8 .4. Тетроды и пентоды

Недостатком триода является большая проходная емкость Сас между анодом и сеткой, которая создает нежелательную обратную связь и ограничивает частотный диапазон.

Для уменьшения этой емкости между анодом и управляющей сеткой устанавливают еще одну сетку, которая называется второй или экранирующей сеткой. На экранирующую сетку подается положительный потенциал. В тетродах резко снижается проходная емкость, но возникает вредный динатронный эффект: выбиваемые из анода вторичные электроны притягиваются экранной сеткой. При этом в случае U_с2 > U_а резко растет ток экранной сетки и падает анодный ток, что может приводить к генерации в цепи анода.

Динатронный эффект устраняется в пентодах, которые имеют третью (защитную или антидинатронную) сетку. Третья сетка соединяется с катодом, т.е. имеет нулевой потенциал (рис. 8.7).

Распределение потенциала в пентоде показано на рис. 8.8, из которого видно, что вторичные электроны попадают в замедляющее поле между анодом и третьей сеткой, и поэтому они не достигают экранной сетки и возвращаются на анод. Так устраняется динатронный эффект.

Приводя пентод последовательно к эквивалентному тетроду, триоду и диоду, можно показать, что действующее напряжение приблизительно равно:

U_д,=U_с1+D₁U_с2_, (8.17

где D₁- проницаемость первой сетки.

Из (8.17) видно, что напряжение запирания по первой сетке Uз = -D₁U_с2 зависит от напряжения второй сетки, и не зависит от анодного напряжения. Это результат того, что поле анода экранировано от катода защитной и экранной сетками. Характеристики пентода показаны на рис. 8.9.

Пентод - наиболее совершенная лампа. Его внутреннее сопротивление -сотни килоом - единицы мегом, статический коэффициент усиления 500 -3000, крутизна 2 - 20 мА / В.

В заключение заметим, что динатронный эффект устраняется также в лучевых тетродах. За счет специальной конструкции поток электронов собирается в плотные лучи. В результате потенциал пространства между второй сеткой и анодом понижается, и распределение потенциалов имеет вид, подобный рис. 8.9. Параметры лучевых тетродов близки к параметрам пентодов параметрам пентодов.

8.5. Электронно-лучевые трубки

К электронно-лучевым трубкам (ЭЛТ) относятся электронные трубки, в которых электронный пучок может быть сфокусирован в поперечном сечении до нужного размера на поверхности, а также может менять положение и интенсивность, способствуя тем самым получению видимого или другим способом обнаруживаемого изображения. Электронно-лучевые трубки относятся к электровакуумным приборам с катодолюминесцентными экранами, выходная информация которых представлена в форме светового поля, и является типичным и широко применяемым электронно-лучевым прибором. Они бывают однолучевые и много­лучевые, монохромные и цветные.

Электронно-лучевые трубки с электростатическим управлением.

С хематическое изображение конструкции ЭЛТ с электростатическим управлением показано на рис 25,5. ЭЛТ представляет собой стеклянную колбу в которой обеспечивается вакуум. В узкой части стеклянной колбы размещен электронный прожектор, состоящий из катода 1, модулятора 2, ускоряющего электрода 3, первого 4 и второго 5 анодов. Электронный прожектор создает остросфокусированный пучок электронов—электронный луч. За электронным прожектором размещаются система отклонения луча. Она состоит из двух пар взаимно перпендикулярных пластин 6, отклоняющих луч в вертикальном и горизонтальном направлениях. Электронный луч, попадая на покрытый люминофором экран 7, вызывает его свечение. Перемещением электронного луча по экрану и изменением плотности тока в луче изменяются координата и яркость светящейся точки экрана.

В ЭЛТ используют катоды косвенного подогрева, представляющие собой небольшой металлический цилиндр, внутри которого размещена спираль из вольфрама или высокоомного сплава. Внешняя сторона дна цилиндра обычно покрыта оксидным слоем—смесь оксидов бария и стронция, а иногда и кальция. Толщина покрытия составляет 20—100 мкм. К спирали катода подключают источник чаще всего переменного тока. По спирали протекающий ток нагревает катод и уже при сравнительно невысоких температурах (950—1100 К) с оксидного слоя катода начинается термоэлектронная эмиссия.

Модулятор ЭЛТ представляет собой цилиндр с отверстием — диафрагмой. К модулятору прикладывают небольшое относительно катода отрицательное напряжение. Это напряжение создает вокруг катода тормозящее поле, поэтому через отверстие вылетают только те электроны, начальная скорость которых достаточна для преодоления тормозящего поля модулятора. Изменением потенциала модулятора меняется плотность тока электронного луча. Так как непосредственное измерение тока в электронном луче затруднительно, то в качестве характеристики, отражающей способность модулятора изменять яркость светящегося пятна, берут зависимость тока второго анода 5 от напряжения модулятора. Такую характеристику называют модуляционной (рис. 25.6).

Через диафрагму модулятора вылетевшие электроны попадают в электрическое поле ускоряющего электрода. К этому электроду прикладывается высокое напряжение, напряженность электриче­ского поля на участке модулятор—ускоряющий электрод получается большой, вследствие чего скорость электронов (м/с) также большая:

v=(2eU_A/m)^1/2=5,93 (U_A)^1/2

где U_A—напряжение на ускоряющем электроде: е—заряд электрона.; т—масса электрона.

Ускоряющий электрод с первым и вторым анодами не только ускоряют электроны, но и фокусируют электронный луч, как оптическая линза фокусирует световой луч. Принцип фокусировки основан на том, что электроны, летящие перпендикулярно эквипотенциальным линиям электрического поля, не изменяют на­правления движения (изменяют только скорость), а электроны, летящие под углом θ < π2 к эквипотенциальным линиям, меняют не только скорость, но и направление. Эквипотенциальными считаются линии, проходящие через точки с одинаковым потенциалом. Причиной изменения направления является поперечная составляющая напряженности электрического поля Е_y (рис. 25.7,.α ).

На рис. 25.7б, представлены изображение эквипотенциальных линий поля на участке катод—ускоряющий электрод н условные траектории электронов. Как видно, там, где эквипотенциальные линии обращены выпуклостью к движущимся электронам, траектории направляются к оси, а там, где эквипотенциальные линии обращены вогнутостью к направлению движения траектории, искривляются в обратным направлении—от оси. Величины перемещений электронов в поперечном направлении пропорциональны не только Еу, но и времени их пребывания в электрическом поле или обратно пропорциональны скоростям движения. Поэтому ввиду того что скорости электронов вблизи катода меньше, чем вблизи ускоряющегося электрода, траектории электронов образуют сходящийся пучок. Участок электронного прожектора от ускоряющего электрода до второго анода также представляет собой электронную линзу, улучшающую фокусирование луча. Фокусное расстояние этой линзы изменяется с помощью напряжения на первом аноде, что дает возможность получить на экране малое светящееся пятно.

Для улучшения фокусировки в ускоряющем электроде и анодах ставятся диафрагмы с малыми отверстиями, «срезающие» удаленные от оси лучи.

Качество фокусировки ухудшают термоэлектронная эмиссия от нагретого катодом модулятора и вторичная электронная эмиссия с краев диафрагмы первого анода. Вследствие этих явлений внутри ЭЛТ появляются свободные несфокусированные электроны, кото­рые, попадая на экран, приводят к размытости пятна и общей засветке экрана. Покрывая поверхности электродов металлом с высокой работой выхода электронов, например золотом, можно уменьшить термоэлектронную и вторичную эмиссии.

Управление положением светящейся точки на экране осуществляется напряжениями, прикладываемыми к парам взаимно перпендикулярных огклоняющих пластин. Горизонтальные пластины отклоняют луч по вертикали, а вертикальные—по горизонтали.

Предположим, что к- У-пластинам, отклоняющим луч по вертикали, приложено постоянное напряжение Uу, (рис. 25-8). Поток электронов, входящих в пространство между пластинами'со скоростью Vz [см- (25.1.)], притягивается к имсющси положительный потенциал пластине и приобретает скорость в направлении оси у, равную Vy.

Угол отклонения луча α определяется выраженем tgα=Vy/Vz

а величина отклонения h=l₂ tgα = l₂ Vy/Vz

пропорциональна расстоянию отклоняющих пластин от экрана l₂ и отношению скоростей Vy/Vz . Для расчета этого отношения предполагается, что вдоль оси z электрон движется с постоянной скоростью Vz поэтому время его пребыаання между отклоняющими пластинами Δt=t1/Vz

(где l₁-—длина отклоняющих пластин), а также что электрическое поле между пластинами однородно, поэтому электрон вдоль оси у движется с постоянным ускорением a=eUy!(fnd) и к моменту выхода из пространства между пластинами приобретает скоростьVy=αΔt

Отсюда-vy/vz= αt₁/V_z²

Подставляя выражения а и Vy, получаем

Величина отклонения луча h=(l₁l₂/2d)(U_y/U_A).

В качестве параметра ЭЛТ используется чувствительность

Sy= h/Uy=(l₁l₂/2d)(1/U_A).

которая может быть увеличена изменением геометрии трубки, т. е. увеличением l₁ и l2, уменьшением d, а также понижением напряжения анода. Однако, последнее сопровождается ухудшением фокусировки и яркости светящегося пятна.

Э лектронно-лучевая трубка с магнитным управлением. В них фокусирование электронного луча и его отклонение осуществляться с помощью магнитного поля. Схематическое изображение конструкции ЭЛТ с магнитными фокусировкой и отклонением показано на рис. 25.9, а. В этой ЭЛТ ускорение луча электронов, как и в ЭЛТ с электростатической фокусировкой, выполняют ускоряющий электрод 3 и анод 4. Эти электроды осуществляют и первичную фокусировку луча. Однако основное фокусирующее действие оказывает фокусирующая катушка 5, через которую течет постоянный ток I_ф. Этим током создается неоднородное магнитное поле, вектор индукции которого содержит аксиальную Вα и радиальную Вr составляющие (рис. 25.9,6). На электрон, летящий под некоторым углом к оси, действует радиальная составляющая индукции магнитного поля. Эта составляющая создает силу, заставляющую электрон совершать вращательное движение вокруг оси ЭЛТ. Появление тангенциальной составляющей скорости электрон, порождает его взаимодействие с аксиальной составляющей магнитного поля, прижимающей электрон к оси. Прижимающая сила тем больше, чем дальше электрон удален от оси. Регулировка фокусного расстояния магнитной "фокусирующей линзы достигается изменением тока Iф, текущего через фокусирующую катушку.

Магнитная фокусирующая система обеспечивает лучшее качество фокусировки и позволяет получить более мощный луч и, следовательно, большую яркость свечения экрана. Ввиду большей сложности применение магнитной фокусировки оправдано только в тех устройствах, в которых необходимо получить максимальную разрешающую способность.

Многолучевые трубки. Их применяют для отображения нескольких одновременно протекающих процессов. В многолучевых трубках каждый луч формируется отдельным электронным прожектором и управляется независимыми отклоняющими системами.

Цветные ЭЛТ. Цвет свечения экрана зависит от люминофора, которым покрыт экран. Для получения цветных изображений приходится экран покрывать тремя различными люминофорами соответственно с красным, синим и зеленым свечением. Расположение участков различных люминофоров зависит от типа ЭЛТ.

ЭЛТ с теневой маской. В горловине трубок этого типа расположены три электронных прожектора, а экран выполнен из точечных триад, в каждой из которых по одной точке красного, •синего и зеленого цветов. Все точки одного цвета облучают один и тот же электронный прожектор. Для исключения ложного освещения других точек при передвижении лучей по экрану перед экраном в ЭЛТ устанавливают теневую маску с отверстиями (рис. 25.10).

О тклонение всех трех лучей осуществляется одной отклоняющей системой.

Трубки этого типа широко применяют, хотя они, имеют существенный недостаток—примерно 85 % энергии электронных лучей. рассеивается на -маске, что затрудняет получение больших яркостей. Эти ЭЛТ чувствительны к внешним магнитным нолям.

ЭЛТ с управляющей сеткой. Эти трубки называются также хроматронами. Они однолучевые, экран покрыт узкими вертикаль­ными полосками люминофоров трех цветов, располагаемых в такой последовательности; красная, зеленая, синяя, зеленая, красная. Перед экраном на близком расстоянии стоит сетка из вертикальных проволочек, прикрывающих красные и синие полоски. Зеленые полоски проволочками не прикрываются.

Когда вся сетка имеет одинаковый потенциал, то электронный луч, проходя через нее, не отклоняется и попадает на зеленую полоску, поэтому экран светится зеленым цветом. Если к проволочкам, прикрывающим красные полоски, будет приложен положительный потенциал, то эти проволочки будут притягивать луч и он попадет на красную полоску. Если же положительными станут проволочки, прикрывающие синие полоски, то луч попадет на синие полоски и экран будет излучать синий цвет.

Основное применение хроматрона—малогабаритные телевизионные приемники. В разное время разрабатывались цветные ЭЛТ и других кон­струкций. Однако они не получили распространения.

102