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

Кенотроны небольшой мощности для выпрямления невысо­

очень удобны для применения в двухполупериодных выпрями­ телях и поэтому широко используются в современной радио­ приёмной и измерительной аппаратурах. Для выпрямления вы­ соких напряжений все кенотроны (и малой, и большой мощно­ сти) делаются одноанодными, так как в двуханодной конструк­ ции трудно обеспечить достаточно хорошую изоляцию друг от друга выводов анодов, между которыми разность потенциалов равна двойному выпрямляемому напряжению.

Система креплений электродов в кенотронах должна обеспе­ чить необходимую прочность и жёсткость всей конструкции. В высоковольтных кенотронах крепления катода и анода и выво­ ды от этих электродов делаются обычно с противоположных сторон баллона лампы. На одной стороне (в общий цоколь) вы­ воды устраиваются только в кенотронах с небольшим рабочим напряжением на аноде (не свыше 1000 в).

Кенотроны используются, как правило, для выпрямления переменного тока промышленной частоты (50 гц). В последнее время получили также распространение кенотроны, предназна­ ченные для преобразования импульсных напряжений в посто­ янное. Подобные кенотроны (например 1Ц11П) находят при­ менение главным образом для питания анодов телевизионных трубок и поэтому отличаются большой величиной выпрямленно­ го напряжения (десятки киловольт) при чрезвычайно малой ве­ личине выпрямленного тока (десятки — сотни микроампер),

а также экономичностью катода и малой междуэлектродной ёмкостью.

120

Высокочастотные диоды

Двухэлектродные лампы используются в радиоэлектронной аппаратуре для преобразования токов высокой частоты в токи низких частот (для выделе­ ния низкочастотного сигна­ ла), процесс этот называет­ ся детектированием1). Прос­ тейшая схема диодного де­ тектора повторяет принци­ пиальную схему однополуперйодного выпрямителя и показана на рис. 7.11. При приёме радиотелефонной пе­ редачи на зажимах конден­ сатора, включённого в при­

ёмный контур, напряжение изменяется согласно кривой рис. 7.12а, вследствие чего ток через диод проходит в виде выпрямленных вы­ сокочастотных импульсов с переменной амплитудой (рис. 7.126). Благодаря фильтрующему действию конденсатора С через со­ противление R проходит сред­

ний ток (постоянная состав­ ляющая высокочастотных им­ пульсов), изменяющийся по низкой, звуковой частоте, по какой изменяется амплитуда

го тока. На зажимах сопротив­ ления R получается перемен­ ное напряжение звуковой ча­ стоты (рис. 7.12в), передавае­ мое для дальнейшего усиления к следующим лампам приём­ ника.

Для детектирования при­ меняют лампы с малым рабо­

ров и поэтому малые внешние размеры и малую междуэлек-

тродную ёмкость. Очень распространённой является конструкция двойного диода, в котором внутри баллона помещены две двух­ электродные системы с подогревными катодами. Нити подо­ грева катодов соединены вместе для общего питания, но сами

') О применении диодов для преобразования частоты см. § 13.4.

121

катоды часто делаются отдельными, что позволяет разнообраз­ но использовать такие лампы в различных радиоприёмных схе­

мах.

В табл. 7.3 указаны параметры некоторых отечественных высокочастотных диодов.

Т а б л и ц а 7.3

Г Л А В А 8

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ТРИОДЕ

§ 8.1. Характеристики анодного тока в триоде

Статические характеристики триода

Для использования электронной лампы в качестве усилите­ ля или генератора переменных токов в лампу, кроме катода и анода, вводится третий электрод — сетка, помещаемый между катодом и анодом. По своему назначению сетка может быть названа управляющим электродом, так как при помощи по­ тенциала сетки можно изменять величину анодного тока. Если подвести к зажимам сетка—катод трёхэлектродной лампы пе­ ременное напряжение, то между сеткой и катодом создаётся изменяющееся электрическое поле, которое то ускоряет движе­ ние электронов сквозь сетку к аноду (при положительном на­ пряжении сетки), то замедляет, тормозит это движение (при отрицательном напряжении сетки). В результате этого в зави­ симости от потенциала сетки изменяется количество электро­ нов, проходящих сквозь сетку к аноду, т. е. изменяется величи­ на анодного тока. Следовательно, при помощи сетки мы управ­

сетки. Поскольку в рабочих схемах лампа работает всегда при постоянном напряжении накала катода, то основными зависи­ мостями, определяющими эффективность использования лам­ пы, выбор её рабочего режима и т. д., являются зависимости анодного тока от напряжений сетки и анода. Значительным усложнением в работе триода по сравнению с двухэлектродной лампой является то, что во всех случаях работы триода в уси­ лительных или генераторных схемах действующее на сетке пе­ ременное напряжение, изменяя анодный ток, всегда вызывает, как мы покажем в дальнейшем, изменение потенциала анода относительно катода. Это происходит потому, что в анодную цепь лампы всегда включается какое-либо сопротивление, на котором изменяющийся анодный ток создаёт переменное на­ пряжение.

123

Следовательно, анодный ток изменяется под действием двух одновременно изменяющихся напряжений: напряжения сетки Uс и напряжения анода Ua. Изучение этой сложной двойной зави­ симости Ia = f(U c, (Ja) удобно провести в такой последователь­ ности: сначала рассмотрим зависимость анодного тока триода

только от напряжения сетки, считая, что потенциал анода оста­ ётся постоянным; точно так же можно изучить зависимость анодного тока от анодного напряжения, считая постоянным потенциал сетки. Эти зависимости и соответствующие им харак­ теристики и параметры называются статическими, поскольку они определяют режимы, в которых или Ua, или Uc остаются неизменными.

Изучив статические характеристики анодного тока и тока в цепи сетки, мы в дальнейшем (в гл. 10) рассмотрим характери­ стики и параметры триода, показывающие и учитывающие за­ висимость анодного тока от двух одновременно изменяющихся напряжений Uc и Ua .

Статические характеристики триода la = f(Ur) при = const или Ia = f{Ua) при Uc = const можно экспериментально получить при помощи схемы, изображённой на рис. 8.1. Цепи накала и анода в этой схеме собраны так же, как и в схеме испытания двухэлектродной лампы. Приборы и реостаты, включённые в эти цепи, дают возможность регулировать и поддерживать по­

помощи которого можно изменять напряжение сетки относи­ тельно катода; двухполюсный переключатель Рс позволяет по­ давать на сетку положительное или отрицательное напряжение. Цепи анода и сетки при испытаниях подключают к отрицатель­ ному зажиму катода, потенциал которого условно, считают равным нулю.

124

этих условиях в цепи анода установится некоторый ток. Если при помощи потенциометра Пс на сетку подавать, постепенно увеличивая, отрицательное напряжение, то ток в анодной цепи ■будет уменьшаться и при некотором напряжении сетки совер­ шенно прекратится. Если, наоборот, подавать на сетку положи­ тельное напряжение, то ток анода будет увеличиваться, пока не достигнет максимального значения 1ам , равного току насы­ щения1). Для получения полной картины изменения анодного тока в зависимости от напряжения сетки снимают характеристи­

ку If=f(Ur), начиная о т /= 0 до 1а =1ам.

При положительных напряжениях сетки в её цепи протекает ток.

На рис. 8.2 изображены кривые, полученные при подобном

другое значение анодного напряжения, например, больше нор­ мального, и снимем точно таким же образом вторую Характе­ ристику. Мы увидим, что теперь при тех же напряжениях сетки, как и для первой характеристи­ ки, ток анода устанавливается

ку лампы надо задать отрицатель­ ное напряжение, большее, чем в первом случае. Характеристи­ ка начнётся левее первой, и ток достигнет максимального зна­

чения при меньшем положительном напряжении сетки. Следо­ вательно, увеличение анодного напряжения сдвинет характе­ ристику / а=/(£/с) влево.

При уменьшении анодного напряжения характеристика, оче­ видно, будет располагаться правее начальной, так как при мень­ шем Ua величина анодного тока при одинаковом напряжении сетки устанавливается меньшая.

') В современных лампах с активированными катодами достичь режима насыщения обычно не удаётся и прекращение роста анодного тока при уве­ личении положительного напряжения сетки обусловливается перераспределе­ нием токов (см. следующую главу).

125

Несколько характеристик, снятых при разных анодных на­

глядно показывают, что ток сетки растёт с увеличением положи­ тельного напряжения сетки, но чем больше анодное напряжение, тем ток сетки меньше.

Анодные характеристики

Зависимость анодного тока от напряжения анода можноисследовать в той же схеме испытания триода, которая исполь­ зуется для снятия характеристик / а = f (t/c) (рис. 8.1). Для

этого, поддерживая напряжение накала катода и выбранное значение напряжения сетки постоянными, изменяют постепенно анодное напряжение от нуля до наибольшего допусти-мого в. испытываемой лампе значения Ua и отмечают получающиеся

значения анодного тока. Затем повторяют те же наблюдения

соответствующие найденные значения анодного тока, строят

семейством анодных характеристик.

126

Эти характеристики так же, как и семейство 1а = f (Uc), используются для изучения основных свойств трёхэлектродной лампы. Особенно удобными эти кривые оказываются при изу­ чении режимов триода, имеющих место при работе его в схе­

Ua =0, а правее начала координат. Происходит это потому, что отрицательно заряженная сетка не пропускает электронов от ка­

сетке некоторого отрицательного напряжения, надо к аноду при­ ложить положительное напряжение, достаточно большое, чтобы преодолеть тормозящее действие отрицательно заряженной сетки.

Очевидно сдвиг характеристики I a=f(U J вправо тем боль­ ше, чем выше значение отрицательного напряжения, приложен­ ного к сетке.

Если на сетке установлено постоянное положительное напря­ жение, то характеристики располагаются левее характеристики,

ристиками) наглядно показывают, что с увеличением анодного напряжения ток сетки уменьшается.

127

§8.2. Электрическое поле в триоде

Втрёхэлектродной лампе количество электронов, уходящих от катода к сетке и к аноду, зависит от пространственного заря­ да около катода и, следовательно, от степени ослабления поля этого заряда электрическим полем участка катод-сетка. Оче­ видно только в том случае, когда это поле является для электро­ нов ускоряющим, тормозящее действие пространственного заря­ да около катода ослабляется и некоторое количество электронов проходит к аноду, создавая анодный ток. Если между катодом

исеткой ускоряющего поля нет, то под действием сильного про­ странственного заряда почти все электроны (за исключением имеющих весьма большие начальные скорости) возвращаются обратно к катоду. Если, наконец, в пространстве катод — сетка создаётся тормозящее поле, усиливающее действие пространст­ венного заряда, то все электроны затормаживаются около ка­ тода и анодный ток равен нулю. Электрическое поле, получаю­

щееся между катодом и сеткой, зависит и от сеточного и от анод­ ного напряжений. При изменении хотя бы одного из йих изме­ няется воздействие поля на участке катод—сетка на пространст­ венный заряд у катода (изменяется степень ослабления его поля), вследствие чего изменяется величина тока в цепях анода и сетки.

Для лучшего уяснения управляющего действия сетки рассмот­ рим картины электрических полей, получающихся от совместно­ го действия напряжений сетки и анода в междуэлектродном про­

значительно слабее), то мы можем, не делая грубых ошибок, ис­ пользовать эти картины полей для изучения движения электро­ нов от катода к аноду.

Все нижеприводимые картины электрических полей сняты в диаметральном сечении ламп с цилиндрическим анодом, спи­ ральной сеткой и подогревным катодом.

На рис. 8.5 показано при помощи эквипотенциальных линий электрическое поле между катодом и анодом такой лампы, полу­ чающееся в случае отсутствия сетки. Потенциал анода взят

128

равным 100 единицам (например, 100 в); потенциалы точек про­ странства на эквипотенциальных линиях указаны в тех же еди­ ницах. Пунктиром показано место расположения проводов сет­ ки; из рисунка видно, что в этом месте потенциал точек прост­

ранства равен 50.

Если на сетку, помещённую в указанном месте, подать потен­ циал 50 в, то при условии, что витки сетки достаточно тонкие, картина поля в лампе очевидно не изменится. Условимся называть потенциал, устанавливающийся в плоскости сетки, когда сетка отсутствует, нормальным потенциалом. Величина нормаль* ного потенциала зависит от конструкции лампы, расстояний сет­ ки и анода от катода и от анодного потенциала.

В лампе плоско-параллельной конструкции, когда плотность пространственного заряда р=0, потенциал в междуэлектродном пространстве изменяется линейно и величина нормального потен­ циала равна:

междуэлектродном пространстве изменяется по логарифмичес­

кому закону U= const In — и величина нормального потенциала

гк

определится выражением

изменится (рис. 8.6). Сетка будет иметь в этом случае потенциал, равный нулю, благодаря чему потенциалы всех точек пространст­ ва около витков сетки снизятся по сравнению с режимом, когда сетки не было. Эквипотенциальные линии поля искривляются, по­ казывая изменение распределения потенциала в междуэлектрод-