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

ном пространстве. По данным поля рис. 8.6 на рис. 8.7 построены кривые распределения потенциала; кривая 1 — для направления от катода к аноду по линии 1—1, .проходящей через провод сет­ ки (рис. 8.6), и кривая 2—по линии 2—2, проходящей посредине между витками сетки; на этом же графике пунктирной кривой 3 представлено распределение потенциала для поля рис. 8.5, т. е. для случая, когда сетки нет. Из сравнения кривых 3 и 2 видно, что разность потенциалов между катодом и поверхностью, в ко­ торой лежат витки сетки, уменьшается (вместо 50 в теперь имеет­ ся только 12,5 в) и, следовательно, уменьшается напряжённость

витками сетки к аноду, ограничено действием пространственного заряда, создающего у катода минимум потенциала. По линии 1—1, т. е. перед витком сетки, создаётся, как показывает кривая 1 (рис. 8.7), тормозящее поле, вследствие чего до витков сетки дойдут только немногие электроны, вылетевшие с катода с боль­ шими начальными скоростями; большая же часть электронов, прошедших минимум потенциала у катода в направлениях, близ­ ких к линии 1— 1 (рис. 8.6), отклоняется от витка под действием тормозящего поля и, собираясь в узкий пучок, проходит к ано­ ду между витками сетки.

Если на сетку подать положительный потенциал относительно катода, то потенциал во всех точках междуэлектродного про­ странства повысится. На рис. 8.8 показано электрическое поле для той же системы электродов при U а =100 в и .£7,,= + 10 в. Разность потенциалов между катодом и поверхностью, в которой лежат витки сетки, повысилась теперь до 17= 18 в, вследствие чего уменьшилось противодействие пространственного заряда и величина анодного тока должна увеличиться. Ускоряющее поле образуется теперь и в направлении от катода прямо к витку сет­ ки (потенциал непрерывно повышается от нуля до +10 в) и, следовательно, в цепи сетки установится некоторый ток. Но, как видно из картины рис. 8.8, градиент поля в направлении 1— 1

130

меньше, чем по линии 2—2, и поэтому электронный ток на сетку значительно меньше, чем на анод.

При подаче на сетку отрицательного по отношению к катоду потенциала напряжённость ускоряющего поля в пространстве ка­ тод —сетка сильно уменьшается. На рис. 8.9 представлена кар­ тина поля тех же электродов при ' Ua =100 в и Uc = —10 в, иа

На рис. 8.106 представлено построенное на основании картины поля рис. 8.9 распределение потенциала в плоскости витков сет­ ки между двумя витками, пока­ зывающее, что в пространстве

-и t

Рис. 8.10

между витками потенциал не остаётся постоянным и наиболее резко меняется около витков сетки.

Сравнивая между собой картины электрических полей рис. 8.6,

8.8и 8.9, можно установить:

1)в пространстве сетка — анод при разных Uc поля очень мало отличаются одно от другого;

2)изменение потенциала сетки очень сильно изменяет элек­ трическое поле в пространстве катод—сетка;

3) прямое воздействие поля сетки на электроны, двигающие­ ся от катода, проявляется только в узком пространстве непосред­ ственно под витками сетки;

4) в пространстве между витками сетки создаётся результи­ рующее поле, действием которого определяется количество элек­

и 8.9, мы видим, что в случае более густой сетки действие отри­ цательного потенциала её проявляется более сильно: в простран­ стве между витками густой сетки создаётся тормозящее поле с минимумом потенциала около — 2 в, в то время как в лампе с

редкой сеткой при указанном режиме в анодной цепи небольшой

Рассматривая картину поля в лампе с редкой сеткой (рис. 8.9), мы видим, что эквипотенциальные линии положительного поля анода как бы «провисают» сквозь отрицательно заряженную сетку; положительный потенциал анода, действуя сквозь сетку, создаёт в пространстве катод—сетка ускоряющее поле.

В лампе с густой сеткой это проникновение анодного поля сквозь сетку значительно слабее; густая сетка лучше экранирует катод от воздействия на него анодного поля. Рисунок 8.11 пока­ зывает, что при густой сетке анодное поле проникает между вит­ ками сетки на очень небольшую глубину, вследствие чего поле почти во всём пространстве катод—сетка определяется в основ­ ном потенциалом сетки. Можно сказать, что густая сетка имеет меньшую проницаемость для анодного поля, чем редкая сетка.

Если сетка не очень редкая, то результирующее поле около катода близко к однородному при всех напряжениях сетки, на-

132

чиная от положительных значений и вплоть до такого отрица­ тельного значения, при котором анодный ток становится равным нулю или, как говорят, лампа запирается. На практике всегда стремятся получить именно такую конфигурацию поля у катода, так как она обеспечивает относительно равномерный отбор то­ ка от катода и резкое запирание лампы. Расчёт и измерения по­ казывают, что для получения достаточно однородного поля у катода шаг сетки h c не должен превосходить удвоенного рас­ стояния сетки от катода rc: hc-^2rc.

§ 8.3. Действующее напряжение

Картины электрического поля, рассмотренные в § 8.2, пока­ зывают, что под воздействием напряжений сетки и анода в междуэлектродном пространстве лампы создаётся результирующее электрическое поле, от величины которого зависит величина то­ ка в анодной цепи. Для более удобной количественной оценки зависимости анодного тока от напряжений сетки и анода мож­ но считать, что результирующее поле у катода создаётся неко­ торым эквивалентным или, как его называют, действующим на­ пряжением, приложенным к одному из электродов лампы и рав­ ноценным по своему действию на электроны суммарному дей­ ствию напряжений сетки и анода.

Обычно полагают, что это эквивалентное напряжение при­ ложено и действует в плоскости витков сетки.

Основанная на этих представлениях теория триода была впервые разработана М. А. Бонч-Бруевичем ’).

Анализируя картины поля, представленные на рис. 8.6-=-8.11, мы видим, что результирующее поле около катода, определяю­ щее количество электронов, уходящих от катода, является, вооб­ ще говоря, неоднородным. Но при достаточно густой сетке мож­ но с известным приближением поле у катода считать однород­ ным и заменить совместное действие анода и сетки, имеющих потенциалы Ua и Uc, действием сплошной проводящей поверх­ ности, расположенной на месте сетки и имеющей потенциал, равный действующему потенциалу Uд. Таким образом, вводя по­ нятие о действующем потенциале, мы заменяем триод эквивалент­ ным диодом, у которого анод помещён на месте сетки триода. Эк­ вивалентными эти лампы будут очевидно тогда, когда анодный ток диода будет равен току, идущему от катода триода.

Вычислить величину действующего напряжения Uд можно, ис­ ходя из того соображения, что количество электронов, уходящих от катода, зависит от напряжённости электрического поля у ка-*)

133

тода и, следовательно, в эквивалентном диоде и в триоде напря­ жённость поля у катода должна иметь одну и ту же величину.

Рассмотрим сначала случай, когда ток, идущий через лампу, так мал, что пространственным зарядом можно пренебречь, т; е. считать, что р= 0 . В этом случае напряжённость поля у катода пропорциональна заряду, индуктированному на катоде всеми дру­ гими заряженными электродами. В триоде заряд на катоде ин­ дуктируется одновременно от сетки и анода; поэтому, обозначая через Сск ёмкость между сеткой и катодом и через Сак ёмкость между анодом и катодом (рис. 8.12а), имеем для триода

Ят = CCKU C+ с аки а.

В эквивалентном диоде ёмкость между анодом диода и ка­ тодом обозначим через С (рис 8.126) и величина заряда, индук­ тированного на катоде диода, будет равна

Яд= с и д-

Приравнивая друг к другу, согласно условию эквивалентно­ сти ламп, заряды qe и qr , получим

В этом случае и величина действующего потенциала имеет такое

С другой стороны, ёмкость эквивалентного диода С равна сум­ ме ёмкости сетка—катод С ск и ёмкости С' поверхности, запол­ няющей зазоры между витками сетки (рис. 8.13).

С = Сск + С'.

Сравнивая это выражение с (8.3а), видим, что ёмкость С'

равна ёмкости анод—катод, увеличенной в — . Это объясняется

гс

тем, что при плоско-параллельной конструкции величина ёмкости

134

обратно пропорциональна расстоянию между обкладками кон­ денсатора. Так как анод расположен от катода значительно дальше, чем сетка, то ёмкость С' поверхности, заполняющей за­ зоры между витками сетки, оказывается Значительно больше, чем ёмкость Сак.

У///Л.' ■■'/' уУ/У//У////у////у//////////А

Для цилиндрического триода найдём подобным же образом,

когда Ud = UHopM. Но очевидно это соотношение остаётся спра­ ведливым и при любых других напряжениях, если только можно пренебречь действием пространственного заряда, так как элек­ тростатические ёмкости при р = 0 не зависят от потенциалов.

135

Подставив соотношение для С из (8.4а) в (8.2), найдём вы­ ражение для действующего потенциала в следующем виде:

тех случаях, когда сетка очень густая, проницаемость D ^ l ; пренебрегая величиной xD по сравнению с единицей, получим упрощённое выражение для действующего напряжения

Имея в виду, что действующий потенциал по нашему усло­ вию приложен к сплошной поверхности, расположенной на мес­ те сетки триода,- можно это уравнение пояснить следующим об­ разом. Напряжение сетки Uс , будучи приложено к аноду экви­ валентного диода, действует в пространстве около катода так же, как в триоде, и поэтому оно входит целиком в величину дей­ ствующего потенциала. Действие анодного напряжения в прост­ ранстве катод—сетка ослаблено по сравнению с потенциалом сетки, во-первых, потому, что анод отстоит от катода дальше, чем сетка, и, во-вторых, потому, что сетка экранирует простран­ ство около катода от воздействия анодного потенциала, как мы это видели на картинах электрического поля в § 8.2. Поэтому анодное напряжение входит в величину действующего потенциала не целиком, а умноженным на коэффициент D, меньший единицы. Проницаемость лампы D показывает, следовательно, как надо уменьшить анодный потенциал при «переносе» (при пересчёте) его с анода на сетку, чтобы результирующее поле в пространстве катод—сетка осталось прежним.

Если же сетка редкая, то напряжения 11с и DUa входят в величину Ud, поделёнными на величину (1 -f xD). Это показы­ вает, что одно и то же напряжение Uc наводит на катоде мень­ ший заряд в том случае, когда оно приложено к редкой сетке, чем тогда, когда оно приложено к сплошной поверхности анода эквивалентного диода, имеющей по отношению к катоду ёмкость С, большую ёмкости Сся на величину х Сак.

136

Формула (8.5а) справедлива в том случае, когда потенциал катода принят равным нулю. Если U к ф 0, то выражение для действующего напряжения имеет другой вид. В этом случае за­ ряд, наводимый на катоде триода, равен

91 = C CK(Ue - U K) + CaK(Ua - U K).

Заряд, наводимый на катоде эквивалентного диода,

д1 ф x D

Сск

электростатическое воздействие катода на анод с аналогичным воздействием сетки на анод.

Окончательно выражение для действующего напряжения по­ лучает вид

Uс Ф DUa ф DR UK

1 ф О ф ^

Нетрудно заметить, что (8.7) отличается от выражения (8.5а), справедливого при Uк = 0, лишь дополнительным членом в чис­ лителе DrUk, а знаменатели в (8.5а) и (8.7) различаются только

по форме. При UK = 0 ф-ла (8.7) переходит в (8.5а). Полученные выражения для действующего напряжения не

учитывают влияния пространственного заряда в лампе, который, как мы видели выше, изменяет распределение потенциала в междуэлектродном пространстве и, следовательно, должен тем самым вызвать изменение величины действующего напряжения.

Найдём выражение для действующего напряжения при на­ личии пространственного заряда в лампе.

Рассмотрим плоско-параллельный триод в режиме простран­ ственного заряда. Если сетка из лампы удалена, то эквипотен­ циальные поверхности электрического поля имеют вид парал­

13?

(8.1а), мы видим, что пространственный заряд уменьшает вели­ чину нормального потенциала сетки. Использовав (8.2), найдём, что:

Сравнивая эти выражения с (8.3а), мы видим, что в данном случае соотношение между ёмкостью эквивалентного диода С и ёмкостями триода Сск и Сак изменилось. Выражение для С можно, как и при р = 0, написать в виде С = Сск + *Сак, однако величина х будет уже другая

В цилиндрическом триоде в режиме пространственного заряда потенциал при UC= UH0PMизменяется по закону U = const ((32r)a/s (§ 6.2) и, как нетрудно найти, величина х будет равна

(8. 86)

где

Выражение для действующего напряжения (8.5а)

ного заряда (8.8а, б) справедливы, строго говоря, лишь при относительно высоких положительных напряжениях сетки, близ-

138

ких к нормальному потенциалу UHOpM= — Ua, когда можно

считать, что потенциал в междуэлектродном пространстве триода изменяется приблизительно так же, как в соответствующем

можно использовать при больших отрицательных напряжениях сетки, близких к запирающему UC3an, когда ток через лампу невелик и пространственный заряд почти не искажает распреде­ ление потенциала в лампе (за исключением области, лежащей в непосредственной близости от эмитирующего электроны ка­ тода).

гс

менении напряжения сетки в указанных пределах величина х изменяется примерно на 60% от своего значения х0 при р = 0. Однако при малых D это изменение х можно обычно не учиты­ вать; при этом ошибка в вычислении не превосходит (10 + 15)%

Уравнение анодного тока в триоде

Заменив трёхэлектродную лампу эквивалентным диодом, к аноду которого приложено действующее напряжение Ud, можно, применяя к этому диоду закон степени 3/2, написать 1ади0да =

— ё^У 2- В силу эквивалентности диода трёхэлектродной лампе это уравнение определяет и величину электронного тока в три­

оде. Так как Ud действует в плоскости сетки, то этим уравне­ нием определяется не только анодный ток, но и весь поток электронов, идущий от катода или, точнее, из пространственного заряда, расположенного около катода, к аноду и сетке. Обозна­ чая этот ток через 1К, имеем

Vc + DUg Т / 2 (8.9)

Относительно коэффициента g этой формулы отметим сле­ дующее. Для эквивалентного диода этот коэффициент равен

га В2

139