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

.абсцисс под углом cp = arc tg(\/R H) ■Изменение Еа при постоянном RHсдвигает характеристику параллельно самой себе, так как угол •наклона остается постоянным (рис. 1.466). Изменение же RH при постоянном Еа приводит к изменению угла наклона характеристики (рис. 1.46s). При /?„=0 (статический режим) характеристика пер­ пендикулярна оси абсцисс. С увеличением R Hугол наклона нагру­ зочной характеристики уменьшается.

Нагрузочную характеристику прямой передачи можно построить

.двумя способами. Первый заключается в том, что точки пересече­ ния выходной нагрузочной характеристики с семейством статиче­ ских характеристик переносят в систему характеристик прямой пе­ редачи и, таким образом, по этим точкам строят искомую нагру­ зочную характеристику. /Второй способ позволяет построить иагру-

.зочную характеристику прямой передачи при неизвестной выход­ ной нагрузочной характеристике. В этом случае необходимо под­ считать анодный ток по выражению (1.33) для значений анодного напряжения £/а' , ■£/" , [/'", которые соответствуют имеющимся ста­

тическим характеристикам прямой передачи (рис. 1.46г):

Значения токов соединяют непрерывной линией, которая и являет­ ся нагрузочной характеристикой. Она будет нелинейной, так как

.анодный ток нелинейно зависит от сеточного напряжения.

ПАРАМЕТРЫ КВАЗИСТАТИЧЕСІСОГО РЕЖИМА

Параметры квазистатического режима позволяют оп­ ределить коэффициент усиления по напряжению усилителя с ак­ тивной нагрузкой, работающего без сеточных токов. Эти парамет­ ры следующие.

Крутизна нагрузочной характеристики

и Uс

равна крутизне нагрузочной характеристики прямой передачи, т. е. приращению анодного тока при включенной нагрузке и изменении -сеточного напряжения. Практически нагрузочную крутизну можно •определить из выражения

где Д/а, Д[/с, Iам, [/см •—соответственно малые приращения или ма-

.лые амплитуды переменных составляющих анодного тока и сеточ­ ного напряжения. На рис. 1.47а показан способ определения 5Нпо

.60

выходной нагрузочной характеристике, а на рис. 1.476 — по нагру­ зочной характеристике прямой передачи.

Рис. 1.47. К определению крутизны:

а) по выходной нагрузочной характеристике; б) по нагрузоч­ ной характеристике прямой передачи

Коэффициент усиления по напряжению

показывает отношение приращения выходного напряжения на на­ грузке ко входному напряжению, поданному на сетку лампы. Знак минус означает, что напряжения на нагрузке и на аноде лампы рав­ ны по абсолютной величине, но сдвинуты по фазе на 180° (если напряжение на Ru растет, то на аноде оно падает, и наоборот). Его можно опустить, если фазовые соотношения не играют роли. Прак­ тически коэффициент усиления определяют из выражения

где AUa, AUс, Нам, Нсм — соответственно малые приращения или малые амплитуды переменных составляющих анодного и сеточного напряжений, определяемые в точке А по нагрузочной характеристи­ ке, как это показано на рис. 1.48.

Рис. 1.48. К определению коэффициента усиления по напря­ жению

Так как Д£/а= —Д/аЯш то К = —АUJA(JC=■(AIJAUc)Ru. Следо­ вательно, коэффициент усиления и нагрузочная крутизна связаны между собой следующим соотношением:

( 1.38)

Это соотношение выражает связь между квазистатическими пара­ метрами.

Для аналитического расчета коэффициента усиления по задан­ ным статическим параметрам важно знать связь между квазиста­ тическими и статическими параметрами. Эта связь находится из ур-ний (1.18), "(1Л9) и (іі.ЗЗ), а также из уравнения

Дифференцируя ур-ния (1.18) и (іі.ЗЗ), получаем (11.19) и (1.39). Уравнение (1.48) определяет статические характеристики, а ур-ние (1.33)— нагрузочную. Решая (1.19) и (1.39) относительно d/a, на­ ходим

т. е. связь нагрузочной крутизны со статической. Из ф-лы (1.40) следует, что при iRH-H) а при Дң->-оо SH=Ö.

Связь коэффициента усиления К со статическим коэффициентом рі найдем, решив ур-ния (1.19) и (1.39) относительно dU&. В ре­ зультате получим

Из формулы очевидно, что Д-ѵр. при Rx~+oo и К =0 при Дн=0. Для часто встречающегося на практике случая RH= 2Rt получаем К= {2/3) р или К ~ 0,7 ір, что служит основанием для ориентировоч­ ного выбора лампы по ее статическому коэффициенту усиления.

Реактивные параметры

Реактивные параметры (рис. 4.49) сильно влияют на частотные свойства электронных ламп. Индуктивности выводов элек­ тродов и самих электродов невелики (порядка сотых долей микро­ генри) и влияют на работу ламп лишь в области сверхвысоких ча­ стот. Междуэлектродные же емкости имеют значения от тысячных долей пикофарады до десятков пикофарад и их действие начинает сказываться уже в области звуковых частот. Влияние индуктивно­ стей ламп показано в 1.9. Здесь рассмотрим действие емкостей.

При практическом использовании ламп наибольшее значение имеют емкости, действующие на входе лампы,— входная, на выхо­ де лампы — выходная и емкость, соединяющая входной и выходной электроды,— проходная. В зависимости от схемы включения лам­ пы эти емкости образуются из различных междуэлектродных ем­ костей.

62

Входная емкость лампы Свх образуется между входным незаземленным электродом и электродами, не имеющими переменных потенциалов, т. е. соединенными с общим электродом.

Входная емкость лампы СВЫх образуется между выходным незаземленным электродом и электродами, не имеющими переменных потенциалов, т. е. соединенными с общим электродом.

Свых= Сас, Сп=СакПоскольку проходная емкость схемы с общей сеткой Сп=Сак меньше проходной емкости схемы с общим катодом Сп=Сас, схема с общей сеткой имеет лучшие частотные свойства и довольно часто применяется на высоких и сверхвысоких частотах. Величины CBXJ СВых и Сп приемо-усилительных триодов порядка 0.2-У-2 пф. У мощных ламп значение емкостей возрастает до не­ скольких десятков пикофарад.

Входная емкость лампы Свх соответствует статическому режи­ му ее работы. В квазистатическом режиме входная емкость увели­ чивается. Это объясняется тем, что входной емкостный ток проте­ кает не только через входную емкость, но и через проходную на выход. Обозначим входную емкость лампы в квазистатическом ре­ жиме Сэкв и определим ее.значение. На рис. 1.50 представлена уп­ рощенная схема усилительного каскада. Эквивалентная реактив­ ная входная проводимость лампы

Увх Оъх ~Ь Уи(^вх ~Ь 0вых)

Овх

63

Здесь Ii = YBXUBX. Ток / 2 обусловлен суммой напряжений UBX-Y ^ бых. Поэтому h = Y n(UBX+ 0 ВЫХ). Заменяя проводимости значени­ ями, выраженными через емкости, и записывая и вых/ІІвх= К , по­

лучаем 'СоСдкв^^'СоСвхЗсоСп(ІТ К) . После сокращения на со оконча­ тельно имеем:

=1102 пФ, т. е. входная емкость увеличилась в 54 раз. Чем меньше проходная емкость, тем меньший ток / 2 протекает через нее и тем меньше возрастает входная емкость в квазистатическом режиме.

Влияние рассмотренных емкостей ламп на работу последних можно проиллюстрировать следующими примерами. Усилитель-

УГ‘

т>ис. :1.51. Усилительный каскад с нагрузкой и его частот­ ная характеристика

ный каскад с активной нагрузкой (рис. 1.51) оказывается нагру­ женным не только на резистор Rm но и на емкость С„, которая состоит из выходной емкости данной лампы и эквивалентной емко­

этот спад будут влиять выходная емкость рассматриваемой лампы и входная и проходная емкости последующей лампы.

64

Второй пример показывает значительное влияние проходной ем­ кости лампы на устойчивость работы усилителя. На рис. 1.52 изоб­ ражен резонансный усилитель высокой частоты. В таком усилите­ ле часть энергии из выходного контура через проходную емкость С„ возвращается обратно во входной контур, т. е. через емкость Сп осуществляется обратная связь. Если возвращенное на вход по цепи обратной связи напряжение имеет значительную величину и совпадает по фазе со входным напряжением, то усилитель само­ возбуждается и превратится в генератор. Чем больше проходная емкость лампы, тем вероятнее нарушение устойчивости усилителя.

Эквивалентные схемы триодов

Эквивалентные схемы триодов позволяют упростить расчет усилительных устройств. Они содержат те основные эле­ менты, которые существенно влияют на величину полезного пере­ менного сигнала. Для области низких частот эквивалентные схемы можно составлять с некоторым приближением без учета емкостей ламп. Принципиальную схему усилителя на триоде с активной на­ грузкой (рис. 1.45а) можно заменить одной из эквивалентных схем, изображенных на рис. 1.53а, б. Схема рис. 1.53а называется экви-

Рис. 1.53. Эквивалентные схемы триода по переменному току: а), б) для низких частот; в) для высоких частот

валентной схемой с генератором тока, а схема рис. 1.536 — экви­ валентной схемой с генератором напряжения. Обе схемы равно­ правны и отражают существующие в принципиальной схеме соот­ ношения между переменными составляющими токов и напряже­ ний. В эквивалентных схемах отсутствуют источники питания Ес и £ а. так как предполагается, что их сопротивления для переменного тока равны нулю.

Эквивалентная схема с генератором тока является графическим изображением ур-ния (1.19), записанного для переменных состав­ ляющих тока и напряжения;

1.6. ЭКРАНИРОВАННЫЕ ЛАМПЫ Общие свойства экранированных ламп

Экранированными называются лампы, имеющие экра­ нирующую сетку. К ним относятся: лампы общего применения, тетрод, пентод, лучевой тетрод, а также частотопреобразователь­ ные — гексод, гептод, октод. Введение экранирующей сетки сильно влияет на активные и реактивные параметры лампы. Изменяется также вид ее статических характеристик.

Проходная емкость экранированной лампы резко уменьшается от единиц пикофарад в тетроде до тысячных долей пикофарады в высокочастотных пентодах. Это объясняется тем, что экранирую­ щая сетка, помещаемая между управляющей сеткой и анодом, эк­ ранирует электростатическое поле анода. С уменьшением проход­

= const экранированной лампы сильно возрастает. Благодаря экра­ нирующей сетке влияние анодного напряжения на катодный, а сле­ довательно, и на анодный токи ослаблено, поэтому изменение анод­ ного тока, вызванное небольшим приращением сеточного напря­ жения, можно скомпенсировать лишь очень большими приращения­ ми анодного напряжения. Это соответствует большому коэффици­ енту ц, который в высокочастотных пентодах достигает тысяч единиц.

Внутреннее сопротивление Ri= AU a/AIa при Uc —const экрани­ рованной лампы также существенно увеличивается. Из-за малого влияния анодного напряжения на анодный ток необходимо давать очень большие приращения AUa для получения небольшого прира­ щения А/а. Внутреннее сопротивление ряда пентодов достигает единиц мегом.

Крутизна характеристики экранированной лампы имеет тот же порядок, что и в триоде. Из внутреннего уравнения лампы ц = =SRi следует, что при одновременном росте Ri и р, крутизна не должна сильно изменяться.

Тетроды

Тетрод имеет четыре электрода: катод, управляющую сетку, экранирующую сетку и анод. Экранирующая сетка сущест­ венно влияет на реактивные и активные параметры тетрода. На­ пряжения на его электроды подаются, как показано на рис. 1.54. Положительное напряжение Ucz= (0,5-441,0)it/a на экранирующую сетку снимается с источника, питающего анодную цепь. В некото­ рых случаях экранирующая сетка питается от отдельного источ­ ника. Ток экранирующей сетки составляет примерно 20-4-40% анодного.

Семейство выходных характеристик и характеристик прямой передачи тетрода представлено на рис. 1.55. Из семейства выход­ ных характеристик видно, что при малых значениях анодного на­ пряжения кривая тока имеет провалы. Эти провалы объясняются проявлением динат-

ронного эффекта по аноду.

Динатронный эффект в лампе — это процесс перераспределения токов электро­ дов, связанный с наличием вторичной эмис­ сии. Если вторичные электроны выбиваются из анода и электрическим полем отводятся на экранирующую сетку, то анодный ток уменьшается, а ток экранирующей сетки увеличивается. Такое явление носит назва­ ние дннатронного эффекта по аноду. При выбивании электронов из экранирующей

сетки и отводе их на анод ток экранирующей сетки уменьшается, а анодный ток увеличивается. В этом случае имеет место дииатропный эффект по экранирующей сетке. Динатронный эффект может проявляться и в триоде, если напряжение управляющей сетки по­ ложительно и значительно по величине.

Рис. 1.55. Семейство характеристик тетрода: а) выходных; б) прямой передачи

Рассмотрим характеристики анодного тока и тока экранирую­

ным, что обусловливает большой катодный ток /І;. С увеличением {/а анодный ток растет, а ток экранирующей сетки падает. Проис­ ходит «переключение» электронов с экранирующей сетки на анод, соответствующее режиму возврата электронов.

При Ua—'URi (порядка 10ч-20 В) энергия электронов, падаю­ щих на' анод, оказывается достаточной для выбивания вторичных электронов. Вторичные электроны с анода отводятся на экраниру­ ющую'сйткуг так как в данном случае Uc2> lJ al и существует уско­ ряющее поле в направлении от анода к экранирующей сетке. Вслед­

68

ствие такого перехода вторичных электронов анодный ток умень­ шается и соответственно увеличивается ток экранирующей сетки. Этот процесс токораспределения, являющийся следствием динатронного эффекта по аноду, продолжается до тех пор, пока анодное напряжение не увеличится до На2~ 6/с2 Тогда в силу равенства этих напряжений ускоряющее поле, направленное к экранирующей сетке, исчезнет и отвод вторичных электронов прекратится. Далее, при Ua> U о2 анодный ток начнет возрастать из-за проявления динатронного эффекта по сетке, а ток экранирующей сетки будет со­ ответственно уменьшаться.

Динатронный эффект является основным недостатком тетрода. Он обусловливает большую нелинейность характеристик. Наличие на характеристике участка с отрицательным сопротивлением от Uаі до Uа2 на рис. 1.55а может при определенных условиях привес­ ти к паразитной генерации цепи с тетродом. Поэтому тетроды не получили широкого распространения и используются, главным об­ разом, как мощные лампы.

Характеристики прямой передачи тетрода (рис. 1.556) —вееро­ образные. При малом анодном токе анодное напряжение меньше влияет на величину действующего напряжения и на процесс токо­ распределения, чем при больших значениях / а. Напряжение сдвига характеристик зависит лишь от экранного напряжения и практиче­ ски іне ізавиісит от анодного: Uссіж—D^ с1. При изменении Пс2 ха­ рактеристики сдвигаются параллельно самим себе так же, как и в триоде при изменении анодного напряжения. В целом характерис­ тики подобны триодным, если экранирующую сетку тетрода принять за анод триода.

Характеристика тока экранирующей сетки показана на рис. 1.556 пунктирной линией. Ее начало совпадает с началом характе­ ристики анодного тока. Особенностью характеристик является то, что при увеличении анодного напряжения U&ток / с2 уменьшается. Катодный ток перераспределяется между анодным током и током экранирующей сетки. С увеличением На ток /а увеличивается, а / с2 уменьшается.

Одним из представителей современных высокочастотных тетро­ дов является лампа типа 6Э5П. Ее анодные характеристики не име­ ют провалов (рис. 1.56), так как динатронный эффект в ней устра­ нен. Последнее достигается созданием потенциального барьера в области между экранирующей сеткой и анодом, который препятст­ вует переходу вторичных электронов с анода на сетку. Потенциаль­ ный барьер получают путем увеличения расстояния между анодом и экранирующей сеткой. Это расстояние в лампе 6Э5П в десять раз больше, чем расстояние между катодом и экранирующей сет­ кой. При большом расстоянии между электродами влияние внеш­ него поля ослабляется, а влияние пространственного заряда на по­ тенциал между электродами усиливается.

На рис. 1.57 показана характерная для этого случая потенци­ альная диаграмма. На диаграмме по оси абсцисс отложено расстоя-

69