8. Литература.

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

§§40-43.

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

1960, §§8.1-8.7, 9.1-9.5, 10.1-10.6.

3.Титулов Г. А. Электровакуумные и полупроводниковые приборы.

М., Госэнергоиздат, 1962, §§6.4-6.6, 7.2-7.8.

Работа№3

ИЗУЧЕНИЕ ТЕТРОДОВ И ПЕНТОДОВ.

Рис.3.1. Распределение потенциала в тетроде: 1 – в плоскости витков сетки, 2 – между витками сетки

В работе изучаются основные характеристики лучевого тетрода и пентода. Исследуется динатронный эффект при включении пентода в тетродном режиме. Определяются параметры тетрода, лучевого тетрода и пентода.

1. Введение

Вакуумные триоды, имеющие большие возможности использования в различных электронных схемах, Обладают всё же некоторыми недостатками. Во-первых, коэффициент усиления триодов μ не превышает 100. Во-вторых, триоды имеют сравнительно малое внутреннее сопротивлениеR_iчто нежелательно, например, в тех случаях, когда в качестве анодной нагрузки используется высокодобротный резонансный контур. В-третьих, ёмкость анод-сетка, через которую осуществляется положительная обратная связь входной цепи с выходной, составляет в триодах величину от 1 до 10 пф, а продельная частота устойчивого усиления обратно пропорциональна величине проходной ёмкости.

Коэффициент усиления триода обратно пропорционален проницаемости его управляющей сетки D. Изготовление сетки с очень малой проницаемостью сложно, и кроме того, в этом случае необходимо очень высокое анодное напряжениеU_а, чтобы при отрицательномU_с обеспечить необходимый анодный ток. В то же время полезно, чтобы изменение анодного напряжения не вызывало существенного изменения анодного тока. Отмеченные недостатки устраняются в тетроде, содержащем ещё одну сетку - экранирующую, на которую подаётся .положительное напряжение, обычно равное (0,5-1)U_а. Густая экранирующая сетка повышает μ иR_iлампы и снижает проходную ёмкость. Расположение электродов и распределение потенциала между катодом и анодом в тетроде схематически показаны на рис. 3.1 для случаяU_c2>U_a. Роль управляющей сетки тетрода соответствует роли сетки катода. На нее почти всегда подается отрицательное напряжение

смещения U_с, и для того чтобы лампа не оказалась запертой, на экранирующую сетку необходимо подавать достаточно высокое положительное напряжение.

2. Закон степени трёх вторых и характеристики тетродов.

Точный расчёт электрических полей тетрода ещё более сложен, чем расчёт полей в триоде. Однако, используя понятие действующего напряжения, задачу о тетроде с некоторым приближением можно также свести к задаче о триоде, как задача о триоде была сведена к задаче об эквивалентном ему диоде (смотри раздел 1 работы №2). Для определения величины действующего напряжения воспользуемся выражением (2.10), выведенным для триода:

С целью упрощения вычислений в дальнейшем будем пренебрегать в знаменателе величиной æD по сравнению с единицей.

Действие сеток и анода тетрода можно довольно просто учесть, мысленно разделив тетрод на два расположенных друг за другом триода. Обозначим проницаемость первой (управляющей) сетки D₁, проницаемость второй (экранирующей) –D₂. Тогда в плоскости второй сетки действующее напряжение равно

(3.1)

Действующее напряжение в плоскости первой сетки определится следующим выражением:

(3.2)

Следовательно, при отрицательном напряжении управляющей сетки, что соответствует типичному рабочему режиму лампы, катодный ток распределяется между экранирующей сеткой и анодом и равен:

(3.3)

г

Рис.3.2. Зависимость J_a и J_c2 от U_a для двух значений коэффициента вторичной эмиссии

деg- параметр пространственного заряда эквивалентного диода. Общая проницаемость тетрода, характеризующая ослабление воздействия анодного напряжения на пространственный заряд у катода по сравнению с напряжением управляющей сетки;D=D₁D₂, т.е. значительно меньше, чем у триода. Вследствие этого анодное напряжение очень слабо изменяет величину тока с катода, влияние напряженийU_c1иU_с2– значительно сильнее.

Поскольку электростатическое воздействие анода на электроны, испускаемые катодом мало, то внутреннее сопротивление тетродов R_i=ðU_a/ðJ_aпри больших анодных напряжениях на порядок выше, чем у триодов. Крутизна анодно-сеточной характеристики тетродовS=ðJ_a/ðU_cтакого же порядка, как и в триоде.

Коэффициент усиления μ=ðU_a/ðU_c1=SR_iдля тетродов значительно выше, чем в триодах за счёт большой величиныR_i, причем μ<1/D.

Анодный ток в тетроде с изменением анодного напряжения изменяется не только вследствие изменения действующего напряжения, но, в основном, за счёт перераспределения катодного тока между анодом и экранирующей сеткой. Кроме того, в тетроде действует так называемый динатронный эффект, заключающийся в переходе выбиваемых из анода вторичных электронов на экранирующую сетку. Чтобы найти анодный ток тетрода, необходимо вычислить коэффициент токораспределения k=J_a/J_c2как функцию отношенияU_a/U_c2. Поскольку в рабочем режиме вторая сетка имеет положительный потенциал, при увеличении анодного напряжения от нуля мы будем вначале иметь режим возврата электронов к экранирующей сетке, а затем приU_а>(0.1-0.5)U_c2– режим прямого перехвата (см. раздел 1 работы №2).

Анодная характеристика тетрода приведена на рис.3.2. При малых анодных напряжениях увеличение U_aсопровождается быстрым ростомJ_aи резким убываниемJ_c2. Но приU_aбольше 10-20В возникает заметная вторичная эмиссия электронов из. анода. Вторичные электроны устремляются к экранирующей сетке, имеющей более высокий потенциал. При этом результирующий анодный ток, определяемый разностью приходящих

на анод и уходящих с анода электронов, уменьшается, а ток экранирующей сетки соответственно возрастает. Падение J_aс ростомU_aпродолжается до тех пор, пока анодное напряжение не приблизится по величине к напряжению экранирующей сетки. При дальнейшем ростеU_aпереход вторичных электронов на экранирующую сетку прекращается и анодный ток начинает расти, а ток сетки – падать.

Явление динатронного эффекта ограничивает возможности использования обычных тетродов, так как провал в анодной характеристике приводит к искажению усиливаемых сигналов. Кроме того, наличие падающего участка в характеристике (участки с отрицательный дифференциальным сопротивлением) может привести к самовозбуждению схемы, в которой используется тетрод.

Чтобы использовать положительные качества двухсеточной лампы необходимо подавить в ней динатронный эффект. Это осуществляется либо с помощью пространственного заряда (в лучевых тетродах), либо с помощью третьей сетки ( в пентодах)

3. Устройство и характеристики лучевых тетродов.

В лампах с экранирующей сеткой возвращение вторичных электронов на анод может быть обеспечено за счет высокой плотности пространственного заряда электронов, достаточной для образования минимума потенциала у анода. Этот принцип подавления динатронного эффекта используется в лампах, называемых лучевыми тетродами. В. лучевом тетроде поток электронов фокусируется в узкие пучки - лучи (рис.3.3), откуда и происходит название лампы. Фокусировка электронов в вертикальной плоскости достигается с помощью соединённых с катодом специальных электродов, называемых лучеобразующими.

Д

Рис.3.3. Конструкция лучевого тетрода. 1 – катод, 2 – управляющая сетка, 3 – экранирующая сетка, 4 – лучеобразующие пластины, 5 - анод

Рис.3.5. Анодные характеристики лучевого тетрода

ля фокусировки в горизонтальной плоскости витки управляющей и экранирующей сеток делаются с одинаковым шагом и размещаются строго друг против друга. Проходя между витками отрицательно заряженной управляющей сетки, электроны собираются в узкие плоские пучки и пролетают мимо находящихся в "тени" витков экранирующей сетки, почти не попадая на них. Благодаря этому ток экранирующей сетки в лучевом тетроде в несколько раз меньше, чем при обычной конструкции, сеток.

В результате такой фокусировки электронного потока плотность пространственного заряда у анода повышается и образуется минимум потенциала, возвращающий вторичные электроны на анод. Для дополнительного снижения минимума потенциала анод лучевого тетрода отодвигают от экранирующей сетки на достаточное расстояние (рис.3.4).

На рис.3.5 показано семейство анодных характеристик лучевого тетрода. Видно, что на характеристиках нет характерного для динатронного эффекта провала, который, правда, намечается при больших отрицательных напряжениях управляющей сетки (малых анодных токах).

В

Рис.3.4. Влияние расстояния экранирующая сетка-анод на величину минимума потенциала

ажным достоинством лучевых тетродов является небольшая величина тока экранирующей сетки, что позволяет подавать на неё высокое напряжение, д остигающее (75-100)% рабочего напряжения анода. Недостатком их является сравнительная низкочастотность, так как экранирующая сетка не может быть сделана достаточно густой, и относительно малый коэффициент усиления. Поэтому лучевые тетроды применяются главным образом как мощные выходные лампы.

Следует отметить, что в лампах, работающих при высокой плотности катодного тока, динатронный эффект можно подавить только за счёт достаточно большого расстояния вторая сетка-анод. Это позволяет экранирующую сетку сделать более густой и тем самым повысить частотный предел работы тетродов.