книги из ГПНТБ / Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие
.pdfЗначение р. при £/с < 0 от Uc не зависит, так как здесь действитель
но соотношение u |
= |
1/D, |
a .D определяется только размерами систе |
|||
мы электродов. При |
Uc > |
О коэффициент усиления за счет токорас- |
||||
пределения с ростом Uc уменьшается. |
Rt, которое можно представить |
|||||
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
(3-241) |
изменяется |
обратно |
пропорционально |
S, |
если ц, считать величиной |
||
постоянной. |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
Л - |
|
|
|
«а |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
2 / |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/д, ИА |
Рнс. 3.71. Зависимость |
пара |
Рис. |
3.72. Зависимость пара |
|||
метров |
триода |
типа 6Н18Б |
метров триода типа 6Н18Б от |
|||
от сеточного напряжения |
при |
анодного тока при UH= 6,3 В |
||||
U„ = |
6,3 В и |
Ua = 100 В |
|
и £/а = 100 В |
У реальных триодов современных конструкций зависимости пара метров от напряжений могут существенно отличаться от приведенных на рис. 3.70 (рис. 3.71). Основной причиной расхождений в большинстве случаев является островковый эффект.
Разницу можно наглядно представить, если построить зависимость 5 = / (/а) (рис. 3.72) в функциональных коорди натах в виде S = f ( / а1/3) (рис. 3.73). В случае, когда анодно-сеточные харак теристики подчиняются закону степени 3/2, зависимость S = f ( / a1/3) в таких координатах согласно (3.225) пред ставляется прямой линией, идущей из начала системы координат. При на личии островкового эффекта анодно сеточные характеристики по сравнению с кривыми по закону степени 3/2 вы-
тянуты, как было показано ранее (см. рис. 3.23), в сторону отрица тельных U0, причем тем сильнее, чем больше соответствующее им значение Ua. Каждой реальной анодно-сеточной характеристике соот
ветствует, таким образом, отличная |
по форме кривая 5 = |
/ (U0). |
||
Так |
как S |
в реальной лампе меньше, |
чем в соответствующей |
своди |
мой |
лампе |
при том же значении /„, то |
кривые для реальных ламп на |
рис. 3.73 должны лежать ниже теоретической прямой. Отклонения кривых от прямой увеличиваются по мере приближения к точке запи рания, так как с ростом отрицательного значения U0 при неизменном Ца неравномерность поля у поверхности катода возрастает. Степень
отклонения кривых от прямой зависит от значения Ua, к |
которому |
|||||||||||
|
они относятся. |
|
Чем |
|
больше |
|
Ua, |
тем |
||||
|
значительнее |
отклонение, |
тем |
больше |
||||||||
|
величина |
/ а, |
при. |
которой |
реальная |
|||||||
|
кривая сливается с прямой. |
претерпе |
||||||||||
|
Аналогичные |
изменения |
||||||||||
|
вает |
и |
зависимость |
р |
= / (Uc) (см. |
|||||||
|
рис. 3.71). При |
наличии |
островкового |
|||||||||
|
эффекта |
расстояние |
|
по |
горизонтали |
|||||||
|
между |
|
двумя |
соседними |
анодно-сеточ |
|||||||
|
ными характеристиками на уровне раз |
|||||||||||
Рис. 3.74. Зависимость па |
личных |
/ а |
более не |
одинаковы, |
а уве |
|||||||
личиваются в сторону |
запирания |
лам |
||||||||||
раметров реального триода |
пы. Поэтому р, |
при |
Uc < |
0 больше не |
||||||||
от анодного напряжения |
будет |
постоянным, |
а уменьшается при |
|||||||||
|
изменении |
Uc в |
сторону |
отрицатель |
ных значений. За счет усиления островкового эффекта снижение кри вой р, = / (Uc) в сторону запирания тем больше, чем больше значение параметра Uа.
Зависимости параметров от Uа показаны на рис. 3.74 и объясняют ся аналогично.
В справочниках вместо зависимостей параметров от Uc и Uа обыч но приводится зависимость их от / а (рис. 3.72). С одной стороны, это вызвано тем, что эта зависимость более универсальна и да'ет возмож ность обойтись одним графиком, с другой — тем, что при расчетах схем за основу обычно принимается величина анодного тока.
3.12.5. Зависимость статических параметров от напряжения накала
Разбор этого вопроса начнем с рассмотрения зависимости анодного тока от напряжения накала при значениях напряжений электродов, равных номинальным (рис. 3.75). При малых напряжениях накала,
пока ток эмиссии катода |
меньше номинального- |
значения / а, лампа |
|||
работает |
в режиме |
насыщения и анодный ток |
с увеличением на |
||
кала круто растет. При |
переходе в режим пространственного заря |
||||
да |
рост |
/ а должен был |
бы прекратиться, если |
бы точно соблюдал |
|
ся |
закон степени 3/2. |
В действительности же анодный ток продолжа- |
192
ет несколько расти вследствие увеличения начальных скоростей элект ронов и уменьшения влияния холодных концов катода.
Аналогично току / а изменяется и крутизна характеристики (рис. 3.75). При накале, когда ток эмиссии катода еще меньше номи
нального |
значения |
/ а, |
|
крутизна теоретически |
должна |
быть |
равной |
|||||
нулю. В действительности этого нет, |
с одной стороны, за счет эффекта |
|||||||||||
Шоттки, с другой — за счет нерав |
|
|
|
|
|
|||||||
номерности температуры по по |
|
|
|
|
|
|||||||
верхности катода; уже при пони |
|
|
|
|
|
|||||||
женных |
значениях |
накала темпе |
|
|
|
|
|
|||||
ратура на отдельных участках ка |
|
|
|
|
|
|||||||
тода может быть |
достаточно высо |
|
|
|
|
|
||||||
кой, чтобы они работали |
в режиме |
|
|
|
|
|
||||||
пространственного |
заряда. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Ход |
|
кривой |
S |
= / |
(£/н) имеет |
|
|
|
|
|
||
существенное значение при эксп |
|
|
|
|
|
|||||||
луатации |
ламп. |
Он |
показывает, |
|
|
|
|
|
||||
что для |
|
обеспечения |
достаточно |
|
|
|
|
|
||||
высоких |
|
значений |
параметров |
|
|
|
|
8 |
||||
нельзя |
допускать |
значительного |
|
|
|
|
|
|||||
снижения напряжения |
накала. |
|
|
|
|
|
||||||
По техническим условиям на при |
Рис. 3,75. |
Зависимость |
анодного |
|||||||||
емно-усилительные |
лампы с |
ок |
тока и крутизны |
характеристики от |
||||||||
сидным |
|
катодом, |
|
например, |
до |
напряжения |
накала |
|||||
пустимо |
|
снижение |
UH не более |
|
|
|
|
|
||||
чем на 10% против |
номинального. |
используется |
при |
контроле ка |
||||||||
Зависимость крутизны от накала |
чества лампы для проверки ее «запаса эмиссии», т. е. того, насколько лампа в номинальном рабочем режиме далека от режима насыщения. По установившимся нормам у ламп с хорошим катодом при снижении напряжений накала на 10% уменьшение крутизны в зависимости от типа лампы не должно превышать 10—20%. Пониженный накал в практике называют н е д о к а л о м и соответствующее значение крутизны — н е л о к а л ь н о й .
Коэффициент усиления от U„ практически не зависит.
3.12.6. Статические параметры параллельно соединенных ламп
Когда от схемы с . электронными лампами требуется получить - полезную мощность больше той, которую может обеспечить одна лампа из числа наиболее мощных, выпускаемых промышленностью, прибе гают к параллельному включению нескольких ламп одного, и того же типа. Таким же образом иногда поступают, когда из имеющейся но менклатуры ламп не удается подобрать лампу с-подходящими пара метрами.
Определим статические параметры 5, и р, совокупности из двух параллельно включенных ламп Лх и Л2 (рис. 3.76) с анодными
193
токами и параметрами / а1, Sb |
Ra и / а2, |
S2 |
и Ri2 |
соответственно. |
|||
Тогда суммарный анодный ток |
h i + Кг, |
|
|
|
|
|
|
/ а = |
|
|
|
|
|
(3.2.42) |
|
а суммарная крутизна характеристики |
|
|
|
|
|
|
|
д/а _ д/at I д!а2 |
|
|
|
|
|
||
dUc |
~ dUz |
dUc |
' |
|
|
|
|
|
Частные |
производные |
dIai/dUc |
||||
|
и dIaJdUc |
представляют |
собой |
||||
|
индивидуальные |
крутизны |
харак |
||||
|
теристик ламп |
Лх |
и Л2, |
откуда |
|||
|
|
S ^ |
+ |
S |
, . |
(3.243) |
Рис. 3.76. Параллельное включение триодов
Суммарное внутреннее сопро тивление можно определить ис ходя из того, что внутренние соп ротивления обеих ламп включены параллельно
|
_ 1_ |
l |
|
|
(3.244) |
|
Ri |
Rn |
|
|
|
или |
|
|
|
||
|
Rn • Rj2 |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
Ril + |
Rn |
|
|
Коэффициент усиления параллельно соединенных ламп можно |
|||||
найти на основании внутреннего уравнения |
триода |
р = SR t. Под |
|||
ставляя вместо S и Ri уравнения |
(3.243) и |
(3.244) |
и учитывая, что |
||
p i = Sj'Rn и р 2 = S2Ri2, |
получаем |
|
|
|
|
„ |
__ |
Pi R;2 + |
Rii, |
|
(3.245) |
|
|
Ril + |
|
|
Отсюда следует, что в отличие от одиночной лампы коэффициент усиления системы параллельно включенных ламп в общем случае зависит от напряжений электродов.
Для п параллельно включенных ламп с одинаковыми парамет рами Slt R a и р х из (3.243), (3.244) и (3.245) легко получить
S = nSv
Rn
Rt = п
р= Pi.
3.12.7.Статические параметры сеточной цепи
Исходя из общей функциональной зависимости /0 = f (Uc, 1/й) для цепи сеточного тока можно указать параметры, аналогичные параметрам цепи анодного тока. Если написать полный дифференци ал сеточного тока
194
(3.246)
то содержащиеся в нем частные производные представляют собой основные параметры цепи сеточного тока, а именно: внутреннее со противление пространства сетка — катод
(3.247)
и крутизну сеточно-анодной характеристики
(3.248)
Используя (3.247) и (3.248), можно записать (3.246) в виде
dlc — ------ |
dUс Ч- ScdUа. |
(3.249) |
При положительных значениях Uc, малых по сравнению с £/„, числен ные значения S0 обычно на 1—2 порядка меньше S. При тех же усло виях R i0 тоже значительно меньше R t.
Параметры сеточной цепи можно определять аналогично парамет рам анодной цепи графически по соответствующим характеристикам или методом двух точек.
§3.13. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРИОДА
3.13.1.Виды включения триодов в электрическую цепь
Под рабочим режимом, как уже указывалось в 1-й главе, понимают режим работы лампы при наличии нагрузки в анодной цепи. Для введения ряда понятий, относящихся к работе лампы в схеме, рас
смотрим работу триода |
в |
простейшем |
|
|
|
||||
усилителе напряжения |
низкой частоты |
|
|
|
|||||
(рис. 3.77). Здесь |
на |
сетку |
подается |
|
|
|
|||
не только постоянное напряжение, слу |
|
|
|
||||||
жащее сеточным |
смещением, |
но и пере |
|
|
|
||||
менное — усиливаемый |
сигнал. За счет |
|
|
|
|||||
этого сигнала в анодном токе содер- |
|
|
|
||||||
жится переменная составляющая, кото |
|
|
|
||||||
рая, проходя по сопротивлению |
на |
Рис- |
3-77- Каскад |
|
|||||
грузки, создает на нем переменную сос- |
^усилителя |
||||||||
тавляющую |
падения напряжения. |
При |
напряжения низкой частоты |
||||||
соответствующем выборе величины соп |
|
|
|
||||||
ротивления |
нагрузки это |
падение нап |
|
|
|
||||
ряжения может |
быть |
|
больше |
величины |
подводимого |
сигна |
|||
ла, в разультате |
чего |
получается |
усиление. |
В подобных схемах |
контуры переменных составляющих токов электродов могут не совпа дать с контурами их постоянных составляющих. Постоянные состав
195
ляющие все должны проходить через катод, а пути протекания пере менных могут быть различны в зависимости от схемы включения лампы.
При расчете схем с лампами основное внимание обычно уделяется цепям переменных составляющих токов электродов. Применительно к переменным составляющим токов и их цепям принято пользоваться следующими понятиями:
1)входное напряжение UBX— напряжение, подаваемое на управ ляющий электрод лампы,
2)выходное напряжение и вых — падение напряжения, снимаемое
снагрузки,
3)входная цепь лампы — цепь той пары электродов, в которую включается входное напряжение,
4)выходная цепь лампы — цепь той пары электродов, в которую
включается сопротивление нагрузки,
5)общий электрод — электрод, общий для входной и выходной
цепей,
6)входной электрод — электрод входной цепи, не являющийся общим,
7)выходной электрод — электрод выходной цепи, не являющийся общим,
8) |
входной (/вх) и выходной (/вых) |
токи — токи соответственно |
во входной и выходной цепях, |
сопротивления — сопротивле |
|
9) |
входное (ZBX) и выходное (ZBbIX) |
ния, в общем случае комплексные, входной и выходной цепей соответ ственно
Z |
= ■ |
ивх . |
(3.250) |
^ВХ |
--- |
. ' |
|
|
|
/ их |
|
7 |
__ |
^вых |
(3.250а) |
^ вых |
• |
||
|
|
^вых |
|
Наравне с понятиями входного |
и выходного сопротивления часто |
||
пользуются понятиями соответствующих проводимостей |
|
||
\ / |
___ |
^ВХ |
(3.251) |
f |
ВХ ---- |
> |
|
|
|
овх |
|
|
|
1вых |
(3.251а) |
ВЫХ |
, |
//вых
В зависимости от того, на каком электроде лежит общая точка менаду входной и выходной цепями, т. е. какой электрод является общим, различают три вида включения триодов в электрическую схему.
1. Схема с общей точкой на катоде или схема с общим катодо
(рис. 3.78,а); здесь входным электродом является сетка, выходным —
196
анод, входной цепью — цепь сетка — катод, выходной — цепь
анод — катод.
2. Схема с общей точкой на сетке или схема с общей сеткой
(рис. 3.78,6). Входной электрод здесь катод, выходной — анод, входная цепь — цепь катод — сетка, выходная— цепь анод — сетка. Так как общая точка в этой схеме часто соединяется с землей, то
ееиногда называют схемой с заземленной сеткой.
3.Схема с общей точкой на аноде или схема с общим анодом
(рис. 3.78,в).
Рис. 3.78. Схемы включения |
триода: |
|
а — с общим катодом; б — с общей сеткой; в— с общим анодом |
(схемы — принци |
|
пиальные» источники постоянного напряжения |
в них не |
показаны) |
Усилительные свойства этих трех схем различны. Их особенности, касающиеся работы ламп, будут рассмотрены ниже, общий же анализ их дается в теории электронных схем. В области низких и высоких частот применяется схема с общим катодом, при работе в диапазоне сверхвысоких частот — преимущественно схема с общей сеткой. Схе мы с общим*анодом используются в так называемых катодных повтори телях. Это схемы, которые не дают усиления, но обладают рядом свойств, в силу которых широко применяются в радиотехнических устройствах.
Далее подробно рассматривается рабочий режим триода только при схеме с общим катодом.
3.13.2. Рабочие характеристики триода
Основной рабочей характеристикой триода является зависимость анодного тока / а от сеточного напряжения Uc при постоянном напря жении анодного источника питания ЕЛ
/а = / ( ^ с ) Еа = const. |
(3 -2 5 2 ) |
Отличие этого определения от определения соответствующей статиче ской характеристики (см. § 3.6) заключается в том, что здесь постоянно значение не t/a, а Е&. Вторая из возможных рабочих характеристик триода — анодная (7а = / (Да)усОСoust) не представляет интереса, так как у ламп с сетками величина напряжения анодного источника питания во время работы в большинстве случаев неизменна.
197
Определим ход рабочей анодно-сеточной характеристики при за данных значениях Еа и Ra и сопоставим ее со статической при том же Еа. Эту задачу легко решить графически, если известно семейство
статических |
анодных |
характеристик. На рис. 3.79,в представлено это |
|||
семейство. |
Слева |
от |
него на одном уровне с ним, расположена |
сис |
|
тема |
координат |
для построения анодно-сеточных характеристик |
|||
(рис. |
3.79,6). Статическая анодно-сеточная характеристика |
полу |
чается, если провести в семействе анодных характеристик вертикаль ную линию при Ua = Еаи перенести точки ее пересечения с анодны ми характеристиками в систему координат анодно-сеточных. При
Рис. 3.79. Построение рабочей анодно-сеточной характеристики триода и форм анодного тока и падений напряжения на лампе и нагрузке:
а — форма сеточного напряжения; б — анодно-сеточные характеристики; в— анодные характе* ристикн; г — форма анодного тока; д — форма падений напряжения на лампе и на нагрузке
построении рабочей анодно-сеточной характеристики нужно допол нительно учесть падение напряжения на анодной нагрузке IaRa: Это делается при помощи нагрузочной прямой. Так как анодные цепи триода и диода в принципе одинаковы, то нагрузочная прямая
строится так же, как было показано в § 2.10. |
Точки |
пересечения |
нагрузочной прямой со статическими анодными |
характеристиками |
|
все соответствуют одним и тем же значениям Ra и Еа и, |
следователь |
но, относятся к одной и той же рабочей анодно-сеточной характерис тике. Перенося эти точки в систему координат / а — Uc получаем рабочую анодно-сеточную характеристику. Рабочие анодно-сеточные характеристики исходят из той же точки на оси абсцисс, что и соот ветствующие статические (при / а = 0 также и IaRa = 0). На восхо дящей части они идут более полого, чем статические, причем тем положе, чем больше R a.
198
3.13.3. Форма анодного тока и падения напряжения на пампе в квазистатическом рабочем режиме
Пусть на сетку триода будет подан сигнал синусоидальной формы. С учетом напряжения смещения Ес сеточное напряжение тогда можно
представить |
в |
виде ис = Ес + |
Uстsin со t. Пусть, далее, |
в анодной |
|||
цепи |
лампы |
имеется |
активная |
нагрузка |
R a. Рассмотрим, |
какими в |
|
этих |
условиях |
будут |
формы анодного тока iaи падений напряжений |
||||
на лампе иа |
и на нагрузке |
iaR a. Эти |
кривые найдем графически. |
Построение начнем с того, что пристроим заданную кривую сеточного напряжения (рис. 3.79,а) к графику анодно-сеточных характеристик (рис. 3.79,6), причем так, чтобы оси напряжений совпали. Ось вре мени графика «а» тогда будет идти вниз из начала системы координат анодно-сеточной характеристики. Систему координат для формы анодного тока расположим справа от семейства анодных характерис тик также на одном уровне с ним (рис. 3.79,г). Форму анодного тока строим по анодно-сеточной характеристике, причем в связи с наличием нагрузки — по рабочей. Сначала найдем уровень тока, соответст вующий только сеточному смещению, т. е. ток в точке покоя. Пред
положим, что Ес = —4 В, Ucm = |
2 В. Тогда точка |
покоя |
лежит на |
анодно-сеточной характеристике |
против абсциссы Uc = — 4 В (точ |
||
ка О). Соответствующее ей значение анодного тока |
/ а0 |
переносим |
|
вправо на рис. 3.79,г. Дальнейшее построение формы |
ia производится |
||
так же, как в случае диода (см. § 2.4). Необходимо обратить |
внимание |
на то, что линии переноса точек с рис. 3.79,6 на рис. 3,79,а проходят на рис. 3.79,6 через точки пересечения нагрузочной прямой с анодной характеристикой для соответствующего значения Uc. Так, например, линия переноса величины анодного тока при Uc = —4 В(точка О, рис. 3.79,6) проходит через точку пересечения нагрузочной прямой с анодной характеристикой для Uc = —4 В (точка О', рис. 3.79,в). Таким образом, каждой точке на анодно-сеточной характеристике, отображающей то или иное мгновенное состояние электрического режима лампы, соответствует определенная точка на нагрузочной прямой. Точки, характеризующие своим положением в графике анод но-сеточных или анодных характеристик мгновенное состояние элект рического режима лампы, в дальнейшем будем называть точками ре жима. Соответствие между положениями точек режима на рабочей анодно-сеточной характеристике и нагрузочной прямой дает возмож ность построить кривые формы иа и iaRa. Если на рис. 3.79,6 точка режима при изменении ис в пределах —2 -1-----6 В перемещается по анодно-сеточной характеристике в пределах отрезка АВ, то соответ ствующая ей точка на рис. 3.79,в перемещается по нагрузочной пря мой в пределах отрезка А'В'. Учитывая, что согласно § 2.10 гори зонтальный отрезок между осью ординат и‘нагрузочной прямой соот ветствует Ua, а отрезок между нагрузочной прямой и вертикальной линией Ua = Еа — падению напряжения на нагрузке IaRa, и раз вертывая по времени мгновенное положение точки режима, получим искомые кривые. Для удобства переноса точек с нагрузочной прямой в систему координат для этих кривых, последнюю целесообразно рас
199
положить под графиком анодных характеристик так, чтобы оси на пряжений и начала системы координат совпадали (рис. 3.79, г, д). Из этого же рисунка видно, что переменные составляющие иа и iB, как это соответствует (1.24), всегда находятся в противофазе.
Исходя из |
соответствия мгновенного положения |
точки режима |
на рис. 3.79,6 |
и в, можно при малых амплитудах ыс |
построить все |
три искомые кривые, не используя анодно-сеточную характеристику. Для этого надо на графике анодных характеристик отметить пределы изменения ис, как это показано на рис. 3.79,в пунктиром. Поэтому при расчете усилителей в большинстве случаев ограничиваются рас смотрением только графика анодных характеристик.
О величине получающихся нелинейных искажений можно судить по степени линейности использованного участка рабочей анодно сеточной характеристики или по отрезкам нагрузочной прямой меж ду соседними анодными характеристиками, снятыми через одинаковые интервалы Uc: если анодно-сеточная характеристика линейна, эти отрезки должны быть равными между собой.
3.13.4. Выбор и установление рабочей точки. Построение нагрузочной прямой при различных видах нагрузки.
Предельно допустимый электрический режим лампы
Для сохранения работоспособности ламп в течение достаточно долгого времени рабочую точку необходимо выбирать так, чтобы
|
соблюдались |
следующие |
ус |
||||
|
ловия: |
|
|
|
|
|
|
|
1) |
не должна превышаться |
|||||
|
допустимая мощность, рассе |
||||||
|
иваемая |
анодом; |
превышать |
||||
|
2) |
не должно |
|||||
|
ся некоторое |
предельное зна |
|||||
|
чение |
анодного |
напряжения |
||||
|
из-за опасности электричес |
||||||
|
кого пробоя |
между |
электро |
||||
|
дами внутри |
лампы |
или |
их |
|||
|
выводами по внешней поверх |
||||||
|
ности баллона; |
|
|
|
|||
|
3) |
у ламп |
с оксидным ка |
||||
Рис. 3.80. Область допустимых элект |
тодом не должно превышаться |
||||||
рических режимов триода |
определенное |
значение плот |
|||||
|
ности катодного тока. Это |
||||||
|
связано |
с тем, |
что |
оксид |
ное покрытие обладает определенным сопротивлением и поэтому в нем при прохождении через него тока выделяется тепло. Это тепло дополнительно добавляется к тому, которое катод получает за счет накала, в результате чего температура покрытия может настолько превысить допустимую, что содержащийся в нем барий начнет уси ленно испаряться и эмиссия катода быстро падать. У ламп с тонко
200