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

предельно допустимый электрический режим, например, предельно­ допустимую мощность, рассеиваемую анодом и т. п.

Основными параметрами лампы являются параметры, характери­ зующие условия токопрохождения. Для характеристики этих условий используются величины, представляющие собой отношение изменений

нами дифференциальными и поэтому обыч­ ноназываются д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы м и п а р а м е т р а м и

ла м п * .

2.6.2.Крутизна характеристики

Удиодов различают два параметра, крутизну характеристики и внутреннее сопротивление лампы.

Крутизна характеристики, обозначаемая буквой S, в случае диода определяется как отношение изменения анодного тока к изменению анодного напряжения

Величина 5 имеет размерность проводимости и обычно указывается в миллиамперах на вольт (мА/В). Согласно определению 5 равно тангенсу угла наклона касательной к характеристике лампы (рис. 2.38).

5 = tg а.

Так как характеристика нелинейна, то 5 меняется вдоль нее от точки к точке.

Формулы для расчета S выводятся из уравнения характеристики согласно определению (2.72). Значения 5 будут различны, если рас­ чет производить без учета или с учетом начальных скоростей электро­ нов.

* В книге в большинстве случаев будут рассматриваться только дифферен­ циальные параметры. Когда в дальнейшем будет речь о параметрах ламп без дополнительных оговорок, то имеются в виду дифференциальные параметры.

70

Расчет крутизны характеристики без учета начальных скоростей. В этом случае выражение для расчета S как для плоской, так и ци­ линдрической системы электродов находится путем дифференциро­

Коэффициент а, подобно G, зависит только от размеров системы электродов, и для каждого типа ламп является величиной постоянной. Он называется п о с т о я н н о й

к р у т и з н ы .

Очень важной величиной для ха­ рактеристики эффективности той или иной конструкции ламп является от­ ношение 5 / / а, которое представляет своего рода «удельную крутизну по току». Оно показывает, какую кру­ тизну имеет лампа на 1 мА анодного тока. Делением (2.73) на (2.11) по­ лучаем

и / а, на отдельных участках характеристики подчиняется различным закономерностям.

I. Начальная область

Дифференцирование (2.31) по Uа дает

71

Заменяя / аеит согласно (2.31) через / , получаем

(2.77)

В начальной области S, таким образом, пропорционально / а. Это обстоятельство является следствием того, что ток здесь меняется с напряжением по экспоненциальному закону и производная такой функции пропорциональна самой функции. Коэффициент пропорцио­

токе должна быть тем больше, чем меньше Т в. Перенося в (2.77) / из правой части уравнения в левую, имеем

(2.78)

т. е. при неизменном Т к отношение S /Iа в начальной области харак­

Как будет показано дальше, 1 Шт— это максимальное значение величины S /Ia, которое при заданной температуре катода может быть достигнуто теоретически. При оксидном катоде, если принять

7"к = 1160 К и t/y « 0 ,1 В соответственно, 5 / / а « 10 В-1.

II. Область пространственного заряда

Для того чтобы показать связь крутизны с нормированными ста­ тическими характеристиками, умножим и разделим правую часть (2.72) на I oqUх и внесем Ur в числителе и /„ в знаменателе под зна­ ки дифференциалов. Это допустимо, так как I^ и Ur от Ua не зависят. Тогда

72

наибольшее значение-;5—Ut , так как в области пространственного за-

' а

ряда S /Iа согласно (2.76) с ростом Иа уменьшается. Линии меньших

лучаем искомую диаграмму (рис. 2.40). Горизонтальные отрезки

На рис. 2.18 совместно с универсальной нормированной характе­ ристикой диода приведена соответствующая зависимость

Расчет крутизны с учетом начальных скоростей для цилиндриче­ ской системы электродов. В этом случае расчет настолько сложен, что практически предпочитают определять S по наклону касательной к рассчитанной характеристике.

2.6.3. Внутреннее сопротивление электронной лампы

Внутреннее сопротивление лампы

если S подставлять в амперах на вольт, a Rt — в омах.

2.6.4. Простейшие методы практического определения параметров диода

а. Графическое определение по характеристикам. Для реальны ламп параметры часто определяют по экспериментально снятым ха­ рактеристикам. Для этого на характеристике, для которой нужно определить параметры, например в точке А (рис. 2.41), строят пря­ моугольный треугольник АВС так, чтобы его катеты были параллель­ ны осям координат, а гипотенузу составлял отрезок самой характерис-

74

тики. Такой треугольник называют х а р а к т е р и с т и ч е с к и м . Для получения достаточно точных для практики результатов размеры треугольника должны быть настолько малыми, чтобы использован­ ный в качестве гипотенузы отрезок характеристики можно было счи­

катет АС — ДUa — Ua — Ua. Если в (2.72) и (2.83) дифференциалы заменить соответствующими прираще­

ней точке характеристики, например В, По результатам этих двух измерений затем вычисляют параметры, используя выражения (2.85)

и(2 .86).

2.6.5.Зависимость параметров диода от анодного напряжения

Как уже указывалось, значения параметров от точки к точке ха­ рактеристики меняются. Для того чтобы представить себе характер этих изменений, можно не учитывать начальные скорости электронов. Тогда теоретическая зависимость S от U на возрастающем участке характеристики дается уравнением (2.73); здесь 5 увеличивается

пропорционально Ua2 (рис. 2.42). При переходе в насыщение, где характеристика представляется горизонтальной прямой, S скачком падает до нуля. Теоретическая зависимость 5 от / а на возрастающей части характеристики описывается уравнением (2.75) и имеет ход, похожий на кривую рис. 2.42. В реальных условиях, в основном в результате влияния факторов, рассмотренных в § 2.3, S изменяется более плавно, чем показано на рис. 2.42 (рис. 2.43).

Величина Rit согласно (2.84), изменяется обратно пропорцио­ нально 5.

75

s

s

2.6.6. Параметры ламп как отношения амплитуд переменных составляющих токов и напряжений

Если напряжения, подаваемые на электроды ламп, содержат переменные составляющие и амплитуды их настолько малы, что прак­ тически не возникает нелинейных искажений, то параметры ламп можно выразить как отношения амплитуд переменных составляющих соответствующих токов и напряжений.

Возможность замены в определениях параметров приращений постоянных токов и напряжений амплитудами переменных составляю­ щих становится очевидной, если сопоставить рис. 2.35 и 2.41. Тре­ угольник obd на рис. 2.35 можно рассматривать как подобие харак­ теристического треугольника АВС на рис. 2.41; в треугольнике obd

На основании этих выражений понятиям параметров 5 и R, можно дать некоторую дополнительную физическую трактовку. Если (2.87> переписать в виде

то 5 можно рассматривать как некоторый коэффициент, позволяю­ щий по величине переменной составляющей анодного напряжения вычислить переменную составляющую тока, протекающего в анодной цени. Выражение (2.88) напоминает закон Ома с той особенностью, что оно относится только к переменным составляющим анодного тока

76

и напряжения. В соответствии с этим Rt можно рассматривать как сопротивление лампы переменному току. В заключение следует еще раз подчеркнуть, что все сказанное действительно лишь при малых амплитудах переменных составляющих.

§2.7. СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛАМПЫ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Внекоторых случаях^ необходимо знать, какое сопротивление лампа представляет для постоянного тока. Сопротивление лампы постоянному току R0 определяется аналогично обычному сопротивле­

нию (рис. 2.44):

на основании (2.90) и (2.11) R0 — в виде

(2.91)

Ro ~ GU1!' ’

откуда

Ro'Ri = \ •

§ 2.8. МЕЖДУЭЛЕКТРОДНАЯ ЕМКОСТЬ ДИОДА

Два" металлических электрода, разделенных диэлектриком, как известно, представляют собой конденсатор, т. е. имеют некоторую электрическую емкость. Это относится и к электродам электронных ламп; роль диэлектрика здесь выполняет вакуум. Емкости между электродами ламп называются м е ж д у э л е к т р о д н ы м и е м ­ к о с т я м и . Проводимость емкости действует параллельно проводи­

77

мости междуэлектродного пространства. Поэтому в эквивалентной схеме лампы междуэлектродная емкость включена параллельно соот­ ветствующему междуэлектродному промежутку (рис. 2.45).

Междуэлектродные емкости могут существенно влиять на работу

двух составляющих, емкости между активными участками электродов

Пассивная составляющая может составлять значительную долю пол­ ной междуэлектродной емкости. Активная составляющая, в отличие от пассивной, через размеры системы электродов связана с дифферен-

циальными параметрами лампы. Поэтому при необходимости получе­ ния малого значения междуэлектродной емкости в первую очередь следует добиваться снижения пассивной составляющей.

78

Значения междуэлектродных емкостей зависят от условий, при которых они определяются. Нужно различать три значения между­

ный заряд.

Как будет показано далее, при горячем катоде на междуэлектродную емкость, кроме объемного заряда, влияет и то, что при прохож­ дении тока через лампу в пространстве между электродами передви­ гаются отрицательно заряженные частицы — электроны. Их удаление от одного электрода и одновременное приближение к другому ведет к непрерывному перераспределению положительных зарядов, наводимых ими на поверхности электродов, и к протеканию соответствующего уравнительного тока по внешней цепи. При переменном анодном напряжении этот ток за счет того, что время пролета электронов имеет конечное значение, будет отставать по времении от изменения напряжения. Это приводит к появлению реактивной составляющей анодного тока и таким образом к изменению величины действующей емкости. Статическая «горячая» емкость — это значение «горячей» емкости, без учета реактивного эффекта за счет передвижения элект­ ронов в пространстве между электродами, динамическая «горячая» емкость — емкость с учетом этого эффекта. Исходя из этих определе­ ний и «холодная» емкость — тоже емкость статическая, так как при холодном катоде тока через лампу нет.

Расчет междуэлектродных емкостей. Перед тем как приступить к расчету перечисленных значений междуэлектродной емкости, необ­ ходимо уточнить определение понятия «емкость». В электростатике емкость обычно определяется как отношение заряда q, связанного на одном из обоих электродов конденсатора, к разности потенциалов U между ними

(2.93)

и

Это определение предполагает, что в междуэлектродном простран­ стве отсутствуют свободные заряды и диэлектрическая проницаемость изолирующей среды между электродами от напряженности электри­ ческого поля и, тем самым, от приложенного напряжения не зависит, в результате чего q пропорционально U. Таким образом, С согласно определению будет величиной, не зависящей от U. Заряд электро­ да, который нужно подставить в (2.93), в общем случае определяется по теореме Гаусса

(2.94)

р

79