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

потенциалы всех точек междуэлектродного пространства изме­ нятся в такое же число раз, так что распределение потенциала и вся картина электрического поля между электродами останет­ ся неизменной (теорема «подобия» полей). Таким образом, электрическое поле в триоде, траектории электронов в нём и распределение электронов между анодом и сеткой зависят от потенциалов анода и сетки не в отдельности от каждого из них,

аот их отношения, иначе говоря, отношение тока в цепи анода

ктоку в цепи сетки должно быть

Врежимах участка АВ электроны, пролетевшие между вит­ ками сетки, попадают в пространстве сетка—анод в ускоряю­ щее электрическое поле, под действием которого они все доходят до анода» На сетку попадают только те электроны, которые «перехватываются» сеткой из общего тока I к, идущего от ка­ тода. Такой режим называют режимом прямого перехвата

электронов сеткой. Режим прямого перехвата имеет место и при Uа =UC и при Uа немного меньшем, чем Uс, так как соз­ дающееся в этом случае слабое тормозящее поле в простран­ стве сетка—анод не в состоянии остановить электроны, приоб­ ретающие под действием большого положительного напряже­ ния сетки значительные скорости в направлении к аноду.

Врежиме участка ОА (рис. 9.2) анодное напряжение значи­ тельно меньше напряжения на сетке и в пространстве сетка— анод создаётся сильное электрическое поле, тормозящее элект­ роны на пути к аноду. Под действием этого поля многие из электронов, пролетевших сквозь сетку, останавливаются и воз­ вращаются обратно к сетке; такой режим называется режимом возврата электронов к сетке.

Всоответствии с указанным различием в условиях движения

электронов от сетки к аноду, для изучения токораспределения в триоде рассмотрим отдельно следующие области, или участки характеристик сеточного тока:

1) область прямого перехвата электронов сеткой, имеюща место при положительном напряжении сетки, меньшем или рав­

160

ном анодному напряжению; этот участок характеристики сеточ­ ного тока является рабочим для триодов, используемых в схе­ мах ламповых генераторов;

2) область возврата электронов к сетке, получающаяся при напряжениях на сетке больших, чем анодное напряжение; - эта область характеристики / с в обычных рабочих режимах триода

которая соответствует малым отрицательным и положительным напряжениям сетки и в которой ток сетки подчиняется иным закономерностям, чем в указанных выше областях токораспределения. Этот начальный участок характеристики сеточного тока имеет значение при работе лампы в схемах усиления и се­ точного детектирования.

§9.2. Токораспределение в режиме прямого перехвата

Врежиме прямого перехвата электронов сеткой сеточный ток образуется только теми электронами, которые Попадают на

сетку, двигаясь из пространственного заряда около катода по направлению к аноду. Те электроны, которые проходят меж­ ду витками сетки в пространство сетка—анод, возвращаться об­ ратно к селке не будут и образуют анодный ток. Отношение анодного тока к току сетки называется коэффициентом токорас-

пределения в триоде к = — . Найдём величину этого коэффици-

ность отверстий сетки. Обозначая плотность сеточного тока и

где Ud — потенциал пространства в плоскости сетки между её витками.

Рассмотрим наиболее простой случай распределения токов анода и сетки в триоде, когда электрическое поле имеет вид,

где постоянная С] равна: для плоских электродов

(9.3)

и для цилиндрических электродов

(9.3а)

Из этого выражения видно, что ток сетки тем больше, чем гуще сетка, чем ближе сетка расположена к катоду и чем даль­ ше от катода отстоит анод. Эти зависимости подтверждаются на опыте.

Так как — = к и 1к = 1а + 1С= к 1С+ 1е = (к 1) 1С, то

1с

1с =

к 4 - 1

162

распределения токов к от отношения — в степени 1/2 не всегда

Uc

имеет место и более общим выражением для отношения токов

/ а

— является

1с

(9.5)

где показатель степени у имеет различные значения для разных ламп. Экспериментальные исследования автора показали, что

для области — > 1 ф-ла (9.5) хорошо подтверждается, при-

Uc

чём в лампах с цилиндрическими электродами показатель сте­ пени 7 близок к 1/2, колеблясь от 0,4 до 0,55, и в лампах с плоскими электродами имеет большие значения, лежащие в пре­ делах от 0,6 до 0,8.

Отличие рассчитанных значений токов цепи сетки от наблю­ даемых на опыте величин вызывается главным образом тем, что для расчёта постоянной С\ был использован случай равно­

другу.

При Ue < ( — ) ^ Uа (в случае плоских электродов) траектории

электронов собираются в более узкий пучок, проходящий между витками сетки (рис. 9.4), вследствие чего анодный ток увеличи­ вается, а ток в цепи сетки уменьшается по сравнению с рассчитанным

по ф-ле (9.2). Если > ^— j 7а то траектории электронов

Uc 13 Ua,

идут расходящимся пучком (рис. 9.5), что сопровождается неко­ торым увеличением 1Си уменьшением 1апо сравнению с расчётными.

При выводе всех приведённых выше соотношений между анодным током и током сетки мы считали, что вторичная эмис­ сия с поверхности электродов отсутствует. Но на самом деле всегда при бомбардировке поверхности металла электронами, имеющими достаточно большие скорости, с поверхности металла выходят вторичные электроны. Если оба электрода (и анод, и сетка) имеют высокие положительные потенциалы, то возможен переход вторичных электронов, выбитых с поверхности электро­ да с меньшим потенциалом, к электроду, имеющему больший положительный потенциал. При этом изменяется величина токов в цепях обоих электродов и характеристики токов сильно отли­ чаются от нормального вида. Это явление называется динатрон-

ным аффектом.

Таким образом, вышеприведённые формулы' только прибли­ жённо, а не точно выражают распределение токов в триоде в режиме прямого перехвата.

§ 9.3. Распределение токов в режиме возврата

электрическое поле, под действием которого часть электронов, пролетевших плоскость сетки, тормозится и возвращается об­ ратно на сетку. Обязательным условием для возврата электро­ нов к сетке является искривление их траекторий при прохож­ дении плоскости сеточных витков, вследствие чего электроны движутся к аноду не по прямолинейным, а по различным пара­ болическим траекториям (рис. 9.6). Действительно, если элек­ тронные траектории не преломляются и остаются прямолиней­ ными, нормальными к поверхности электродов, то все электро­ ны, приобретая при пролёте плоскости сетки энергию по величине, примерно равную eUc. могут преодолеть тормозящее поле с раз­ ностью потенциалов (Uc—Ua) и дойти до анода. Но получаю­ щееся в плоскости сетки неоднородное электрическое поле дей­ ствует при UC> U а, как было нами установлено в гл. 4, подобно рассеивающей линзе, и электроны, идущие от катода к сетке по параллельным путям, в пространстве от сетки до анода движут­ ся расходящимся пучком. Как видно из рис. 9.6, электроны, дви­ гающиеся по средней линии между витками сетки, летят прямо­ линейно; электроны же, проходящие близко к виткам сетки, искривляют под действием поля свои траектории весьма значи­ тельно. Чем ближе к витку движется электрон, тем на больший угол отклоняется его траектория от прямолинейного направле­ ния к аноду и тем больше вероятность того, что этот электрон, не доходя до анода, повернёт и будет двигаться к сетке. Инте­ ресно отметить, что из электронов, возвращающихся к сетке из пространства сетка—анод, некоторая часть может пролететь опять сквозь сетку и попасть в пространство катод—сетка; дви-

164

гаясь в тормозящем для них поле сетка—катод, они теряют ско­ рость и начинают двигаться опять в пространство сетка—анод и на сетку попадут после нескольких пролётов сквозь неё, совер­ шив несколько колебаний около её витков.

Определим соотношение анодного и сеточного токов в режи­ ме возврата, причём для упрощения сделаем следующие допу­ щения:

1) пространственный заряд в пространстве сетка—анод мал;

сти сетки одинаков во всех точках и равен Uc , начальные ско­ рости электронов »0= 0 и Ua<&Uc.

Вследствие преломления траекторий составляющая скорости электронов, нормальная к поверхности анода, равна Vi = v X

До анода дойдут только те электроны, у которых запас энер­ гии, соответствующий скорости V\, больше той работы, которую электроны должны затратить на преодоление силы тормозяще­ го поля. Следовательно, условие попадания электронов на анод

Переписываем это условие, подставляя в него значение t>i

e{Uc- U a) < ^ [ 2 j - \ U ccos2a,

откуда следует

Ua >Uc{\ — cos2 a) = Ucsin2 a.

165

Так как углы а малы, то sin а ^ а и, следовательно,

f/a > £4 со­

предельное значение угла апр , при котором электроны ещё доходят до анода, очевидно определяется равенством

Воспользуемся положениями электронной оптики для опреде­ ления зависимости величины <г-Пр от размеров электродов лампы.

Для цилиндрической рассеивающей линзы, каковой являет­ ся поле в междувитковом пространстве сетки при Uc>U a , фо­ кусное расстояние согласно ф-ле (4.17) равно

где Еа и Ек — напряжённости поля за линзой и перед линзой. Для случая плоской конструкции электродов можно считать

при Ua<^Uc:

Следовательно,

р ____ ^ г с ( г а г с )

Используя рис. 9.7, легко найти связь между углом отклоне­ ния электрона а и координатой электрона х

ки от середины между соседними витками, соответствующее пре­ дельному значению угла отклонения апр, при котором электро­ ны перестают доходить до анода.

Пусть из общего электронного тока I к, идущего к сетке и аноду, сетка непосредственно перехватывает часть тока, равную p i к (здесь р меньше единицы), и сквозь отверстия сетки прохо­ дит ток, равный (1—р) 1К. Из этого тока на анод доходит толь­ ко часть его, определяемая соотношением

166

Подставляя в это уравнение значение хпр из ф-лы (9.7) и значение о.пр из ф-лы (9.6), получим

Аналогичной формулой определяется отношение токов и для цилиндрических электродов с той разницей, что коэффициент Са в этом случае равен 4г ]п га

С,= ( ! - / > ) — г ^ .

Формулы (9.2) и (9.8) показывают, что токораспределение в триоде и в режиме перехвата, и в режиме возврата зависит от?

ной сетки, двигаются за сеткой в сильном тормозящем поле и почти все, теряя свою скорость, поворачивают обратно к сетке. При повышении U а от нуля картина электрического поля изме­ няется так, что коэффициент С2ф-лы (9.8) увеличивается, вслед­ ствие уменьшения прямого перехвата электронов сеткой, и быст­ ро уменьшаются углы отклонения а , что и приводит к быстрому возрастанию анодного тока уже при небольших Ua (рис. 8.4).

Формула (9.8) справедлива (приближённо, из-за сделанных при её выводе допущений) только при малых анодных напря­ жениях, когда Ua составляет несколько процентов от U с . Но в действительности описываемое ф-лой (9.8) явление возвраще-

167

ния электронов к сетке имеет место и при больших значениях анодного напряжения, так как в пространстве сетка—анод под действием пространственного заряда создаётся минимум потен­ циала. Вследствие этого электронам приходится преодолевать тормозящее поле с разностью потенциалов (Uмин —0 С), которая больше, чем разность потенциалов (Ua— Uс). Это наглядно

аноду и возвращающихся к сетке, вызывает снижение потенциала во всех точках этого пространства, и распределение потенциала представляется кривой, имеющей минимум потенциала UMUH. Очевидно в этом случае к аноду могут пройти только те электро­ ны, которые преодолевают тормозящее поле UM,tH—Uc.

Место нахождения минимума потенциала U мин и величина его в лампе с определённым расстоянием между сеткой и анодом зависят от соотношения напряжений Uc и Uа и от величины плотности тока, проходящего в пространстве между сеткой и анодом. На рис. 9.9 показано, как перемещается минимум потен­ циала в зависимости от величины анодного напряжения Ua при постоянном потенциале сетки Uс, причём плотность тока взята такой (см. ниже), при которой минимум потенциала имеет мес­ то. Когда анодное напряжение мало, минимум потенциала на­ ходится около анода (кривая /); при повышении Uа расстояние между анодом и минимумом потенциала, которое мы обозначим через ха, увеличивается и при Ua = [^минимум потенциала воз­ никает посредине между сеткой и анодом так, что ха = х с (кри­ вая 3). При дальнейшем увеличении V а минимум потенциала перемещается ближе к сетке (кривая 4).

168

рис. 9.10. При малой плотности тока минимум потенциала имеет место на аноде (кривая 1), так что на электроны, двигающиеся к аноду, действует тормозящая разность потенциалов (Ua — (Jc). При увеличении тока минимум потенциала начинает ото­ двигаться от анода, причём величина С/^„уменьшается (кривые

2 и 3).

Относительно величины анод­ ного тока при этих режимах надо отметить следующее. Электроны, пролетевшие сквозь сетку, могут возвращаться об­ ратно вследствие двух причин: 1) вследствие разобранного вы­ ше эффекта отклонения траек­ торий^) вследствие различных начальных скоростей электро­ нов; пролетая сквозь сетку, они имеют различные скорости; по­ этому при движении в сильном тормозящем поле — Uc)

более медленные электроны, теряя свою скорость, возвраща­ ются к сетке. Так как начальные скорости электронов

не имеет места и поэтому анодный ток равен току, про­

уменьшается до нуля (кривая 4). В этом случае сквозь минимум потенциала к аноду могут пройти только электроны, скорости которых, выраженные в единицах напряжения, больше, чем Uc; электроны со скоростями, меньшими, чем Uc, все возвращаются обратно к сетке; электроны, имеющие скорость 1)с, приходя в минимум потенциала UMUH=0, теряют всю свою скорость. В идеальном случае, когда все электроны имеют скорости, равные Uc, минимум потенциала делается подобным катоду, испускаю­ щему электроны с начальной скоростью а0=0. Поэтому место нахождения минимума U ман= 0 часто называют фиктивным, или виртуальным, катодом. Обе части пространства вправо и влево

пряжение по сравнению с сеточным, тем при меньшей величине

169