Пентод и лучевой тетрод

Тетрод

ТРИОД

Устройство и принцип действия. Триод представляет собой электронную лампу,имеющую триэлектрода: катод, анод и управляющий электрод – сетку. В триоде используется термоэлектроннаяэмиссия с катода и движение электронов в результирующем электрическом поле, создаваемом анодом и сеткой. Принцип действия триода обусловлен влиянием электрического поля сетки на поток электро-нов, идущих от катода к аноду.

Рассмотрим влияние сетки при разных напряжениях на ней относительно катода и постоянном по-ложительном напряжении анода. Для этого воспользуемся установкой, собранной по схеме рис. 35.

мА

Если напряжение на сетке относитель-

но катода равно 0 (движок потенциометра

R пa

R пcустановлен

в среднее

положение), то

R пc

+

+

она не создает своего электрического поля

E c

Е а

и не оказывает влияния на величину тока

–

V

–

анода. При накаленном катоде и отсутствии

V

анодного напряжения эмиттируемые элек-

троны заполняют междуэлектродное про-

странство у катода. Заряд, созданный этими

Рис. 35 Схема установки для снятия семейств анодных и

электронами,

называют

отрицательным

анодно-сеточных характеристик триода

объемным зарядом. Этот

заряд создает

тормозящее электрическое поле для выходящих из катода электронов. Он тем больше, чем больше ко-личество эмиттируемых электронов, т.е. чем больше напряжение накала. При подаче положительного анодного напряжения на анод попадают только электроны, обладающие достаточной энергией, чтобы преодолеть тормозящее поле около катода.

Если напряжение сетки положительное (движок потенциометра R _пc перемещен в верхнее положе-ние), то между ней и катодом создается для электронов ускоряющее электрическое поле, которое скла-дывается с ускоряющим полем анода; результирующее ускоряющее поле для электронов в промежутке сетка-катод увеличивается, и больше электронов уходит из объемного заряда сквозь сетку на анод. В результате ток анода возрастает тем больше, чем выше положительное напряжение сетки. Однако такой режим работы триода практически не используется, так как часть электронов притягивается к положи-тельно заряженной сетке, создавая в ее цепи ток сетки I _с, который вредно сказывается на работе лампы. При отрицательном напряжении сетки (движок потенциометра R _пc установлен в нижнее положение) создается тормозящее электрическое поле для эмиттируемых катодом электронов; ток анода уменьша-ется тем сильнее, чем больше величина отрицательного напряжения сетки.

Отрицательное напряжение сетки, при котором ток анода становится равным нулю при положи-тельном напряжении анода, называют запирающим напряжением U _сзап, при этом лампа оказывается за-пертой, поскольку ток через нее не проходит. Это объясняется тем, что тормозящее поле сетки полно-стью компенсирует ускоряющее поле анода. При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения сетки лампа остается запертой. Таким образом, изменяя напряжение сетки, можно изменять величину тока анода, иначе говоря, управлять анодным током. Поэтому сетка в триоде называется управляющей.

Обычно для управления током анода используют изменение отрицательного напряжения сетки, чтобы исключить появление тока сетки. С уменьшением отрицательного напряжения сетки ток анода увеличивается, а с увеличением отрицательного – уменьшается.

Из сказанного следует, что благодаря экранирующему действию сетки, ослабляющему влияние анодного поля на анодный ток, а также меньшему расстоянию между сеткой и катодом, чем между ано-

дом и катодом, изменения напряжения сетки гораздо сильнее влияют на ток анода, чем такие же из-

менения напряжения анода. На этом основаны усилительные свойства триода и использование его дляусиления электрических сигналов.

Характеристики триода. Анодный ток в триоде зависит от трех напряжений–накала,сетки ианода. Напряжение накала всегда поддерживается неизменным, равным номинальному, поэтому рас-сматривают два вида статических характеристик триода:

анодные – зависимость тока анода от напряжения анода при постоянном напряжении сетки

I _a = f (U _a)при U _c = const;

анодно-сеточные – зависимость тока анода от напряжения сетки при постоянном напряжении анода

I _a = f (U _с)при U _а = const.

Схема установки для снятия статических характеристик триода (рис. 35) включает источники по-стоянных напряжений Е _а и Е _с, потенциометры R _па и R _пc для изменения напряжений анода и сетки, при-боры для измерения напряжений анода и сетки и тока анода.

Анодные характеристики, снятые при разных значениях постоянного напряжения сетки, составляют

семейство статических анодных характеристик (рис. 36, а).Анодные характеристики–это выходные

характеристики триода.

Анодная характеристика, снятая при U _c = 0, выходит из начала координат; при отсутствии напряже-ния анода тока в цепи анода нет. Анодная характеристика нелинейна: с увеличением U _a ток растет сна-чала медленно (из-за тормозящего действия отрицательного объемного заряда), а затем (по мере расса-сывания этого заряда) – все быстрее.

Характеристика, снятая при постоянном отрицательном напряжении сетки, например при U _c = –2 В, начинается не из нуля, а правее, при некотором значении напряжения анода U _a1. Это объясняется тем, что с увеличением напряжения анода от нуля ток будет оставаться равным нулю до тех пор, пока уско-ряющее поле анода не скомпенсирует около катода тормозящее действие поля сетки. Лампа остается запертой, если действующее напряжение отрицательно или равно нулю.

Чем больше абсолютная величина отрицательного напряжения сетки, при котором снимается анод-ная характеристика, тем сильнее тормозящее поле сетки; следовательно, тем сильнее должно быть ус-коряющее поле анода для его компенсации. Поэтому при увеличении отрицательного постоянного на-пряжения сетки анодные характеристики все больше сдвигаются вправо.

I a,мА U с= + 4В	U a= 200В	I a,мА
U с= + 2В
U с= – 2В
U с= 0	U с= – 4В	U a= 100В
	U a= 150В

U а,В	U c,В
U а1	U с зап
а)	б)

Рис. 36 Семейства вольтамперных характеристик триода:

а –анодные; б –анодно-сеточныеПри постоянном положительном напряжении сетки все анодные характеристики выходят из начала

координат, так как даже при малом напряжении анода поле у катода ускоряющее и часть электронов попадает на анод. При большем положительном напряжении сетки анодные характеристики будут кру-че.

Анодно-сеточные характеристики, снятые при разных значениях постоянного напряжения анода,

составляют семейство статических анодно-сеточных характеристик (рис. 36, б). Анодно-сеточные характеристики являются передаточными характеристиками триода.

С повышением напряжения анода отрицательное запирающее напряжение увеличивается, поэтому анодно-сеточные характеристики, снятые при более высоком постоянном напряжении анода, сдвигают-ся влево. Анодно-сеточные характеристики начинаются только в области отрицательных напряжений сетки, поскольку при положительном анодном напряжении лампу можно запереть только тормозящим полем сетки. Участки анодно-сеточных характеристик в области положительных напряжений сетки обычно не используются: хотя анодный ток с увеличением положительного напряжения сетки растет, но появляется и растет ток сетки, который приводит к искажению усиливаемых колебаний.

Параметры триода. Основными параметрами триода являются:крутизна анодно-сеточной харак-теристики, внутреннее сопротивление, коэффициент усиления, а также максимально допустимое значе-ние мощности, рассеиваемой анодом.

Крутизна анодно-сеточной характеристики триода S – это параметр,показывающий,на сколькомиллиампер изменится ток анода при изменении напряжения сетки на 1 В при постоянном напряжении анода:

S = ∆ I _a/∆ U _cпри U _a= const.

Крутизна определяет наклон анодно-сеточной характеристики и измеряется в миллиамперах на вольт (мА/В). Крутизна в разных точках характеристики различна. Для данной точки крутизну характе-ристики можно определить по анодно-сеточной характеристике, найдя приращения тока анода ∆ I _a и на-

пряжения сетки ∆ U _c как разность, соответственно, токов анода и напряжений сетки для двух близлежа-щих точек характеристики.

Для разных типов триодов крутизна характеристики может иметь значение от 1...2 до 30...40 мА/В. Внутреннее сопротивление триода R_i –это параметр,показывающий,на сколько вольт надо изме-

нить напряжение анода, чтобы ток анода изменился на 1 А при постоянном напряжении сетки:

R_i = ∆ U _a/∆ I _aпри U _c= const.

Внутреннее сопротивление характеризует сопротивление лампы изменению тока; это сопротивле-ние при переменном токе. Его называют также дифференциальным сопротивлением.

Внутреннее сопротивление, определяемое для разных точек, различно. В данной точке его можно определить, взяв на анодной характеристике близко расположенную вторую точку и найдя приращения напряжения анода ∆ U _a и тока анода ∆ I _a. R_i может иметь значения от сотен ом до десятков килоом.

Коэффициент усиления триода µ–это параметр,показывающий,во сколько раз изменение напря-жения сетки сильнее влияет на ток анода, чем такое же по величине изменение напряжения анода. Его можно вычислить по двум анодным или анодно-сеточным характеристикам как отношение приращения напряжения анода к приращению напряжения сетки при одном и том же значении тока анода:

µ = ∆ U _a /∆ U _c при I _a = const

В анодной системе координат приращение напряжения сетки определяется как разность постоян-ных значений U _c1 и U _c2, при которых снимались характеристики. В системе анодно-сеточных координат аналогично определяется ∆ U _a. Коэффициент усиления триода в зависимости от конструкции электродов может иметь значения от 5 до 30.

Для определения всех трех главных параметров для данной точки А на семействе статических ха-рактеристик строят прямоугольный характеристический треугольник АВС так, чтобы его вершины ле-жали на двух соседних характеристиках, катеты были параллельны осям координат, а гипотенузой слу-жил отрезок АВ характеристики (рис. 37).

Это можно сделать как на анодных, так и на анодно-сеточных характеристиках. На семействе анод-ных характеристик (рис. 37, а) катет АС соответствует приращению анодного напряжения ∆ U _a, катет

ВС –

	I a,мА	U с1	U с2				I a,мА
			U a2	U а1
		В
				В
I а2
							I а2
∆ I а
	А	С		А
I а1					I а1
	∆ U а	∆ U c	С
	50 100		U,В	–8	–6	–4	–2 0 U а, В
	U а1	U а2	а
			U с2	U с1
				а)			б)

Рис. 37 Определение главных параметров триода с помощью характеристического треугольника:

а – на семействе анодных характеристик;

б – на семействе анодно-сеточных характеристик

приращению тока анода ∆ I _a, а разность напряжений U _c2 и U _c1 – приращению напряжения сетки. По най-денным приращениям определяют параметры:

S =∆ I _a/∆ U _c= ВС / (U _c2– U _c1);

R_i =∆ U _a/∆ I_a = АС / ВС;

µ = ∆ U _a /∆ U _c = АС / (U _c2 – U _c1).

Аналогично можно определить параметры по анодно-сеточным характеристикам (рис. 37, б).

Рассмотренные параметры, вычисленные для одной точки характеристики, связаны между собой соотношением, которое носит название уравнения параметров:

µ = SR_i.

Рассеиваемая анодом мощность Р _а – это энергия, приносимая на анод электронами за одну секунду. Она равна произведению тока анода на напряжение анода:

Р _а = I _а U _а.

Для каждого типа ламп существует максимально допустимое значение рассеиваемой анодом мощ-ности Р_{а max}, при котором анод не перегревается выше допустимой температуры.

Недостатки триода. Во-первых,недостатком триода является относительно малый коэффициентусиления. Это объясняется большим деуправляющим действием анода, так как управляющая сетка сла-бо экранирует пространство между сеткой и катодом от действия поля анода на электронный поток.

Во-вторых, триоды имеют большую междуэлектродную емкость С_ас (емкость между анодом и управляющей сеткой), которая вредно влияет на работу триода на высоких частотах за счет образования паразитной обратной связи между анодной и сеточной цепями.

Четырехэлектродная лампа – тетрод –имеет две сетки:управляющую и экранирующую.Экра-нирующая расположена между анодом и управляющей сеткой и выполнена в виде плотной спирали. На экранирующую сетку подается постоянное положительное напряжение, составляющее примерно 0,5 Е _а. По переменному напряжению экранирующая сетка заблокирована конденсатором достаточно большой емкости. Переменное электрическое поле анода в основном замыкается на экранирующую сетку. В ре-зультате его деуправляющее действие на электронный поток резко снижается и, следовательно, усили-тельные свойства тетрода значительно выше, чем у триода.

Одновременно с этим значительно уменьшается вредная емкость анод – управляющая сетка, так как число силовых линий анодного поля, попадающих на управляющую сетку, также сокращается. Таким образом, недостатки, присущие триоду, в тетроде отсутствуют. Однако появление экранирующей сетки приводит к возникновению нового недостатка, связанного с динатронным эффектом, суть которого заключается в следующем.

При некоторой скорости электронов, летящих на анод, из анода выбиваются вторичные электроны. При работе тетрода напряжение на аноде может стать меньше напряжения на экранирующей сетке, при этом вторичные электроны притягиваются этой сеткой. Это вызывает уменьшение анодного тока при одновременном увеличении тока экранирующей сетки, т.е. на анодной характеристике тетрода появля-ется провал. Это приводит к искажению формы усиливаемого сигнала, что весьма нежелательно. В ре-зультате практическое применение тетродов в качестве усилительных ламп ограничено.

Для того чтобы устранить динатронный эффект, необходимо создать тормозящее поле в простран-стве между анодом и экранирующей сеткой. Это поле обеспечит возвращение вторичных электронов на анод. Существует два способа создания тормозящего поля в пространстве между анодом и экранирую-щей сеткой. Первый заключается в том, что между анодом и экранирующей сеткой размещается еще одна сетка, соединенная, как правило, с катодом и поэтому обладающая отрицательным потенциалом относительно анода. Третья сетка называется защитной или антидинатронной и конструктивно вы-полняется так же, как управляющая или экранирующая.

		К С1 С2 А
		Э1	А
	А		Э1	А	Э2
С3	С2	К			С2
С1	С1			К
К
	С2

Э₂

а) б) в) г)

Рис. 38 а – условное графическое изображение пентода; б – разрез

в вертикальной и в – в горизонтальной плоскостях лучевого тетрода;

г – его условное графическое изображение

В пентоде, условное графическое изображение которого приведено на рис. 38, а, вторичные элек-троны, летящие от анода с малой скоростью, возвращаются тормозящим полем защитной сетки C₃ об-ратно на анод. Следовательно, динатронный эффект полностью отсутствует. Наряду с этим наличие до-полнительной сетки приводит к еще большему экранированию от анодного поля электронного потока в пространстве между катодом и управляющей сеткой. Это вызывает значительное увеличение внутрен-него сопротивления R_i, а следовательно, и коэффициента усиления µ. Одновременно с этим значительно снижается емкость между анодом и управляющей сеткой С _ас1. У пентодов значения R_i обычно порядка

1...2 МОм; µ достигает 1000 и более; С _ас1 =

= 0,002...0,005 пФ.

В лучевых тетродах динатронный эффект устраняют вторым способом, который основан на использовании пространственного заряда большей плотности, создаваемого электронным пото-ком между экранной сеткой и анодом. Электронный поток большой плотности создают за счет особой конструкции лампы. Во-первых, управляющая и экранирующая сетки имеют одинако-вый шаг, причем их витки расположены друг против друга. В результате этого электроны летят от катода к аноду уплотненными «лучами», как показано на рис. рис. 38, б. Во-вторых, в лампе имеются специальные экраны Э, соединенные с катодом, в результате чего электронный поток сжимается в два сектора, как это показано на рис. рис. 38, в, и его плотность значительно уве-

личивается. Таким образом, попадание вторичных электронов на экранирующую сетку практи-чески исключено.

Необходимо заметить, что экранирующая сетка в лучевом тетроде не может быть очень плотной. Поэтому емкость С _ас1 относительно большая, порядка 0,3...1 пФ. По этой же причине невелики внут-реннее сопротивление R_i и коэффициент усиления µ. Внутренне сопротивление R_i имеет значения по-рядка десятков килоом, µ около 100.

Дата добавления: 2015-05-06