Основные параметры триода

Крутизна анодно-сеточной характеристики.

Крутизна S=dI_a/dU_c характеризует управляющее действие сетки и численно равна величине изменения анодного тока, приходящееся на один вольт изменения сеточного напряжения при постоянном напряжении анода. Выражается крутизна в милли амперах на вольт. Название этого параметра обусловлено тем, что он показывает насколько круто поднимается передаточная характеристика лампы.

Крутизна возрастает при увеличении размеров электродов и уменьшении расстояния сетка-катод. Обычно крутизна у маломощных ламп имеет величину порядка 5-10 мА/В.

Выходная проводимость.

Внутреннее сопротивление триода определяется:

R_B=dU_a/dI_a

Коэффициент усиления.

Для сравнительной оценки воздействия сеточного и анодного напряжений используют еще один параметр – коэффициент усиления.

Он определяется как отношение приращения анодного напряжения к приращению сеточного напряжения

µ=dU_a/dU_c при I_a=const.

Триод в режиме усиления.

Нагрузочные характеристики.

Напряжение на аноде при наличии нагрузки в анодной цепи определяется выражением:

Тетроды.

Большая емкость анод-сетка существенно ограничивает частотный диапозон усиления триода. Эффективным средством уменьшения этой емкости является экранирование электростатического поля анода. В качестве экрана используют металлическую сетку, помещенную между анодом и управляющей сеткой. Если экранирующая сетка заземлена, то силовые линии поля анода в основном перехватываются ее витками и лишь в незначительной степени проникают к управляющей сетке. Благодаря этому емкость анода по отношению к управляющей сетке резко уменьшается. Однако экранирующая сетка должна быть достаточно прозрачной для электронного потока, идущего на анод, что не позволяет делать ее достаточно густой; тем не менее путем экранирования возможно уменьшение проходной емкости лампы в сотни раз.

Ввиду того, что экранирующая сетка сильно ослабляет поле анода, катодный ток при нулевом напряжении экранирующей сетки оказывается равным нулю, несмотря на наличие положительного напряжения на аноде. Для создания катодного тока на экранирующую сетку подают положительное напряжение. Заземление экранирующей сетки осуществляют лишь по высокой частоте с помощью емкости. Четырехэлектродная лампа или тетрод, благодаря небольшой величине емкости анод-сетка дает устойчивое усиление на значительно более высоких частотах, чем триод.

Динатронный эффект.

При малых анодных напряжениях, повышение анодного напряжения сопровождается быстрым увеличением анодного тока, но когда напряжение анода достигает 10-15 вольт. Энергия электронов возрастает настолько, что возникает вторичная эмиссия из анода.

Электроны, выбитые из анода устремляются на экранирующую сетку, которая имеет более высокий потенциал (сотни вольт). При этом результирующий анодный ток, определяемый разностью приходящих на анод и уходящих с анода электронов, уменьшается, а ток, экранирующей сетки соответственно увеличивается.

Когда анодное напряжение приближается к напряжению сетки, переход вторичных электронов на экранирующую сетку прекращается и анодный ток начинает увеличиваться, а ток экранирующей сетки уменьшается.

Переход электронов вторичной эмиссии на другой электрод носит название динатронного эффекта. В тетроде этот эффект приводит к появлению падающего участка АБ на анодной характеристике. Наличие падающего участка на анодной характеристике может привести к искажениям при усилении и самопроизвольной генерации колебаний.

Лучевые тетроды.

В лампах с экранирующей сеткой динатронный эффект может быть подавлен с помощью потенциального барьера, созданного объемным зарядом вблизи анода. Этот принцип подавления динатронного эффекта используют в лампах, называетмых лучевыми тетродами.

Пентоды

Подавление динатронного эффекта полем защитной сетки.

Динатроннй эффект можно подавить, создав перед анодом с помощью специальной сетки С₃ электрическое поле, тормозящее вторичные электроны и препятствующее их переходу на экранирующую сетку. Сетка С₃ называется защитной или антидинотронной. Лампа с защитной сеткой имеет пять электродов, поэтому ее называют пентодом.

Защитную сетку обычно соединяют с катодом, поэтому в сечении 1, проходящем через виток защитной сетки, создается минимум в котором потенциал равен нулю. В сечении 2 проходящем посередине между витками защитной сетки минимум имеет положительный потенциал и поэтому не представляет серьезного препятствия для первичного электронного потока, движущегося на анод с большой скоростью, определяемой потенциалом экранирующей сетки. В то же время вторичные электроны вылетающие из анода с относительно небольшой скоростью, не могут преодолеть этот минимум потенциала и возвращаются на анод. В результате динатронный эффект в триоде не возникает.

Стабилитроны тлеющего разряда.

Электрический разряд в газе сопровождается рядом явлений, которые используются в приборах, называемых ионными или газоразрядными. Наиболее часто в таких приборах используются тлеющий и коронный разряды.

Стабилитрон тлеющего разряда имеет цилиндрическую коаксиальную конструкцию. Наружный цилиндрический электрод является катодом, а внутренний (обычно никелевый стержень) – анодом. Колбу прибора наполняют смесью инертных газов под давлением 2,5-10 кПа.

В газовой среде, представляющей совокупность нейтральных атомов и молекул, всегда имеются в небольшом количестве ионизированные атомы и свободные электроны, образующиеся под воздействием света, радиоактивного излучения и космических лучей. При указанных давлениях средняя длина свободного пробега электронов в газовой среде оказывается значительно меньше, чем расстояние анод-катод. Поэтому, если подать положительное напряжение на анод, то возникающее при этом движение электронов от катода к аноду будет происходить в условиях столкновений их с атомами газа. Результат столкновения электрона с атомом зависит от скорости электрона: при небольшой скорости электрона структура атома остается неизменной, при большой скорости, столкновение электрона и атома сопровождается возбуждением и ионизацией атомов.

Возбужденное состояние характеризуется переходом электронов в атоме на более высокие энергетические уровни на короткое время (порядка 1 нс), после чего атом возвращается в нормальное состояние, испустив при этом фотон. При ионизации атом теряет электрон, вследствие чего в междуэлектродном пространстве появляются пары подвижных носителей заряда – электрон и положительный ион.

При подаче на анод стабилитрона достаточно большого напряжения в приборе возникает лавинная ионизация газа. Образующиеся при этом положительные ионы движутся под действием электрического поля к катоду. Под ударами ионов холодный катод начинает испускать электроны и возникает электронно-ионная эмиссия.

Выбитые из катода электроны устремляются к аноду, создавая на своем пути новые ионы и т.д.

Если каждый выбиваемый из катода электрон в результате всех процессов, протекающих в приборе, обеспечит выход из катода хотя бы одного нового электрона, то в приборе возникает самостоятельный газовый разряд (для его поддержания не требуется накаливать катод).

Напряжение возникновения самостоятельного разряда зависит от напряжения ионизации газа, давления газа р и расстояния между электродами d.

Напряжение возникновения разряда значительно выше напряжения ионизации газа и достигает сотен вольт.

При некоторой величине произведения (pd) напряжение возникновения разряда минимально. При меньшем, чем в этой точке значении (pd) возникновение разряда затруднено вследствие того, что уменьшается вероятность столкновения электронов с атомами газа, а при большем значении (pd) электроны набирают на пути свободного пробега слишком малую энергию, недостаточную для ионизации.

В междуэлектродном пространстве стабилитрона наряду с процессом ионизации газа протекает обратный процесс – рекомбинация электронов и ионов газа, в результате которой вновь образуются нейтральные атомы.

В стационарном состоянии существует динамическое равновесие между процессами ионизации и рекомбинации: число появляющихся вследствие ионизации носителей заряда равняется числу носителей, исчезающих за это же время в результате рекомбинации. В разрядном пространстве устанавливается значительная концентрация электронов и ионов, возникает смесь нейтральных и возбужденных атомов, положительных ионов, электронов, называемая электронной плазмой.

Число электронов и ионов в плазме практически одинаково и объемный отрицательный заряд электронов в приборе оказывается почти скомпенсированным объемным зарядом положительных ионов. Вследствие высокой концентрации электронов и ионов плазма обладает значительной проводимостью, поэтому падение потенциала на разрядном промежутке очень мало (0,2-0,5 В/см), а потенциал плазмы примерно равен потенциалу анода.

Основное падение потенциала в стабилитроне сосредотачивается у катода в слое толщиной порядка длины свободного пробега электрона. Здесь выбиваемые из катода электроны приобретают скорость, достаточную для ударной ионизации газа, а ионы, движущиеся к катоду, - скорость необходимую для выбивания в достаточном количестве электронов из катода.

Величина катодного падения потенциала U_k при нормальном тлеющем разряде ниже напряжения возникновения разряда и при давлениях в несколько тысяч паскалей зависит только от материала катода и рода газа.

В стабилитронах в качестве материала катода обычно используют никель, железо или молибден.

Материал катода	Катодное падение, В
Гелий	Неон	Аргон
Калий
Молибден
Никель			-
Железо

Основные соотношения.

Полное падение потенциала на включенном стабилитроне, раное сумме катодного падения и падения напряжения в плазме, определяется главным образом катодным падением и поэтому мало зависит от тока.

Ток устанавливающийся в цепи после возникновения разряда в стабилитроне определяется напряжением питания E_ak и сопротивлением ограничительного резистора r, включаемого последовательно со стабилитроном:

I_ст=(E_ak-U_ст)/r

В режиме нормального катодного падения напряжения плотность катодного тока является величиной постоянной. Поэтому при малых токах в разряде учувствует лишь небольшая часть поверхности катода, хорошо видимая по возникшему на ней свечению.

При увеличении тока стабилитрона (изменение Е_ак) возрастает светящаяся часть поверхности эмитирующей электроны, а падение напряжения на приборе остается практически неизменным. Когда в следствии увеличении тока вся поверхность катода покрывается свечением. Ток достигает максимального значения, определяемого площадью поверхности катода. Дальнейшее увеличение тока стабилитрона возможно лишь за счет увеличения числа электронов, выбиваемых с единицы поверхности катода. Для этого должна возрасти скорость ионов, бомбардирующих катод, а следовательно и катодное падение потенциала. Поэтому при I_cт ≥I_max напряжение анода с ростом тока быстро увеличивается. Катод стабилитрона в этом режиме, называемом аномальным тлеющим разрядом, интенсивно распыляется, что приводит к сокращению долговечности прибора.

Стабилитроны коронного разрада.

Для стабилизации высоких напряжений при малых токах используют стабилитроны коронного разряда.

Коронный разряд – это самостоятельный разряд, который возникает при высоком давлении газа и резко неоднородным электрическим полем.

Стабилитрон коронного разряда имеет цилиндрическую коаксиальную конструкцию. Наружный цилиндрический электрод является катодом, а внутренний – анодом. Прибор наполняют водородом под давление в несколько тысяч паскалей.

В цилиндрической друхэлектродной системе напряженность электрического поля имеет большую величину у внутреннего электрода, поэтому при подаче высокого напряжения сильное электрическое поле возникает у анода, оно вызывает ионизацию и возбуждение атомов газа, которые образуют вокруг анода светящийся слой – корону.

Остальная область междуэлектродного пространства, где напряженность электрического поля недостаточна для ионизации газа, остается темной. Электропроводность этой области обуславливается лишь положительными ионами, которые движутся из короны к катоду, поэтому ток при коронном разряде невелик (порядка десятков – сотен микроампер).

Напряжение возникновения коронного разряда сильно зависит от давления газа и практически лежит в пределах 200 В – 30 кВ. При значительном увеличении тока коронный разряд переходит в тлеющий, при этом напряжение на приборе резко падает.

Общие сведения об электро-световых приборах.

По виду рабочей среды электросветовые приборы подразделяют на электровакуумные, газоразрядные, полупроводниковые и жидкокристаллические.

По форме представления сигнала различают следующие электро-световые индикаторы:

- сигнальные, отображающие сигнал свечением индикатора

- цветосигнальные, отображающие каждый сигнал из группы отдельным цветом индикатора

- знаковые, отображающие каждый сигнал из группы буквой, цифрой, либо другим определенным символом

- экранные, представляющие принятую за данный отрезок времени совокупность сигналов в виде черно-белого или цветного изображения

-шкальные, отображающие поступивший сигнал местоположением светового пятна или границы светящейся линии.

Высоковакуумные электронные индикаторы.

Катодно – люминисцентные индикаторы.

Катодно-люминисцентный индикатор состоит из накаливаемого катода, сетки и анода. Роль анода выполняют несколько (от 7 до 19) изолированных друг от друга металлических полосок, размещенных в одной плоскости и покрытых люминофором. На сетку подается положительное напряжение 20 В. При подаче такого же напряжения на те или иные сегменты, на них устремляются электроны, эмитируемые катодом; возникает люминисценция и эти сегменты покрывают зеленым свечением, образуя определенную светящуюся цифру. Катод при этом не виден, так как он нагревается до невысокой температуры, при которой свечение еще отсутствует. Сетка так же практически незаметна, поскольку она достаточно редкая и выполняется из тонкой проволоки. Яркость свечения 200 кд/м².

Накаливаемые индикаторы.

Эти индикаторы представляют собой плату с размещенными на ней несколькими вольфрамовыми нитями. Плата находится в вакууме в герметичном стеклянном баллоне. При подаче на соответствующие нити напряжения от 2,5 до 5 В высвечивается необходимая цифра.

Высокая яркость свечения делает эти индикаторы незаменимыми при работе в условиях высокого уровня внешней освещенности.

Газорязрядные индикаторы.

Знаковые индикаторы.

В этих приборах катоды имеют форму цифр или букв и располагаются друг за другом, анод выполнен ввиде сетки. Баллон наполняют инертным газом. При подаче на тот или иной катод отрицательного напряжения в приборе возникает тлеющий разряд и катод покрывается свечением. К недостаткам этих индикаторов относятся небольшой угол наблюдения, высокое рабочее напряжение.

Сегментные газоразрядные индикаторы.

По способу формирования знака эти приборы подобны катодолюминисцентным индикаторам, но сегменты выполняют здесь роль катодов треющего разряда, а анодом служит тонкий слой золота, передней сетки стеклянного баллона прибора. Баллон наполняется инертным газом.

Точечно – растровые газоразрядные индикаторные панели.

В таких индикаторах в пазы стеклянных панелей укладываются проволочные катоды и аноды, панели разделены диэлектриком, имеющим отверстия в точках пересечения анодов и катодов. Устройство в сборе герметизируется и наполняется инертным газом под давлением 10⁴ Па.

При подаче достаточного по величине напряжения между каким-либо катодом и анодом в соответствующей ячейке (там, где электроды «перекрещиваются») возникает тлеющий разряд.

При подаче напряжения на несколько катодов и анодов точечным растром воспроизводится знак соответствующий конфигурации. Подобные???? могут иметь до 100х100 ячеек с шагом 1мм.

Осциллографические трубки.

Осциллографическая трубка – это прибор, в котором преобразование электрического сигнала в световой осуществляется путем воздействия на люминофор управляемого электрического луча. Осциллографическая трубка состоит из колбы, в которой помещены электронный прожектор, отклоняющая система и собственно экран. Устройство формирующее электронный луч состоит из подогреваемого катода и четырех цилиндрических коаксиальных электродов: модулятора, ускоряющего электрода, первого и второго анодов. Это устройство называют электронным прожектором.

Второй анод осциллографической трубки обычно имеет нулевой потенциал (заземлен). Этот же потенциал имеет ускоряющий электрод.

На катод подается отрицательное относительно второго анода (и ускоряющего электрода) напряжение U(1-2кВ).На первый анод поступает регулируемое отрицательное напряжение U(0.7-0.8).Модулятор находится небольшим относительно катода регулируемым отрицательным напряжением U_м=5÷10В. Все питающее напряжение обычно снимают с общего делителя подключенного к высоковольтному источнику питания.

На участке модулятор – ускоряющий электрод электроны сигнала проходят область собирающего поля и затем область рассеивающего поля.

Электрическое поле на участках ускоряющее электрод – первый анод – второй анод в целом действует как собирающая линза, но более длиннофокусная, поскольку электроны здесь движутся быстрее и время взаимодействия с электрическим полем сокращается. Подбирая напряжение на электродах электронной линзы (обычно на первом аноде), можно сфокусировать электронный пучок на экране трубки, получив на нем малое по размеру, резко очерченное светящееся пятно.

Яркость пятна на экране регулируют изменением величины тока пучка мощью напряжения модулятора.

Особенностью управляющего действия модулятора является резко выраженный «островковый» эффект. Эффект управления током здесь достигается за счет того, что при изменении напряжения модулятора изменяется площадь центрального участка поверхности катода, около которой роле является ускоряющим, в результате изменяется число электронов, вылетающих из катода и образующих электронный луч, а следовательно и яркость изображения на экране. Поскольку непосредственное измерение тока луча затруднительно, так же как измерение яркости пятна, в качестве характеристики управления яркостью изображения обычно берут зависимость от напряжения модулятора тока второго анода, пропорционального в известных пределах току луча. Эту характеристику называют модуляторной. Запирающее напряжение модулятора линейно зависит от ускоряющего напряжения .

Величина µ лежит в пределах от 40 до 50.

Отклоняющая система.

Отклоняющая система состоит из двух пар взаимно перпендикулярных пластин X и Y. Если между одной из пар отклоняющих пластин создана разность потенциалов, то электрическое поле между пластинами, воздейстуя на протекающие электроны в направлении перпендикулярном направлению их движения, искривляет траекторию электронов и вызывает смещенные пятна на экране в ту или иную сторону в зависимости от полярности приложенного напряжения. Вторая пара пластин повернута по отношению к первой на 90^о , поэтому прикладываемое к ней напряжение смещает пятно на экране в направлении, перпендикулярном линии отклонения, обусловленного полем первой пары пластин. Таким образом, наличие двух пар взаимно – перпендикулярных пластин дает возможность с помощью двух напряжений перемещать пятно в любую точку экрана.

Осциллографические трубки применяют для получения осциллограммы – графика зависимости напряжения от времени. Для этого исследуемое напряжение U_y прикладывают к одной паре пластин (обычно Y), а к другой паре пластин (X) прикладывают напряжение пилообразной формы U_x, называемое напряжением развертки.

На участке ОА напряжение линейно зависит от времени и под действием этого напряжения перемещается вдоль оси X пропорционально времени. В то же время пятно под действием исследуемого напряжения перемещается по оси Y на величину пропорциональную его значению в данный момент времени.

Таким образом, при непрерывном одновременном изменении приложенных напряжений U_x и U_y пятно прочерчивает на экране трубки график зависимости исследуемого напряжения от времени.

U_y = f(t)

На участке AB напряжение спадает до нуля и пятно возвращается в исходное положение. Если период развертки выбран кратным периоду исследуемого напряжения, то осциллограммы, получаемые в последующие периоды, накладываются друг на друга и на экране наблюдается устойчивое и четкое изображение исследуемого процесса.

Чувствительность системы отклонения.

Важным параметром осциллографической трубки является чувствительность:

h’=h/U_откл

где h – величина отклонения пятна на экране трубки, приходящаяся на 1 В отклоняющего напряжения U_откл.

Чувствительность отклоняющей системы зависит от геометрических размеров отклоняющих пластин. Чем больше луч находится в поле действия отклоняющих пластин, тем больше чувствительность ОС.

Чувствительность так же зависит от расстояния между отклоняющими пластинами. Чем меньше расстояние между пластинами, тем больше чувствительность.

Чувствительность ОС зависит от скорости пролета электронов через ОС, которая в свою очередь зависит от напряжения второго анода. Чем меньше напряжение на втором аноде, тем больше чувствительность отклоняющей системы, однако при этом уменьшается яркость пятна и ухудшается фокусировка.

Дата добавления: 2014-01-03