18. Тетроды и пентоды

Четырехэлектродные лампы – тетроды имеют вторую сетку, называемую экранирующей или экранной. Эта сетка располагается между управляющей сеткой и анодом.

Действие экранирующей сетки заключается в том, что она экранирует катод и управляющую сетку от действия анода. Экранирующая сетка делается более густой, чем управляющая, и задерживает большую часть поля анода и, соответственно, существенно уменьшает проходную емкость С_с1.

Ослабление поля анода экранной сеткой (2-й сеткой) характеризуется проницаемостью D₂, а ослабление поля управляющей сеткой (1-й сеткой) – D₁. Результирующая проницаемость обеих сеток D есть произведение D₁ и D₂: ,

а статический коэффициент усиления, соответственно, равен .

Тетрод также можно заменить эквивалентным диодом, в котором действующим напряжением будет

На экранную сетку подается постоянное положительное напряжение, равное (20 – 50)% от анодного. Оно создает на участке катод – экранная сетка ускоряющее электрическое поле, необходимое для движения электронов к аноду (поскольку поле анода сильно ослаблено двумя сетками).

Слагаемое D₁D₂V_a в (4) мало и им можно пренебречь. Тогда перейдет в

Для того чтобы запереть лампу, надо, чтобы V_д = 0. Тогда из (5) получаем

Поскольку управляющая сетка не густая, D₁ – большая величина и поэтому согласно (6) большая по модулю величина и находится далеко от нуля (слева !). Это означает, что в тетроде анодно-сеточная характеристика является «левой».

Поскольку μ определяется произведением , то результирующая проницаемость D << 1 (D₁ < 1, D₂ << 1). Следовательно, статический коэффициент усиления μ – большая величина. Таким образом, мы получаем, что при большом μ тетрод имеет левые анодно-сеточные характеристики.

Существенным недостатком тетрода является динатронный эффект анода, заключающийся в уменьшении анодного тока I_a и в возникновении тока экранной сетки I_c2 при V_c2 > V_a (в отдельные промежутки времени при значительных амплитудах колебания анодного напряжения).

Сущность динатронного эффекта заключается в следующем. Электроны, ударяя в анод, выбивают из него вторичные электроны (вторичная электронная эмиссия). В принципе, вторичная электронная эмиссия из анода существует и в диоде и в триоде. Однако в них она не вызывает отрицательных последствий, поскольку вторичные электроны возвращаются на анод, так как он всегда имеет наибольший потенциал по сравнению с другими электродами. В тетроде же при V_c2 > V_a вторичные электроны собираются экранной сеткой.

Для устранения динатронного эффекта вводится еще одна – третья сетка, называемая защитной или антидинатронной сеткой, и лампа становится пентодом.

Защитная сетка в пентоде обычно соединяется с катодом, то есть имеет отрицательный потенциал относительно анода. Электрическое поле, созданное в промежутке анод – защитная сетка, тормозит, останавливает и возвращает на анод вторичные электроны.

16.Двухэлектродные вакуумные лампы (диоды), ВАХ, Закон степени 3/2 (I_a = сV_a^3/2), Параметры диодов

Д иод состоит из подогреваемого катода (К) (прямого или косвенного накала) и анода (А). При включении диода в цепь, согласно схеме, в анодной цепи течет ток I_a.

ВАХ диода нелинейная. Нелинейность ВАХ объясняется следующим образом. При наличии термоэлектронной эмиссии в пространстве между А и К в любой момент времени находятся электроны, движущиеся от К к А. Эти электроны образуют облако отрицательного заряда (пространственный заряд), которое изменяет распределение потенциала в диоде.

Рассмотрим плоские анод и катод. В отсутствие пространственного заряда распределение потенциала в пространстве катод–анод будет изображаться прямой линией, как в плоском конденсаторе. При наличии термоэлектронной эмиссии за счет пространственного заряда значение потенциала в любой точке пространства К – А, за исключением самих К и А, будет меньше (левый рисунок ниже).

Так как пространственный заряд оказывает тормозящее действие, то скорости электронов уменьшаются. С увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке уменьшается, так как облако рассасывается. Поэтому и тормозящее действие пространственного заряда уменьшается. Ток I_a при этом увеличивается.

Когда потенциал анода становится настолько большим, что все электроны, испускаемые катодом, попадают на анод (потенциальная кривая не имеет минимума (левый рисунок), а кривая энергии электрона не имеет максимума (правый рисунок)), ток I_a достигает своего максимума и не зависит от V_a при его дальнейшем увеличении. Эта сила тока I_as – сила тока насыщения – определяется эмиссионной способностью катода и описывается формулой Ричардсона – Дешмена.

Закон степени 3/2 (I_a = сV_a^3/2)

Рассмотрим случай, когда электроды плоские.

Предположим (первое упрощение), что напряженность электрического поля у катода равна 0: .

Примем, обозначение для V(x): V(0) = 0 и V(d) = V_a.

Предположим также (второе упрощение), что электроны покидают катод с нулевой скоростью: v(0) = 0.

Потенциал электрического поля будет удовлетворять уравнению Пуассона (для нашего одномерного случая): . Запишем выражение для плотности тока в лампе i = env.

Найдем скорость электрона из соотношения => .

Используя пл.тока, получаем

Подставляя (1), получаем следующее уравнение ,где

Умножим обе части этого уравнения на :

Соотношение можно записать в виде

Интегрируя с учетом начальных условий, получаем

Извлечем корень из правой и левой частей уравнения

После разделения переменных в имеем .

Второе интегрирование (от 0 до х и от 0 до V) дает

Подставляя а, получаем

После возведения в квадрат формула переходит в

Отсюда находим плотность тока (в любой точке х)

Плотность тока на аноде, когда х = d, а V = V_a, есть Эта формула называется законом степени 3/2.

Для тока через диод I_a из (15) получаем

Этот закон – закон степени трех вторых был получен Ленгмюром в 1913 году. Закон 3/2-х справедлив только для режима объемного заряда. В режиме насыщения (как мы уже знаем) ток анода равен току эмиссии и уже не зависит от напряжения V_a (формула Ричардсона-Дешмена).

Параметры диодов

1. Крутизна анодной характеристики S: Из закона 3/2-х получаем .

2. Дифференциальное сопротивление (сопротивление переменному току) .

3. Сопротивление лампы постоянному току .

4. Межэлектродные ёмкости. Они формируются из ёмкостей между электродами, их выводами и ёмкости, обусловленной наличием распределенных в пространстве зарядов.