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

Исходя из сказанного, расчет токораспределения в режиме пере­ хвата в соответствии с (3.177) можно вести по формуле

где с2, /л2, t/c2 и Ug2 — радиус проволоки навивки, шаг навивки, напряжение и действующее напряжение второй сетки, a Ud2 опре­ деляется выражением (4.29). В режиме возврата согласно (3.161) при

U, > Uо,

Приведенные формулы не дают точного результата, хотя и пра­ вильно отражают зависимость токораспределения от различных фак­ торов. Как указывалось в 3.8.1, принятые за основу формулы для токораспределения в триоде сами по себе уже являются приближен­ ными. При переносе их на пентод даваемая ими погрешность еще увеличивается в первую очередь из-за недостаточно точного учета

третьей сетки везде одинаков и равен Ud3, в действительности же он около витков ниже, а в середине между ними выше. Поскольку третья сетка обычно редкая, разница между этими крайними значениями потенциала может быть сравнительно большой, т. е. распределение его очень неравномерное. Поэтому часть электронов, имеющих доста­ точно большую кинетическую энергию, чтобы преодолеть минимум потенциала, равный Ug3, не долетает до анода, а поворачивает около витков третьей сетки обратно ко второй (см. рис. 4.5, траектории электронов вида 4). Эта часть, очевидно, будет тем больше, чем мень­ ше Uа по сравнению с Ug3. Возврат электронов от витков третьей сетки при режиме перехвата можно в грубом приближении учесть, добавляя к формулам для q множитель 1—c3ip3.

Значение q снижается также за счет не учтенного в формулах от­ ражения первичных электронов от анода (см. рис. 4.5, траектории электронов .вида 5). Этот эффект тоже тем сильнее, чем меньше Ua, так как согласно [Л.4.2] с уменьшением энергии ударяющихся об анод электронов увеличивается коэффициент их упругого отражения.

Кроме этих явлений, не учтено в (4.34)—(4.36) и влияние объем­ ного заряда в пространстве между второй сеткой и анодом. В реаль­ ных условиях вокруг третьей сетки образуется значительный отри-

дательный объемный заряд за счет торможения около нее проходя­ щего через нее потока первичных электронов, а также за счет вторич­ ных электронов, выбиваемых с анода и поворачивающих около нее обратно к аноду. Этот объемный заряд снижает потенциал в плоскости

деление существенным является то, что оно при прочих равных условиях тем сильнее, чем меньше £/а. В результате фактическая кривая токораспределения по сравнению с расчетной не только смещена вниз, но и переходит из режима возврата в режим перехвата при больших значениях UJUC2. В целом кривая получается более плавной и в рабочей области, соответствующей режиму перехвата, имеет боль­ ший наклон (рис. 4.18).

4.4.4. Статические характеристики пентода

Эти характеристики соответствуют тем же функциональным за­ висимостям, что и характеристики тетрода (см. 4.3.4), только добав­ ляются характеристики по напряжению третьей сетки. Ход характе­ ристик пентода определяется наложением закономерностей токораспределения на закон изменения катодного тока. За счет наличия третьей сетки он отличается от хода характеристики тетрода отсутст­ вием динатронного эффекта и более слабым влиянием анодного напря­ жения на катодный ток.

Рассмотрим каждую группу характеристик.

а) Характеристики по напряоюению первой сетки (рис. 4.19).

Ход их такой же, как у тетрода, с той лишь разницей, что в выраже­ нии для напряжения запирания практически отсутствует член, содер­ жащий £/а (рис. 4.20). Из условия /„ = 0 в соответствии с (4.33)

б) Характеристики по напряжению второй сетки (рис. 4.21).

Их ход в принципе не отличается от соответствующих характеристик

242

тетрода. Однако аналогично (4.37) здесь с достаточной для практиче­ ских целей точностью

в) Характеристики по анодному напряжению (рис. 4.22 и 4.23

Эти характеристики из-за отсутствия динатронного эффекта сущест­

венно отличаются от соответствующих характеристик тетрода. Их ход почти точно соответствует кривой токораспределения. Соображе­ ния относительно хода характеристик катодного тока и физической

распределения в режиме возврата с ростом отрицательного значения Uc3 значительно уменьшается, а в режиме перехвата изменяется мало.

г) Характеристики по■напряжению третьей сетки (рис. 4.24

Так как при достаточно густой второй сетке значение Uc3 согласно (4.32) на Udl практически не влияет, то аналогично характеристикам по Ua форма этих характеристик определяется только закономернос­ тями токораспределения. Катодный ток согласно (4.33) от Uc3 не дол­

244

жен зависеть; наблюдаемые изменения объясняются таким же обра­ зом, как и у характеристик / к =•7 (£/а). Ток /с2 до появления / а совпадает с / и. Ток / а появляется при Ud3 = 0, что соответствует напряжению запирания

Так как у большинства пентодов третья сетка редкая, то U0Ззап имеет по модулю обычно сравнительно большое значение. С увеличе­ нием Uc3 ход кривой для / а вначале определяется закономерностью режима возврата, затем перехвата.

4.4.5. Статические параметры пентода

Из большого числа возможных статических параметров (см. 3.12.1) практический интерес представляют параметры 5 ас1, Rt ир,, а в неко­ торых особых случаях и параметры SKC1 и р с2с1.

I.Крутизна характеристики катодного

ианодного токов

Крутизна характеристики катодного тока по напряжению первой сетки определяется как

где а — постоянная крутизны, зависящая только от геометрических размеров системы электродов.

Крутизна характеристики анодного тока по напряжению первой

и что q, как видно из (4.34), от t/cl практически не зависит, на основании (4.40) и (4.42) для связи между Sacl и SKC1 легко получить уравнение, подобное (4.43):

245

В режиме перехвата, где q слабо зависит от напряжений электро­ дов, а' практически будет величиной постоянной, и для расчета кру­ тизны характеристики пентода получается выражение, подобное фор­ муле для расчета крутизны характеристики триода.

II. Внутреннее сопротивление

При выводе формулы для расчета внутреннего сопротивления пен­ тода удобно рассматривать не само сопротивление Rlt определяемое как

а обратную величину, представляющую собой проводимость промежут­ ка анод — катод лампы

Таким образом общая проводимость лампы состоит из двух со­ ставляющих. Первая учитывает влияние анодного напряжения на катодный ток. Ее величина определяется действием потенциала анода через три сетки на поле перед катодом, т. е. определяется общей про­ ницаемостью системы электродов D. Сопротивление, соответствующее этой составляющей проводимости, обозначим Rt с индексом D

1

= Я (4.50)

Rid

Вторая составляющая представляет собой проводимость, возникаю­ щую за счет изменения токораспределения при изменении Ua. Соот­ ветствующее ей сопротивление обозначим Rlq

2 46

Теперь определим каждую составляющую отдельно. Начнем с RiD. Так как в (4.50) содержится производная / к по (Л,, то в (4.24) для Ugi нужно использовать выражение, возможно более полно учи­ тывающее влияние Uа, т. е. уравнение (4.30). Записывая (4.50) в виде

1 _ &к Мд dUg!

Rid 4 dUa ' dUdx ' dUa ’

рассмотрим каждую производную отдельно. Согласно (4.40)

д/к _с dUcl ~ ке1’

Дифференцируя (4.30) по Ucl и по Ua, получаем

dUsг

dUc, aV

dVg i

al°2a3^1

3U.

Отсюда с учетом (4.44)

K iD

Сложнее определение Rlq. Ограничимся рассмотрением его для режима перехвата, так как практически используются только участ­ ки анодных характеристик, соответствующие этому режиму. При выводе формул для расчета токораспределения в режиме перехвата предполагалось, что из пространства между второй сеткой и анодом

247

нет возврата электронов на вторую сетку, т. е. что ток второй сетки составляют лишь электроны, попадающие на нее в прямом направле­ нии. Однако, как указывалось в 4.4.3, в пентоде ток второй сетки опре­ деляется не только этими электронами, но и теми, которые возвраща­ ются от витков третьей сетки, и теми, которые отражаются от анода. Так как число возвращающихся электронов во всех трех случаях зависит от величины U проводимость 1IRjq нужно рассматривать как сумму трех составляющих (рис. 4.25,6):

числа первичных электронов, отраженных от анода.

URiql легко найти , если в (4.51) для q подставить (4.34) и произ­

Для VRiq2 и l!Riq3 расчетных формул, пригодных для практики, получить не удается. Число электронов, отраженных от витков треть­ ей сетки, зависит от распределения потенциала в ее плоскости и рас­ пределения перед ней первичных электронов по тангенциальным со­ ставляющим скоростей. Последнее аналитически представить трудно. Поэтому Rlq3 реально может быть определено только методом числен­ ного интегрирования. Величину Riq3 можно вычислить, зная коэф­ фициент упругого отражения электронов от анода и его зависимость от и л.

При определении величин Riq2 и Riq3, кроме условий отражения электронов от анода и витков третьей сетки, нужно учитывать еще следующее. Часть отраженных электронов не сразу попадает на витки второй сетки, а до этого совершает вокруг нее колебательное движе­ ние. При этом отдельные из них могут залетать в пространство между первой сеткой и катодом (см. рис. 4.5, траектории вида 6). Это приво­ дит к увеличению пространственного заряда перед катодом, уменьше­ нию / к и тем самым к дополнительному снижению Rr

Хотя рассмотрение отдельных составлящих R{ из-за сложности их определения и не приводит к практически пригодной формуле для расчета Rh оно все же является полезным, так как раскрывает физи­ ческие процессы, определяющие величину R t, и позволяет установить пути, воздействия на величину Rt в том или другом направлении.

248

Рассмотрим теперь, каков в реальных лампах удельный вес от­ дельных составляющих общего сопротивления и насколько' полно они в совокупности отражают истинную картину явлений. Соотноше­

для усиления напряжения высокой частоты, наоборот, решающей является величина Riq. Удельный вес отдельных составляющих R iq можно оценить по данным, приводимым в литературе для типичной конструкции высокочастотного пентода; именно этот случай в лите­ ратуре рассматривается наиболее полно, так как при использовании пентода для усиления высокой частоты вопрос о величине Rt особенно важен. Значения, вычисленные без учета влияния отраженных элект­ ронов на пространственный заряд перед катодом, следующие [Л.4.2]:

Rtqз = 3,5 МОм;

С учетом влияния отраженных электронов на пространственный заряд перед катодом Rt уменьшается до 0,75 МОм [Л.4.3]. Величина Rj, измеренная на реальной лампе, — 0,55 МОм. Разница между измеренной величиной и результатом расчета, таким образом, состав­ ляет около 40%. При сложности имеющих место явлений такой ре­ зультат можно считать вполне удовлетворительным. Следует обра­ тить внимание на то, какую большую роль в работе высокочастотного пентода играет отражение электронов от витков третьей сетки и анода.

В режиме возврата, особенно при малых (Уа, Rt за счет сильной зависимости q от 0 п имеет значительно меньшую величину.

III. Общий коэффициент усиления р

Общий коэффициент усиления

(4.56)

dUci

из-за сложности процессов, определяющих токораспределение, трудно вычислить непосредственно. Для его определения обычно прибегают к «внутреннему» уравнению

благодаря своей универсальности действительному и в случае пентода.

249