книги из ГПНТБ / Кушманов И.В. Электронные приборы учеб. пособие

цисс последних восстановить перпендикуляры в точках нужных по­ стоянных-значений U'c, U” и перенести значения анодного тока в

точках пересечения перпендикуляров со статическими характери­ стиками на график выходных характеристик для соответствующих

Рис. ІІ.39. Построение семейства характеристик:

а) прямой передачи по выходным; б) выходных по характеристикам пря­ мой передачи

значений W , С/" (рис. 1.39). Нетрудно выполнить и обратное по­ строение: по семейству выходных, характеристик найти характери­ стики прямой передачи.

Входные характеристики триода (сеточные) Ic= 0z(U c) при t/a= const изображены на рис. 1.40а. -Как и в диоде, начало харак­ теристик здесь смещено влево относительно начала координат по напряжению (десятые доли вольта — несколько вольт) из-за на­ чальных скоростей электронов и контактной разности потенциа­ лов между катодом и управляющей сеткой. Каждая характеристи­ ка подчиняется закону степени трех вторых. Характеристики рас­ положены веерообразно. Чем меньше анодное напряжение, тем больше сеточный, ток при данном значении 14 . Такое расположе-

50

ние характеристик связано с перераспределением катодного тока между сеткой и анодом. Как уже указывалось, при малых анодных напряжениях анодное поле у катода ослаблено и большая часть

Рис. 1.40. Семейства статических характеристик триода: и) входных; б) характеристик обратной связи

электронов попадает на положительно, заряженную сетку. При больших значениях £/а поле анода забирает больше электронов и сеточный ток образуется меньшим числом электронов.

Характеристики обратной связи триода (сеточно-анодные) и = Фк(иъ) при Uс= const изображены на рис. й.40б. Обратная связь в триоде возникает при положительных напряжениях на уп­ равляющей сетке и проявляется в том, что выходное напряжение Uа влияет на входной ток / с. Характеристики обратной связи мож­ но получить из семейства входных соответствующим графическим построением.

На характеристиках обратной связи четко вырисовываются два режима токораспределения. При малых значениях £/а сеточный ток / с резко падает. В этом случае имеет место режим возврата электронов на сетку. Далее при возрастании U&крутизна кривой резко уменьшается, сеточный ток мало изменяется. Устанавливает­ ся режим перехвата электронов сеткой.

Характеристики обратного тока управляющей сетки. При рабо­ те триода с отрицательным потёнциалом управляющей сетки в ее цепи возникает ток, направление которого обратно сеточному, в слу­ чае положительного Uc. Величина этого тока незначительна: поряд­ ка десятых долей микроампера. Однако он оказывает существенное влияние на работу маломощных приемно-усилительных ламп, если в цепи их сеток включен резистор с большим сопротивлением (рис. 1.41). Через этот резистор iRc на сетку подается необходимое пита­ ющее напряжение Ес. Сопротивление резистора Rc должно быть большим, чтобы сильно не нагружать источник сигнала. Если, на­ пример, положить / Собр=1 мкА, а і/?с=1 МОм, то на резисторе Ra будет падение напряжения &U—1 • 10~8-1 • 106= 1 В. Такое паде­ ние напряжения может оказаться сравнимым с питающим напря­ жением Ес и нарушит режим работы лампы, так как UC= E C—ÂU.

Обратный ток сетки может вызываться следующими причинами; ионизацией остаточного газа в баллоне лампы, термоэлектронной эмиссией с управляющей сетки и утечкой между выводами элект­

'51

родов по поверхности баллона или цоколя. Эти причины обуслов­ ливают соответственно составляющие обратного тока: ионный ток /„, ток термоэлектронной эмиссии сетки на катод /т и ток утечки /у между сеткой и катодом (рис. 1.42). Таким образом, суммар-

ный ток /с обр=Лі + /т+/у- Масштаб обратного тока увеличен. Ток утечки /у изменяется линейно с изменением Uc. Ток термоэлектрон­ ной эмиссии / т растет с ростом Uc, но уже при малых Uc дости­ гает постоянного значения, определяемого насыщением электронов при данной температуре сетки. Оба эти тока малы по сравнению с ионным током. Ионизация в лампе связана с прохождением анод­ ного тока и пропорциональна его величине. Поэтому ионный ток возникает при том же значении Uc, что и анодный. -Далее /„ воз­ растает при и с—*-0 и в области Uc= 0 спадает до нуля. Результи­ рующая кривая / с обр изображена на рисунке сплошной линией и учитывает также прямой сеточный ток при небольших отрицатель­ ных сеточных.напряжениях.

Характеристика обратного тока имеет падающий участок AB с отрицательным сопротивлением, которое может быть причиной не­ устойчивой работы лампы. На практике ограничивают сопротивле­ ние ДсЕго величина устанавливается для каждой лампы заводомизготовителем. Чем мощнее лампа, тем меньшее значение Rc допу­ скается, в эксплуатации.

Статические параметры триода

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Параметрами триода называются величины, связыва­ ющие между собой токи и напряжения анодной и сеточной цепей. Анодный ток / а является функцией напряжений ІІСи ІІа при посто­ янном значении UB:

52

Выражение полного дифференциала для анодного тока можнозаписать как

Если бесконечно малые приращения токов и напряжений заме­ нить конечными, но малыми величинами, которые не выходят за пределы линейного участка характеристики, то выражение полного-- дифференциала примет'вид

уменьшать Uc и наоборот. Частные производные в ур-нии (1.19), а.

есть частная производная анодного тока по сеточному напряже­ нию при постоянном анодном напряжении. Приближенно крутиз­ ну характеристики можно определить, задавая конечные прираще­ ния тока и напряжения:

S = А Іа - при Ua = const. д ис

Крутизна характеризует абсолютное влияние сеточного напря­ жения на анодный ток или, другими словами, крутизна показыва­ ет величину изменения анодного тока при изменении сеточного на­ пряжения на один вольт при постоянном напряжении анода. Гео­ метрически 5 определяет наклон характеристики прямой передачи- и равна тангенсу угла, образуемого касательной к этой характери­ стике с осью абсцисс. В современных приемно-усилительных трио­ дах значение крутизны лежит в пределах Зч-ЗО мА/В.

д/а есть частная производная анодного напряжения по анодному току-

при постоянном сеточном напряжении. Приближенное значение

53

задавая возможно малые приращения Д/а.

Внутреннее сопротивление триода переменному току характери­ зует абсолютное влияние анодного напряжения на анодный ток, т. е. показывает сопротивление лампы для малых изменений анод­ ного тока. Величина, обратная внутреннему сопротивлению,— вы­ ходная проводимость равна крутизне выходной (анодной) характе­ ристики. Чем круче выходная характеристика, тем меньше внутрен­ нее сопротивление триода. Величина внутреннего сопротивления триодов лежит в пределах = 0,5-г-50 кОм.-

Статический коэффициент усиления триода оценивает относи­ тельное влияние сеточного и анодного напряжений на анодный ток:

Коэффициент усиления равен отношению приращений напряже­ ния анода AUа и напряжения сетки Аі/с, вызывающих одинаковое изменение анодного тока. Этот коэффициент показывает, во сколь­ ко раз приращение напряжения анода больше, чем равноценное по воздействию на анодный ток приращение напряжения сетки. При определении коэффициента усиления изменения С/а и Uc противо­ положны по знаку. Например, увеличение Uc приводит к увеличе­ нию / а. Для приведения /а к прежнему значению нужно уменьшить значение Ua. Коэффициент ц является безразмерной величиной и имеет в промышленных триодах значение ц=4-НІ00. Подставив в выражение (1.20) dIa/dUc=S, dUa/dIa=,R{ и —ДНа/А£/0 = Ц, полу­ чим уравнение:

которое называется внутренним уравнением триода. Внутреннее уравнение связывает между собой основные параметры статических характеристик триода и позволяет по двум известным параметрам найти третий. При определении с помощью этого уравнения какоголибо неизвестного параметра необходимо крутизну лампы перево­ дить из значений [мА/В] в значения [А/В].

Проницаемость сетки лампы оценивает относительное влияние ■сеточного и анодного напряжений на катодный ток:

d Ua

54

При отрицательных напряжениях на сетке D=.l/n, поскольку

/а = /„•

При работе с токами управляющей сетки пользуются парамет­ рами сеточной цепи.

Внутреннее сопротивление промежутка сетка—катод для пере­

равна входной проводимости триода при постоянном напряжении на аноде. Внутреннее сопротивление и крутизна входной характе­ ристики обратно пропорциональны друг другу:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРИОДА

Статические параметры триода определяют как по постоянному, так и по переменному току. Схемы по переменно­ му току, позволяющие производить прямой отсчет параметров, яв­ ляются основой различных конструкций испытателей ламп1).

Наиболее простыми являются способы определения параметров по постоянному току с помощью схемы, приведенной на рис. К33г и графические по имеющимся характеристикам.

Метод двух отсчетов удобен для определения крутизны характе­ ристики или внутреннего сопротивления триода. Для этого по при­ борам схемы производят два отсчета и подсчитывают параметры по ф-лам (1.22) и (іі.24). Например, для определения крутизны в искомой точке поддерживают постоянным анодное напряжение, да­ ют по возможности малые приращения напряжению на управляю­ щей сетке и отмечают приращение анодного тока. Затем подсчиты­ вают значение крутизны. Для определения внутреннего сопротив­ ления дают приращение анодному напряжению (поддерживая по­ стоянным сеточное напряжение) и отмечают приращения тока. Далее подсчитывают внутреннее сопротивление. Аналогично опре­ деляют параметры сеточной цепи. Коэффициент усиления находит­ ся из внутреннего уравнения триода (1.27).)*

*) Подробные сведения о них можно получить в книге В. В. В и н о к у р о в а и М. М. С т е п а н к о в а «Техника измерения основных электрических парамет­ ров приемно-усилительных ламп». М., Госэнергоиздат, 1958.

55.

Метод трех отсчетов позволяет сразу найти все три основные па­ раметра. Для определения параметров в точке 1 (рис. 1.43а) нуж-

.но произвести три отсчета по приборам: 1) U'c, Га, £/"; 2) £/" , / '', U" >3) U" , /д, U'a . При первом отсчете устанавливаются напря­ жения Uc , £/" и определяется ток і'а . (Затем при неизменном £/"

.дается приращение напряжению на сетке (желательно 0,1 В или

Рис. 1.43. К определению статических параметров триода:

а) методом трех отсчетов; б) методом треуголь­ ника

■менее) так, что сеточное напряжение становится равным £/", а ток '.возрастает до /" . Третий отсчет заключается в том, что при напря­ жении U”c анодное напряжение уменьшают до тек пор, тока анод­ ный ток не вернется к прежней величине / ' . Эти три отсчета по­

Приращение напряжению на сетке AUc нужно давать как можно меньше. Чем меньше АІІС, тем ближе найденные параметры к ис­ тинным.

Графическое определение параметров по характеристикам. Ме­ тоды двух или трех отсчетов позволяют определить параметры и графически (рис. 1.43а и б). Для большей точности катеты прямо­ угольного треугольника, вписанного в характеристики, должны быть малыми. Для этого вершины треугольника должны опираться діа близлежащие характеристики.

ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ОТ РЕЖИМА РАБОТЫ ТРИОДА И ЕГО КОНСТРУКЦИИ

Зависимость параметров от режима. Режим триода •определяется напряжениями сетки и анода. При их изменении па­ раметры в той или иной степени изменяются. Эти изменения не­ обходимо учитывать при выборе режима. Зависимость параметров ■от режима обычно дается графически. В тех случаях, когда в спра­ вочнике отсутствует нужный график, пользуются семействами ста-

56

тических характеристик и по ним графически определяют зависи­ мость параметра от нужного напряжения. Зависимость статических параметров триода от сеточного напряжения показана на рис.. 1.44а, а от анодного — на рис. 1.446. Из графиков следует, что па­

Рис. 1.44. Зависимость статических параметров триода от на­ пряжении:

а) сеточного: б) анодного

раметры триода слабо зависят от режима на прямолинейных уча­ стках характеристик и сильно зависят от него на криволинейных участках вблизи напряжения отсечки анодного тока.

Зависимость параметров от конструкции. Изменение активной' площади катода и анода при неизменном положении сетки и ее гу­ стоты не влияет на проницаемость сетки и статический коэффи­ циент усиления, так как отношение Сац/Сск останется постоянным. Увеличение площади электродов, как и в диоде, приводит к увели­ чению анодного тока и крутизны характеристики.

На величину параметров сильно влияет положение сетки между катодом и анодом и ее густота. С приближением сетки к катоду увеличивается островковый эффект и коэффициент ц падает, а кру­ тизна резко возрастает вследствие переноса действующего напря­ жения ближе к катоду и более эффективному его воздействию на анодный ток. Приближение сетки к аноду уменьшает влияние дей­ ствующего напряжения на анодный ток, следовательно, и крутизну характеристики лампы. /При этом уменьшается и коэффициент уси­ ления, так как проницаемость сетки для поля анода увеличивается. Таким образом, для увеличения 5 нужно увеличить поверхность электродов и уменьшить расстояние сетка—катод. Уменьшение расстояния анод-катод также увеличивает крутизну, но в меньшей степени. Коэффициент усиления ц имеет "максимальное значение при оптимальном положении сетки между катодом и анодом и рас­ тет с увеличением густоты сетки. Наибольший коэффициент усиле­ ния получается, если сетка расположена на расстоянии от катода,, равном примерно 0,4ла, где га — расстояние между анодом и като­ дом. Внутреннее сопротивление триодов уменьшается при увеличе­ нии площади его электродов и приближении сетки к катоду.

'57

Квазистатический режим работы триода

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ И ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

При квазистатическом режиме практически сохраня­ ются связи между параметрами, характерные для статического ре­ жима. В этом режиме период изменения сигнала на один или более порядков превышает время пролета электронов между электродами

.лампы. При подобном соотношении периода сигнала и времени лролета электронов можно считать, что электрон пролетает между­ электродное пространство при практически неизмен­ ном напряжении на элект­

- é родах или что за время U'акn пролета электрона напря­ жение на электродах из­ меняется незначительно. Поэтому время пролета электронов можно не учи­ тывать. Если, в цепи лам­ пы нагрузка отсутствует, то все параметры режима совпадают со статически­

ми.

устройства. В зависимости от того, какой из электродов является •общим, различают три схемы включения усилительного триода: с общим катодом, с общим анодом (катодный повторитель) и с об­ щей сеткой (рис. 1.45).

На принципиальных схемах показано включение нагрузки Ru, источников питания сеточной и анодной цепей, генератора сигнала

.58

с эдс ег й его внутреннего сопротивления. Rr. Все три схемы нахо­ дят практическое применение. Они отличаются друг от друга коэф­ фициентами усиления по напряжению, току и мощности, входными и выходными сопротивлениями, частотными свойствами, линейно­ стью характеристик, постоянными фазовыми сдвигами и другими, свойствами. Каждая схема включения имеет свои статические ха­ рактеристики. На практике для любой схемы включения пользуют­ ся только характеристиками схемы с общим, катодом.

Построение нагрузочной характеристики. Нагрузочная характе­ ристика является геометрическим местом точек, соответствующих, значениям анодного тока при включении нагрузочного сопротивле­ ния и изменении параметров режима U&и Uc. Если в качестве на­ грузки используется резистор, нагрузочная характеристика пред­ ставляет собой прямую линию в системе выходных характеристик и. слегка искривленную линию в системе характеристик прямой пере­ дачи.

Для усилителя, включенного по схеме с общим катодом (рис_ 1.45а), 'выходная нагрузочная характеристика строится на основа­ нии закона Ома для анодной цепи:

выходная нагрузочная характеристика в данном случае представ­ ляет собой прямую. Ее можно построить по отрезкам, отсекаемым на осях координат: при / а= 0 получаем, отрезок Ua=E&, при Ua— 0<

— отрезок Ia= E JR B. Откладывая полученные отрезки и соединяя, их концы прямой линией, получаем искомую выходную нагрузоч­ ную характеристику (рис. 4.46а). Характеристика наклонена к осш

Рис. 1.46. К построению нагрузочных характеристик:

а),б)., в), выходной; г), прямой neper дачи