Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу «Вакуумная электроника» содержат краткое описание физических основ работы электронных ламп, описания электрических схем лабораторных работ, методические указания по их выполнению, задания и контрольные вопросы для подготовки к защите отчетов.

Составитель Н.М. Ткаченко, Харьков, ХНУ им. В.Н Каразина, 2006 г.

Рецензенты: С.П. Мовчан, доц. ХАДИ, В.Б Тютюнник, доц. каф. квантовой радиофизики ХНУ.

Методические рекомендации рассмотрены и утверждены кафедрой полупроводниковой и вакуумной электроники, протокол №4 от 22 января 2006 года.

Содержание

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 4

Общие методические указания и техника безопасности в лаборатории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Работа №1. Изучение характеристик и параметров диодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Работа №2. Главные характеристики и параметры триодов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Работа №3. Изучение тетродов и пентодов . . . . . . . . 38

Работа №4. Осцилографический метод снятия характеристик и шумы электронных ламп . . . . . . . . 51

IIР Е Д И С Л О В И Е

Настоящие методические рекомендации, к лабораторным работам по курсу "Вакуумная электроника" содержат описания лабораторных работ, выполняемых студентами радиофизического факультета в лаборатории вакуумной электроники. В части 1 описаны работы по изучению приемно-усилительных электронных ламп: диодов, триодов, тетродов и пентодов.

Перечень вопросов, изучаемых в лабораторных работах, отнюдь не исчерпывающие соответствует читаемому лекционному курсу. Стремительное развитие в последние два-три десятилетия науки и техники, в том числе электроники, приводит к появлению новых типов электронных и ионных приборов, однако принципы, положенные в основу их работы, остаются неизменными. Новые направления и тенденции в развитии электронных и ионных приборов обусловлены, в основном, успехами в технологии их изготовления, применением новых материалов и расширением функциональных возможностей приборов.

При разработке данного практикума мы пыталась в пределах времени, отведенного программой курса, проиллюстрировать в лабораторных работах наиболее важные, с нашей точки зрения, вопросы соответствующих разделов вакуумной электроники. Описание каждой лабораторной работы содержит ввиду ограниченности объема, только краткие сведения из физики работы электронных приборов, описание электрических схем, методические указания по выполнению работы, задание, контрольные вопросы и список литературы для самостоятельной подготовки к сдаче работ. В первую часть включен раздел "Общие методические указания и техника безопасности в лаборатории", в котором описан лабораторный стенд, порядок подготовки к выполнению работ, требования к отчёту и основные требования техники безопасности.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ

Большинство работ практикума по вакуумной электронике выполняются на однотипных стендах, описание которых приведено ниже. Стенд состоит из стола и вертикально установленной панели, на которой закреплены все необходимые для сборки схемы элементы. В некоторых работах используются дополнительные приборы, устанавливаемые на столе.

В центре стенда на нижней панели установлены ламповые панельки, в которые вставляются исследуемые лампы. Все гнёзда ламповых панелек выведены под клеммы с соответствующими номерами. Внизу панели установлено 5 соединённых вместе клемм для монтажа "общей точки" схемы. Выше панели установлен блок питания стенда. На переднюю панель блока питания выведены под клеммы все напряжения, требующиеся для выполнения данной работы. Сильноточные цепи снабжены выключателями и предохранителями. Здесь же находится прибор для контроля постоянных напряжений, используемых в работе, гнёзда с сетевым напряжением 220 В для подключения осциллографа или другого прибора, а также тумблер "сеть", с помощью которого стенд полностью обесточивается. На левой и правой панелях стенда укреплены измерительные приборы и элементы регулировки напряжения, В ящике стола находятся соединительные провода и принадлежности к работе.

В столе также находятся два пульта опросной системы допуска к работе. На каждом пульте укреплена сменная карточка с вопросами. На каждый вопрос предлагается 5 ответов. Выбрав правильный ответ на первый вопрос, следует нажать кнопку "ответ" с соответствующим номером. После ответа на первый вопрос схема автоматически перестраивается на второй вопрос и т.д. После ответа на 10-й вопрос и нажатия соответствующей кнопки пульте препо­давателя, у номеров вопросов, на которые дан неправильный ответ, зажигаются неоновые лампочки.

Чтобы сознательно выполнить требующееся в работе экспериментальное исследование, необходимо предварительно тщательно изучить методические указания к лабораторной работе и рекомендованную литературу. На занятия в лаборатории необходимо принести

листы миллиметровой бумаги, на которые нанесены оси координат для измеряемых в работе зависимостей. Масштаб на осях. выбирается в соответствии с пределами возможного изменения измеряемых величин. В ряде случаев на этом графике должны быть нанесены кривые, ограничивающие область допустимого изменения измеряемых величин, например, область анодных токов и напряжений, при которых выделяемая на аноде мощность не превосходит указанной в паспорте лампы допустимой величины.

При проведении измерений, если не требуется пересчёт, на график наносятся точки, соответствующие измеренным величинам. По нанесенным точкам график строится сразу, до перехода к снятию следующей кривой. Если при этом оказывается, что некоторые точки выпадают из графика ила точек недостаточно, то производятся дополнительные измерения по этой за зависимости. Интервал между точками необходимо выбирать в зависимости от характера кривой. Так, где зависимость резкая, отсчёт но обходимо производите чаще (особенно на участках, на которых наблюдается экстремумы, перегибы и т.д.). Следует обратить внимание на точность, аккуратность и чистоту выполнения графиков, являющихся основным документом при выполнении работы.

На графиках указывается дата выполнения работы, тип испытанного прибора, а также режим измерения. В конце занятий все графики и таблицы, полученные при выполнении работы, визируются преподавателем.

Отчет по лабораторной работе представляется преподавателю каждым студентом индивидуально на текущем или следующем занятии. Студент, не сдавший две выполненные лабораторное работы, к следующему занятию на допускается.

Отчет по лабораторной работа должен содержать паспортные данные используемых приборов, схемы измерений, графики и таблицыэкспериментальных результатов, расчётные формулы и результаты расчетов в вида графиков или таблиц. Схемы, графики и таблицы должны быть снабжены чёткими обозначениями, размерностями измеренныхи вычисленных величин должны бить указаны в соответствии сМеждународной системой единиц измерения. Содержание отчета должно строго соответствовать заданию лабораторной работы.

При подготовке к выполнению лабораторной работы и защите отчета следует изучить указанную в каждой работе литературу и подготовить ответы на приведенные там же контрольные вопросы.

При выполнении лабораторных работ следует строго соблюдать

инструкцию по технике безопасности при работе с низковольтными электрическими установками.

Работа на лабораторном стенде выполняется двумя студентами только с разрешения и в присутствии преподавателя или лаборанта. Присутствие вблизи стенда посторонних или случайных лиц запрещается

.

В процессе работы при включённом стенде запрещается:

1. Оставлять стенд, находящийся под напряжением, без при­смотра.

2. Производить переключения в схеме.

3. Производить ремонтные работы.

При временном прекращении работы, переключениях в схеме и ремонтных работах необходимо выключать питание стенда и вынуть все вилки из розеток.

Если возникает сомнение в исправности стенда или какого-то прибора, необходимо обратиться к преподавателю или лаборанту.

Работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ДИОДОВ

В работе изучаются физические основы работы вакуумных диодов исследуются вольтамперные характеристики диодов с вольфрамовым и оксидным катодом, определяются параметры термоэлектронных катодов и диодов.

Введение

Двухэлектродные вакуумные лампы с термоэлектронным катодом широко используются для преобразования высокочастотных колебаний (детектирование, преобразование частоты), выпрямления переменного тока (кенотроны ), генерирования рентгеновского излучения и некоторых других целей. При всём разнообразии выполняемых функций, отличиях в конструкциях и параметрах двухэлектродных ламп физические принципы, лежащие в основе их работы, одинакова. Двухэлектродные лампы, являясь самыми простыми электронными лампами, позволяют изучить два важнейших для электроники явлений: термоэлектронную эмиссию и протекание электрического тока в вакууме. Без знания основных закономерностей этих явлений невозможен анализ работы и более сложных электровакуумных приборов.

Вакуумный диод монтируется внутри баллона, который изготавливается из стекла, керамики или металла. В нижнюю часть баллона, называемую ножкой лампы, ввариваются или впаиваются металлические стержни или диски, на которых с помощью траверс и слюдяных или керамических пластин монтируются основные рабочие электроды лампы – катод и анод. Затем лампу подпаивают к откачному посту, откачивают и обезгаживают баллон и электроды. В конце процесса откачки производят активировку катода, распыляют, если необходимо, газопоглотитель (геттер) и лампу отпаивают.

Катод – источник свободных электронов является непременной и самой ответственной деталью практически любого электронного или ионного прибора. Среди всех возможных типов катодов, применяемых в большом числе классов электронных и ионных приборов, наиболее

распространёнными являются термоэлектронные катоды. Эмиссия электронов из них происходит за счёт нагрева материала катода (эмиттера), до температуры, при которой заметная часть электронов эмитирующей поверхности достигает энергии, превышающей работу выхода. Число электронов, выходящих из катода при определённой температуре, определяет величину тока эмиссии катода J_e.

По электрофизическим свойствам термоэлектронные катоды подразделяются на три основные группы: катоды из чистого металла, плёночные катоды и полупроводниковые катоды. Катоды первой группы являются неактивированными, их называют также простыми. Катоды второй и третьей групп являются активированными. Их относят к группе сложных.

Простые катоды в большинстве случаев изготавливают из вольфрама или тантала. Достоинством катодов из чистых металлов являются: стабильность тока эмиссии и устойчивость к ионной бомбардировке. Основным недостатком .таких катодов является низкая эффективность, что и послужило толчком к разработке большого числа более эффективных сложных термокатодов. Главным достоинством сложных катодов следует считать низкую рабочую температуру и высокую экономичность (эффективность). Недостатки таких катодов: возможна нестабильность тока эмиссии, разрушение под действием ионной бомбардировки, необходимость размещения в лампе геттера (газопоглотителя) и др.

К сложным катодам относятся плёночные катоды (тарированный карбидированный вольфрам, бариево-вольфрамовые и др.) и полупроводниковые (оксидные, ториево-оксидные и др.).

В зависимости от способа нагрева катода различают катоды прямого и косвенного накала. Катод прямого накала представляет собой нить или ленту из тугоплавкого металла (покрытую, если необходимо, слоем, улучшающим эмиссионные свойства), по которой протекает ток накала. Катод косвенного накала имеет специальный изолированный от эмитирующей поверхности подогреватель.

К достоинствам катодов прямого накала относится простота устройства, однако им присущи существенные недостатки. Протекание тока накала изменяет потенциал по длине катода, что влияет на характеристики лампы, а нагрев нити переменным током приводит к появлению переменной составляющей анодного тока (фона). Кроме того, магнитное поле тока накала искривляет траектории электронов, что также сказывается на условиях протекания тока в лампе. Катоды косвенного накала лишены указанных недостатков, однако они сложнее в изготовлении и имеют меньшую эффективность. Кроме того, появляется

тепловая инерция при включении лампы в рабочий режим.

Аноды электронных ламп изготавливают из никеля или молибдена, иногда из тантала. Анод лампы нагревается за счёт двух причин. Во-первых, накалённый катод испускает инфракрасные, иногда и видимое излучение, которое в значительной степени поглощается анодом. Мощность, выделяющуюся на аноде за счет этой причины, обозначим αР_н, где Р_н– мощность накала катода, α – коэффициент, причём α<1. Во-вторых, при подаче на анод напряженияU_aна нем выделяется кинетическая энергия электронов, равнаяcU_a, которая почти полностью идёт на нагрев анода. За счёт этого на аноде выделяется мощностьP_a=J_aU_a

С другой стороны, анод, нагретый до некоторой температуры Т, сам излучает энергию в окружающее пространство. Мощность этого излучения в соответствии с формулой Стефана-Больцмана равна:

Р_изл=ξσT^нQ_a, (1.1)

где ξ – коэффициент лучеиспускания, σ - постоянная Стефана-Больцмана, Q_a - площадь излучающей поверхности анода.

В установившемся режиме мощность, подводимая к аноду, и мощность, теряемая анодом за счёт лучеиспускания, должны быть равны.

J_aU_a+αJ_нU_н=ξσT^нQ_a (1.2)

Отсюда температура анода в установившемся режиме

. (1.3)

Допустимая температура анода Т_maxопределяется началом интенсивного газоотделения. Кроме того, температура анода должна бить ниже температуры катода, во избежание перегрева последнего. Короче говоря, мощность, выделяющаяся на катоде, всегда должна быть меньше некоторой величины Р_{а max}. Отсюда определяется максимально допустимая ветчина анодного тока лампы при заданном анодном напряжении

. (1.4)

Для увеличения мощности, рассеиваемой анодом, прибегают к чернению анода, что в 2-3 раза увеличивает коэффициент лучеиспускания, или снабжают анод радиаторами, что увеличивает лучеиспускающую поверхность анода. Однако если необходимо рассеивать мощность более 0.5-1 кВт, используют аноды с принудительным воздушным или жидкостным охлаждением.

2. Характеристики и параметры термокатодов

Термоэлектронные катоды электронных ламп принято характеризовать следующими параметрами.

1. Рабочая температура катода Т_р, К

2. Удельная эмиссия j_е– плотность тока эмиссии с единицы поверхности катода, определяющаяся формулой Ричардсона-Дешмана

, (1.5)

где А и В₀– константы, зависящие от материала катода, и определяемые экспериментально.

3. Предельная плотность катодного тока j_m- максимальная величина плотности тока с катода, допустимая в конкретных условиях эксплуатации. В целях обеспечения большой долговечности катодаj_m, выбирается обычно значительно меньшеj_e.

4. Эффективность катода – отношение тока эмиссии катода к мощности, затрачиваемой на его накал (в мА/Вт).

(1.6)

5. Долговечность катода – время, в течение которого катод может непрерывно работать, сохраняя свои важнейшие параметры в пределах норм.

6. К параметрам катодов вакуумных ламп относятся также напряжение и ток накала.

При выборе рабочего режима катода необходимо знать зависимость тока эмиссии от температуры катода. Однако непосредственное определение температуры накалённого катода затруднительно, поэтому обычно пользуются зависимостью J_e=f(U_н) илиJ_e=f(J_н), которая называется эмиссионной характеристикой катода. Эмиссионная характеристика близка по своему виду к экспоненте.

Накальная характеристика катода J_н=f(U_н) снимается при разомкнутой анодной цепи, получается нелинейной вследствие увеличения сопротивления нити накала с ростом температуры.

3. Вольтамперная характеристика вакуумного диода.

Для выяснения вида вольтамперной характеристики диода необходимо рассмотреть распределение потенциала между катодом и анодом. На рис. 1.1

п

Рис.1.1. Кривые распределения потенциала в диоде при различных анодных напряжениях

Рис.1.2. Распределение потенциала с учетом разницы работ выхода катода и анода

Рис.1.3. Вольтамперная характеристика вакуумного диода

риведены кривые распределения потенциала в плоском диоде при различных анодных напряжениях. Пунктирные прямые показывают распределение потенциала при выключенном накале (в отсутствии пространственного заряда). Появление в пространство катод-анод термоэлектронов при достаточно сильно нагретом катоде приводит к понижению потенциала в любой точке пространства. При этом кривые распределения будут трёх типов. При малых анодных напряжениях на кривых наблюдается минимум (потенциал растёт сверху вниз). При небольшом отрицательном напряжении минимум располагается вблизи анода (кривая 4), при нулевом - посредине (3), а с ростом положительного напряжения - смещается к катоду (2). При достаточном по величине отрицательном (кривая 5) или положительном (криваяI) потенциале анода минимум потенциала исчезает. При этом во всех точках пространства катод-анод в первом случае поло для электронов тормозящее, во втором - ускоряющее. Трём типам кривых: с тормозящий во всём пространстве полем, с минимумом потенциала и с ускоряющим во всех точках полем соответствуют три различных закона зависимости анодного тока от напряжения и три участка вольтамперной характеристики диода.

Предыдущее рассмотрение справедливо, если U - истинная разность потенциалов между анодом и катодом, которая складывается из внешнего анодного напряжения и контактной разности потенциаловU_к.Механизм возникновения контактной разности потенциалов ясен из рис. 1.2, на котором приведено распределение потенциала

при отсутствии внешнего напряжения, но с учетом наличия потенциального барьера на границе металл-вакуум. Если соединить анод с катодом внешней цепью без источника напряжения (или электронным потоком внутри лампы), уровни Ферми U_F катода и анода расположатся при одном потенциале. Если материалы катода и анода имеют разную величину эффективной работы .выхода(нарисунке показан случайφ_a>φ_k), между анодом и катодом возникает контактная разность потенциаловU_k= φ_a>φ_k.

Вольтамперная характеристикаJ_a=f(U_a) вакуумного диода показана на рис. 1.3 и состоит из трёх участков, соответствующих режиму начальных токов (1), режиму ограничения тока пространственным зарядом (2) и режиму насыщении (3).

В режиме начальных токов, соответствующем тормозящему полю на катоде и во всём межэлектродном пространстве, анодный ток для плоского диода определяется формулой

(1.7)

где J_e– эмиссионный ток при поле на катоде равном нулю. Для цилиндрического диода

(1.8)

В формулах (1.7) и (1.8) U_a<0 и получены они при условии максвелловского распределения начальных скоростей электронов, выходящих из катода в результате термоэлектронной эмиссии. Поэтому Начальный участок вольтамперной характеристики диода (приU_a<0) используется для проверки функции распределения термоэлектронов по скоростям и определения их температуры. Логарифмируя, например, (1.7), получаем

Таким образом, при максвелловском распределении скоростей электронов величина lnJ_aдолжна линейно зависеть отU_a. Тогда температура определяется

как:

. (1.10)

Экспоненциальная зависимость анодного тока от напряжения должна наблюдаться до тех пор, пока в пространстве катод-анод не образуется минимум потенциала. Тогда мы переходим к режиму ограничения тока пространственным зарядом. Если ток эмиссии очень мал (низкое напряжение накала катода), минимум потенциала не образуется и участок начальных токов непосредственно переходит в участок насыщении. Этот переход произойдёт при анодном напряжении, равном контактной разности потенциалов, что используется для экспериментального определения контактной разности потенциалов.

Точный расчёт вольтамперной характеристики диода в режиме пространственного заряда представляет непростую задачу. Мы рассмотрим только формулы, выведенные из упрощённых представлений, которые по сравнению со строгой теорией дают ошибку 5-10%. Без учета контактной разности потенциалов и начальных скоростей электродов для плоского диода плотность анодного тока в этом режиме описывается следующим выражением

, (1.11)

или

(1.12)

где U_a– величина потенциала в минимуме кривой распределения потенциала, х_m– расстояние от минимума потенциала до катода,d– расстояние катод-анод.

При обычных рабочих температурах катодов средняя энергия электронов, вышедших из катода, составляет величину 0.1-0.2 эВ. Очевидно, что минимум потенциала U_m не монет существенно превышать эту величину. Поэтому приU_aпорядка нескольких вольт и выше слагаемоеU_m в формулах (1.11) и (1.12) можно отбросить. Кроме того, при достаточно большихU_а минимум потенциала лежит близко и катоду и при не очень малых междуэлектродных расстоянияхx_m<<d. При этих условиях формулу (1.12) с достаточной точностью можно заменять приближенной:

(1.13)

Для цилиндрического диода с такими же приближениями анодный ток может вычисляться по следующей формуле:

(1.14)

где Q_a – площадь анода, r_a – радиус анода, β² – коэффициент, зависящий от r_a/r_k.

Если все эмитируемые катодом электроны достигают анода, то через лампу течет ток, называемый ток насыщения, равный току эмиссии катода при данной температуре

(1.15)

Этот режим наступает тогда, когда по мере увеличения анодного напряжения и тока исчезает минимум потенциала и поле в любой точке пространства катод-анод становится ускоряющим.

Можно было бы ожидать, что ток насыщения определяется только свойствами катода и его температурой и не зависит от анодного напряжения. В действительности, однако, вследствие действия эффекта Шоттки в режиме насыщения тое продолжает нарастать, но зависимость его от анодного напряжения ослабевает. Эффект Шоттки заключается в уменьшении под действием внешнего ускоряющего поля высоты потенциального барьера на границе металл-вакуум, т.е. работы выхода, на величину

(1.16)

где Е – значение ускоряющего поля на поверхности катода. Тогда для плоского диода ток в режиме насыщения будет описываться следующим выражением:

(1.17)

Проверка этой формулы производится построением зависимости lnJ_a в функции , которая, согласно выражению (1.17), должна быть линейной.

Экспериментальные характеристики реальных диодов, в основном, следуя рассмотренным закономерностям, имеют некоторые отличия, обусловленные действием не учтённых нами факторов. Рассмотрим влияние таких факторов на ход реальных характеристик вакуумного диода.

1. Катод имеет конечные размеры и закреплён с помощью металлических держателей, по которым происходит утечка тепла, что приводит к неравномерности температуры катода и уменьшению действующей поверхности катода по сравнению с геометрической. Причем, величина действующей поверхности повышается с ростом температуры.

Это приводит к тому, что и режиме пространственного заряда, в котором, согласно формулам (1.13)-(1.14), анодный ток не зависит от температуры, такая зависимость появляется, и семейство характеристик, снятых при различных накалах катода, веерообразно расходятся.

2. Переход к режиму насыщения происходит не резко, как можно было бы ожидать, а плавно. Это происходит также вследствие неравномерноститемпературы катода (различной плотности пространственного заряда выходящих из участка катода с различной температурой).Кроме того, в лампах с катодом прямого накала образуется падение потенциала вдоль катода. Поэтому разность потенциалов между анодом и различными участками катода оказывается неодинаковой.

3. Неравномерность эмиссионных свойств поверхности катода (эмиссионная пятнистость), а также шероховатость поверхности сложных катодов сильно сказывается вблизи и в самой области насыщения. Для оксидных катодов, например, при номинальном накале работа в области режима насыщения разрушает катод.

4. На начальной части характеристики может сказываться влияние магнитного поля прямоканального катода на движение электронов. За счет магнитного поля траектории электронов искривляются в сторону положительного конца катода. При небольших анодных напряжениях, радиус траектории электронов мал и часть электронов не попадает на анод, вследствие чего анодный ток уменьшается.

4. Параметры диодов.

К основным параметрам диодов относятся: крутизна характеристики или внутреннее сопротивление, максимальное значение анодного тока, наибольшая мощность, рассеиваемая анодом, наибольшее обратное напряжение, предельная рабочая частота и некоторые другие.

Крутизной характеристики или просто крутизной диода называется величина

(1.18)

обычно измеряемая в мА/В или мкА/В (миллисименс или микросименс соответственно). Часто вместо крутизны используется в качестве параметра внутреннее сопротивление диода

(1.19)

измеряемое в омах или килоомах. Этот параметр характеризует сопротивление лампы переменной составляющей анодного тока в рабочем режиме. Из предыдущих разделов понятно, что крутизна и внутреннее сопротивление диада зависит от его конструкции, размеров и электрического режима лампы.

Максимальное значение анодного тока J_amax определяется величиной тока, безвредной для катода лампы. Наибольшая мощность, рассеиваемая, анодом,P_amaxзависит от способа отвода тепла от анода, и этот вопрос обсужден в разделе 1. Аноды с охлажденным лучеиспусканием имеют удельную, мощность рассеяния не более 8-9Вт/см².

Чаще всего диоды (особенно кенотроны) работают при переменном напряжении на аноде. При этом в течение непроводящего полупериода на анод поступает отрицательное, так называемое обратное напряжениеU_обр величина которого может превосходить, амплитуду выпрямленного напряжения. ЕслиU_обр очень велико, то может возникнуть пробой и лампа выйдет из строя. Поэтому наибольшее обратное напряжение, при котором ещё нет угрозы пробоя, .является одним из параметров диодов и кенотронов.

Как показывает опыт, с ростом частоты эффективность работы диода ухудшается. Это проявляется в уменьшении выпрямленного тока и возникновении фазового сдвига между током и напряжением. Для каждого диода существует предельная частотаf_пр, выше которой использование его нецелесообразно. Частотный диапазон диодов, как и других ламп, ограничивается следующими причинами: инерционностью электронного истока и наличием междуэлектродной емкости и индуктивности выводов.

Возникновение инерционности электронного потока связано с затратой некоторого времени па пролет электронов от катода до анода. Найдём время пролёта электрона для плоского диода, пренебрегая скоростью вылета электронов до катода.

Для случая небольшого пространственного заряда, или для режима насыщения можно приближённо считать, что потенциал линейно меняется с расстоянием. Тогда простые вычисления дают время пролёта равным

(1.20)

где dизмеряется в см. Если пространственный заряд не мал, то потенциал в плоском диоде меняется по следующему закону

(1.21)

Тогда время пролёта оказывается равным

(1.22)

Изменение фазы напряжения, приложенного к аноду, за время пролёта происходит на величину θ=ωτ, которая называется углом пролёта. Расчёт показывает, что крутизна диода с ростом угла пролёта уменьшается и приθ=2πстановится равной кулю. При угле пролётаθ=π уменьшение крутизныS составляет 25%. Полагая дальнейшее её уменьшение недопустимой, получаем, что предельная частота, обусловленная инерционностью электронов, равнаf_пр=1/2τ. Практически предельная частота диода может быть ниже из-за влияния междуэлектродной ёмкости и индуктивности выводов. Применяя диоды специальной конструкции, удаётся обеспечить возможность использования диодов на частотах до 10 гГц.

5. Методические указания.

Рис.1.5. Схема для снятия характеристик диода с катодом прямого накала

Рис.1.4. Схема для снятия характеристик диода с подогронным катодом

Схемы для снятия характеристик диодов с катодами косвенного и прямого накала приведены на рис.1.4 и рис. 1.5. Цепи накала

- 19 -

питаются от источника постоянного тока 10 В; для измерения напряжения и тока накала используются стрелочные приборы. В качестве общей точки цепей анода и накала в лампах с прямонакалышми катодами условились брать отрицательный конец нити накала. При этом амперметр, измеряющий ток накала, обязательно включается в отрицательную ветвь цепи накала, а накальная характеристика измеряется при U_a=0.

Схема питания анодной цепи диода с оксидным катодом (рис.1.4) позволяет без каких-либо переключений подавать на анод лампы либо положительное, либо отрицательное напряжение. Анодный ток и анодное напряжение измеряются приборами с цифровым отсчётом. Ввиду высокой чувствительности этих приборов к перегрузкам включение схемы и регулировку тока накала производить на самых грубых пределах миллиамперметра и вольтметра. При этом следует учитывать значительную инерционность нагрева катодов, особенно, при малых напряжениях накала. При снятии анодных характеристик диода необходимо следить, чтобы анодный ток J_a не превосходил предельного тока, определяемого для каждого значения U_a величиной наибольшей мощности, рассеиваемой анодом. После изменения напряжения накала необходимо убедиться, что температура катода достигла стационарного значения.

Ток эмиссии вольфрамового катода при любых напряжениях накала определяется как ток насыщения, полученный из анодных характеристик. Определение тока эмиссии оксидного катода при рабочей температуре (номинальном значении U_Н) таким способом невозможно, так как, во-первых, при приближении к рабочей температуре область насыщения анодной характеристики выражена слабо, а во-вторых, переход к режиму насыщения происходит в области, недопустимых значений мощности, выделяющейся на аноде. Поэтому для определения тока эмиссии оксидного катода при рабочей (или близкой к ней) температуре катода производится косвенным путём. Снимаются анодные характеристики и определяется ток эмиссии при пониженных накалах катода. Затем строится зависимость тока эмиссии от мощности накала на графике с логарифмическим масштабом по обеим осям и линейной экстраполяцией до номинальной мощности накала определяется ток эмиссии при рабочей температуре катода.

Определение контактной разности потенциалов между катодом и анодом диода производится по анодной характеристике при самом низком накале катода. При этом плотность пространственного заряда очень мала и минимум потенциала в пространстве между катодом и анодом, а следовательно, режим пространственного заряда отсутствуют.

6. Задание

1. Записать паспортные данные и зарисовать цоколёвки исследуемых электронных ламп.

2. Рассчитать и построить на графиках для анодных характеристик кривые предельной мощности исследуемых электронных ламп.

1. Собрать схему испытания лампы с оксидным катодом (6Х2П).

3. Снять семейство анодных характеристик J_a=f(U_c) лампы с оксидным катодом при 15B>U_a>0 и при различных напряжениях накала: 1.5; 2; 2.5; 3; 3.5; 4; 4.5; 5 и 6.3 В.

4. Снять семейство анодных характеристик лампы с оксидным катодом в режиме тормозящего поля (U_a<0 ) при напряжениях накала 5 и 6.3 В.

5. Снять накальную характеристику J_H=f(U_H) исследуемого катода. Начальная характеристика снимается при U_a=0.

7.. Собрать схему испытания лампы с вольфрамовым катодом (4Ц10С).

8, Снять семейство анодных характеристик J_a=f(U_a) напряжениях U_H 2.5; 3; 3.5; 3.75; 4В при 60B>U_a>0.

9. Снять накальную характеристику J_H=f(U_H) вольфрамового катода. Накальная характеристика снимается при U_a=0.

10. Отметить на снятых графиках значения напряжения насыщения и тока насыщения.

11. Построить анодную характеристику лампы с оксидным катодом при U_a<0 в логарифмическом масштабе по оси тока. Вычислить температуру термоэлектронов для различных напряжений накала.

12. Построить на графике с логарифмическим масштабом по обеим осям зависимость J_e=f(P_H) для оксидного катода. Определить ток эмиссии оксидного катода при рабочей температуре (номинальном U_H).

13. Построить эмиссионную характеристику J_e=f(U_H) оксидного катода на одном графике с макальной характеристикой J_H=f(U_H). Рассчитать удельную эмиссию и эффективность оксидного катода при рабочей температуре (S_k=0.26 см²).

14. 14. Построить эмиссионную характеристику J_e=f(U_H) вольфрамового катода на одном графике с накальной характеристикой J_Н=f(U_H). Рассчитать удельную эмиссию и эффективность вольфрамового катода при рабочей температуре . (S_k=0.1 см²).

15. Рассчитать коэффициент в формуле закона "степени 3/2" для диода 6Х2П, использовав размеры его электродной системы: Г_к=0.06см, Г_а=0.08см, l_к=0.65ом. Рассчитать теоретическую анодную характеристику J_a=f(U_а) построить её на одном графике с экспериментальной для номинального накала.

16. Рассчитать и построить график зависимости параметров обоих диодов от напряжения накала:

17. Используя имеющийся в лаборатории график зависимости температуры катода от напряжения накала и полученные эмиссионные характеристики, определить константы термоэлектронной эмиссии оксидного и вольфрамового катодов.

7. Контрольные вопросы.

1. Напишите уравнение для плотности тока термоэлектронной эмиссии. Как экспериментально определяются эмиссионные константы А и В₀?

2. Приведите основные характеристики термоэлектронных катодов.

2. Назовите основные параметры термоэлектронных катодов..

2. Назовите основные типы термоэлектронных катодов и сравните их по параметрам.

3. Расскажите о технологии изготовления оксидных катодов. Нарисуйте эскиз структуры действующего оксидного катода.

2. Какова работа выхода оксидного катода?

2. Расскажите об импульсной эмиссии оксидного катода. Какова удельная эмиссия оксидного катода в импульсном режиме?

2. Что такое явление искрения оксидного катода?

2. Почему трудно определить удельную эмиссию оксидного катода? Каким методом она определяется?

10. Что такое долговечность термоэлектронного катода?

11. Нарисуйте эскизы конструкций катодов прямого накала и подогревных катодов.

12. В каких случаях и как поле анода влияет на эмиссию катода?

13. Почему при снятии шкальной характеристики анодное напряжение должно быть выключено?

14. Сравните преимущества и недостатки катодов, прямого накала и катодов подогревных.

15. Что происходит в анодной цепи при питании катодов прямого накала переменным током?

16. В каких типах ламп применяются вольфрамовые катоды, в каких типах - оксидные?

17. Начертите график распределения потенциала в диоде. Как изменяется это

распределение при изменении потенциала анода и при изменении накала катода?

18. Расскажите о работе диода в режиме пространственного заряда, режиме насыщения, режиме тормозящего поля.

19. При каких условиях строго выполняется закон "степени 3/2" в диоде?

20. На каких участках реальной анодной характеристики диода имеются отклонения от теоретической? Объясните причины этих отклонений.

21. По какому закону связаны анодный ток и анодное напряжение при работе диода в режиме тормозящего поля?

22. Назовите основные параметры диода.

23. Как зависят параметры диода S и R_i от геометрии системы электродов?

24. Как изменяются параметры диода S и R_i при повышении анодного напряжения?

25. Что такое наибольшая мощность, рассеиваемая анодом P_amax

26. Расскажите о способах увеличения P_amax в электронных лампах.

27. Из каких материалов изготовляются аноды электронных ламп?

28. Что такое U_обр диода и от чего зависит величина этого параметра лампы?

29. Расскажите о применении диодов в электронных схемах.

30. Каковы конструктивные особенности детекторных диодов?

31. В каком диапазоне частот могут работать диоды?

8. Литература

1. Гапонов В.И. Электроника, т. I, т. II, М., Физматгиз, 1960,

§§12-15, 18, 39.

2. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы. М., Связьиздат, 1960,

§§2.2, 3.1-3.4, 6.1, 6.2, 7.1-7.4.

3. Тягунов Г.А. Электровакуумные и полупроводниковые приборы. М.,

Госэнергоиздат, 1962, §§6-1, 6-2, 6-3, 7-4.

Работа №2

ГЛАВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ТРИОДОВ.

В работе изучаются анодные, анодно-сеточные, сеточные и сеточно-анодные характеристики триода. Определяются параметры триода в статическом и динамическом режимах.

1. Введение

Триод – трёхэлектродная лампа, имеющая кроме катода и анода дополнительный электрод – сетку, управляющую анодным током. Сетка обычно имеет вид опирали, приваренной к траверзам-держателям (в цилиндрических триодах) или решётки (в плоских). Так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, и кроме того, в значительной степени экранирует пространство около катода от поля, создаваемого анодом, то напряженно на -сетке U_c оказывает на электронный ток с катода гораздо большее влияние, чем напряжение на аноде. Мощность, затрачиваемая в сеточной цепи на управление анодным током, в большинстве режимов значительно меньше мощности переменной составляющей тока в анодной цепи. Триоды применяются, в основном, в качестве усилителей и генераторов электрических колебаний в широком диапазоне частот.

Поток электронов, выходящих из накалённого катода в общем случае распределяется между сеткой и анодом, хотя в применяемых на практике схемах сеточный ток часто бывает очень мал. Теория триода распадается на две части: вычисление полного тока, текущего с катода, и нахождение распределения тока между анодом и сеткой. Для решения этих задач необходимо знание распределения электрического поля в лампе. Аналитический расчёт поля в триоде представляет непростую задачу и возможен только для плоских и цилиндрических триодов с сеткой, имеющей равномерную или изменяющуюся по определённому закону густоту. Мы рассмотрим только качественный характер распределения поля в триоде и его влияние на процессы, протекающие в лампе.

На рис. 2.1 приведено распределение потенциала в плоском триоде при различных потенциалах сетки в отсутствии пространственного

Рис.2.1. Распределение потенциала в плоском триоде в сечении, проходящем от катода к аноду между витками сетки(1) и через виток(2)

заряда. При достаточно большом отрицательном напряжении сетки (а) у катода создаётся тормозящее поле, которое при наличии пространственного заряда увеличивает минимум потенциала у катода При нулевом напряжении сетки (б) поле у катода без учёта пространственного заряда будет ускоряющим. Если витки сетки достаточно тонкие, при определённом значении потенциала сетки картина поля в триоде имеет такой же вид, как и при отсутствии сетки (в). Это значение потенциала сетки называется нормальным потенциалом, величина которого в плоском триоде равна:

(2.1)

где d_c– расстояние сетка-катод,d_a– расстояние анод-катод, æ=d_a/d_c.

При наличии пространственного заряда (рис.2.1) потенциал в плоском межэлектродном промежутке меняется по закону

(2.2)

Поэтому в этом случае нормальный потенциал равен

(2.3)

и коэффициент будет другим

(2.4)

Как видно из рис.2.1, поле вблизи катода и анода можно считать

Рис.2.2. Траектория электронов в триоде при различных потенциалах сетки

о

Рис.2.3. Зависимость I_a и I_c от напряжения анода при U_c>0

днородным при любых потенциалах сетки. Существенная неоднородность поля появляется только вблизи сетки, в результате чего приU_c<U_H сетка оказывает на поток электронов с катода фокусирующее действие, а приU_c>U_Hрасфокусирующее. На рис.2.2 схематически приведены траектории электронов при различных потенциалах сетки. ПриU_c<U_H на сетку попадают только те электроны, траектории которых пересекают витки сетки (a). Такой режим триода, а также и многосеточных ламп носит название режима прямого перехвата. В случаеU_c>U_Hячейки сетки действуют как рассеивающие линзы и приU_c>>U_H многие электроны (б), несмотря на положительный потенциал анода, возвращаются на сетку. Этот режим носит название режима возврата. Анодный ток в режиме возврата сильно изменяется с изменением анодного напряжения, в режиме прямого перехвата – значительно меньше (рис.2.3). Отношение анодного тока к току сетки называется коэффициентом токораспределения в триодеk=J_a/J_c. Эта величина зависит от отношенияU_a/U_cи вначале возрастает резко, а затем слабее. С триодами, работающими в режиме возврата, на практике приходится встречаться редко. Однако в лампах с экранирующей сеткой (тзтроды, пентоды и др.) этот режим встречается значительно чаще.

Э

Рис.2.3. Зависимость I_a и I_c от напряжения анода при U_c>0

лектрическое поле на достаточно малом расстоянии от катода, как ухе отмечалось, является практически однородным. Поэтому можно совместное действие анода и сетки на электроны, вышедшие из катода, заменить действием одного сплошного электрода, расположенного, как обычно принимается, в плоскости сетки (рис.2.4). Иначе говоря, для расчёта тока катода триод можно заменить эквивалентным диодом - диодом, анод которого расположен в плоскости сетки триода. Чтобы ток с катода эквивалентного диода был равен току катода триода, на анод диода надо подать так называемое действующее напряжение, которое у катода создаёт такое же поле, как сетка и анод в триоде. При равных напряжённостях поля на катоде триода и эквивалентного диода должны наводиться одинаковые заряды. Заряд на катоде триода (приU_k= 0) определяется выражением

(2.5)

где C_ck - ёмкость сетка-катод, С_ак - ёмкость анод-катод. Заряд на катоде эквивалентного диода

(2.6)

Так как по условию q_д=q_т, то

(2.7)

Для определения ёмкости эквивалентного диода рассмотрим случай, когда потенциал сетки равен нормальному потенциалу (см.2.1). В этом случае действующее напряжение

(2.8)

Отсюда получаем

(2.9)

Хотя ёмкость эквивалентного диода найдена для частного случая, когда U_с=U_H, решение правильно, так как ёмкости при отсутствии пространственного заряда от напряжений не зависят.

Подставив соотношение (2.9) в (2.7) и вводя обозначение C_ak/C_ck=D, найдём выражение для действующего напряжения:

(2.10)

Величина D называется проницаемостью сетки, так как она определяет экранирущее действие сетки и зависит от её густоты. Практически проницаемость сетки имеет величину порядка 0.01-0.3

2. Закон: степени трёх вторых: для триода

Теория триода, основанная на представлении о действующем направлении, позволяет вычислить катодный ток триода, который в общем случае равен сумме токов сетки и анода

(2.11)

где g – параметр пространственного заряда для эквивалентного диода. При отрицательном напряжении сетки, когда сеточного тока практически нет, закон степени трех вторых определяет анодный ток

(2.12)

Подставляя значения gиU_g для плоского триода получим:

(2.13)

Для цилиндрического триода

(2.14)

Или в общем случае

(2.15)

где g_T– параметр пространственного заряда триода. Учтивая коэффициент токораспределенияk=J_a/J_cи то, чтоJ_k=J_c+J_aдля анодного тока триода при любых напряжениях управляющей сетки получаем следующее выражение:

(2.16)

3. Статические характеристики и параметры триода.

Анодные и сеточные токи триода являются при постоянной температуре катода функциями двух переменных - анодного и сеточного напряжений: J_a=f(U_c,U_a);J_c=f(U_c,U_a). Практически удобно эти зависимости представлять в виде следующих семейств кривых:

1). Семейство анодных характеристик – J_a=f(U_a) приU_c=const(рис.2.5).

2). Семейство анодно-сеточных характеристик – J_a=f(U_c) приU_a=const(рис.2.6).

3). Семейство сеточно-анодных характеристик -J_c=f(U_a) приU_c=const(рис.2.5).

4). Семейство сеточных (или входных) характеристик J_c=f(U_с) приU_a=const(рис.2.6).

Рис.2.7. Электрическое поле в триоде с редкой сеткой

Рис.2.5. Анодные характеристики триода

Рис.2.5. Анодно-сеточные характеристики триода

При отрицательном сеточном напряжении теоретические анодные и анодно-сеточные характеристики идут параллельно друг другу, сдвигаясь на одинаковое расстояние при равномерном изменении параметра – сеточного пли анодного напряжения соответственно. Начало характеристик (отсечка анодного тока) определяется из условия равенства нулю действующего напряжения: U_c+DU_a=0.

Реальные характеристики триода в основном соответствуют теоретическим, но они более криволинейны, имеют несколько непостоянный

сдвиг и менее резкую отсечку анодного тока. Отклонению реальных характеристик от теоретических вызываются рядом причин, часть которых проявляется и в диоде (неравномерное распределение температуры по катоду, неоднородность катода, контактная разность потенциалов), часть специфична для триода. К последним относится, прежде всего, неоднородность поля сетки в прикатодной области, особенно в лампах с редкой сеткой и при малых расстояниях сетка-катод. В таких лампах при отрицательном напряжении сетки электроны идут от катода не равномерным потоком, а в большем количестве с участков между витками сетки, на которых электрическое поле анода меньше ослаблено сеткой (рис.2.7). "В таком случае на участках катода, лежащих под витками сетки, установится режим начальных токов, в то время как под отверстиями будет существовать режим пространственного заряда и в центре даже, может быть режим насыщении. Такое действие сетки называется "островным эффектом" и приводит к появлению более пологого участка в начале анодно-сеточной характеристики. Но с увеличениемU_с ток должен возрастать быстрее, чем по закону степени трёх вторых, так как площадь островков, находящихся в режиме начальных токов уменьшается с ростомU_с.

При положительных напряжениях управляющей сетки на неё течёт электронный ток с катода с учётом коэффициента токораспределения. При небольших отрицательных напряжениях сетки сеточный ток имеет несколько составляющих. Во-первых, на сетку попадают электроны, вылетающие из катода с достаточно большими начальными скоростями. Во-вторых, вследствие несовершенства вакуума в лампе электроны при достаточно высоких анодных напряжениях ионизируют атомы остаточных газов. Положительные ионы устремляются в сторону отрицательно заряженных электродов, в том числе и на сетку. Ионный ток на сетку пропорционален анодному току и в хорошо откачанных лампах в 10^-5-10^-6раз меньше величины анодного тока. В-третьих, с сетки может возникнуть термоэлектронный ток, так как сетка расположена близко к катоду и получает тепло от него, а так же за счет теплового излучения анода. И последняя причина возникновения тока в цепи сетки – несовершенство изоляции сетки, в свою очередь относительно анода. Суммарное действие перечисленных выше причин приводит к тому, что при больших отрицательныхU_cна сетку течет, так называемый, обратный ток сетки. Затем начинает преобладать ток электронов с катода и сеточный ток изменяет знак.

Параметрами триода называются некоторые величины, при помощи которых устанавливается связь между малыми изменениями токов и напряжений в лампе. Запишем полный дифференциал анодного тока, являющегося функцией напряженийU_cиU_a

(2.17)

Величина

(2.18)

называется крутизной триода. Крутизна характеризует управляющее действие сетки и численно равна величине изменения анодного тока, приходящейся на 1В изменения сеточного напряжения при постоянном напряжении анода. Измеряется крутизна в мА/В или мкА/В и обычно у маломощных ламп имеет величину 5-10мА/В.

ВеличинаG_ak=ðJ_a/ðU_aназывается выходной проводимостьюлампы. На практике чаще пользуются величиной обратной, называемой внутренним сопротивлением

(2.19)

Внутреннее сопротивлении определяет величину изменения анодного напряжения, необходимую для изменения анодного тока на 1мА при постоянномU_с. Измеряется внутреннее сопротивление в килоомах и обычно имеет величину от 1 до 100 кОм.

Для того, чтобы сравнить воздействие сеточного и анодного напряжений на анодный ток, вводится еще один параметр – коэффициент усилении лампы μ, равный отношению приращений напряжения анодаdU_а и напряжения сеткиdU_c, вызывающих одинаковое изменение анодного тока.

(2.20)

При отрицательном U_cкоэффициент усиления μ связан с проницаемостьюDпростои зависимостью, которую можно найти иззакона степени трех вторых(2.15). Если приращения dU_c и dU_a имеют такую величину, чтоdJ_a=0, то и приращение действующего напряжения равно нулюdU_c+DdU_a=0,

откуда

Статические параметры триода связаны между собой простым соотношением.В соотношении (2.17) приdU_c и dU_a такими, чтоdJ_a=0, получаем

Тогда

(2.21)

или

(2.22)

Это уравнение часто называют внутренним уравнением, триода. Оно широко применяется на практике для вычисления третьего параметра по двум известным.

Статические параметры триода могут быть определены из семейства анодных или анодно-сеточных характеристик. Для этой цели бесконечно малые приращения в формулах(2.18), (2.19),(2.20) заменяются малыми конечными приращениями:

Эти приращения находятся по графикам рис. 2.5 или рис.2.6, для чего через точку А, в которой должны быть вычислены параметры проводят линию до пересечения с соседними кривыми и из полученных треугольников определяют параметры лампы.

Рис.2.8. Зависимость параметров триода от U_c

Рис.2.9. Зависимость параметров триода от U_a

Статические параметры триода зависят от некоторых геометрических размеров и электрического режима лампы. Для анализа этих зависимостей необходимо рассмотреть закон степени трех вторых и токораспределение в триоде.

На рис.2.8 и рис.2.9 приведены для примера зависимости параметров одного из триодов от сеточного и анодного напряжения. Характер этих кривых в областиU_с>0 и большихU_а несколько зависит от свойств катода триода (имеется ли чётко выраженный режим насыщения). Общей особенностью является слабая зависимость от электрического режима лампы величины коэффициента усиления.

4. Динамический режим триода. Усиление тока, наполнения и мощности.

С

Рис.2.11. Анодная динамическая характеристика триода

хема простейшего усилительного каскада на триоде приведена на рис.2.10. Поведение анодной цепи по постоянному току описывается уравнением "нагрузочной прямой"

(2.23)

О

Рис.2.10. Зависимость параметров триода от U_a

тсюда видно, что при изменении напряжения на сетке меняется не только анодный ток, но и анодное напряжение, причём изменении анодного напряжения происходит в противофазе с сеточным. За счёт этого изменение анодного тока при изменении сеточного напряжения оказывается меньше, чем при постоянном напряжении анода, т.о. управляющее действие сетки ослабляется. Динамическая анодно-сеточная характеристика триода идёт более полого, чем статическая. Динамический режим триода может быть рассчитан графически и аналитически. При графическом расчёте на гра­фике семейства анодных характеристик строится нагрузочная прямая (рис.2.11). Согласно (2.23) анодный ток триода в схеме рис.2.9 равен

(2.24)

Таким образом, динамическая анодная характеристика представляет прямую, имеющую угловой коэффициент -1/R_H и отсекающую отрезки: на оси абсцисс Е_а, а на оси ординат Е_а/R_H. При изменении сеточного напряжения рабочая точка триода перемещается по нагрузочной прямой (на графике показаны амплитуды переменной составляющей анодного токаJ_танапряженияU_ma при подаче на сетку приU_c=3Bпеременного напряжения амплитудой 3В). Мощность полезного сигнала, выделяющаяся на сопротивлении нагрузки, определяется

графически как площадь треугольника АВЕ или АСД. Действительно, мощность переменного тока в анодной цепи

Аналитически динамические параметры триода вычисляются следующим образом. Усиление по току определяет крутизна динамической анодной характеристикиS_g. Перепишем уравнение (2.17) следующим образом:

(2.25)

При наличии сопротивления нагрузки

(2.26)

Тогда

(2.27)

Следовательно

(2.28)

Коэффициент усиления по напряжению μ_gопределяется следующим образом:

(2.29)

Учитывая (2.26) и (2.21), получим

(2.30)

Мощность переменного тока в анодной цепи пропорциональна (dJ_a)²R_H. Из уравнения (2.27) имеем:

(2.31)

Усиление по мощности максимально, когда достигает максимума величина R_H/(R_i+R_H)², т.е. приR_i=R_H. При этом условии

(2.32)

Параметр

Называется добротностью триода и характеризует триод как усилитель мощности.

5. Методические указания.

Схема для снятия характеристик триода приведена на рис.2.12.

Рис.2.12. Схема для снятия характеристик триода

Накал триода питается от источника переменного напряжения 6.3В. Сеточная цепь позволяет переключать полярность напряжения на управляющей сетке и измерять сеточный ток как при положительном, так и при отрицательном напряжении на сетке. Для определения сеточного тока при U_с<0 в цепь сетки включается резисторR_с достаточно большой величины (2-3 мОм). Анодно-сеточная характеристика в этом случае снижается дважды: приR_с=0 иR_с≠0. Эти характеристики сдвинуты друг относительно друга на величинуΔU_с, разную падению напряжения на сопротивленииR_сиз-за протекания по нему сеточного тока. Разделив полученное экспериментальное значениеΔU_с наR_с, получаем величину сеточного тока.

Анодная цепь триода питается от источника постоянного напряжения 200В. Для более точной установки напряжения на аноде при регулировке U_а используют два потенциометра. При замкнутом тумблере Т₂ снимаются статические характеристики триода. При размыкании Т₂ в анодную цепь триода включается резистор R_H сопротивлением 10 кОм.

При снятии характеристик триода необходимо следить за постоянством параметров режима U_с или U_а. Не допускать превышения анодным током величиныJ_amax=P_amax/U_a.

Для изучения распределения электронного тока между анодом и сеткой токиJ_aиJ_c измеряются приU_а=5B, что даёт возможность подавать на сетку положительный потенциал в несколько раз больший потенциала анода. В этом случае токораспределение между анодом и сеткой исследуется в широком интервале отношенияU_a/U_c.