книги из ГПНТБ / Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие

dUg = Ugm — dy,

но плотность тока по поверхности непостоянна. Интегрирование нуж­

Учитывая только первые четыре члена разложения, получаем для квадратной скобки

Воспользуемся выведенными зависимостями для сравнения ха­ рактеристик, получающихся при наличии островкового эффекта, с

131

характеристиками соответствующих сводимых триодов, у которых ток определяется уравнением

При этом нужно иметь в виду, что значение величины Ugm, фи­ гурирующей в (3.110)—(3.112), зависит от степени провисания анод­ ного поля и растет с ростом неравномерности поля в плоскости сетки; при заданном Uа или Ug оно будет тем больше, чем более отрица­ тельно U0.

Рассмотрим сначала анодно-сеточные характеристики. Выражение (3.110) определяет ход характеристик около точки запирания и сви­ детельствует о наличии тока даже при Ud0 < 0, когда по закону сте­ пени 3/2 тока еще не должно быть. Характеристики за счет остров­ кового эффекта, следовательно, вытягиваются в сторону отрицатель­ ных Uc. Согласно сказанному о зависимости Ugm от соотношения между Uа и Uc степень вытянутости будет тем больше, чем больше значение Uа, которому соответствует характеристика. Крутая часть характеристик определяется уравнением (3.112). Оно отличается от (3.113) множителем в квадратных скобках, который всегда больше единицы. Это значит, что токи при наличии островкового эффекта при прочих равных условиях всегда больше, чем при его отсутствии, а насколько больше — это зависит от отношения Ugm/Ugo. Так как это отношение уменьшается с изменением Uc в положительную сторо­ ну, то разница между характеристиками при наличии и отсутствии островкового эффекта по мере роста / к становится меньше. С ростом Uа, которому соответствует характеристика, разница, наоборот, уве­ личивается. На рис. 3.23, а сопоставлены соответствующие друг другу семейства анодно-сеточных характеристик при наличии и отсутствии

132

островкового эффекта. Из рисунка видно, что при наличии островко­ вого эффекта характеристики идут выше и положе, чем при его от­ сутствии. При разных Uа они не подобны друг другу, а тем больше вытянуты, чем больше £Уа; в сторону запирания они, следовательно, расходятся. Картина семейства в несколько утрированном виде дана там же на дополнительном рисунке.

На рис. 3.23, б даны соответствующие анодные характеристики. Здесь характеристики при островковом эффекте тоже идут выше и положе, чем при его отсутствии, но в отличие от анодно-сеточных они в сторону запирания сближаются. Сдвиг начальной точки в сторону начала системы координат тем больше, чем более отрицательно Uc (см. маленький дополнительный рисунок).

Использованная до сих пор зависимость D от у (см. 3.106) в боль­ шинстве конструкций неточно учитывает инстинное изменение напря­ женности поля по поверхности катода. В литературе, в.зависимости от степени апроксимации картины поля, приводятся разные выраже­ ния для функции D (у). Большинство авторой считает, что с доста­ точной для практических целей точностью для переменной составляю­ щей D можно принять гармонический закон изменения, и предлагает для D (у) выражение

D = D0— Dmcos . (3.114)

Если ввести величину максимального относительного изменения D и обозначить ее б

то (3.114) принимает вид

Значение D0 можно рассчитывать по формулам для проницаемости сводимых триодов (см. § 3.3.4), лучше всего по формуле Оллендорфа. Величина б, в отличие от D0, зависит не только от da0, но и от dCK, так как оба междуэлектродных расстояния совместно определяют степень провисания анодного поля и тем самым и изменение напря­ женности поля по поверхности катода. При тонкой пров'олоке навивки

что при больших dCK/p, т. е. в условиях, когда поле у катода становит­ ся равномерным, б стремится к нулю, так что разница между D и D0 исчезает.

133

Выражение (3.117). предполагает тонкую проволоку навивки

< 0,1). Если же диаметр проволоки велик и сравним с между-

электродными расстояниями, то уже сама толщина витка заметно влияет на равномерность поля у катода и в формулу (3.117) прихо­ дится вводить соответствующую поправку. Она заключается в том,

Подставляя (3.118), (3.119) и (3.121) в (3.117), получаем

134

Все указанные формулы для расчета б относятся к «холодной» лампе, т. е. не учитывают влияние пространственного заряда. Для расчета б для «горячей» лампы в выражение (3.122) дополнительно вводят величину хи 1см. (3.77)], применявшуюся уже раньше для учета влияния пространственного заряда на значение действующего

сГ

Рис.' 3.25. Диаграмма для определения 6'

135

На рис. 3.25 и 3.26 даны диаграммы для определения 8' и 8" [Л.3.9]. При сложной конфигурации электрического поля для расчета характеристик часто выгодно использовать электронно-вычислитель­ ные машины. В литературе приводится много методов для численного расчета электрических полей и характеристик систем электродов

различных конфигураций, см., например, [Л.3.10].

.3 Лт

Островковый эффект является основной причиной расхождения реальных характеристик триода и построенных теоретически, даже с учетом «горячего поля» и начальных скоростей электронов. Кроме островкового эффекта, на расхождение влияют также факторы, дей­ ствующие в диоде (см. § 2.3).

3.7.4.Связь между анодными

ианодно-сеточными характеристиками

Семейства анодных и анодно-сеточных характеристик, взаимосвя­ заны, так как Определяются одной и той же функциональной зави­ симостью от напряжения электродов (см. § 3.6). Поэтому семейство

136

одних характеристик можно графически построить по семейству других. В качестве примера рассмотрим построение анодно-сеточной характеристики по известному семейству анодных для заданного зна­

чения анодного напряжения Ua (рис. 3.27). Для построения в семей­ стве анодных характеристик проводят вертикальную прямую при

£/ — Ua. Точки пересечения ее с анодными характеристиками соот­ ветствуют одной и той же анодно-сеточной характеристике и опреде­ ляют величины токов при соответствующих сеточных напряжениях.

Рио. 3.27. Построение статической анодно-сеточной харак­ теристики по семейству статических анодных характе­ ристик

Точки пересечения горизонтально переносят в расположенную рядом систему координат анодно-сеточных характеристик и располагают против соответствующих значений Uc. Соединяя построенные точки, получают искомую характеристику. Аналогичным образом по семей­ ству анодно-сеточных характеристик можно построить анодные. Этот способ универсален и не связан ни с какими предпосылками.

§3.8. ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ТРИОДЕ

3.8.1.Введение

При отрицательных сеточных напряжениях,' как это предполага­ лось до сих пор, катодный и анодный токи были идентичны, что поз­ воляло перенести закономерности катодного тока на анодный. Иначе обстоит дело при положительных Uc, когда часть электронов, летя­ щих с катода, идет на сетку и катодный ток разделяется на анодный и сеточный. Попадет ли электрон на сетку или на анод, зависит от траектории электрона, т. е. в конечном счете от формы электростати­ ческого поля. При идеальных структурах системы электродов, т. е. в равномерных полях, расчет токораспределения простой. В реальных лампах, однако, выполнение его наталкивается на большие трудности из-за необходимости учитывать искажения поля, вызванные струк­ турой сетки, а также из-за следующих дополнительных явлений:

137

1) наличия при Uc > .0 минимума потенциала между сеткой и анодом, возникающем здесь за счет объемного заряда, создаваемого проходящим потоком электронов;

2) выбивания электронами, идущими с катода, вторичных элект­ ронов из сетки и анода, которые при определенных условиях пере­ ходят с одного электрода на другой, и этим создают дополнительные составляющие сеточного и анодного токов.

Далее приводится теория токораспределения, основанная на сле­ дующих упрощающих предпосылках:

1) начальные энергии электронов у поверхности катода малы по сравнению с значениями их кинетической энергии между сеткой и анодом;

2) пространственный заряд между сеткой и анодом пренебрежи­

мо мал; 3) отсутствуют вторичные и отраженные от электродов первич­

ные электроны.

Выведенные таким образом формулы для расчета токораспреде­ ления часто дают результаты, заметно отличающиеся от действитель­ ности. Но они все же имеют большое практическое значение, так как правильно отражают влияние отдельных факторов и этим дают воз­ можность при разработке ламп сознательно воздействовать на токораспределение в том или другом направлении.

3.8.2. Сетка как электронно-оптическая система

Если бы электрическое поле между электродами было совершенно

.равномерным, то траектории электронов были бы прямыми, перпен­ дикулярными поверхности электродов. В действительности же поле вокруг сетки неравномерно. Вследствие этого на электрон при про­ хождении через сетку со стороны ближайшего витка действует сила, направленная перпендикулярно направлению его движения и при­ водящая тем самым к отклонению его траектории от нормали. Направление отклонения зависит от того* притягивается или оттал­ кивается электрон витком, что определяется тем, выше или ниже потенциал витка, чем потенциал окружающего пространства.

Анализ формы поля в пространстве вокруг сетки показывает, что каждая ее секция, т. е. участок от витка до витка, оказывает на про­ ходящий через нее поток электронов фокусирующее или рассеиваю­ щее действие в зависимости от относительного уровня потенциалов сетки и пространства. Областью электроники, занимающейся изу­ чением электрических и магнитных полей, способных изменять кон­ фигурацию электронных пучков, является электронная оптика. С точ­ ки зрения воздействия на траектории электронов сетку можно, та­ ким образом, рассматривать как электронно-оптическую систему.

Методами электронной оптики созданы те же элементы .воздейст­ вия на поток электронов, которые существуют в световой оптике для светового потока: призмы, линзы, зеркала. Так, например, свойствами электронной линзы обладает диафрагма, расположенная между двумя

138

плоскими проводящими пластинами (Пъ Я2, рис. 3.28). Если на плас­ тины подать постоянное напряжение, минусом на пластину Ях, и сообщить диафрагме такой потенциал (например, соединением ее с пластиной Я2), чтобы напряженность электрического поля у ее по­ верхности со стороны этой пластины (£2) была меньше, чем со сторо­ ны пластины Я 1(Е1), то такая система будет оказывать рассеивающее действие на электронный поток, проходящий через нее со стороны пластины Пг (рис. 3.28, а). Если же соединить диафрагму с Яь то действие будет собирающее (рис, 3.28,6).

ков, подобных оптическим системам световой оптики, основано на подобии закону преломления световой оптики основного закона-,

вывести и для траектории электро­ на при переходе его из области пространства с постоянным потенциа­

лом Ui в область ' пространства с постоянным потенциалом U2

139

(рис. 3.29). Пусть электрон прилетает к границе между областями под углом а, имея скорость

<3|28>

и имеет скорость после перехода в область с потенциалом U2

(3-129)

Для того чтобы определить его движения после перехода границы,

у211) и параллельно ей (у^, у2т). Вектор напряженности поля в точке перехода и соответственно сила, действующая здесь на электрон, направлены нормально к границе областей. Следовательно, при пере­

y - ^ y ^ i n p

из (3.130) при подстановке для ух и v2 выражений (3.128) и (3.129) получаем

-§i=/?F- (злз»

т. е. выражение, аналогичное (3.127).

<0

Рис. 3.30. Щелевая диафрагма (а) и цилиндрические светооптические линзы (б)

Электрическое поле между двумя витками сетки, очевидно, очень похоже на электрическое поле щелевой диафрагмы, т. е. диафрагмы с узким прямоугольным отверстием (рис. 3.30, а). Световым аналогом щелевой диафрагмы является цилиндрическая линза (рис. 3.30, б). Такая линза, в отличие от сферической, имеет не точечный, а линей­

140