Кристалл CdS 17 страница

22.2. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ

Электровакуумный (электронный или ионный) фотоэлемент представ­ляет собой диод, у которого на внут­реннюю поверхность стеклянного балло­на нанесен фотокатод в виде тонкого слоя вещества, эмитирующего фото­электроны. Анодом обычно является металлическое кольцо, не мешающее попаданию света на фотокатод. В электронных фотоэлементах создан вы­сокий вакуум, а в ионных находится инертный газ, например аргон, под дав­лением в несколько сотен паскалей (несколько миллиметров ртутного стол­ба). Катоды обычно применяются сурь-мяно-цезиевые или серебряно-кислород-но-цезиевь*е.

Свойства и особенности фотоэлемен­тов отображаются их характеристика­ми. Анодные (вольт-амперные) характе­ристики электронного фотоэлемента fФ = / (^ма) при Ф = const, изображенные на рис. 22.2, а, показывают резко вы­раженный режим насыщения. У ионных фотоэлементов (рис. 22.2,6) такие ха­рактеристики сначала идут почти так же, как у электронных фотоэлементов, но при дальнейшем увеличении анодного напряжения вследствие ионизации газа ток значительно возрастает, что оцени­вается коэффициентом газового усиле­ния, который может быть равным от 5 до 12. Энергетические характеристики электронного и ионного фотоэлемента, дающие зависимость 1ф = f (Ф) при С/_а = const, показаны на рис. 22.3. Частотные характеристики чувстви-телрности дают зависимость чувстви­тельности от частоты модуляции свето­вого потока. Из рис. 22.4 видно, что электронные фотоэлементы (линия 1) малоинерционны. Они могут работать на частотах в сотни мегагерц, а ион­ные фотоэлементы (кривая 2) прояв­ляют значительную инерционность, и чувствительность их снижается уже на частотах в единицы килогерц.

Рис. 22.2. Анодные характеристики электронного (а) и ионного (б) фотоэлемента

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1Ллм

Рис. 22.3. Энергетические характеристики электронного (1) и ионного (2) фотоэлемента

01---- 1—' < I------ '----- 1----- - 7 Ю Ю² 10³ 10+10^s Ю⁶ Гц

Рис. 22.4. Частотные характеристики элек­тронного (J) и ионного (2) фотЬэлемента

ясняется термоэлектронной эмиссией ка­тода и токами утечки между электро­дами. При комнатной температуре ток термоэмиссии может достигать 10"¹⁰ А, а токи утечки—ЮГ⁷ А. В специаль­ных конструкциях фотоэлементов удает­ся значительно снизить токи утечки, а ток термоэмиссии можно уменьшить лишь охлаждением катода до очень низких температур. Наличие темнового тока ограничивает применение фотоэле­ментов для очень слабых световых сигналов.

Фотоэлемент обычно включен после­довательно с нагрузочным резистором Д„ (рис. 22.5). Так как фототоки очень малы, то сопротивление фотоэлемента постоянному току весьма велико и со­ставляет единицы или даже десятки мегаом. Сопротивление нагрузочного ре­зистора желательно также большое. С него снимается напряжение, получаемое от светового сигнала. Это напряжение подается на вход усилителя, входная емкость которого шунтирует резистор R_H. Чем больше сопротивление Я_н и чем выше частота, тем сильнее это шунтирую­щее действие и тем меньше напряже­ние сигнала на резисторе R_H.

Рис. 22.5. Схема включения фотоэлемента

-Е +

Основные электрические параметры фотоэлементов - чувствительность, максимальное допустимое анодное на­пряжение и темновой ток. У электрон­ных фотоэлементов чувствительность достигает десятков, а у ионных фото­элементов — сотен микроампер на лю­мен. Темновой ток представляет собой ток при отсутствии облучения. Он объ­

Электровакуумные фотоэлементы нашли применение в различных устрой­ствах автоматики, в аппаратуре звуко­вого кино, в приборах для физических исследований. Но их недостатки — не­возможность микроминиатюризации и довольно высокие анодные напряжения (десятки и сотни вольт) — привели к тому, что в настоящее время эти фото­элементы во многих видах аппаратуры заменены полупроводниковыми прием­никами излучения.

22.3. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) представляет собой электрова­куумный прибор, в котором электрон­ный фотоэлемент дополнен устройством для усиления фототока за счет вторич­ной электронной эмиссии. Впервые в мире ФЭУ были изобретены советским инже­нером Л. А. Кубецким в 1930 г. В дальнейшем ряд удачных конструк­ций ФЭУ создали П. В. Тимофеев и С. А. Векшинский.

Рис. 22.6. Принцип устройства и работы ФЭУ

Г	Hi	А

+200В

+400В

Принцип работы ФЭУ иллюстриро­ван на рис. 22.6. Световой поток Ф вызывает электронную эмиссию из фото­катода ФК. Фотоэлектроны под дейст­вием ускоряющего электрического поля направляются на электрод Д_ь назы­ваемый динодом. Он является анодом по отношению к фотокатоду и одно­временно играет роль вторично-элект­ронного эмиттера. Динод делается из металла с достаточно сильной и устой­чивой вторичной электронной эмиссией. Поэтому первичные электроны (ток /_ф), идущие с фотокатода, выбивают из динода Дх вторичные электроны, число которых в а раз больше числа первич­ных электронов (а — коэффициент вто­ричной эмиссии динода Д_х, обычно равный нескольким единицам). Таким образом, ток вторичных электронов с первого динода 1^ = а/ф. Ток 1_Х направ­ляется на второй динод Д₂, имеющий более высокий положительный потен­циал. Тогда от динода Д₂ за счет вторичной эмиссии начинается ток элект­ронов 1₂, который в а раз больше тока

11 (для упрощения будем считать, что у
всех динодов коэффициент вторичной
эмиссии один и тот же), т. е.

1₂ = ali = а²/ф. В свою очередь, ток 1₂
направляется на третий динод Д₃, у
которого положительный потенциал еще
выше, и от этого динода течет ток
электронов /₃ = о1₂ = а³/ф, и т. д.

С последнего, n-го, динода Д„ элект­ронный ток /„ направляется на анод А, и тогда ток анода /_а = /„ = а^п1ф. Таким образом, коэффициент усиления тока k_t = ст". Например, если а = 10 и п = 8, то к{ = 10⁸. Практически усиление мень­ше, так как не удается все вторичные электроны, выбитые из данного динода, направить на следующий динод. Чтобы большее число вторичных электронов было использовано, разработаны ФЭУ с различной формой и различным взаим­ным расположением электродов. Для фокусировки потока вторичных электро­нов применяют, как правило, электри­ческое поле, поскольку фокусировка магнитным полем требует громоздких магнитных систем.

Простейший однокаскадный ФЭУ имеет фотокатод, динод и анод. У многокаскадных ФЭУ может быть коэф­фициент усиления тока до нескольких миллионов, а интегральная чувствитель­ность достигает десятков ампер на лю­мен. Как правило, ФЭУ работают при малых анодных токах и малых свето­вых потоках. Ток анода обычно бывает не более десятков миллиампер, а свето­вые потоки на входе могут быть Ю^-3 лм и менее.

Поскольку на каждом следующем ди-ноде напряжение выше, чем на предыду­щем, то анодное напряжение должно быть высоким (1—2 кВ), что является недостатком ФЭУ. Обычно питание ФЭУ

А/ям	Si
W^3	- ю^7
10^1	- 10^6
	- 10^s
	-10"
J	Чо'0

0JS 1,0 1,5 2,0кВ

Рис. 22.8. Зависимость коэффициента усиле­ния тока и интегральной чувствительности от напряжения питания ФЭУ

[к

>CZ>CZ>CD*CD-

^2 ^* ^ff

-o o-

Рис. 22.7. Схема включения ФЭУ

осуществляется через делитель, на кото­рый подается полное анодное напря­жение (рис. 22.7). В цепь анода вклю­чается нагрузочный резистор R_H, с ко­торого снимается выходное напряжение.

Для ФЭУ, как и для обычных фотоэлементов, характерен темновой ток, обусловленный термоэлектронной эмиссией фотокатода и динодов. Он составляет малые доли микроампера. Этот ток может быть уменьшен охлажде­нием прибора. Значением темнового тока ограничивается минимальный световой поток, который можно регистрировать с помощью ФЭУ. А минимальные из­менения светового потока ограничи­ваются флюктуациями эмиссии фото­катода и темнового тока. Следует от­метить, что эти флюктуации невелики, т.е. ФЭУ являются малошумящими приборами. Коэффициент шума F_m у них обычно 1,5 —2,0 (напомним, что у идеаль­ного «нешумящего» усилителя Р_ш = 1).

Основные параметры ФЭУ: область спектральной чувствительности (диапа­зон длин волн), в которой можно применять данный ФЭУ; число ступеней умножения; общий коэффициент усиле­ния тока; напряжение питания; ин­тегральная чувствительность; темновой ток. В качестве характеристик ФЭУ обычно рассматриваются световая ха­рактеристика /_а = / (Ф), а также зависи­мости коэффициента усиления k_t и ин­тегральной чувствительности S_E от на­пряжения питания £_а (рис. 22.8).

Фотоэлектронные умножители об­ладают малой инерционностью и могут работать на весьма высоких частотах. Их применяют для регистрации свето­вых импульсов, следующих через на-носекундные промежутки времени. Кро­ме того, ФЭУ применяются во многих областях науки и техники — в астро­номии, фототелеграфии и телевидении, для измерения малых световых потоков, для спектрального анализа и т. д. В полу­проводниковой электронике нет пока приборов, заменяющих ФЭУ.

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ТРЕТЬЯ

СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

23.1. ПРИЧИНЫ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ

При большом усилении с помощью электронных ламп в телефоне или громкоговорителе, включенном на вы­ходе, слышен характерный шум в, виде шороха, шипения и треска даже в том случае, если на вход никакие сигналы не подаются.

Такой шум можно слышать в любом радиоприемнике, если отключить ан­тенну и замкнуть накоротко входные зажимы, чтобы приема внешних сигналов не было. Чем больше коэффициент усиления, тем громче собственный шум приемника.

Собственные шумы электронных ламп ограничивают чувствительность радиоприемников и других радио­электронных устройств, служащих для обнаружения, усиления и измерения слабых электрических сигналов. Если полезные сигналы слабее собственных шумов, то прием этих сигналов обыч­ными методами практически невозмо­жен.

Основные причины собственных шу­мов электронных ламп — различного рода флюктуации.

1. Флюктуации электронной эмиссии катода вызываются несколькими явлени­ями. Число электронов, выходящих с по­верхности катода за одинаковые малые промежутки времени, не бывает строго постоянным. Поэтому эмиссионный ток непрерывно совершает небольшие беспо­рядочные колебания даже при неизмен­ном состоянии эмитирующей поверх­ности. Такое явление называется дро­бовым эффектом.

Эмиссионные свойства микроскопи­ческих участков поверхности катода также непрерывно, быстро и беспоря­дочно изменяются. Этот процесс полу­чил название поверхностного флюктуа-ционного эффекта.

Флюктуационные эффекты наблюда­ются при всех видах эмиссии и у раз­ных катодов, но не в одинаковой сте­пени. Они сильнее выражены при термо­электронной эмиссии, а также у активи­рованных катодов. Поверхностный флюктуационный эффект особенно резко проявляется у оксидных катодов.

2. Флюктуации вторичной электрон­ной эмиссии электродов лампы, находя­щихся под положительным потенциалом, а также различных изоляторов и стекла баллона также играют роль в создании собственных шумов.

3. Флюктуации ионных токов наблю­даются при недостаточном вакууме. Чем хуже вакуум, тем больше ионов и тем сильнее сказывается этот вид флюктуа-ций.

4. Флюктуации токораспределения
бывают всегда при наличии в лампе двух
или более электродов с положительным
потенциалом. За счет теплового хаотиче-
ского движения число электронов, попа­
дающих на эти электроды, непрерывно и беспорядочно меняется.

23.2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Для диода в режиме насыщения действующее значение шумового тока можно определить по формуле

1²_ш = 2ql_sn_np, (23.1)

где q — заряд электрона; I_s — ток насы­щения; Я_цр — полоса частот колебаний, пропускаемых устройством, с помощью которого наблюдается шумовой ток.

Например, если I_s = 50 мА и Я_пр = = 1 кГц, то

1_Ш = ]/2 • 1,6 - Ю^-19 • 50 • Ю^-3 -10³ =

= 4-Ю^-9 А = 4- Ю^-3 мкА.

В режиме объемного заряда шумовой ток уменьшается. Действительно, пусть, например, в результате флюктуаций эмиссия несколько усилилась, т. е. из катода вылетело больше электронов. За счет этого анодный ток должен увели­читься. Но при этом объемный заряд также возрастет и повысится потен­циальный барьер около катода, что вы­зовет уменьшение анодного тока. Таким образом, налицо два взаимно противо­положных изменения, и в результате флюктуации анодного тока будут мень­ше, чем в режиме насыщения.

Так как шумовой ток диода в ре­жиме насыщения легко определяется по приведенной формуле, то в качестве ге­нераторов шумов для испытания радио­электронных устройств, например радио­приемников, применяют специальные шумовые диоды.

Для сравнения различных ламп по шумовым свойствам в качестве шумовых параметров пользуются эквивалентным шумовым напряжением Г_/_шэ и шумо­вым сопротивлением лампы Я_{ш э}, введен­ными на основании следующих сооб­ражений.

Считают, что сама лампа является идеальной, т. е. не шумит, а создает шум за счет усиления некоторого шумо­вого напряжения, подведенного к ее сетке. Такое напряжение шумов, наблю­даемых при комнатной температуре и

при полосе частот пропускаемых коле­баний 1 кГц, называют эквивалентным шумовым напряжением лампы. Таким образом, можно считать, что в цепь сетки идеальной (нешумящей) лампы включен генератор напряжения 1/_ш._э (рис. 23.1). У большинства ламп напря­жение 1/щ.э составляет доли микроволь­та. Для полосы пропускания Я_пр, выра­женной в килогерцах, шумовое напря­жение в |/Япр раз больше, чем Г7_Ш._Э.

На каждом резисторе возникает шумовое напряжение, которое в соот­ветствии с формулой Найквиста (см. гл. 6) при комнатной температуре равно

U_mK^]/RTlZ, (23.2)

где U_m — в микровольтах, R — в кило-омах и Я_пр — в килогерцах.

Рис. 23.1. Усилительный каскад с источником эквивалентного шумового напряжения лампы

Рие. 23.2. Усилительный каскад с эквива­лентным шумовым сопротивлением лампы

Можно считать, что эквивалентное шумовое напряжение лампы создается некоторым резистором с сопротивле­нием Л_ш._э, включенным в цепь сетки лампы (рис-. 23.2). Так как напряжение 17_ш._э определяется при Я„р = 1 кГц, то зависимость между напряжением 17_ш._э в микровольтах и сопротивлением Л_ш._э в килоомах в соответствии с формулой

(23.3)

(23.2) запишется так:

U л

(23.4)

или

Л_ш._э * 641/1,-

Характеристика шумовых свойств ламп с помощью эквивалентного шумо­вого сопротивления наиболее удобна, так как позволяет легко рассчитывать суммарные шумы, создаваемые лампой совместно с другими элементами, напри­мер резисторами, включенными в цепь ее сетки.

Значения Л_шэ в килоомах для раз­личных ламп рассчитываются по следую­щим формулам:

для триода

Я_ш._э*2,5/5; (23.5)

(23.6)

для пентода или тетрода 2,5 20Ц_в2 S

Щ1ш + hi) '

где токи выражены в миллиамперах, а крутизна — в миллиамперах на вольт.

Из этих формул видно, что уменьше­ние значения Л_{ш э} достигается увеличе­нием крутизны. У триодов сопротивле­ние Л_{ш э} составляет сотни или тысячи ом, а у пентодов и тетродов оно выше (десятки килоом), что объясняется до­полнительными шумами от флюктуаций токораспределения. Еще выше (сотни килоом) это сопротивление у многосе­точных частотопреобразовательных ламп. Чем больше электродов у лампы, тем выше уровень шумов. Чтобы шумы приемника или усилителя были наи­меньшими, необходимо в первом каскаде применять лампу с возможно более низ­ким значением Я_шэ,, так как шумы первой лампы усиливаются всеми по­следующими каскадами.

Иногда шумовые свойства ламп ха­рактеризуют коэффициентом шума, ко­торый определяется для ламп так же, как и для транзисторов (см. гл. 6). Уровень шумов существенно зависит от режима дамп. При понижении накала шумы усиливаются, так как уменьша­ется объемный заряд, который в некото­рой степени подавляет флюктуации

анодного тока. При увеличении отрица­тельного напряжения смещения управ­ляющей сетки шумы усиливаются вслед­ствие уменьшения крутизны. То же полу­чается при снижении напряжения экра­нирующей сетки. Но при повышении напряжения U_g2 шумы усиливаются за счет токораспределения. Существует оптимальное значение U_g2, при котором шумы минимальны. Пентоды меньше шумят в режиме перехвата, так как в режиме возврата уменьшается крутиз­на и возрастают шумы от токораспре­деления. При работе лампы на более низших частотах сильнее сказывается по­верхностный флюктуационный эффект. Таким образом, снижение шумов дости­гается не только выбором малошумящей лампы, но и подбором режима работы этой лампы.

Помимо шумов, обусловленных флюктуациями, могут наблюдаться еще шумы за счет других явлений внутри лампы. К ним относятся: фон от пита­ния цепи накала переменным током, колебания тока от механических вибра­ций электродов лампы (виброшумы), шумы от изменения токов утечки через изоляцию с непостоянным сопротивле­нием и другие явления.

ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП НА СВЧ

24.1. МЕЖЭЛЕКТРОДНЫЕ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ ВЫВОДОВ

Между любыми двумя электродами лампы имеется емкость. Вывод любого электрода обладает индуктивностью. На рис. 24.1 показаны для примера триод с собственными емкостями и индуктив-ностями (а) и его эквивалентная схема (б). Эти емкости и индуктивности изме­няют параметры колебательных систем, подключенных к лампе. В результате уменьшается собственная частота коле­бательных систем и становится невоз-

можной настройка их на частоту выше некоторой предельной.

Для каждой лампы характерна пре­дельная частота /_пред. Это частота коле­бательного контура, получающегося при коротком замыкании выводов электро­дов. Например, если замкнуть накоротко анод и сетку триода, как показано штриховой линией на рисунке, то обра­зуется контур, у которого

С = С_Я.д + С_а._КСд._К/(С_Я._К + Сд._К)', (24.1)

L= L_a + L_g + L„p, (24.2)

где Lup — индуктивность замыкающего провода.

Работа лампы с внешним колеба­тельным контуром возможна лишь на частотах ниже /_преД. Возьмем для при­мера лампу, имеющую С = 10 пФ и L= 0,016 мкГн. Предельная частота у нее

/пр ед = l/(27t|/ZC) =

= 1/(2я ]/0,016 • 10 ⁶ • 10 • 10"¹²) * «400-Ю⁶ Гц = 400 МГц,

что соответствует длине волны 75 см.

Очевидно, что эта лампа непригодна для дециметрового диапазона, так как при наличии внешнего контура резо­

нансная частота заметно ниже 400 МГц.

Индуктивности и емкости лампы, будучи включены в те или иные ее цепи, создают нежелательные положи­тельные или отрицательные обратные связи и фазовые сдвиги, которые во многих случаях ухудшают работу схемы. Особенно сильно влияет индуктивность катодного вывода L_K. Она входит в анодную и сеточную цепи, и создает обратную связь, вследствие чего изме­няется режим работы и уменьшается входное сопротивление лампы, т. е. со­противление между сеткой и катодом, на которое нагружается источник усилива­емого напряжения. Межэлектродные емкости также способствуют уменьше­нию входного сопротивления лампы. Кроме того, эти емкости, имея на СВЧ весьма небольшое сопротивление, могут вызвать в более мощных лампах зна­чительные емкостные токи, нагреваю­щие выводы электродов и создающие дополнительные потери энергии. Так, например, емкость сетка — катод, равная 4 пФ, на частоте 1000 МГц (к = 30 см) имеет сопротивление 40 Ом. Если к ней приложено переменное напряжение 40 В, то возникает емкостный ток 1 А!

24.2. ИНЕРЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ

Вследствие того что электроны имеют массу, они не могут мгновенно пролетать расстояние между электрода­ми. На СВЧ время пролета электронов в лампе, несмотря на свою малость (Ю^-8 —Ю^-10 с), соизмеримо с периодом колебаний. Лампа перестает быть мало­инерционным прибором. Принято гово­рить, что на СВЧ проявляется инерция электронов. Инерция электронных про­цессов в лампе создает вредные фазо­вые сдвиги, искажает форму импульсов анодного тока и служит причиной воз­никновения значительных сеточных то­ков. В результате резко снижается вход­ное сопротивление лампы, увеличивают­ся потери мощности, а следовательно, уменьшается полезная мощность.

Инерция электронов не влияет на работу лампы, на частотах, соответ­ствующих диапазонам метровых и более длинных волн. Действительно, если пе­риод колебаний Т много больше, чем время пролета электронов в лампе г_пр, то деременные напряжения на электро­дах лампы за это время не успевают значительно измениться. Это наглядно показывают графики на рис. 24.2, изобра­жающие изменение напряжений на сетке и на аноде некоторой усилительной лампы, когда период колебаний в 40 раз боЛьше времени пролета электрона. На­пример, если г_пр = 10"⁹ с, то Т= = 40-10"⁹ с, что соответствует /= = 1/(40- Ю^-9) = 25 • 10⁶ Гц = 25 МГц или длине волны X = 12 м.

В данном случае можно считать, что пролет электрона от катода к аноду со­вершается при постоянных напряжениях электродов. Это означает, что движение электронов происходит по обычным законам без каких-либо новых явлений и анодный ток изменяется соответственно изменениям сеточного напряжения. Пе­ременная составляющая анодного тока будет совпадать по фазе с переменным напряжением сетки. Иначе протекают электронные процессы в тех случаях, когда время пролета одного порядка с периодом колебаний.

Рис. 24.2. Сравнение времени пролета элек­тронов с периодом колебаний

Режим работы лампы при постоян­ных напряжениях электродов называется статическим. Если же напряжение хотя бы одного из электродов меняется, но не с очень высокой частотой, то такой режим называется квазистатическим. И наконец, режим называется динамиче­ским, если напряжение хотя бы одного электрода изменяется так быстро, что законы статического режима применять нельзя. На СВЧ лампы работают имен­но в динамическом режиме. Неприме­нимость законов статического режима

к динамическому объясняется инерцией электронов.

Вместо времени пролета часто поль­зуются углом пролета а_пр, который связан с временем г_пр соотношением

а_пр = <»*пр, (24.3)

где со — угловая частота переменного напряжения электродов лампы.

Очевидно, что а_пр есть изменение фазового угла переменного напряжения за время г_пр. Если, например, t_np = Т/4, то Одр — 90°. При углах пролета меньше 20° инерцию электронов обычно не учи­тывают, т. е. режим считают квазиста­тическим.

Рассмотрим особенности электрон­ных процессов в триоде на СВЧ, имея в виду, что электрон большую часть времени пролета тратит на промежуток катод — сетка, так как здесь ускоряю­щая разность потенциалов невелика. Пусть, для примера, время пролета на этом участке равно половине периода, а рабочая точка установлена в самом начале анодно-сеточной характеристики лампы. На более низких частотах при этом был бы режим отсечки анодного тока, т. е. импульсы анодного тока про­ходили бы в течение положительных полупериодов переменного сеточного напряжения, а во время отрицательных полупериодов лампа была бы за­перта.

Но если t_np = Т/2, то работа лампы существенно изменится. Электроны, на­чавшие свое движение от катода в начале положительного полупериода сеточного напряжения, пролетят сквозь сетку в конце этого полупериода. Последующие электроны, начавшие движение позже, не успеют долететь до сетки во время положительного полупериода. Они еще будут в пути, когда на сетке перемен­ное напряжение уже изменит свой знак и поле между сеткой и катодом станет тормозящим. Многие электроны будут заторможены, остановятся, не долеГтев до сетки, и вернутся на катод. Это особенно относится к электронам, на­чавшим движение от катода в конце положительного полупериода, так как они почти сразу попадают в тормозя­щее поле. Возвращение части электронов обратно на катод уменьшает амплитуду импульсов анодного тока. Уменьшается полезная мощность, отдаваемая лампой, и начинается бомбардировка катода возвращающимися электронами. Из-за этого происходит дополнительный на­грев катода. Мощность на нагрев рас­ходуется источником переменного сеточ­ного напряжения. Что же касается электронов, успевших пролететь сквозь сетку, то, когда они движутся далее к аноду, напряжение сетки становится уже отрицательным, а значит, увеличивается разность потенциалов между анодом и сеткой и электроны с увеличенной энергией бомбардируют анод. Дополни­тельная мощность на эту бомбарди­ровку также отбирается от источника усиливаемого напряжения.

Если рассмотреть электронные про­цессы в других режимах, то можно прийти к таким же выводам: вследствие инерции электронов уменьшается пере­менная составляющая анодного тока, увеличивается мощность потерь на аноде и дополнительно нагревается катод от ударов возвращающихся электронов. Эти явления наблюдаются не только при f_np = Т/2, но и всегда, когда время пролета и период колебаний соиз­меримы.

24.3. НАВЕДЕННЫЕ ТОКИ В ЦЕПЯХ ЭЛЕКТРОДОВ

Для более правильного понимания работы электронных ламп на СВЧ необходимо познакомиться с наведен­ными токами в цепях электродов этих ламп.

При рассмотрении работы ламп обычно для упрощения считают, что ток в цепи какого-либо электрода возникает благодаря попаданию на этот электрод потока электронов, летящих внутри лампы. Такой поток электронов внутри лампы называют конвекционным током. Более глубокое изучение работы элект­ронных ламп показало, что ток во внешней цепи любого электрода пред­ставляет собой наведенный (индуциро­ванный) ток, сущность которого легко уяснить, если вспомнить явление элект­ростатической индукции.

Пусть имеется незаряженный про­водник А (рис. 24.3), к одному концу которого приближается отрицательно заряженный конец проводника Б. Тогда некоторое число электронов проводника А, отталкиваемых зарядом проводника Б, уйдет на другой конец проводника А и там возникнет отрицательный заряд. На ближнем к индуцирующему заряду конце проводника А будет недостаток электронов, т. е. появится положитель­ный заряд. При этом вдоль проводника А пройдет ток, который и будет на­веденным током. Его значение тем боль­ше, чем больше индуцирующий заряд и чем быстрее он приближается к про­воднику А. Если удалять проводник Б от проводника А, то электроны будут возвращаться, и, следовательно, в про­воднике А пройдет ток обратного на­правления, значение которого по-преж­нему будет определяться скоростью дви­жения проводника Б и индуцирующим зарядом.

Дата добавления: 2015-05-06