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

Г Л А В А 11

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕТРОДЫ И ПЕНТОДЫ

§ 11.1. Экранирующая сетка в усилительных лампах

Проходная ёмкость в тетроде

На высоких частотах через проходную ёмкость триода Сас может значительно просачиваться энергия высокочастотных ко­ лебаний из анодной цепи в сеточную, что при наличии в этих це­ пях колебательных контуров может привести к самовозбуждению усилителя. Таким образом, большая проходная ёмкость Сас ог­ раничивает возможности использования триодов в качестве уси­ лителей в диапазоне высоких частот. В 1924 г. была предложена конструкция усилительной лампы, в которой между управляю­ щей сеткой и анодом расположена дополнительная сетка, яв­ ляющаяся электростатическим экраном, уменьшающим ёмкость между анодом и управляющей сеткой. Эту сетку называют экра­ нирующей; при тщательном её изготовлении возможно умень­ шение ёмкости анод—управляющая сетка примерно в 100 раз. Усилительная лампа с экранирующей сеткой или, как её назы­ вают, тетрод может обеспечить получение устойчивого усиле­ ния на значительно более высоких частотах, чем триод.

Для уяснения принципа электростатического экранирования рассмотрим схему рис. 11.1а, в которой анод и сетка заменены двумя параллельными пластинами Л и С. В цепи получающего­ ся конденсатора САс действует источник переменного тока с электродвижущей силой Е, создающий ток, величина которого равна

Поместим между пластинами Л и С третью пластину Э и под­ ключим её к цепи так, как показано на рис. 11.16. Между пла­ стинами Л и С теперь имеются два последовательно соединён­ ных конденсатора Ссэ и Сэа ■Через вторую ёмкость ток про­ текать не будет, так как правая часть цепи замкнута накоротко проводником 3D. Отсутствие тока в этой цепи можно рассмат­ ривать как результат уменьшения действующей ёмкости между

200

шение.

Действующее напряжение в тетроде

Действующее напряжение в тетроде 11д,, от величины которо­ го зависит общий электронный поток, идущий от катода, опре­ деляется совместным действием потенциалов UcV Uc2 и Ua. Обо­ значим проницаемость управляющей сетки, определяющую элек­ тростатическое воздействие напряжения экранирующей сетки на катод, через Di и проницаемость экранирующей сетки, харак­ теризующую электростатическое воздействие анода на первую сетку, через Z>2.

Согласно представлению о действующем напряжении можно заменить действие напряжений анода и экранирующей сетки дей­ ствием одного напряжения, приложенного к эквивалентному аноду, расположенному на месте экранирующей сетки. Так как вследствие большой густоты витков экранирующей сетки её про­ ницаемость очень мала, это действующее напряжение будет до­ статочно точно определяться формулой

можно свести к действующему напряжению эквивалентного ано­ да, расположенного на месте управляющей сетки. Величина это­ го действующего напряжения равна

Полученное выражение показывает, что общая проницае­ мость лампы, характеризующая ослабление воздействия анод­ ного напряжения на пространственный заряд у катода по срав­

201

вательно, на величину анодного тока значительно сильнее, чем влияние анодного напряжения, так как D[>D.

ределяется в основном величиной напряжения на экранирующей

и ток в анодной цепи отсутствует, несмотря на наличие поло­ жительного напряжения на аноде. Для создания тока в анодной цепи тетрода необходимо подавать положительное напряжение

.не только на анод, но и на экранирующую сетку.

Статические параметры тетрода

Для улучшения экранирования анода от управляющей сетки экранирующую сетку обычно делают достаточно густой. При этом ослабляется электростатическое воздействие анода на элек­ троны, испускаемые катодом, т. е. на анодный ток. Следователь-

d U

но повышается внутреннее сопротивление лампы Rt = —- . dla

Следует заметить, что при изменении анодного напряжения в тетроде анодный ток изменяется не только за счёт изменения действующего потенциала Ug\ , но также за счёт изменения распределения катодного тока между анодом и экранирующей сеткой, что, естественно, снижает величину внутреннего сопро­ тивления лампы Rt (§ 11.4). Тем не менее, как показывает -опыт, лампы с экранирующей сеткой в рабочих режимах могут «меть значительно большее сопротивление Rt , чем триоды.

Ввиду того что при помощи коэффициента усиления р. мы сравниваем действие на анодный ток напряжения управляющей сетки Uc1 и напряжения анода Ua с учётом изменения как Uev так и распределения токов, то в ламде с экранирующей сеткой

Р-не равен-^— , а всегда р.< — .

202

Статические характеристики тетрода

Для получения статических характеристик тетрода исполь­ зуется схема, изображённая на рис. 11.2.

На рис. 11.3 представлены характеристики, показывающие зависимости анодного тока 1а и тока экранирующей сетки 1сг

от напряжения на экранирующей сетке Uc2. Из характеристик следует, что анодный ток растёт с ростом положительного наu!1-- пряжения экранирующей сетки. Обычно в рабочем режиме напряжение экрани­

дов, снятые при напряжениях на аноде 160 и 120 в для двух на­ пряжений экранирующей сетки 80 и 60 в.

203

ранирующей сетки действует на анодный ток значительно силь­

отрицательный потенциал Uci), вследствие чего характеристики la = f(Uci), снятые при разных Ua, по мере уменьшения отри­

новение вторичной эмиссии с экранирующей сетки, на которую благодаря её высокому потенциалу электроны падают со ско­ ростями, достаточными для выбивания вторичных электронов. Выходящие с экранирующей сетки вторичные электроны притя­ гиваются к аноду тем сильнее, чем выше его напряжение. Ток в цепи экранирующей сетки при этом нарастает медленнее и при больших Ua может иметь даже отрицательное направление.

Отличительной особенностью характеристик Ia=f(Uci) ламп с экранирующей сеткой по сравнению с такими же характеристи­ ками обычных трёхэлектродных ламп является зависимость сдви­ га этих характеристик влево не только от величины анодного на­ пряжения, как в трёхэлектродных лампах, но и от величины на­ пряжения экранирующей сетки.

Как мы видели выше (§ 8.4), сдвиг характеристики влево или, иначе, начало этой характеристики определяется тем значением напряжения сетки, при которой действующее напряжение в лам­ пе делается равным нулю (при заданном определённом напря­ жении на аноде).

204

Отсюда сдвиг характеристики влево для триода определяется равенством-

Uc зап = — С о ­

действующее напряжение в лампе с экранирующей сеткой равняется

Udl = Ucl + D1UeZ + DUa.

сетки, определяющее начало характеристики, т. е. сдвиг харак­ теристики влево, найдём

Сравнение полученного значения сдвига характеристики с величиной сдвига характеристики трёхэлектродной лампы по­ казывает, что в лампе с экранирующей сеткой характеристика при заданном Ua располагается левее, чем в трёхэлектродной, и величина этого сдвига зависит от напряжения экранирующей сетки.

Благодаря этому мы получаем в лампе с экранирующей сет­ кой достаточно левую характеристику (необходимую для уси­ ления без искажений) при сравнительно небольших анодных на­ пряжениях, несмотря на большой коэффициент усиления лам­ пы. В трёхэлектродной лампе, обладающей таким же коэффи­ циентом усиления, для получения такого же сдвига пришлось бы задавать на анод очень высокое напряжение.

ной лампе, чтобы получить такой же сдвиг характеристики влево, как у лам­ пы с экранирующей сеткой.

положительных Uc ;

3) в формулу Uc зап= — DUa подставим значение Uc3an = —10,8 в и оп­

205

Особый интерес в экранированной лампе представляют анод­ ные характеристики, показывающие зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянных напряжениях на управ­ ляющей и экранирующей сетках. Такая характеристика, полу­ ченная для одного из тетродов при UcX= 0 и Uc2 =120 в, по­ казана на рис. 11.5, там же показана кривая изменения тока эк­

ранирующей сетки, снятая одновре­ менно с характеристикой анодного тока.

Пока анодное напряжение мень­

ричной эмиссии с анода. Электроны, выбитые с поверхности анода, при­ тягиваются к экранирующей сетке,

имеющей высокий положительный потенциал. За счёт этих ухо­ дящих с анода электронов анодный ток уменьшается, а ток эк­ ранирующей сетки 1Са соответственно увеличивается.

ко уменьшаться и при Ua>Uc2 характеристика анодного тока переходит в пологую, медленно возрастающую кривую (но ток «а этом пологом участке не будет током насыщения). Падаю­ щий участок характеристики анодного тока получается тем бо­ лее глубоким (ток анода может стать даже отрицательным), чем больше взято положительное напряжение на экранирующей

•сетке.

Явление перехода вторичных электронов, выбитых с одного электрода на другой электрод, находящийся под более высоким положительным потенциалом, носит название динатронного эффекта (гл. 9). Динатронный эффект оказывает существенное влияние на свойства лампы в схеме. Хотя нормальные рабочие

няется, а потенциал Uc2 остаётся постоянным, в отдельные мо­ менты времени потенциал анода может делаться меньше потен­ циала экранирующей сетки, что вызывает резкое уменьшение анодного тока и увеличение тока 1с2 за счёт динатронного эф­ фекта в цепи анода.

206

Явление динатронного эффекта ограничивает возможности ис­ пользования экранированных тетродов по следующим причинам.

Во-первых, вторичная эмиссия электронов с анода и с экра­ нирующей сетки создаёт непостоянство во времени токов этих: электродов, что приводит к усилению внутренних шумов в лам­ пе и уменьшению её чувствительности для приёма слабых приходящих сиг­ налов высокой частоты (подробнее об этом см. § 13.5).

Во-вторых, падающая характерис­ тика анодного тока может явиться причиной возбуждения собственных колебаний в колебательных контурах, включённых в анодную цепь или свя­ занных с нею, а это вызывает возник­ новение шумов и прочих помех в вы­ сокочастотном усилителе.

В-третьих, провал характеристики анодного тока является непосредст­ венной причиной искажения формы кривой тока усиливаемого сигнала при более или менее значительном усиле­ нии, в этом случае увеличение анодно­ го тока (вызываемое положительным

анода (динамический режим), делая его величину, меньше по­ стоянного положительного напряжения экранирующей сетки. Возникающая при этом режиме эмиссия вторичных электронов- с анода уменьшает анодный ток и создаёт искажения формы егокривой изменения во времени (рис. 11.6).

Последнее обстоятельство не позволяет применять экра­ нированную лампу для усиления токов низкой частоты, котороеявляется обычно усилением достаточно мощных сигналов. Если устранить вторичную эмиссию в экранированной лампе, то эту лампу возможно использовать для усиления низкой частоты и значительно выгоднее, чем триод, вследствие большого левого-

•сдвига характеристики I a—f(Uci)-

Из сказанного следует, что для улучшения свойств экрани­ рованного тетрода необходимо «подавить» в нём вторичную эмиссию. Это осуществляется с помощью либо пространственно­ го заряда (лучевые тетроды), либо третьей сетки (пентоды).

§ 11.2. Защитная сетка в пентоде

Для уничтожения динатронного эффекта в лампе, имеющей' экранирующую сетку с высоким положительным потенциалом, наиболее часто применяют специальную сетку, помещаемую

20Г

между экранирующей сеткой и анодом. Эта сетка называется защитной, или антидинатронной, а лампа, имеющая пять элек­

На рис. 11.8 показана картина электрического поля в пен­ тоде, снятая в электролитической ванне для режима, при кото­ ром в обычном тетроде (не лучевом) динатронный эффект имел бы место: анодное напряжение взято равным 100 в, напряжение экранирующей сетки — в два раза больше, управляющая и за­ щитная сетки соединены с катодом, так что Ucj = UcS =0. Из этого рисунка видно, что в промежутках между витками защит­ ной сетки потенциал понизился до 70 в (если бы защитной сетки не было, то потенциал в этом месте был бы равен 125 в). Рас­ пределение потенциала между электродами, построенное на ос­ новании этой картины поля, показано на рис. 11.9; пунктирная кривая (1—I) представляет собой изменение потенциала по ли­ нии, проходящей около витка защитной сетки, и показывает, что около витков этой сетки потенциал уменьшается почти до нуля; сплошная кривая (2—2) показывает распределение по­ тенциала вдоль линии, проходящей посредине между витками защитной сетки, в этом случае потенциал в плоскости витков за­ щитной сетки не падает до нуля, но всё-таки получается значи­ тельно меньше анодного потенциала.

Следовательно, в пространстве между анодом и защитной сеткой создаётся поле, тормозящее движение вторичных элект­ ронов от анода к экранирующей сетке. Поэтому анодная ха­

208

при небольших анодных напряжениях, когда имеет место воз­ вращение к экранирующей сетке некоторой части электронов, пролетевших сквозь эту сетку по направлению к аноду; затем характеристика переходит в пологий рабочий участок, где вслед­ ствие увеличения анодного напряжения возвращения электро­ нов к экранирующей сетке уже не происходит (режим пере­ хвата).

Как будет показано дальше, для лучшего использования пентода (для усиления, напряжения без искажений или полу­ чения большой полезной мощности) необходимо иметь возмож­ но большей рабочую (пологую) часть характеристики и поэто­ му желательно иметь характеристику пентода, в которой пе­ реход от крутой части к пологой происходил бы более резко и при меньшем значении Uа (пунктирная кривая на рис. 11.10). Плавный изгиб характеристики, который получается у многих пентодов, объясняется тем, что вследствие неравномерного рас­ пределения потенциала в-пространстве между витками защит­ ной сетки условия прохождения от экранирующей сетки к аноду различны для разных электронов. Наиболее «свободный» путь лежит посредине между витками защитной сетки; электроны же, которые летят от экранирующей сетки по траекториям, про­ ходящим близко около витков защитной сетки, испытывают сильное торможение и возвращаются обратно к экранирующей сетке. Очевидно, что в этом случае для перехода в пологую часть характеристики (где все электроны, идущие от экрани­ рующей сетки, попадают на анод) необходимо задать на анод положительное напряжение, большее, чем то, которое потребо­

валось бы в случае равномерного распределения потенциала в плоскости третьей сетки.

Защитная сетка, уничтожая динатронный эффект в цепи анода, точно так же препятствует переходу вторичных электро­ нов е экранирующей сетки 'на анод, когда U с2< Vа • При боль-