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

тока возникает нулевой минимум потенциала. Когда анодное напряжение не очень мало, то для получения UMUH= 0 требуется весьма большая плотность тока.

§ 9.4. Начальная область характеристики сеточного тока

Начальная область характеристики сеточного тока, лежащая

шое значение при работе триода в качестве усилителя или де­ тектора, так как от сеточного тока зависит входное сопротивле­

сетку, чтобы полностью прекратить сеточный ток. Так как точ­ ность определения начала сеточной характеристики целиком за­ висит от чувствительности прибора, измеряющего ток сетки, то для устранения неопределённое™ в этом измерении за величи­

ну запирающего напряжения Ucо обычно берут то значение на­ пряжения на сетке, при котором ток сетки равняется определён­ ной заданной величине, например 0,1 или 0,3 мка.

Начальная часть характеристики сеточного тока зависит главным образом от начальной скорости, с которой электроны вылетают из катода, от контактной разности потенциалоь между сеткой и катодом, а в лампах с катодами прямого накала от па­ дения напряжения вдоль катода.

В лампе с эквипотенциальным катодом в случае, когда кон­ тактная разность потенциалов между сеткой и катодом равна нулю или очень мала, сеточный ток начинается всегда при отри­ цательных потенциалах сетки за счёт начальных скоростей элек­ тронов (рис. 9.11, кривая/). Элек­ троны, вылетающие из като­ да с достаточно большими скоро­ стями, преодолевают за счёт

собственной энергии тормозящие поля пространственного заря­ да и сетки, имеющей небольшой отрицательный потенциал, и, попадая на сетку, создают сеточный ток. Величина запирающего

потенциала сетки U со зависит от температуры катода и увели­ чивается с повышением накала катода. Величина «нулевого» се­ точного тока 1с0 (при 1)е =0) зависит в основном от конструк-

170

ции сетки (чем гуще сетка и чем меньше расстояние ге , тем больше I со) и от анодного напряжения: при повышении Ua «ну­ левой» сеточный ток несколько уменьшается. Подобно тому, что мы имели для начального участка характеристики диода, воз­ растание сеточного тока в области действия тормозящего на­ пряжения сетки может быть определено уравнением

где р — коэффициент перехвата электронов сеткой.

Если между сеткой и катодом существует заметная контакт­ ная разность потенциалов, то действительный потенциал сетки относительно катода равен (Uc +UCK), где Uc — потенциал сетки, показываемый вольтметром внешней цепи, и UCK— кон­ тактный потенциал сетки относительно катода. Уравнение (9.11) теперь имеет вид

Обычно в усилительных лампах контактный потенциал сет­ ки отрицателен, так как работа выхода для молибдена, из ко­ торого изготовляются обычно сетки, значительно больше рабо­ ты выхода активированных катодов, применяемых в современ­ ных усилительных лампах. В этом случае начало характеристи­ ки сдвигается вправо, и при большом значении отрицательного контактного потенциала сетки сеточный ток начинается только при некоторых положительных значениях потенциала Uc (рис. 9.11, кривая 2).

Опыт показывает, что в однотипных лампах с активирован­ ными катодами величина контактной разности потенциалов между сеткой и катодом может получаться различной. Причи­ ной этого является покрытие сетки испаряющимся с поверхно­ сти катода активным металлом (например, барием в оксидных катодах). Создающийся на поверхности сетки активный слой уменьшает работу выхода электронов с сетки. Но уменьшение работы выхода с активированной поверхности зависит от степе­ ни покрытия, которая может получаться различной в разных лампах или даже в одной и той же лампе в зависимости от её теплового режима. По этой причине характеристика сеточного тока в начальной области у таких ламп не является устойчивой и начало её может перемещаться с течением времени, вследст­ вие чего изменяются и свойства лампы, определяемые этим уча­ стком характеристики. В лампах с оксидными катодами степень покрытия сетки активным материалом получается весьма раз­ личной в зависимости от условий работы лампы, вследствие чего и величина UCK колеблется в очень широких пределах; измере­

ния дают значения Ucо в этих лампах от —2е до нуля. Следует отметить,что изменение работы выхода и контакт­

171

ного потенциала сетки в процессе работы лампы вызывает из­ менение рабочего режима по анодному току и может значитель­ но ухудшить параметры лампы. Последнее наблюдается в том случае, когда при работе лампы сетка, нагреваясь, очищается от активирующего её покрытия, получившегося на ней при из­ готовлении лампы, работа выхода сетки увеличивается и отри­

цательный контактный потенциал сетки относительно катода вслед­ ствие этого возрастает. Если рабочий режим был выбран, на­ пример, при Uc = 0 и рабочая точка А в только что изготов­ ленной лампе была расположена на крутом участке характери­ стики 1а = f(Uc) (рис. 9.12), то в процессе работы, хотя внеш­ нее постоянное напряжение сетки остаётся равным нулю, потен­ циал сетки делается отрицатель­ ным, начало координат Uc= 0 смещается влево из точки О в точку О' на величину Uск и ра­

бочий режим определяется точкой В, лежащей на пологом уча­ стке характеристики анодного тока. Уменьшение крутизны 5 мо­ жет вызвать отказ работы лампы в данной схеме.

В лампах с катодами прямого накала неэквипотенциальность катода является причиной того, что сеточный ток при малых на­ пряжениях Uc получается всегда меньше, чем в лампах с по­ догревными катодами. При подогревном эквипотенциальном катоде сетка имеет одинаковый потенциал относительно всех то­ чек катода, вследствие чего на сетку поступают электроны со всей поверхности катода. В лампах же с катодами прямого на­ кала сетка, присоединённая к отрицательному концу катода, имеет потенциал, различный по отношению к разным точкам катода. При Uc=0, сетка фактически заряжена относительно всех точек катода отрицательно. При подаче на сетку неболь­ шого положительного напряжения (меньшего, чем UH ) сетка ещё имеет отрицательный потенциал по отношению к больше­ му или меньшему участку катода и с этой части катода электро­ ны на сетку не поступают, вследствие чего общая величина се­ точного тока в этих лампах при малых Uc получается значи­ тельно меньше, чем в лампах с подогревными катодами.

Правому сдвигу характеристики сеточного тока в этих лам­ пах способствует также то, что сетка имеет относительно ра­

172

§ 9.5. Влияние несовершенного вакуума на характеристики триода. Обратный ток сетки

Если в электронной лампе имеется небольшое количество {остатки) газа, то при прохождении тока через лампу этот газ ионизируется, что приводит, как было указано в гл. 3, к не­

вакуумом (показанной на рисунке пунк­ тиром). Когда же потенциал анода, уве­

личиваясь, достигает величины потенциала ионизации (точнее, немного большей, чем UU0H) вследствие возникающей ионизации величина тока в анодной цепи резко возрастает — кривая в этом месте имеет характерный излом.

Подсчёт образующихся ионов показывает, что число их не­ велико. Главное действие положительных ионов заключается в нейтрализации пространственного заряда электронов. Вследст­ вие большой массы положительные ионы двигаются в междуэлектродном пространстве с очень малыми скоростями и остают­ ся в нём значительно большее время, чем электроны. Благода­ ря этому каждый положительный ион, проникая в зону прост­ ранственного заряда около катода, нейтрализует отрицательный объёмный заряд многих электронов, быстро пролетающих эту область, вследствие чего величина электронного тока значитель­ но возрастает. Часть тока, обусловленная самими положитель­ ными ионами, совершенно незначительна по сравнению с про­ изводимыми ионами увеличением электронного тока.

Таким образом, присутствие газа в лампе изменяет её харак­ теристики, а также и параметры. Наиболее резко изменяется крутизна характеристики S, которая в «мягких» лампах может увеличиться в несколько раз по сравнению с однотипными «жё­ сткими» лампами. При плохом вакууме изменения анодного тока отстают во времени от быстрых изменений потенциалов на элек­ тродах лампы, которая вследствие этого уже не является та­ ким «безынерционным» прибором, как электронная лампа с хо­ рошим вакуумом. Явление запаздывания анодного тока отно­ сительно напряжений сетки и анода приводит к тому, что пара­

173

метры лампы при работе её не определяются только статически­ ми характеристиками, но представляются комплексными выра­ жениями, зависящими от частоты.

Влияние ионизации находящегося в лампе газа проявляется также и на характеристиках сеточного тока. При отрицательно заряженной сетке образующиеся около сетки в пространстве сетка—анод положительные ионы двигаются к сетке, вследст­ вие чего в её цепи устанавливается ионный ток, имеющий на­ правление, обратное направлению нормального электронного се­ точного тока. Этот ионный ток возникает сразу же, как только начинается ионизация газа, и при уменьшении отрицательного

чивается число ионизирующих столкновений электронов с ча­ стицами газа.

Величина ионного сеточного тока, определяемая числом воз­ никших в лампе положительных ионов, пропорциональна числу электронов, двигающихся от катода на анод, и количеству со­ держащегося в лампе газа, а следовательно, пропорциональна давлению газа в лампе 1С1 = Ар1а, где р — давлениегаза и А — постоянная, зависящая от размеров электродов и свойств

или коэффициентом вакуума лампы и в лампах с хорошим ва­ куумом имеет порядок 10 -5 -^- 10~6.

В трёхэлектродной лампе сеточный ток при отрицательно за* ряженной сетке, называемый обычно обратным током сетки, обусловливается не только ионным током, но ещё двумя важ­ нейшими составляющими. К ним относятся:

счёт напыления оксида, газопоглотителя или металла электро­ дов на изолирующие элементы арматуры лампы.

Термоэлектронный ток сетки 1т имеет заметную величину в лампах с мощными подогревными катодами и при малых рас-

174

стояниях сетки от катода, а также при перегреве сетки тепло­ вым излучением анода. Величина этого тока зависит от темпе­ ратуры сетки и от работы выхода электронов с сетки. В лам­ пах с оксидными катодами имеет место напыление оксида на сетку, что снижает работу выхода электронов с сетки и, следо­

1

I

Рис. 9.14

вательно, неблагоприятно сказывается на величине тока эмис­ сии сетки.

Для уменьшения тока термоэлектронной эмиссии сетки при­ нимают меры к снижению её температуры путём использования специальных радиаторов и массивных траверс с хорошей тепло­ проводностью и путём улучшения условий теплоизлучения. Для предотвращения снижения работы выхода сетки вследствие активировки её продуктами испарения оксидного катода иногда прибегают к золочению сетки. В этом случае барий, осаждаясь на золочёной поверхности сетки, при рабочих температурах лег­ ко диффундирует внутрь покрытия, не вызывая заметной активировки катода; работа же выхода золота велика (4,99э-в) и по­ этому ток термоэлектронной эмиссии сетки получается неболь­ шой.

На рис. 9.14 показаны пунктиром характеристики всех пере­ численных составляющих обратного тока сетки 1с1,1пр, 1т , а так­

же характеристика положительного тока сетки 1зл, возникаю­ щего при уменьшении потенциала сетки до нуля.и образуемого электронами, переходящими на сетку с катода.

175

Ввиду того, что термоэлектронная эмиссия сетки, практиче­ ски бывает невелика, а напряжение на аноде, куда устремляют­ ся электроны, эмитируемые сеткой, достаточно высокое, ток термоэлектронной эмиссии сетки всегда является током насы­ щения и от напряжения анода и сетки не зависит. Характеристи­ ка его изображается прямой, параллельной оси напряжений Uc. Ионный ток сетки, возникающий при появлении анодного тока, растёт с ростом его, а затем, при приближении сеточного на­ пряжения к нулю, начинает уменьшаться, спадая при Uc > 0 до нуля. Характеристика тока проводимости изображается прямой линией, не проходящей через начало координат. Характеристика суммарного сеточного тока лампы Ic = Ici-\-I„p + 1т+1Эл пока­ зана сплошной линией.

Вычитая из общего обратного сеточного тока найденные значения тер­ моэлектронного тока и тока проводимости (в обычных условиях они очень малы), определяют ионный ток в цепи сетки.

На практике обычно не разделяют составляющие обратного тока сетки и качество лампы характеризуют величиной суммар­ ного обратного тока сетки при определённом её напряжении.

Так как обратный ток в це­ пи сетки обычно весьма мал (порядка долей микроампера), то для измерения его необхо­ димо включать в цепь сетки высокочувствительный при­ бор, например зеркальный гальванометр. Для той же це­ ли можно воспользоваться ме­ тодом включения в цепь сетки высокоомного сопротивления. Этот метод основан на том, что если в испытываемой лам­ пе сначала снять обычную ха­ рактеристику Ia=f(Uc), а потом снять такую же характеристи­ ку при включённом в цепь со­

противлении порядка 1-^-2 Мом, то в лампе с большим обрат­ ным током сетки эти характеристики не совпадают, а всегда вто­ рая идёт выше первой (рис. 9.15). Объясняется это тем, что об­ ратный ток сетки, проходя по сопротивлению Rc, создаёт на

176

нём падение напряжения Icogp Rc , уменьшающее задаваемый на сетку отрицательный потенциал, вследствие чего анодный ток увеличивается. Отметим, что при положительных Uc электрон­ ный ток сетки создаёт на сопротивлении Rc падение напряже­ ния, уменьшающее положительный потенциал сетки настолько, что рост анодного тока прекращается и, как показывает рис. 9.15, ток в цепи анода остаётся почти постоянным. Взяв по полученным характеристикам разность анодных токов Д/в при определённом напряжении сетки и зная крутизну характеристи­ ки 5, получим Д /„ = SA Uc, но так как Д Uc = lc, 6pRc , то

Максимальная величина обратного тока сетки в приёмно­ усилительных лампах допускается от 0,1 до 1 мка в маломощ­ ных лампах и до 2-=- 5 мка в более мощных.

12—322

Г Л А В А 10

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ТРЁХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ

§ 10.1. Понятие о динамическом режиме работы триода

Для выяснения причин различия параметров усилительных ламп разных типов необходимо рассмотреть, хотя бы вкратце, простейшие ламповые схемы и рабочие процессы, происходя­ щие в этих схемах. Это позволит выяснить, какие требования предъявляются со стороны схемы к параметрам лампы и ка­ ким образом в современных лампах эти требования удовлетво­ ряются.

Трёхэлектродные лампы широко используются для усиле­ ния токов низкой (звуковой) частоты1).

Усиление токов низкой (звуковой) частоты применяется для получения «громкого» сигнала с мощностью, достаточной для приведения в действие телефонов или громкоговорителей, яв­ ляющихся оконечным потребителем (нагрузкой) приёмной уста­ новки. Ламповые усилители в зависимости от величины требуе­ мой от них мощности имеют то или иное число ступеней усиле­ ния. Общая схема усиления такова: усиливаемое переменное напряжение подводится к цепи сетки первой лампы усилителя (лампа первой ступени), из анодной цепи первой лампы усилен­ ный сигнал подаётся на сетку лампы второй ступени усиления, после усиления в ней сигнал передаётся на сетку третьей лам­ пы и т. д. до последней лампы, в анодную цепь которой включе­ на нагрузка.

Все предварительные ступени усиления служат, как прави­ ло, для увеличения усиливаемого переменного напряжения, как говорят, для «раскачки» напряжения до такой величины, кото­ рая, действуя в цепи сетки последней лампы, обеспечит выделе­ ние в анодной цепи этой лампы необходимой для оконечноп> потребителя мощности. Таким образом, предварительные сту­ пени усиления являются «усилителями напряжения» и к ним прежде всего предъявляется требование возможно большего уве­ личения напряжения усиливаемого сигнала, так как чем боль­ ше усиление каждой отдельной ступени, тем меньшее число сту­ пеней потребуется для данного усилителя.

') О применении триодов в диапазоне сверхвысоких частот см. гл. 12,14.

178