книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

постепенно увеличивается при увеличении 11а. Этот эффект осо­ бенно сильно проявляется у активированных, в частности, у оксидных катодов, в силу причин, детально разобранных в гл. 3. На рис. 7.4 показан примерный вид характеристик I а= f {Ua) в области насыщения для разных катодов. Как видно из этих кривых, получение пологого участка в режиме насыщения у ок­ сидных катодов невозможно из-за сильного эффекта Шоттки

для этих катодов.

Все разобранные выше явления при­ водят к тому, что в ряде случаев дей­ ствительные характеристики Ja = f(Ua) отличаются от теоретических, опреде­ ляемых законом степени 3/2. Нижнюю часть характеристики (при малых Ua) обычно можно достаточно точно выра­

вследствие плавного перехода в область насыщения спрямляется и на значитель­ ной длине этого участка увеличение анодного тока идёт прямо пропорцио-

нально увеличению Uй Так как этот участок в характеристике является наиболее значительным, то часто для упрощения рас­ чётов считают всю характеристику прямолинейной и приближён­ но представляют её уравнением Ia = SUa.

Вследствие различия в размерах электродов, получающегося в процессе производства ламп одного и того же типа, действи­ тельные характеристики этих ламп иногда значительно отли­ чаются друг от друга. Поэтому для суждения о свойствах гото­ вых конструкций ламп обычно используют экспериментально получаемые характеристики, а теоретические формулы приме­ няют для предварительных подсчётов при проектирова­ нии и конструировании ламп.'

§ 7.2. Статические параметры двухэлектродной лампы

Для двухэлектродной лампы основной характеристикой яв­ ляется зависимость / а= /(£/а). Имея эту характеристику, можно решить вопрос о качествах лампы, необходимых для наиболее выгодной работы её в той или иной схеме.

Двухэлектродная лампа в большинстве случаев работает в схеме тем лучше, чем меньше напряжение на аноде, необходи­ мое для получения определённой величины анодного тока. Это требование сводится, очевидно, к получению более крутой харак­ теристики / a= f(t/a) >или к тому, чтобы ток насыщения в лампе получался при возможно меньшем напряжении насыщения UH .

112

Из рис. 7.5 видно, что в точке А крутизна кривой (тангенс угла а) определяется отношением величины изменения тока анода Д/д к величине соответствующего изменения напряжения на аноде Д Ua, полученных как разности токов и^ напряжении двух точек на восходящем участке характеристики.

Полученное выражение показывает, что величина крутизны тем больше, чем меньше расстояние от катода до анода и чем больше действующая поверхность анода. Так как последняя за­ висит от рабочей длины катода, которая различна для разных

внутреннее^сопротивление переменному току. Если напряжение на аноде лампы изменяется на Д Uа вольт и вследствие этого анодный ток изменяется на Д1а ампер, то внутреннее сопротив­ ление лампы равно .

Внутреннее сопротивление двухэлектродной лампы перемен­ ному току в данной точке характеристики определяется урав­ нением

Величина внутреннего сопротивления является постоянной только для прямолинейного участка характеристики; в местах

§ 7.3. Мощность, рассеиваемая на аноде. Конструкции анодов

Во время снятия характеристик двухэлектродной лампы при достаточно больших токах обычно наблюдается разогревание анода, которое при дальнейшем увеличении напряжения на аноде может сделаться очень сильным и привести к расплав­ лению анода. Причиной этого разогревания является бэмбардировка анода поступающими на него электронами. Быстро­ летящие электроны, ударяясь о поверхность анода, передают свою кинетическую энергию частицам материала анода, и вызы­ ваемое этим ускорение движения молекул и атомов материала анода, т. е. увеличение количества теплоты в нём, проявляется как повышение температуры.

Кинетическая энергия падающего на анод электрона равна

Если на анод поступает в 1 сек п электронов, то их энергия, превращающаяся на аноде в тепло, равна neUа . Так как пе=1а, то энергия, выделяющаяся на аноде в виде тепла за 1 сек. т. е. мощность, будет равна

P a = I aU a • . (7-10)

Полученная формула показывает, что мощность, теряемая в анодной цепи лампы, как и для металлического проводника, выражается произведением тока на разность потенциалов, дей­ ствующих на концах проводника. Существенное различие меж­ ду лампой и проводником заключается, однако, в том, что ме­ таллический проводник нагревается и рассеивает потребляемую им мощность по всей своей длине, в то время как в лампе мес­ том рассеивания тепла является только анод.

114

Величина мощности, излучаемой одним квадратным санти­ метром поверхности нагретого анода, определяется по закону Стефана—Больцмана

мана.

Этот закон, будучи полностью справедлив для абсолютно чёрного тела, для других тел соблюдается лишь приблизитель­ но, с достаточной, однако, для технических расчётов точностью. Значение коэффициента лучеиспускания различно для разных металлов и зависит главным образом от строения или состоянияс поверхности металла. Обработка поверхности изменяет её луче­ испускательные свойства; это видно на следующем примере:-, для абсолютно чёрного тела С =1, железо оксидированное име­ ет С=0,95, то же железо с белой поверхностью имеет С=0,35"" и, наконец, при высокой полировке поверхности железа его ко­ эффициент лучеиспускания уменьшается до 0,25.

При установившемся тепловом режиме анода мощность, вы­ деляющаяся на аноде при прохождении тока в анодной цепи„ равняется мощности, излучаемой поверхностью анода; поэтому

с белой поверхностью. При одинаковой допустимой температу­

ре нагрева чёрные аноды могут рассеивать, значительно большую мощность, чем аноды белые.

Допустимая температура нагрева анода зависит от физиче­ ских свойств металла, из которого изготовлен анод. Чем выше температура плавления металла, тем большую рабочую темпе-

или из графита или из чернёного никеля. Процесс чернения по­ верхности никелевых анодов заключается в том, что тщательно очищенные аноды отжигаются в парах бензола с водородом и на поверхности их получается тонкий чёрный слой соединений никеля с углеродом. При указанных допустимых температурах (600 650°К) удельная нагрузка чёрных анодов равна 0,45 ■*-

0,6 вт/см2, т. е. в 2 — 3 раза больше, чем у обычных белых анодов при этих температурах.

Величина полной максимальной мощно­ сти Рамакс, которую может рассеять анод без вреда для себя или для лампы в целом, за­ висит от допустимой удельной нагрузки ано­ да и от размеров его поверхности

Р а макс Р а макс QaO'

Здесь под Qa0следует подразумевать всю поверхность охлаждения анода, за исключе­ нием поверхности, обращённой к катоду.

Для увеличения РаМакс при заданной тем­ пературе нагрева анода или для снижения температуры анода при определённой вели­ чине Рамакс очень часто прибегают к увели­ чению поверхности охлаждения анода пу­ тём устройства добавочных, продольных рёбер на основном теле анода. Примером такой конструкции может служить анод ке­

нотрона 5Ц4С (рис. 7.7). Другой способ увеличения поверхности охлаждения анода состоит в изготовлении анода из густой ме­ таллической сетки. Расчёт показывает, что в таком сетчатом ано­ де поверхность охлаждения в 2 -н 2,5 раза больше, чем у сплош­ ных анодов, если расстояния между проволоками сетки, из ко­ торых сделан анод, равны диаметру этих проволок. Применение сетчатых анодов в лампах выгодно и в том отношении, что при таких анодах значительно улучшается охлаждение всех других электродов, в частности, сеток, находящихся внутри анода.

§ 7.4. Типы двухэлектродных ламп и их применение

Диоды для выпрямления переменного тока

Двухэлектродные лампы (кенотроны) применяются для вы­ прямления переменного тока, т. е. для преобразования его в постоянный ток. На рис. 7.8 показана принципиальная схема сднополупериодного выпрямителя. В цепи анода лампы после­ довательно включены источник переменного тока и некоторое сопротивление R, являющееся потребителем энергии выпрям­ ленного тока. Так как в цепи анода проходит пульсирующий ток (в те моменты, когда анод заряжен положительно относи­

117

тельно катода), то для выравнивания отдельных импульсов па­ раллельно нагрузке R подключается конденсатор С. Конденса­ тор быстро заряжается во время прохождения тока через кено­ трон, и медленно разряжается на сопротивление^/? остальное время, поддерживая, таким образом непрерывный ток в цепи

нагрузки.

Напряжение на конденсаторе С и ток в нагрузочном сопро­ тивлении R изменяются согласно кривой ABDF (рис. 7.9). Ток через кенотрон (кривая MNP) протекает только в тот промежу­ ток времени, когда мгновенное напряжение на зажимах анод­

ного трансформатора больше напряжения на зажимах конден­ сатора; как видно из кривых, этот промежуток времени меньше полупериода.

Постоянная составляющая этих импульсов, т. е. выпрямлен­ ный ток, определяется формулой

и

/ 0 = \ i adt,

и

где t\ и t2 — отсчёты времени, соответствующие началу и концу прохождения отдельного импульса тока в анодной цепи (рис. 7.9).

Вследствие того, что в анодной цепи кенотрона проходит пульсирующий ток, напряжение на зажимах конденсатора не строго постоянно, а пульсирует, следовательно, ток в нагрузке, кроме постоянной составляющей, имеет и переменные состав­ ляющие (гармоники, начиная с первой). Для большего ослаб­ ления этих переменных составляющих, что необходимо для по­ лучения строго постоянного тока в цепи нагрузки, на практике вместо конденсатора С применяют фильтр, состоящий из кон­ денсаторов большой ёмкости С, Сi и дросселя L с большой ин­ дуктивностью (рис. 7.10). Фильтр. ослабляет переменные сос­ тавляющие тока тем сильнее, чем выше частота их, так как с увеличением частоты гармоник растёт сопротивление дросселя и уменьшается ёмкостное сопротивление шунтирующих нагру­ зочную цепь конденсаторов С и С\.

118

Относительно падения напряжения в кенотроне необходимо заметить, что во время прохождения тока через кенотрон, ког­ да напряжение U т трансформатора и Uc (напряжение на кон­ денсаторе) противоположны по направлению, напряжение на зажимах кенотрона равно

иа - ит— Ue

и представляет сравнительно небольшую величину.

Во время отсутствия тока, когда анод заряжен отрицатель­ но относительно катода, напряжения UT и Uc оказываются

включёнными последовательно в анодной цепи кенотрона и на зажимах катод—анод кенотрона будет напряжение

иа = «г + Ue.

Это напряжение при малом токе нагрузки может превышать амплитуду приложенного напряжения почти в два раза, и кено­ трон должен быть рассчитан на то, чтобы выдержать его, не допуская возникновения тока обратного направления из-за пло­ хой изоляции между электродами или плохого вакуума.

Кроме однополупериодной схемы кенотронного выпрямите­ ля, на практике находит также применение ряд более сложных схем, обладающих лучшими техническими показателями: двухполупериодная схема, схема удвоения и др. Условия работы кенотронов в различных схемах несколько различаются, однако во всех случаях основными величинами, определяющими наз­

может выдержать; 2) наибольшее мгновенное значение анодно­ го тока Iа мако которое может быть получено в кенотроне и ко­ торое определяется током эмиссии катода; 3) номинальное па­ дение напряжения Un, при котором анодный ток в лампе до­ стигает значения не ниже 1ажакс\ 4) максимальная мощность, рассеиваемая анодом при продолжительной работе; 5) напря­ жение накала катода.

В табл. 7.2 указаны основные из этих величин для некото­ рых кенотронов, изготовляемых в СССР.

119