Устройство и работа тетрода

Четырехэлектродные лампы, или тетроды, имеют вторую сетку, называемую экранирующей или экранной и расположенную между управляющей сеткой и анодом. Назначение экранирующей сетки — повышение коэффициента усиления μ и внутреннего сопротивления R _i а также уменьшение проходной емкости С _а-g. Для величин, относящихся к экранирующей сетке, принят индекс g 2, а к управляющей сетке,— g 1.

Если экранирующая сетка соединена с катодом, то она экранирует катод и управляющую сетку от действия анода, «перехватывая» большую часть силовых линий электрического поля анода. Ослабление поля анода экранирующей сеткой учитывается проницаемостью этой сетки D ₂.

Часть силовых линий, проникших через экранирующую сетку, далее «перехватывается» управляющей сеткой. Ослабление поля управляющей сеткой зависит от ее проницаемости D ₁. Таким образом, сквозь обе сетки от анода к потенциальному барьеру около катода проникает ничтожная часть силовых линий. Она характеризуется произведением проницаемостей сеток, которое называется проницаемостью тетрода D:

D = D ₁ D ₂. (19.1)

Величина D показывает, какую долю воздействия напряжения управляющей сетки на катодный ток составляет воздействие напряжения анода. Например, если D = 0,01, это означает, что изменение анодного напряжения на 1 В влияет в 100 раз меньше, нежели такое же изменение сеточного напряжения.

Приближенно проницаемость — величина, обратная коэффициенту усиления:

μ ≈ 1/ D = 1/(D ₁ D ₂). (19.2)

Если через экранирующую сетку проникает 2% всех электрических силовых линий, выходящих из анода, а управляющая сетка пропускает 10% из этих двух процентов, то до катода дойдет лишь 0,2 % всех силовых линий. Действие анода на потенциальный барьер у катода ослабляется в 500 раз, т. е. коэффициент усиления лампы приближенно равен 500.

Коэффициент усиления тетрода может составлять несколько сотен. Внутреннее сопротивление также достигает сотен килоом.

Итак, с помощью двух сеток повышается коэффициент усиления и внутреннее сопротивление. Рассмотрим действующее напряжение тетрода. Совместное действие напряжений анода, экранирующей и управляющей сетки заменяется влиянием действующего напряжения U _Д, приложенного к аноду эквивалентного диода, если этот анод поставить на место управляющей сетки:

U _Д ≈ U _g1 + D ₁ U _g2 + D ₁ D ₂ U _a. (19.3)

Формула эта показывает, что действие экранирующей сетки ослабляется только управляющей сеткой (U _g2 умножается на D ₁), а действие анода ослаблено обеими сетками (U _a умножается на D ₁ D ₂).

Теперь можно выразить закон степени трех вторых для тетрода:

i _к = gU _Д ^3/2, (19.4)

где коэффициент g зависит от геометрических размеров электродов.

Катодный ток в тетроде является суммой всех токов:

i _к = i _a + i _g2 + i _g1 (19.5)

При отрицательном напряжении управляющей сетки i _g1 = 0 и

i _к = i _a + i _g2 (19.6)

На экранирующую сетку подается положительное напряжение, составляющее 20 — 50% анодного. Оно понижает потенциальный барьер у катода. Анод через две сетки очень слабо действует на потенциальный барьер. Если напряжение экранирующей сетки равно нулю, а на управляющей сетке напряжение отрицательное, результирующее поле на участке управляющая сетка — катод будет тормозящим. Действующее напряжение отрицательно, и барьер у катода настолько высок, что электроны его не преодолевают. Следовательно, при U _g2 = 0 лампа заперта. Например, U _g1 = -3 В, U _g2 = 0, U _a = 300 В, D = 0,002. Тогда U _Д = -3 + 0,002-300= -3 + 0,6 = = -2,4 В.

Ток экранирующей сетки i _g2 создается электронами, которые попадают на эту сетку. Если напряжение анода выше, чем напряжение экранирующей сетки, ток i _g2 значительно меньше анодного, так как основная масса электронов с большой скоростью пролетает сквозь экранирующую сетку.

В выражении (19.3) слагаемое D ₁ D ₂ U _a можно не учитывать, так как D ₁ D ₂ << 1:

U _Д ≈U _g1 + D ₁ U _g2. (19.7)

Чтобы запереть лампу, надо иметь U _Д = 0. Тогда i _к = 0. Из равенства (19.7) найдем сеточное напряжение, запирающее лампу:

U _g1зап ≈ - D ₁ U _g2. (19.8)

Так как управляющая сетка негустая, а напряжение U _g2 довольно. велико, то запирающее напряжение большое, т. е. анодно-сеточные характеристики получаются «левыми». Если D ₁ = 0,10, D ₂ = 0,02 и U _a = 250 В, то при U _g2 = 100 В запирающее напряжение U _g1зап ≈ — 0,1· 100 = —10 В, а с учетом влияния анода U _g1зап = -0,1 • 100-0,002 • 250 = —10 —0,5 = —10,5 В. Значительный участок анодно-сеточной характеристики от 0 до —10 В расположен в области отрицательных сеточных напряжений. А для триода, имеющего D = 0,002 и U _a = 250 В, получим U _gзап = — 0,5 В, т. е. характеристика будет «правой».

Рис. 19.1. Эквивалентная схема, показываю-щая уменьшение проходной емкости с по-мощью экранирующей сетки

Рассмотрим по упрощенной эквивалентной схеме (рис. 19.1) уменьшение проходной емкости С _a-g1 за счет экранирующей сетки. Источники питания исключены, так как схема рассматривается только для емкостного переменного тока. Без экранирующей сетки сеточная и анодная цепи были бы связаны через проходную емкость С _a-g1. Если введена экранирующая сетка С ₂, соединенная с катодом, то для емкостного тока имеются два пути. Первый — от сетки С ₂ через провод, соединяющий эту сетку с катодом, обратно в, источник колебаний. Второй — от сетки С ₂ через емкость между этой сеткой и анодом, а затем через нагрузку R _H обратно в источник. Второй путь имеет сопротивление во много раз больше, чем первый. Поэтому почти весь емкостный ток i _g пройдет по первому пути. Емкостная связь между сеточной и анодной цепями почти полностью устранена.

Если, например, сквозь экранирующую сетку проходит 2 % силовых линий, выходящих из анода, то взаимодействие между зарядами анода и управляющей сетки ослабляется в 50 раз и во столько же раз уменьшается емкость С _a-g1. Чем гуще экранирующая сетка, тем в большей степени уменьшается проходная емкость.

Так как силовые линии электрического поля частично проникают от анода к управляющей сетке не через экранирующую сетку, а обходным путем, то проходная емкость несколько увеличивается. Ее уменьшают, применяя металлические экраны, перехватывающие силовые линии поля. На рис. 19.2 показан вариант конструкции тетрода. Анод для наглядности разрезан. Проходная емкость создается также между проводами анода и управляющей сетки. Для ее уменьшения выводы анода и управляющей сетки разносят дальше друг от друга. Вывод анода протягивают на верх баллона, а вывод управляющей сетки — на цоколь (или наоборот). Экранирование анодной цепи от сеточной производят и вне лампы, в схеме.

Рис. 19.2. Конструкция тетрода 1 — вывод анода; 2 — экран; 3 — катод; 4 — управляющая сетка; 5 — анод; 6 — экранирующая сетка; 7 — экран

Рис. 19.3. Токи в тетроде при динатронном эффекте

Недостаток тетрода — динатронный эффект («провал» в характеристике). Электроны, ударяя в анод, выбивают из него вторичные электроны. В диодах и триодах это не вызывает последствий, так как вторичные электроны, вылетевшие из анода, возвращаются на него. Ведь анод имеет наибольший положительный потенциал.

В тетроде вторичная эмиссия анода не играет роли, если напряжение экранирующей сетки меньше напряжения анода. При этом условии вторичные электроны возвращаются на анод. Если же тетрод работает с нагрузкой, то при увеличении анодного тока напряжение анода в некоторые моменты может стать меньше напряжения экранирующей сетки. Тогда вторичные электроны анода притягиваются к экранирующей сетке. Возникает ток вторичных электронов, направленный противоположно току первичных электронов. Общий анодный ток уменьшается, а ток экранирующей сетки увеличивается. Это и есть динатронный эффект анода. На рис. 19.3 показаны потоки электронов, соответствующие току i _aI первичных электронов, попадающих на анод, току экранирующей сетки i _g2I, образованному первичными электронами, и току вторичных электронов i _II летящих с анода на экранирующую сетку. Результирующие токи

i _a = i _aI - i _II и i _g2 = i _g2I + i _II (19.9)

He следует отождествлять динатронный эффект со вторичной эмиссией, которая является необходимым, но недостаточным условием для возникновения динатронного эффекта. Второе условие заключается в том, что напряжение анода должно быть ниже напряжения экранирующей сетки. Если вторичная эмиссия есть, но второе условие не выполняется, динатронного эффекта не будет.

Если повышать анодное напряжение, когда оно значительно, меньше напряжения экранирующей сетки, то за счет увеличения тока вторичных электронов анодный ток уменьшается. В этом режиме внутреннее сопротивление тетрода отрицательно, так как положительному приращению Δ u _а соответствует отрицательное приращение Δ i _а:

R _i = Δ u _а / Δ i _а < 0. (19.10)

Прибор с отрицательным сопротивлением может работать в качестве генератора.

Динатронный эффект в тетроде вреден, так как из-за него создаются сильные искажения при усилении. Невыгодно и то, что ток экранирующей сетки больше полезного анодного тока. Может также возникнуть нежелательная паразитная генерация колебаний. Для исключения динатронного эффекта постоянное напряжение экранирующей сетки всегда должно быть меньше анодного напряжения.

Дата добавления: 2014-01-05