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

ГЛАВА 4

МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ С ОДНОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТКОЙ

§ 4.1. ВИДЫ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЛАМП С ОДНОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТКОЙ

Для получения ламп, не обладающих недостатками триода, или ламп, отличающихся теми или иными особенностями, в электродную систему триода вводятся дополнительные сетки: при добавлении одной сетки получается тетрод, при добавлении двух — пентод. Дополни­ тельные сетки не предназначены для управления анодным током; их потенциалы, в противоположность потенциалу управляющей сет­ ки, во время работы лампы постоянны. В отличие от ламп, где две сетки используются в качестве управляющих, в лампах с одной уп­ равляющей сеткой число сеток обычно не превышает трех.

-сг ( т )

С1(катодн)

К

Рис. 4.1. Системы электродов многоэлектродных ламп с одной управляющей сеткой:

а — тетрода с экранирующей сеткой; 6 — пентода; в —• тетрода с ка­ тодной сеткой

В большинстве случаев дополнительные сетки вводятся между управляющей сеткой и анодом. Дополнительная сетка, расположенная рядом с управляющей, обычно служит экраном между анодом и управ­

н о й . Так как подавляющее большинство многоэлектродных ламп — экранированные, то под обозначениями тетрод и пентод обычно по­ нимают лампы с экранирующей сеткой, если специально ничего дру­ гого не оговорено (рис. 4.1,а и б).

В некоторых случаях одну дополнительную сетку располагают между управляющей сеткой и катодом. Такая сетка называется к а - т о д н о й, а соответствующие лампы — л а м п а м и с к а т о д ­ н о й с е т к о й (рис. 4.1,в).

222

§4.2. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЛАМП

4.2.1.Уравнение катодного тока

В многоэлектродных лампах не менее двух электродов имеют поло­ жительные потенциалы. Как было установлено при рассмотрении триодов с положительной сеткой, токопрохождение в системах с не­ сколькими положительными электродами определяется наложением закономерностей токораспределения на уравнение катодного тока.

Катодный ток многоэлектродной лампы при тех же предпосылках,

дальней зоне поля другой. Для этого, очевидно, междуэлектродные расстояния должны быть настолько большими по сравнению с шагом навивки сеток, чтобы между каждой парой электродов в электриче­ ском поле имелись зоны с практически параллельными плоскостям электродов эквипотенциальными поверхностями (рис. 4.2). Это тре­ бование становится понятным, если рассмотреть процесс приведения многоэлектродной лампы к эквивалентному диоду. Он заключается в том, что лампа с п сетками сначала заменяется эквивалентной лам­ пой с п — 1 сетками, затем лампа с п — 1 сетками — эквивалентной лампой с п — 2 сетками и т. д. Под лампой с п — 1 сетками, эквива­ лентной лампе с п сетками, в соответствии с определением эквивалент­ ного диода (см. 3.4.1), понимают лампу с п — 1 сетками, у которой анод находится на месте последней сетки n-сеточной лампы и катодный ток равен катодному току n-сеточной лампы. Анодное напряжение лампы с п — 1 сетками при этом должно Т5ыть равно действующему напряжению в плоскости последней сетки лампы с п сетками, а напря­ жения остальных электродов — такими же, как у лампы с п сетками. На рис. 4.3 показана схема таких преобразований для пентода. Для их выполнения должно быть известно значение действующего напря­ жения в плоскости каждой сетки системы, которое, согласно опреде-

223

лению понятия действующего напряжения, можно указать только в том случае, когда соседние с данной сеткой электроды находятся в дальней зоне ее поля. Если порядковые номера сеток считать от ка­ тода, т. е. под первой сеткой понимать ту, которая лежит рядом с ка-

Щ\

Рис. 4.3. Приведение пентода к эквивалентному диоду

тодом, то в случае сводимости к диоду катодный ток многоэлектрод­ ной . лампы можно, следовательно, определять по формуле

равные действующим напряжениям в плоскости этих сеток. Так, на­ пример, при определении действующего напряжения в плоскости второй сетки пентода третья и первая сетки заменяются сплошными поверхностями с напряжениями Ug3 и и дг. Получающаяся таким об­ разом трехэлектродная система подобна системе электродов обычного триода, что позволяет применить для определения действующего напряжения выражение, выведенное для триода. В соответствии с (3.65) тогда можно написать для действующего напряжения в плос­ кости t-й сетки (рис. 4.4)

D i u d ( i- i) + U а + -Р; ^ап-н)

(4.2)

1 + Di + D'i

224

1

Надо иметь в виду, что проницаемости Dt и D £, фигурирующие в (4.2), не являются истинными проницаемостями i-й сетки в данной системе электродов, так как соответствуют действию поля сплошного электрода через эту сетку, а не электрода в виде сетки. Истинные

значения этих проницаемостей Dt нст и D£1|СТ, очевидно, будут меньше. Рассматривая проницаемости согласно (3.36) и (3.37) как отношения соответствующих емкостей и принимая во внимание (3.58) и (3.60), из которых следует, что замена сплошной поверхности сеткой учиты­ вается добавлением множителя а, получаем соотношения

Если написать выражения для действующих напряжений в плос­ кости всех п сеток, то получается п линейных уравнений с п неизвест­ ными, путем совместного решения которых можно найти Ugi и дейст­ вующие напряжения остальных сеток. В общем случае для решения удобнее всего пользоваться методом определителей. Однако для тетро­ дов и пентодов к этому методу обычно не прибегают, так как при ма­ лом числе сеток, учитывая также ряд возможных в каждом случае упрощений, легче получить результат путем прямых подстановок. Развернутые выражения для Ugi в случае тетрода и пентода будут даны в соответствующих параграфах.

4.2.2. Токораспределение в многоэлектродных лампах

Токораспределение в многоэлектродных лампах труднее рассчи­ тать, чем в триоде, так как электроны по пути к аноду пролетают через несколько сеток и поэтому могут несколько раз изменять направле­ ние своего движения. Особенно усложняется картина токораспределения, если по ходу электронов за сеткой с более высоким потенциа­ лом следует сетка с более низким, как это обычно имеет место в пентоде. Типичные траектории электронов в пентоде при небольшом отри­ цательном потенциале первой сетки, нулевом потенциале третьей сетки и больших положительных потенциалах второй сетки и анода показаны на рис. 4.5. Основная масса электронов имеет траектории

225

вида 2 и 7. Электроны с траекториями вида 2 составляют анодный ток, вида 7 — ток экранирующей сетки. При малых Ua часто встре­ чаются траектории вида 3. По таким траекториям движутся электро­

ставляет собой прямоугольник с основанием по оси абсцисс от—у1тт до + у1т7П (рис. 4.6,а). Подобная же диаграмма получается, если этот поток электронов проходит только через вторую сетку (рис. 4.6,6). Однако здесь предельные значения скоростей ± и 2тт и высота прямо­ угольника могут быть другими, чем в первом случае; одинаковыми должны быть только площади прямоугольников, так как они соот­ ветствуют одному и тому же числу пролетающих через сетку элект­ ронов. При прохождении электронов через две сетки последователь­ но оба распределения накладываются друг на друга; при малых углах отклонения сложение скоростей, очевидно, можно производить ли­

нейно. Так, например, электроны, имеющие перед второй сеткой тан­ генциальную составляющую скорости, равную vir, после прохожде­ ния ее обладают тангенциальными скоростями в пределах от v 1т—virm до v'ir -+- и2тт (см. заштрихованные площадки на рис. 4.6,а и 4.6,б).

Сложение обоих распределений дает диаграмму в виде трапеции с крайними значениями скоростей ± (vlTm + о2тт) (рис. 4.6,б). При прохождении потока электронов через три сетки кривая распределе­ ния принимает колоколообразную форму (рис. 4.6,б) и с увеличением числа сеток приближается к кривой распределения Гаусса. Зная распределение электронов по тангенциальным составляющим скорос­ тей после выхода их из последней (п-й) сетки системы электродов,

226

сумма частичных емкостей t-ro электрода относительно всех осталь­ ных электродов; -1)ъ U2, ... , Un, Up — потенциалы соответствующих электродов относительно катода.

Теперь выразим qt по теореме Гаусса. Для этого предположим сначала, что i-й электрод представляет собой сплошную проводящую поверхность с потенциалом, равным действующему потенциалу в плоскости этого электрода Udi. Исходя из того, что в общем случае электрическое поле существует по обе стороны этого электрода, заряд на его поверхности будет

где F — поверхность одной стороны сплошного электрода с внеш­

ними размерами, что и у сетки, которую он заменяет; Et — напря­ женность электрического поля у поверхности t-ro электрода, обра­ щенной к n-му, в случае, когда сеточный электрод заменен сплошной

проводящей поверхностью; Е{— то же, с обратной стороны t-ro элект­ рода.

228

В действительности i-й электрод не сплошная пластина, а сетка. Как было показано в 3.3.3, переход от сплошной поверхности к се­ точной при определении емкостей и зарядов учитывается добавлением множителя, равного остроте управления соответствующего электрода. Следовательно,

со стороны г-го электрода, не обращенной к п-му, в соответствии с проницаемостью этого электрода во много раз слабее, чем на поле с передней стороны. Если считать вектор напряженности поля поло­ жительным, когда он направлен от поверхности электрода, и предпо­ ложить, что n > i , система электродов сводима к эквивалентному дио­

Обычно второй член в скобке намного меньше первого, так что с достаточной для практических целей точностью расчет можно вести по формуле

Величину dUg(i+\)/dUn при вычислениях удобно находить по схеме

Нужно иметь в виду, что данные формулы относятся только к активным составляющим емкостей.

Примеры расчета емкостей по (4.12) будут даны в 4.4.6.

229

§4.3. ТЕТРОД

4.3.1.Действие экранирующей сетки в тетроде

В тетроде первая сетка обычно используется как управляющая, вторая — как экранирующая (см. рис. 4.1). Для того чтобы выяснить

.действие экранирующей сетки в электронной лампе, рассмотрим влияние сплошной металлической пластины 3, помещаемой между двумя другими металлическими пластинами С и А, на электростатиче­ скую связь между ними (рис. 4.9). Пусть в цепи пластины А содержит­ ся сопротивление R a и вся схема питается переменным напряжением.

Рис. 4.9. Модели для выяснения экранирующего действия второй сетки тетрода (верхний ряд) и их электротехнические эквиваленты (нижний ряд)

тока замыкается через емкость между пластинами С и 3 и- проводник от пластины 3 к общей точке О. Через Ra ток проходить не будет, так как правая ветвь схемы замкнута накоротко проводником 30 . Это наглядно видно по эквивалентной электрической схеме, приведенной на рисунке. Введением пластины 3, таким образом, достигается экра­ нировка электрода А от электрода С. Иначе обстоит дело, если в цепи экрана содержится какой-либо элемент, представляющий собой со­ противление для переменного тока (R g, рис. 4.9,в). Тогда экран теряет свое экранирующее действие, так как переменное падение напряже­ ния, возникающее на R g, ведет к появлению переменного тока через

230