи

Достоинствами пентода является: высокий коэффициент усиления, малая проходная емкость, отсутствие динатронного эффекта. Используется для усиления сигналов НЧ и ВЧ.

Схема включения пентода Анодно-сеточные характеристики пентода

Рис. 7

Рис. 8 (а)

Анодные характеристики пентода

Рис. 8 (б)