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

она в заданной полосе частот Af или тем более широкую по­ лосу частот Af обеспечивает при заданном усилении К-

Поскольку суммарная ёмкость С в широкополосном усили­ теле не может быть сделана очень малой, то при конструирова­ нии широкополосных ламп стремятся увеличить коэффициент широкополосности 7 не только за счёт уменьшения ёмкостей лампы С вх. и С„ых, но главным образом за счёт возможно боль­ шего увеличения крутизны S. Как правило, при одном и том же значении коэффициента широкополосности лучшие резуль­ таты в схеме даёт лампа, имеющая большую крутизну.

Отношение —— в широкополосных высокочастотных пенто-

^ЯГ1

дах не требуется таким большим, как в узкополосных, так как в

пентодах допустимо иметь значительно большую проходную ём­ кость Caci , чем в узкополосных пентодах.

Коэффициент широкополосности рассмотренных в § 11.5 вы­ сокочастотных пентодов имеет величину порядка 0 ,1 2 -^- 0,3, что совершенно недостаточно для усилителей с полосой пропуска­ ния порядка нескольких миллионов герц. Например, для того, чтобы обеспечить усиление /(= 10 при полосе частот Af = 10 Мгц, необходимо, чтобы

Так как ёмкости лампы Свх-\-Свых обычно составляют не более половины ёмкости С, то отсюда следует, что для работы в такой полосе частот лампа должна иметь коэффициент ши­

рокополосности Yсвыше 1,2 -Н ,4 ма .

в.пф у

Рассмотрим, каким образом может быть увеличен коэффи­ циент широкополосности лампы. В соответствии с (11.76) и (11.13) крутизна высокочастотного пентода определяется сле­ дующим выражением:

Здесь для простоты взята плоскопараллельная конструкция. Сумму входной и выходной ёмкости можно приближённо определить, рассматривая лампу как систему плоскопараллель­ ных конденсаторов, имеющих площадь обкладок, равную Qa, и расстояния между обкладками, равные соответствующим

междуэлектродным расстояниям. Тогда

240

Отсюда получим, что коэффициент широкополосности равен

необходимо применять в рабочем режиме более высокое дей­ ствующее напряжение Uei путём выбора меньшего напряже­ ния смещения на управляющей сетке и большего напряжения на экранирующей сетке. При этом, однако, возрастает плот­

также улучшением токораспределения лампы, что возможно достичь за счёт изготовления более редкой экранирующей сет­ ки, так как величина проходной ёмкости Сос1 в широкополос­ ных высокочастотных пентодах допускается относительно боль­ шая. Применяя для изготовления экранирующей сетки прово­ локу меньшего диаметра и увеличивая шаг намотки, улучшают токораспределение в лампе; при этом также несколько умень­ шается выходная ёмкость.

Третьим и наиболее эффективным способом повышения коэффициента широкополосности лампы является уменьшение расстояния управляющая сетка—катод. При этом, вообще го­ воря, ёмкость Сдх возрастает, но значительно сильнее возрас-

этом пропорционально уменьшатся и ёмкости и крутизна, а от-

Как указывалось в § 8.5, в современных усилительных лам­ пах расстояние управляющая сетка—катод весьма мало. При дальнейшем уменьшении этого расстояния возникают серьёзные затруднения в обеспечении механической прочности конструк­ ции, так как сетку во избежание потери управляющего дейст­ вия приходится делатьиз очень тонкой проволоки и с очень малым шагом. Сложным является вопрос борьбы с термотоком сетки, расположенной в непосредственной близости от раскалён­ ного катода. Несмотря на перечисленные трудности, техника электронных ламп продолжает развиваться в направлении даль­ нейшего уменьшения расстояния сетка—катод в целях дости-

В табл. 11.4 приведены данные высокочастотных широкопо­ лосных пентодов, выпускаемых нашей промышленностью. Ти­ пичным представителем широкополосных пентодов является пальчиковый пентод 6Ж9П. В этой лампе расстояние сеткакатод равно всего 40 мк. Для обеспечения управляющего дей

чую температуру. Экранирующая сетка относительно редкая— с шагом намотки 320 мк, изготовлена из молибденовой прово

Ctx'T'(j$bix

Т а б л и ц а 11.4

Ещё лучшими параметрами обладает лампа 6Ж11П, в кото­ рой за счёт увеличения поверхности электродов удалось полу­ чить крутизну в 28 ма/в. Разработаны также конструкции ши­ рокополосных ламп в сверхминиатюрном оформлении.

242

Широкополосные выходные пентоды являются специальным типом низкочастотных пентодов. В связи с тем, что эти прибо­ ры находят преимущественное применение в телевидении для усиления сигнала изображения, их часто называют лампами для усиления видеочастот. В отличие от обычных усилителей низких (звуковых) частот в данном случае полоса усиливаемых частот захватывает огромный диапазон от десятков герц до не­ скольких миллионов герц. Эти лампы являются обычно усилигелями напряжения; сопротивление нагрузки у них обычно активное.

На низких частотах коэффициент усиления ступени опреде* ляется известной из гл. 10 ф-лой (10.5):

На высоких частотах на величину сопротивления нагрузкиоказывает существенное влияние параллельно подключённая паразитная ёмкость С, образованная ёмкостями ламп и ёмкостьюмонтажа, поэтому сопротивление нагрузки Z определяется выоажением

С ростом частоты сопротивление нагрузки Z уменьшается и усиление, даваемое лампой, падает. Полагая наивысшей уси­

Отсюда получаем, что для обеспечения усиления в диапа­ зоне вплоть до частоты ш8 необходимо величину сопротивле­ ния нагрузки брать не более чем

При этом коэффициент усиления широкополосного усилите-* ля равен

Так как обычно ёмкость С определяется в значительной ме­ ре выходной ёмкостью лампы Свых и входной ёмкостью такой же последующей лампы Свх. то отсюда видна, что и в данном

случае, как и при широкополосном усилении в диапазоне вы­ соких частот, для достижения широкой полосы частот необхо­

димо, чтобы лампа имела большую величину коэффициента ши-

£

рокополосности Y= -------------- , т. е. в первую очередь боль-

СвХ~\~СбЫХ

шую величину крутизны S.

Величина проходной ёмкости в широкополосных выходных пентодах может быть больше, чем у высокочастотных широко­ полосных пентодов, но должна быть меньше, чем у низкочас­ тотных выходных пентодов, так как в данном случае предель­ ные усиливаемые частоты довольно высоки.

Для оконечных усилителей важное значение имеет также максимальная величина выходного напряжения ДUrmokc, кото­ рую можно получить от лампы на нагрузке.

Очевидно,

Таким образом, максимальная величина выходного напря­

выходных пентодов такие же, как и в случае высокочастотных широкополосных пентодов, и сводятся к мероприятиям, изло­ женным в предыдущем разделе параграфа, т. е. к уменьшению расстояния rci, улучшению токораспределения, повышению плот­ ности тока, снимаемого с катода. Для обеспечения большей ве­ личины Д1а япкс выходные широкополосные пентоды должны иметь мощный катод.

В табл. 11.4 приведены основные данные широкополосных выходных пентодов 6П9-Е и 6П15П, выпускаемых нашей про­ мышленностью. В качестве предварительных усилителей видео­ частот обычно используются высокочастотные широкополосные пентоды.

§ 11.9. Лучевые тетроды

Чтобы лучше разобраться в способах подавления динатронного эффекта в лучевых экранированных тетродах, рассмотрим распределение потенциала в пространстве между экранирующей сеткой и анодом в режиме Uc2>Ua. В этом случае обычно наблю­ дается уменьшение анодного тока вследствие того, что вторич­ ные электроны, выбиваемые из анода, уходят на экранирующую сетку. Согласно сказанному в § 9.3, распределение потенциала для этого случая может быть представлено кривой рис. 11.31, на котором в точке Сi находится управляющая сетка с потенциа-

244

лом Uci = 0 и в точке С2 — экранирующая сетка с потенциалом Uc2 —2Uа . Пространственный заряд, образованный между эк­ ранирующей сеткой и анодом первичными электронами, прошед­ шими сюда от катода, и вторичными электронами, вышедшими с анода, снижает потенциал в этом пространстве, в результате че­ го здесь может возникнуть минимум потенциала UмиЯ. Величина Uмин приданном соотношении потенциалов Uсъ и U а полу­ чается тем меньше, чем больше плотность тока и чем больше рас­ стояние между экранирующей сеткой и анодом. Вследствие обра­

зования минимума потенциала около анода создается поле, тор­ мозящее движение вторичных электронов, вылетающих с анода, но в обычных конструкциях экранированных ламп, в которых рас­ стояние между экранирующей сеткой и анодом невелико, это поле получается слабым (величина U „ин мало отличается от Ua ) и вторичные электроны почти беспрепятственно проходят от анода к экранирующей сетке. Если увеличить пространственный заряд около анода и снизить этим величину минимума потен­ циала UMUH, то получающееся при этом сильно тормозящее поле прекратит уход вторичных электронов с анода, вследствие чего будет подавлен динатронный эффект в анодной цепи.

Создать минимум потенциала, достаточный для подавления динатронного эффекта, можно, например, увеличением расстоя-- ния между экранирующей сеткой и анодом. Если отодвигать анод от экранирующей сетки, оставляя неизменными потенциалы Uс2 и Uа, то величина Uмин уменьшается, отодвигаясь от анода на большее расстояние, подобно тому, что получается в диоде при удалении анода от катода. На рис. 11.32 показано происходя­ щее при этом изменение распределения потенциала в простран­ стве экранирующая сетка—анод; участок от катода до экрани­ рующей сетки на рисунке не показан, так как там распределение потенциала почти не изменяется. Исследования показали, что переход вторичных электронов с анода на экранирующую сетку прекращается и провал в характеристике / в=/('С/а) тетрода исче-

245

*ает, если расстояние между экранирующей сеткой и анодом в 8 10 раз больше расстояния между катодом и экранирующей сеткой. *

Чтобы получить тот же эффект при не очень большом увеличе­ нии расстояния от экранирующей сетки до анода, прибегают к значительному увеличению плотности тока в междуэлектродном пространстве (§ 9.3). Увеличение плотности тока достигает­

ся фокусировкой электронов, летящих от катода к аноду, в узкиг пучки — «лучи», благодаря чему лампа и была названа лучевой Для фокусировки в лампе применена специальная конструк­ ция электродов (рис. 11.33). Расстояние от экранирующей сетки до анода сделано сравнительно большим. В лампе помещены спе­ циальные электроды 55 (рис. 11.33а), соединённые внутри лам­ пы с катодом и имеющие поэтому нулевой потенциал. Благодаря этим электродам создаётся поле такой конфигурации, что элек­ троны двигаются к аноду узким веером, не рассеиваясь в сторо­ ны. Кроме того, для фокусировки электронного потока в верти­ кальной плоскости управляющая и экранирующая сетки сдела­ ны с одним шагом намотки и расположены так, что витки обеих сеток находятся друг против друга (рис. 11.336). Промежутки между витками отрицательно заряженной управляющей сетки действуют подобно собирательным линзам; электроны, идущие от катода, собираются благодаря этому в узкие лучи, проходя­ щие между витками экранирующей сетки к аноду. Вследствие такой двойной фокусировки плотность тока повышается и около

246

анода образуется минимум потенциала, препятствующий уходу с анода вторичных электронов.

На рис. 11.34 изображено устройство лучевого тетрода типа 6ПЗС. Анодные характеристики этой лампы (рис. 11.35) показы­ вают, что с увеличением анодного напряжения ток в цепи анода увеличивается без провала, характерного для обычных тетро­ дов (р.ис. 11.5). В каждой из этих характеристик, как и в характе*

1а.ма

ристиках пентодов, имеется два сильно отличающихся друг от друга участка. При малых анодных напряжениях имеет место ре­ жим возврата электронов. При увеличении Uа число возвращаю­ щихся к сетке электронов быстро уменьшается и устанавливается режим перехвата электронов, соответствующий пологому рабоче­ му участку анодной характеристики Ia= f{Ua).

Достоинством лучевых ламп является небольшая величина тока экранирующей сетки в рабочем режиме; например, в лампе 6ПЗС ток I с2 составляет около 7% от анодного тока (в обычных тетродах 25 -*- 30%). Малая величина тока I с2 объясняется тем, что в рабочем режиме вследствие образования сфокусированных электронных пучков, проходящих между витками экранирующей сетки, последняя может перехватить из общего потока очень не­ много электронов.

При малой величине анодного тока пространственный заряд электронов у анода может оказаться недостаточным для полного подавления динатронного эффекта. В таком случае, как это вид­ но из характеристик на рис. 11.35, при больших отрицательных Uc1 кривые анодного тока имеют небольшие падающие участки.

Вследствие того что экранирующая сетка в лучевых лампах не может быть сделана очень густой (шаг её витков должен быть

247

равен шагу управляющей сетки), её экранирующее действие сла­ бее, чем в экранированных лампах обычной конструкции и про­ ходная ёмкость Сас1 получается порядка от нескольких десятых долей до одной пикофарады. Поэтому лучевые тетроды широко применяются главным образом в качестве мощных усилительных ламп для оконечных ступеней низкой частоты (табл. 11.5). В последнее время появились конструкции лучевых тетродов, кото­ рые пригодны для широкополосного усиления как в области низ­ ких, так и в области высоких частот. Как указывалось в § 11.8, в широкополосных усилителях допускается относительно высокая величина проходной ёмкости; применяя тщательную экранировку торцовых частей электродной системы и экранировку вводов, требуемую величину проходной ёмкости можно обеспечить и в

лучевом тетроде. В то же время отсутствие защитной сетки уменьшает выходную ёмкость и улучшает характеристики лам­ пы. В табл. 11.6 приведены параметры высокочастотных широко­ полосных тетродов 6ЖЗП и 6Ж5П. Лампа 6Ж5П по парамет­ рам аналогична широкополосному пентоду 6Ж4-Е, имея несколь­ ко меньшие ёмкости Свх и Свых. Проходная же ёмкость у неё относительно велика, что объясняется трудностью экранировки.

Заметим, что в широкополосных тетродах не удаётся изго- • товлять экранирующую сетку с таким же шагом витков, что и управляющую сетку, так как управляющая сетка у них очень густая. Поэтому широкополосные тетроды имеют относительно большой ток экранирующей сетки и худшее токораспределение, чем низкочастотные лучевые тетроды.

Интересными параметрами обладает широполосный оконеч­ ный тетрод 6Э5П-Е (табл. 11.6). В этой лампе за счёт уменьше­ ния расстояния управляющей сетки от катода получено значение

248

крутизны, доходящее в некоторых режимах до 30 ма/в и более. Эта лампа не является лучевым тетродом: у нее нет лучеобразующих пластин и витки управляющей и экранирующей сеток имеют различный шаг. Однако подавление динатронного эффекта и в этой лампе произведено за счёт пространственного заряда, для чего анод значительно отодвинут от экранирующей сетки. Такая конструкция позволяет уменьшить выходную ёмкость и увели­ чить коэффициент широкополосности.

§ 11.10. О некоторых способах увеличения широкополосности усилительных ламп

Для увеличения широкополосности усилительных ламп в настоящее время осуществляют конструкции с весьма малыми междуэлектродными расстояниями, в первую очередь — гс1. Это сопряжено, как указывалось выше, с рядом технических трудно­ стей, особенно при налаживании массового производства. Одна­ ко ряд таких трудностей в условиях современной высокоразви­ той электровакуумной техники успешно преодолевается и поэто­ му данное направление конструирования широкополосных ламп остаётся перспективным. Вместе с тем достигнутые значения кру­ тизны порядка 20-4-30 ма/в и коэффициента широкополосности у=1,5-4-1,7 ма/в.пф в ряде случаев уже недостаточны. В настоя­ щее время ставится проблема создания приёмно-усилительных ламп с крутизной порядка 100 ма/в и выше. Это уже трудно осу­ ществить путём дальнейшего уменьшения расстояния между управляющей сеткой и катодом. Поэтому, естественно, привле­ кают внимание и другие способы повышения 5 и у.

Одним из таких направлений является разработка ламп, имею­ щих дополнительную сетку с положительным потенциалом, расположенную между катодом и управляющей сеткой и нося­ щую название катодной сетки (рис. 11.36).

Создающееся между катодной сеткой и катодом электричес­ кое иоле ускоряет движение электронов от катода.. Часть элект­ ронов притягивается на катодную сетку, другая же часть их со

249