Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование переноса электрических зарядов в электровакуумных приборах с электростатическим управлением. Учебное пособие
.pdf
2.4. Моделирование конвекционного тока четырех- и пятиэлектродных ламп
61
C
2
C
1
К
Н
А
+
+
−
Рис. 2.14. Схема тетрода
Поэтому в лампе – тетроде создаются благоприятные условия для
возникновения вторичной эмиссии электронов из электрода с меньшим положительным потенциалом на электрод с большим потенциалом. В результате этого явления появляется искажение характеристик лампы.
Для уничтожения связанного с этим динатронного эффекта в тетрод
помещают еще одну сетку – защитную антидинатронную Cз (рис. 2.15).
C
3
C
2
C
1
К
Н
А
+
+
−
Рис. 2.15. Схема пентода
2. Электронные лампы с сетками
62
Она располагается между анодом и экранирующей сеткой, т.е.
между электродами, имеющими близкие по величине положительные потенциалы, и имеет обычно нулевой потенциал. Отметим, что иногда третья
сетка внутри пентода соединяется с катодом и не имеет отдельного вывода.
При этом между витками защитной сетки создается минимум потенциала,
который препятствует переходу медленно движущихся вторичных электронов от анода к экранирующей сетке (или обратно), вследствие чего искажения в характеристиках анодного тока исчезают.
Если сделать от антидинатронной сетки отдельный вывод с тем,
чтобы можно было изменять ее потенциал, то в пятиэлектродной системе
можно осуществить двойное управление конвекционным током: при помощи антидинатронной сетки и обычной управляющей. Подобную специализированную лампу могут применять для «смешивания» частот; при
этом к управляющей сетке подводятся сигналы одной частоты, а к антидинатронной – другой. Так как анодный ток зависит от действия обеих сеток,
то он будет изменяться одновременно под действием двух частот, что создает результирующее колебание анодного тока в форме биений. Обычно
для «смешивания» частот применяются лампы не с тремя, а с большим количеством сеток. Такие вакуумные ЭП могут не только «смешивать» частоты, но и преобразовывать их для получения нужной частоты биений.
Напомним, что для расчета конвекционного (или катодного) тока
триода был применен способ его преобразования к эквивалентному диоду
и закон трех вторых, выведенного для него. Аналогично многоэлектродную электронную систему, состоящую из анода, катода и ряда сеток, расположенных между ними, следует заменить равнозначной ей трехэлектродной системой. Однако в этом алгоритме должны быть соблюдены те
же требования сводимости, которые предъявлялись для приведения триода
к эквивалентному диоду.
В частности, для тетрода можно предварительно найти величину результирующего потенциала анода и второй сетки, который должен действовать в плоскости витков второй сетки, чтобы моделирующая конструкция, состоящая только из катода, первой и второй сеток, но без анода, была
по электростатическому действию на ток катода эквивалентна исходной
четырехэлектродной системе. Тогда для лампы с двумя сетками формула
закона трех вторых имеет вид:
2.4. Моделирование конвекционного тока четырех- и пятиэлектродных ламп
63
2
3
1
2
22
11
1
1
D
D
UDU
DU
gI
ac
c
k
. (2.31)
Отметим, что в формуле (2.31) обратными проницаемостями DR в
знаменателях корректно пренебречь из-за густоты сеток. Тогда приближенно считая, что D1 << 1 и D2 <<1 получим:
Iк = g (Uc1 +D1U
c2
+ D1D2Ua)
3/2
, (2.32)
где D1 – проницаемость управляющей сетки; D2 – проницаемость экранирующей сетки.
Из формулы (2.32) видно, что анодное напряжение тетрода очень
слабо влияет на его катодный ток, так как входит в неё с коэффициентом
D = D1D2 << 1.
Для пятиэлектродной системы (рис. 2.15) формула закона «трех вто-
рых» получается более громоздкой. Дело в том, что кроме проницаемости
трех сеток D1, D2, D3, нужно учесть еще обратную проницаемость антиди-
натронной сетки DR3, для воздействия потенциала экранирующей сетки на
анод, так как антидинатронная сетка, как правило, делается довольно редкой. Прочими обратными проницаемостями также как и проницаемостью
D2 (густой экранирующей сетки), сравнительно с единицей в знаменателях
можно обычно пренебрегать. Тогда общее выражение действующего потенциала, приложенного к управляющей сетке пентода, будет:
acRc
R
ccg
UDUDU
DD
D
U
D
D
U
D
U
3233
33
2
2
2
1
1
1
1
111
1
a
R
c
R
c
R
R
c
U
DD
DDD
U
DD
DD
U
DD
DD
DU
D
33
321
3
33
21
2
33
23
11
1
111
1
1
1
.(2.33)
Каждая из проницаемостей D1, D2, D3 меньше единицы и особенно
мала проницаемость D2. Следовательно, их произведение представляет собой еще меньшую величину. Это приводит к тому, что в пентоде ток катода
почти не зависит от потенциалов Uc3 и Uа четвертого и пятого электродов.
Поэтому значение катодного тока в пятиэлектродной электронной системе
может быть выражено формулой, в которой эти величины отсутствуют:
2. Электронные лампы с сетками
64
2
3
1
211
1
D
UDU
gI
cc
k
. (2.34)
Отметим, что именно это свойство пентодов определяет их приоритетное использование даже в источниках питания Hi-End студийной аппаратуры высококачественного воспроизведения и звукозаписи, полностью
изготовленной на основе вакуумной ЭКБ, стоимостью сотни тысяч долларов США.
2.5. Характеристики ламп с сетками
При экспериментальных измерениях, необходимых для верификации
моделей и прогнозирования энергоэффективного функционирования конформной РЭА и ЭВА в экстремальных условиях, зависимость анодного тока
от потенциалов управляющей сетки и анода многоэлектродных конструкций
обычно изображают графически при помощи характеристик ламп.
В частности характеристики анодного тока вакуумного триода могут
быть следующих видов.
1. Кривая, описывающая изменение анодного тока от величины
напряжения на сетке, при постоянном анодном напряжении, т.е.
Ia = f(Uc) при Ua = const (2.35)
и называется анодно-сеточной характеристикой.
2. Зависимость анодного тока от анодного напряжения, соответству-
ющие постоянному напряжению сетки:
Ia = f(Ua) при Uc = const, (2.36)
именуется анодной характеристикой.
3. Если рассчитанные по закону «степени трех вторых» и измеренные графики соответствуют идеализированной схеме электронной цепи, в
которой резистивным сопротивлением в анодной ветви триода можно пренебречь, т.е. когда напряжение питающего источника включается непосредственно между анодом и катодом лампы, то такие характеристики носят название статических.
2.5. Характеристики ламп с сетками
65
На рис. 2.16 изображены анодно-сеточные характеристики трех раз-
личных ламп при одном и том же напряжении на аноде. На рис. 2.17 представлено семейство анодно-сеточных характеристик одного и того же триода, измеренное при различных значениях анодного напряжения. Видно,
что с ростом анодного напряжения функции Iа = f(Uс) смещаются влево, в
сторону меньших напряжений сетки. Дело в том, что увеличение анодного
потенциала (при неизменном напряжении на сетке) сопровождается возрастанием результирующего потенциала, а следовательно, повышается величина анодного тока триода.
-U
с
+U
с
0
I
a
U
a
U
a
U
a
Правая
Левая
Рис. 2.16. Анодно-сеточные характеристики трех различных триодов
I
a
U
с
U
a1
U
a3
U
a2
Ua1>Ua2>U
a3
Рис. 2.17. Анодно-сеточные характеристики триода, измеренные при различных
анодных напряжениях
2. Электронные лампы с сетками
66
По расположению анодно-сеточные зависимости трехэлектродной
лампы относительно оси Iа при одном и том же анодном напряжении Uа
делят на имеющие левую, правую и среднюю характеристики.
На рис. 2.18 показано семейство анодных характеристик вакуумного
триода. Эти графики демонстрируют, как меняется расположение кривых
Iа = f(Uа) одной и той же трехэлектродной лампы в процессе изменения се-
точного напряжения. Излом характеристики при анодном напряжении,
близком по величине к значению положительного сеточного напряжения,
объясняется перераспределением тока катода между сеткой и анодом.
Наличие в многосеточных лампах нескольких положительно заряженных
электродов делает их характеристики существенно отличающимися от характеристик вакуумного триода. Так, на анодных характеристиках многоэлектродной системы сильно выражено экранирующее действие экранного
электрода по отношению к катоду (рис. 2.19).
I
a
U
a
U
c1
U
c8
U
c3
U
c4
U
c5
U
c6
U
c
7
Uc1>Uc2>…U
c7
Uc4=0
Рис. 2.18. Анодные характеристики триода
Поле анода настолько слабо проникает к катоду, что почти не действует на его полный ток. Как следствие анодные характеристики имеют
вид горизонтальных прямых как бы вследствие явления насыщения тока
(которое классифицируется как режим «псевдонасыщения»), которого
здесь, конечно, нет. На начальном участке анодные характеристики очень
круто поднимаются вверх, так как при росте анодного напряжения происходит резкое распределение токов между экранирующими электродами
2.5. Характеристики ламп с сетками
67
и анодом, начиная от полного отсутствия тока анода при небольшом отрицательном анодном напряжении до почти установившегося «псевдонасыщения» конвекционного тока – при анодном потенциале в несколько
десятков вольт (см. рис. 2.19). Наконец, в анодных характеристиках некоторых типов многоэлектродных ламп на эти закономерности накладывается влияние динатронного эффекта и кривые Iа = f(Uа) имеют провал
(см. рис. 2.20).
U
a
I
a
Uc2=const
0
Uʹc1=const
Uʺc1=const
U‴c1=const
Рис. 2.19. Анодные характеристики пентода
I
a
U
a
Uc1=const
0
Uc2=const
Рис. 2.20. Анодная характеристика тетрода при наличии динатронного эффекта
2. Электронные лампы с сетками
68
Анодно-сеточные характеристики многоэлектродных электронных
систем никогда не идут параллельно, как это было в триоде, а при повышении анодного напряжения (если потенциалы всех сеток, кроме управляющей, остаются при этом постоянными) расходятся под разными углами
(рис. 2.21), что объясняется перераспределением токов между анодом и положительно заряженными сетками.
Uc2=const
I
a
+U
c1
−U
c1
Uc3=const
U
a
1
=
const
U
a
2
=
const
U
a
3
=
const
0
Рис. 2.21. Анодно-сеточные характеристики пентода
I
a
+U
c
−U
c
0
Ua=const
U
c1
U
c2
U
c
Ua=const
ΔU
c
ΔI
a
ΔI
a
ΔU
c
S=
Рис. 2.22. Графическое определение крутизны характеристики
2.6. Параметры ламп с сетками
69
Кроме того, следует упомянуть, что для исследования энергетического состояния триода по переменному току используется колебательная
характеристика, иллюстрирующая зависимость амплитуды первой гармоники его анодного тока от амплитуды монохроматического напряжения
возбуждения на сетке [25, 38].
2.6. Параметры ламп с сетками
Для оценки поведения вакуумных ЭП по их характеристикам при
прогнозировании свойств РЭА и ЭВА, они могут быть более наглядно
идентифицированы следующими параметрами:
крутизной характеристики:
constUU constU
U
I
S
ссa
c
a
,...,,
32
, (2.37)
коэффициентом усиления:
constUU constI
U
U
ссa
c
a
,...,,
32
, (2.38)
внутренним сопротивлением лампы:
constUU ..... constU
I
U
R
ссc
a
a
i
,...,,
32
. (2.39)
Из приведенной записи аналитических операторов S, , Ri следует,
что величина S определяет собой то, как резко поднимается кривая Ia = f(Uc)
при возрастании напряжения сетки. В этом случае она равна тангенсу
угла наклона касательной к характеристике в измеренной точке
(см. рис. 2.22 соответствует напряжению Uc). Крутизна имеет размерность
проводимости и обычно выражается в мА/В.
Коэффициент усиления лампы определяет, во сколько раз сильнее
действует сеточное напряжение на её конвекционный ток в сравнении с
анодным потенциалом. С другой стороны, он уточняет, во сколько раз
большую флюктуацию анодного потенциала производит одинаковое воздействие на ток в лампе по сравнению с заданным изменением потенциала
2. Электронные лампы с сетками
70
сетки. Этот параметр является безразмерной величиной, так как выражается отношением двух приращений одной и той же размерности – приращения анодного напряжения к убыванию сеточного или, наоборот, убывания анодного напряжения к возрастанию сеточного напряжения, реализуемых так, чтобы анодный ток оставался неизменным. В настоящее время
применяются лампы с коэффициентом усиления 5000 ÷ 8000.
Статические параметры ламп , S, Ri связаны между собой следую-
щим аналитическим соотношением. Так как анодный ток в общем случае
есть функция анодного и сеточного напряжений, т.е. его величина
Ia = f(Ua, Uc), то дифференцируя её, можно написать:
c
c
a
a
a
a
a
dU
U
U
dU
U
I
dI
. (2.40)
С другой стороны, частные производные, входящие в уравнение
(2.40), равны:
i
constU
a
a
RU
I
c
1
, (2.41)
и
S
U
I
constU
c
a
a
. (2.42)
Тогда для случая постоянства Ia = const уравнение (2.40) примет сим-
вольный вид
ca
i
dUSdU
R
10
. (2.43)
Из равенства (2.43) находим уравнение параметров лампы
S·Ri = . (2.44)
Оценим величину проницаемости D триода, используемой в законе
«степени 3/2» трехэлектродной лампы. В случае отрицательного напряжения сетки коэффициент усиления связан с проницаемостью D зависимостью, которую можно найти из закона 3/2:
Ia = gT·(Uc + D·Ua)
3/2
. (2.45)
Дифференциал функции анодного тока при изменении аргумента –
анодного и сеточного напряжений в триоде равно
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]