4. Устройство и характеристики пентодов.

В

Рис.3.6. Распределение потенциала в пентоде

торой путь создания между экранирующей сеткой и анодом минимума потенциала заключается в помещении между ними дополнительной сетки, на которую подается нулевой или близкий к нулю потенциал. Эта третья сетка, называемая защитной или антидинатронной, превращает лампу в пентод. Распределение потенциала между электродами пентода приведено на рис.3.6 (1 – изменение потенциала в плоскости, проходящей через витки сеток, 2 – между витками). Наличие защитной сетки полностью устраняет влияние динатронного эффекта на характеристики лампы. Присутствие третьей сетки еще больше повышает внутреннее сопротивление и коэффициент усиления лампы и уменьшает проходную ёмкость. Действующее напряжение пентода о определяется следующим выражением:

(3.4)

Величина действующего напряжения записана для случая U_c3=0. Соотношение между проницаемость сеток обычно следующее:D₂<D₁<D₃. Особенно густая сетка (соответственно малая проницаемостьD₂) устанавливается в высокочастотных пентодах.

Рис.3.7. Анодно-сеточные характеристики пентода

Так как экранирующая сетка значительно сильнее влияет на анодный ток, чем анод, положение анодно-сеточной характеристики тетродов и пентодов зависит в основном отU_c2. Анодно-сеточные характеристики тетрода или пентода, снятые при различных напряжениях на аноде, будут близко лежать друг возле друга (рис.3.7) и веерообразно расходится, в отличие от аналогичных характеристик триода, которые при измененииU_aостаются параллельными. Причина этого в том, что увеличениеU_aвызывает увеличение коэффициента токораспределенияk=J_a/J_c2. Кроме того, увеличение анодного тока в тетроде происходит так же за счет вторичной эмиссии с экранирующей сетки. Важное значение имеет тот факт, что в тетродах и пентодах анодно-сеточная характеристика расположена левее, чем в триодах, при том жеU_a.

Для пентодов так же как и для тетродов, основными характеристиками, используемыми для определения их параметров и характеристических расчетов, являются анодные J_a=f(U_a) при различных величинахU_c1и фиксированном напряжении экранирующей сеткиU_c2. На рис.3.8 приведены

семейства анодных характеристик высокочастотного (а) и низкочастотного (б) пентодов.

К анодным характеристикам пентода предъявляются следующие требования, вытекающие из условий получения наибольшей полезной мощности при неискажённом усилении. Во-первых, для неискаженного усиления необходимо, чтобы кривые J_a=f(U_a) были в своих пологих(рабочих) участках параллельны и эквидистантны, т.е. отстояли друг от друга на одинаковое расстояние при одинаковом ΔU_c. Во-вторых, анодные характеристики пентода должны переходить из своего начального крутого участка в пологие рабочие участки при возможно меньшем значенииU_а. Это необходимо для того, чтобы получить большее усиление напряжения и мощности полезного сигнала. -

Следует отметить, что пологие участки анодных характеристик пентода соответствуют не режиму насыщения, а режиму пространственного заряда, хотя внешний вид кривых J_а=f(U_a) и напоминает переход в режим насыщения. Малый наклон этих участков объясняется очень малым влиянием анодного напряжения в пентоде на анодный ток режиме прямого перехвата. Крутой же участок характеристик определяется резким изменением токораспределения между анодом и экранирующей сеткой.

На обоих графиках (рис.3.8) проведены нагрузочное прямые, необходимые для определения динамических параметров пентода (смотри раздел 4 работы №2). При произвольно взятом нагрузочном сопротивлении (ряс.3.8.а) из-за неэквидистантности реальных анодных характеристик могут появиться искажения усиливаемого сигнала, чем пентод в невыгодную сторону отличается от триода. На рис.3.8.б показана линия нагрузки, соответствующая оптимальному сопротивлению нагрузки (минимум искажений и максимум выходкой мощности).

О

Рис.3.8. Семейство анодных характеристик высокочастотного (а) и низкочастотного (б) пентодов.

птимальное сопротивление нагрузки пентода лежит обычно в пределах 1/8-1/10 внутреннего сопротивления на рабочем участке. Статические параметры тетродов и пентодов те же, что и триодов: крутизнаS=ðJ_a/ðU_c1,внутреннее сопротивлениеR_i=ðU_a/ðJ_aи коэффициент усиления μ=dU_a/dU_c1приJ_a=const. Зависимость статических параметров одного из пентодов от анодного напряжения приведены на рис.3.9. Зависимость параметров пентода отU_c1похожа на аналогичную зависимость параметров триода от напряжения управляющей сетки.

Варьируя конструкцию и размеры электродов пентода, можно получить

лампы с самый разнообразными характеристиками и параметрами, благодаря чему пентод является самой распространённой лампой универсального назначения. Отметим основные особенности различных классов пентодов: высокочастотных, низкочастотных и широкополосных.

В пентодах, предназначенных для усиления высоких частот, должно быть осуществлено хорошее экранирование управлявшей сетки от анода. С этой целью экранирующую сетку делают густой и в лампе помещают специальные экраны для уменьшения ёмкости между выводами анода и управляющей сетки. Благодаря этому проходная ёмкость высокочастотных пентодов может быть уменьшена до величины порядка 0.003-0.006 пф.

Увысокочастотных пентодов, предназначенных для работы в схемах с автоматической регулировкой усиления, управляющая сетка изготавливается с различной густотой намотки (т.е. различной проницаемостью) по её длине. Это приводит к тому, что в анодно-сеточной характеристике такой лампы имеются два участка с различной крутизной и коэффициентом усиления (пентоды с переменной крутизной или удлинённой характеристикой).

К

Рис.3.10. Схема для снятия характеристик лучевого тетрода и пентода

рутизна высокочастотных пентодов лежит в пределах 2-10мА/В. Внутреннее сопротивление достигает нескольких мегом, а коэффициент усиления μ – 5000 и более. Анодные характеристики высокочастотных пентодов в рабочей части идут очень полого, почти параллельноU_a(рис.3.8.а).

Низкочастотные пентоды отличаются от высокочастотных более простой конструкцией электродов. Экранирующая сетка делается не такой густой, коэффициент усиления имеет величину от 150 до 600, а внутреннее сопротивление 20-100кОм, крутизна достигает 9-12мА/В в мощных оконечных пентодах. Для получения более левой анодно-сеточной характеристики на экранирующую сетку подают высокое напряжение: (0.75-1)U_а. Использование пентодов в выходных каскадах усилителей низкой частоты выгоднее, чем триодов, потому что пентоды требуют для «раскачки» меньшего напряжения,

чем триоды. Коэффициент полезного действия усилителя мощности на пентоде выше, чем на триоде, но качество усиления вследствие искажений хуже.

Ш

Рис.3.9. Зависимость статических параметров пентода от анодного напряжения

ирокополосные пентоды, предназначенные для усиления в полосе частот несколько мегагерц или даже несколько десятков мегагерц, должны иметь большую крутизну и малые входную и выходные ёмкости. Необходимые параметры в широкополосных пентодах достигаются, в основном, за счет повышении крутизны до 25-35мА/В. Увеличение крутизны осуществляется за счёт уменьшения расстояния сетка-катод (до 40-50мкм), улучшения токораспределения, для чего экранирующая сетка изготавливается не слишком густой и из проволоки малого диаметра.

5. Методические указания

Измерительная схема собирается согласно рис.3.10 и цоколёвки исследуемой лампы.

В работе изучаются характеристики пентода, имеющего отдельный вывод третьей сетки. Это позволяет использовать его как и в пентодном, так и в тетродном включении. В пентодном включении лампы третья сетка с помощью проводника, на схеме не показанного, соединяется с катодом, в тетродном включении – со второй сеткой.

Для исследования лучевого тетрода необходимо учесть изменение цоколёвки лампы и установить пределы измерительных приборов согласно ожидаемым токам и напряжениям в цепях анода и сеток. Поэтому предварительно следует ознакомится со всеми пунктами задания и паспортными данными используемых ламп.

Подогреватели катодов исследуемых ламп питаются от источника переменного напряжения 6.3В. Анодное питание и питание экранирующей сетки осуществляется от различных источников питания для исключения взаимного влияния регулировок в этих цепях. Для изменения полярности потенциала управляющей сетки используется переключатель П.

В процессе всех измерений необходимо следить за постоянством заданных напряжении на электродах лампы, регулируя их потенциометрами.

При определении крутизны и внутреннего сопротивления изучаемых ламп воспользоваться методикой, описанной в работе № 2 для триода. Коэффициент усиления определять по формуле: μ=SR_i.

6. Задание.

1. Записать паспортные данные изучаемых в работе пентода и лучевого тетрода и зарисовать их цоколёвку.

2. Рассчитать и построить на графиках для анодных характеристик лучевого тетрода, пентода и пентода в тетродном включении кривые предельной мощности. P_amax=J_aU_a

3. Собрать схему для снятия характеристик пентода.

4. Снять семейства анодно-сеточных J_a=f(U_c1) характеристик пентода при: а)U_С2=120В иU_а=90В, 120В; б)U_C2=90В иU_а=90В, 120В. Потенциал управляющей сетки изменять от запирания лампы доU_c1, соответствующего максимально, допустимому токуJ_а, определённому из кривых предельной мощности, рассеиваемой анодом.

5. Снять семейства анодных J_а=f(U_а) на экранно-анодныхJ_c2=f(U_a) характеристик пентода приU_c2=120В иU_c1=0;-1B;-2B;-3В. Анодное напряжение изменять от 0 до значения, ограничиваемого кривой предельной мощности, рассеиваемой анодом.

6. Соединить антидинатронную сетку со второй сеткой и снять семейства анодных J_а=f(U_а) и экранно-анодныхJ_с2=f(U_а) характеристик пентода в тетродном включении приU_c2=120BиU_c1=0; -2B.

7. Собрать схему для снятия характеристик лучевого тетрода.

8. Снять семейство анодных J_а=f(U_а) экрано-анодныхJ_с2=f(U_а) характеристик

лучевого тетрода при U_С2=200В и U_С1=0; -5В; -10B; -15В. Анодное напряжение изменять от 10 В до значения, ограничиваемого кривой предельной мощности, рассеиваемой анодом.

9.Снять семейство анодных J_а=f(U_а) характеристик лучевого тетрода при U_с1=-10В и U_С2=150В; 200В; 250В.

10. Построить снятые экспериментально характеристики и определить параметры лампыS,R_i, и μ для рабочего режима. Полученные значения занести в таблицу, указав значения напряжений, при которых определены эти параметры ламп.

11. Используя данные п.8, построить зависимости тока катода лучевого тетрода J_k от U_a и коэффициента токораспределення k=J_a/J_c2 в функции отношенияU_a/U_c2.

7. Контрольные вопросы.

1. Устройство и характеристики тетродов.

2. Что такое динатронный эффект и почему он должен быть устранен?

3. Какие существуют способы устранения динатронного эффекта?

4. Каковы конструктивные особенности лучевого тетрода?

5. Начертите график распределения потенциала в лучевом тетроде.

6. Каково назначение экранной сетки лучевого тетрода?

7. Каково соотношение между током анода и током экранной сетки в лучевом тетроде и пентоде?

8. В каком режиме анодный потенциал влияет сильнее на процесс токораспределения в лучевом тетроде?

9. Чем отличаются анодные и анодно-сеточные характеристики лучевого тетрода к пентода от аналогичных характеристик триода?

10. Почему пологий участок анодной характеристики лучевого тетрода и пентода не является режимом насыщения, как в диоде?

11. Каким выбирается соотношение между анодным потенциалом и потенциалом экранной сетки в лучевом тетроде?

12. Может ли в лучевом тетроде возникнуть динатронный эффект? Если может, то в каком режиме его работы и почему?

13. Назовите основные параметры лучевого тетрода и дайте их определение.

14. Как влияет изменение потенциала экранной сетки на параметры лучевого тетрода?

15. Сравните параметры триода, лучевого тетрода и пентода.

16. Расскажите о применении лучевых тетродов в электронных схемах.

17. Начертите график распределения потенциала в пентоде.

18. Объясните назначение каждой из трёх сеток пентода.

19. Как распределяется ток катода между электродами пентода?

20. В каких областях пентодной системы существенно влияние . объёмного заряда и почему?

21. Как изменяются при изменении анодного потенциала полный ток катода, ток анода и ток экранной сетки?

22. Что такое коэффициент токораспределения, как он изменяется при увеличении анодного потенциала?

23. Назовите основные параметры пентода, дайте их определение.

24. Как зависят параметры пентода S,R_i, и μ от потенциала управляющей сетки?

25. Как зависят параметры пентода S,R_i, и μ от потенциала анода?

26 . Каково внутреннее сопротивление и коэффициент усиления современных пентодов?

27. Как выбрать рабочий режим пентода, пользуясь семейством анодных характеристик?

28. Чем отличаются анодные и анодно-сеточные характеристики пентода от аналогичных характеристик триода?

29. Чем., различаются по конструкциям и по параметрам высокочастотные, низкочастотные к широкополосные пентоды.

8. Литература

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

1960, §§11.1-11.10.

2. Гапонов В.И. Электроника, т.2, М., Физматгиз, 1900, §44.

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

М., Госэнергоиздат, 1902, §§6.5, 7.2-7.7.

Работа №4