Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы электроники. Практикум
.pdf
71
c
a
U
I
S
∆
∆
=
a
a
I
U
R
∆
∆
=
Коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменение напряже-
ния на сетке действует сильнее на анодный ток, чем изменение напряжения на
аноде.
Величина μ всегда больше единицы. Параметр μ отсутствует у двухэлек-
тродных ламп.
Крутизна S
(при Ua = const), (8.2)
где ΔUc – величина изменения напряжения на сетке в вольтах;
– соответствующее изменение величины анодного тока в милли-
ΔI
a
амперах при неизменном анодном напряжении;
U
– напряжение на аноде.
a
Крутизна показывает, насколько изменится величина анодного тока, при
изменении напряжения на сетке на 1 В. Величина S характеризует наклон (крутизну) характеристики лампы. Очевидно, что чем больше S, тем круче и характеристика лампы.
Внутреннее сопротивление
, (8.3)
где ΔUa – изменение анодного напряжения в вольтах;
ΔI
– соответствующее изменение анодного тока в амперах.
a
Внутреннее сопротивление лампы переменному току есть отношение
приращения анодного напряжения к соответствующему приращению анодного
тока.
8.1. Характеристики и параметры триода
В отличие от диода триод имеет третий электрод – сетку, которая, будучи
помещенной между анодом и катодом, является управляющим элементом.
При помощи различного потенциала, подаваемого на сетку, можно изме-
нять величину анодного тока, который, таким образом, будет зависеть одновременно от двух напряжений: от напряжения на сетке U
аноде U
, т.е. Ia = f(Uc, Ua).
a
Эту сложную зависимость удобнее рассматривать отдельно: как I
при U
= const (анодно-сеточная характеристика) и Ia = f(Uа) при Uс = const
a
и от напряжения на
с
= f(Uc)
a
(анодная характеристика).
Триод имеет все три параметра: S, µ, R. Все они также могут быть опре-
делены графическим путем из семейства статических характеристик I
при различных U
(рис. 8.1), для чего берутся небольшие конечные изменения
с
= f(Uа)
a
72
( ) ( )
2
3221 aaaa
a
IIII
I
−+−
=∆
( ) ( )
2
1223 aaaa
a
UUUU
U
−+−
=∆
( ) ( )
2
1223 cccc
c
UUUU
U
−+−
=∆
величин Ia, Ua и Uс, соответствующие друг другу, и выбирается рабочая точка
а. В справочниках значение статических параметров указывается для номинального режима измерений определенных значений U
и Uс. Эти две величины
a
однозначно определяют рабочую точку на любом семействе характеристик
триода. Через заданную рабочую точку а проводят прямые, параллельные осям
и отвечающие условиям постоянства двух величин (например, линии I
и U
= const на семействе анодно-сеточных характеристик) Условию неизмен-
с
ности третьей величины (U
ристики. Или линии I
= const и Ua = const на семействе анодных характери-
a
стик. Условию неизменности третьей величины (U
= const) отвечают сами анодно-сеточные характе-
a
= const) отвечают сами
с
= const
a
анодные характеристики. Далее строятся треугольники abc и ade, которые
обычно называют характеристическими. Из рассмотрения сторон этих треугольников получаются необходимые величины. Измеряя с помощью коорди-
натной сетки стороны построенных треугольников, определяют ∆I
, ∆Ua, ∆Uс
a
как среднее арифметическое из двух соответствующих замеров, так как статические характеристики нелинейны.
;
;
.
Расчет параметров производится по формулам (8.1), (8.2) и (8.3).
Рис. 8.1. Анодные характеристики триода
73
Аналогичным образом определяются параметры и по анодно-сеточным
характеристикам (рис. 8.2).
Усилительные свойства триода невелики. Для обычных усилительных
ламп μ колеблется от 8 до 12, для усилительных ламп специального назначения
20 – 40, для маломощного генераторного триода 40 – 60, а в лампах средней
мощности 100 – 200.
Рис. 8.2. Анодно-сеточные характеристики триода
Крутизна триода для различных ламп имеет следующие пределы: в обыч-
ных усилительных лампах 0,5 – 2 мА/В, в мощных усилительных лампах 3 –
6 мА/В, в генераторных лампах 2 – 6 мА/В.
Внутреннее сопротивление триода: для маломощных усилительных ламп
10 – 30 кОм, для мощных усилительных ламп 1,5 – 12 кОм, для генераторных
ламп 20 – 50 кОм.
8.2. Характеристики и параметры тетрода
Анодный ток тетрода является функцией уже не двух, а трех переменных,
а именно: U
, Uс1 и Uс2, где Uс2 напряжение на дополнительной, экранирующей
a
сетке, помещенной между анодом и основной (управляющей) сеткой. Экранирующая сетка предназначена для уменьшения вредного слияния междуэлектродной емкости, т.е. емкости между анодом и сеткой лампы. Обычно тетроды
называют просто экранированными лампами.
при U
Тетрод имеет следующие основные характеристики: анодные I
= const, Uс2 = const и сеточно-анодные Iс2 = f(Uа) при Uс1 = const, Uс2 =
с1
= f(Uа)
а
74
1с
a
U
U
∆
∆
=
µ
1с
a
U
I
S
∆
∆
=
a
a
I
U
R
∆
∆
=
а
б
const (рис. 8.3, а), анодно-сеточные Iа = f(Uc1) при Uа = const, Uс2 = const
(рис. 8.3, б).
Параметрами тетрода являются
(при Ia, Uс2 = const); (8.4)
(при Ua, Uс2 = const), (8.5)
(при Uс1, Uс2 = const). (8.6)
где Uс1 – напряжение на управляющей сетке С1;
– напряжение на экранной сетке С2.
U
с2
Рис. 8.3. Анодные и сеточно-анодные характеристики тетрода (а)
( - - - - расчетные; _____ - реальные)
и сеточные характеристики тетрода (б)
Коэффициент усиления тетрода намного больше μ триода (в рабочей точ-
ке 150 – 200).
Внутреннее сопротивление тетрода больше, чем у триода, и достигает по-
рядка сотен тысяч ом.
Крутизна тетрода того же порядка, что и у триода.
8.3. Задачи и упражнения
8.1. По семейству анодных характеристик триода 6С1П, изображенному
на рис. 8.4, построить семейство его анодно-сеточных характеристик для значений анодного напряжения 160, 220 и 280 В.
75
Рис. 8.4. Семейство анодных
характеристик триода 6С1П
Рис. 8.5. Семейство анодно-сеточных
характеристик триода 6С34А
Рис. 8.6. Анодная характеристика
диода 6Ц4П
Рис. 8.7. Анодная характеристика
диода 6Д6А
8.2. Из семейства анодных характеристик триода 6С1П, изображенного на
рис. 8.4, определить:
а) анодные напряжения, при которых напряжение сетки остается посто-
янным и равным нулю, если анодный ток изменяется от 17,5 до 22,5 мА;
б) внутреннее сопротивление R
.
i
8.3. По семейству анодно-сеточных характеристик триода 6С34А, изо-
браженному на рис. 8.5, построить семейство его анодных характеристик для
значений напряжения сетки –1, –2, –3 и –4 В.
8.4. По анодной характеристике диода 6Ц4П (рис. 8.6) определить кру-
тизну S, сопротивление постоянному току R
при U
, равном 4, 8, 16, 24 и 32 В. Построить график зависимостей параметров
a
и внутреннее сопротивление Ri
0
от анодного напряжения и объяснить эти зависимости.
8.5. На начальном участке анодной характеристики диода 6Д6А (рис. 8.7)
рассчитать параметры S, R
жению U
= –0,4 В. Определить число электронов, ежесекундно попадающих на
a
анод при напряжении анода U
рость, полагая, что анодный ток I
и Ri для точки, соответствующей анодному напря-
0
= 0, а также их максимальную начальную ско-
a
= 0 при Ua = –1 В.
a
76
Рис. 8.8. Анодно-сеточная
характеристика триода 6С5С
Рис. 8.9. Анодная характеристика
триода 6Н2П
8.6. Изменение анодного тока ΔI
изменения анодного напряжения ΔU
напряжения ΔU
сопротивление R
= 1,25 В. Определить крутизну характеристики S, внутреннее
с
и статический коэффициент усиления μ.
i
= 4 мА получается в триоде либо путем
a
= 50 В, либо путем изменения сеточного
a
8.7. Триод работает в режиме, при котором крутизна характеристики S =
3 мА/В, внутреннее сопротивление R
току R
ность, рассеиваемая анодом, Р
= 20 кОм. Определить действующее напряжение триода, если мощ-
0
= 1,8 Вт и напряжение сетки Uс = –2 В.
а
= 15 кОм, сопротивление постоянному
i
8.8. Найти примерные значения параметров триода: S, R
приведенных ниже данных:
, мА 3,0 4,0 4,0 4,6
I
a
U
, В –3 –3 –2 –2
с
, В 200 225 185 200
U
a
8.9. По анодно-сеточной характеристике (рис. 8.8) определите крутизну
триода 6С5С при напряжении U
= 300 В.
а
8.10. По анодной характеристике (рис. 8.9) определите динамическое со-
противление триода 6Н2П при напряжении U
= –1 В.
с
и μ на основании
i
77
9. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ
9.1. Электрический разряд в газах
Электрический разряд в газах наблюдается в следующей системе. Стек-
лянный баллон заполняют газом до давления много меньше атмосферного.
Внутри баллона находятся холодные электроды на расстоянии d друг от друга,
к которым подключено напряжение Е
, а также присоединены вольтметр и ам-
а
перметр (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Принципиальная схема включения разрядной
трубки при возникновении разряда
Любой газ – идеальный диэлектрик и электрический ток не проводит. Ес-
ли баллон защищен от внешних воздействий (нагрев, свет, излучение), то электропроводность газа мала, разряд не возникает несмотря на приложенное напряжение. Если газ подвергается какому-либо внешнему воздействию (например, свет), в газе появляются частицы, несущие электрический заряд, и газ становится проводящим. После того как в пространстве между электродами появ-
–7
–5
– 10
с.
Для возникновения электрического разряда в газе необходимо опреде-
ленное соотношение между давлением газа, расстоянием между электродами и
приложенным напряжением.
В настоящее время существует несколько теорий для объяснения явле-
ний, происходящих в электрическом разряде в газе, таких как
– теория электронных лавин;
– теория газоразрядной плазмы;
– теория изотермической плазмы;
– теория стримеров.
78
d
enn
α
0
=
Суть теории электронных лавин в развитии разряда заключается в сле-
дующем (рис. 9.2). С поверхности катода под действием внешнего ионизатора
(света) в момент t
вылетело п0 электронов. В электрическом поле электрон
1
движется к аноду и, сталкиваясь с молекулами и атомами газа, ионизирует их.
Вновь возникшие свободные электроны присоединяются к первичным п
элек-
0
тронам и при дальнейшем движении к аноду также участвуют в процессе объемной ионизации.
Рис. 9.2. Механизм образования электронных лавин
Ионы, образовавшиеся в процессе объемной ионизации, движутся к като-
ду и выбивают с его поверхности новые электроны. Таким образом, по мере
приближения к аноду число электронов лавинообразно увеличивается, т.е. возникают лавины заряженных частиц. Развитие разряда сводится к развитию
электронных лавин и происходит оно по экспоненциальному закону. Для описания процесса нарастания электронных лавин вводятся три коэффициента:
α
– коэффициент объемной ионизации электронами – это количество ак-
тов ионизации, которое производит один электрон на единице пути к аноду;
β
– коэффициент объемной ионизации положительными ионами – это количество актов ионизации, которое производит один положительный ион на
единице пути к катоду;
γ
– коэффициент вторичной эмиссии – это отношение количества электронов, вылетающих с катода при бомбардировке его положительными ионами,
возбужденными метастабильными атомами и молекулами, к числу частиц,
бомбардирующих катод.
Для вычисления количества электронов, которые придут на анод, можно
воспользоваться следующей формулой:
, (9.1)
где n – число электронов, пришедших на анод;
n
– число электронов, вылетевших с катода;
о
79
( )
11 =−
d
e
α
γ
α
– коэффициент объемной ионизации электронами;
d – расстояние между катодом и анодом.
Итак, для возникновения любого разряда, кроме разности потенциалов
между электродами прибора, необходимо воздействие какого-либо внешнего
фактора. Если разряд возник, и ионизация началась, то для поддержания разряда необходимо выполнение определенных условий. В связи с этим различают
самостоятельный и несамостоятельный разряды.
Самостоятельный разряд – это разряд, для поддержания которого достаточно разности потенциалов между катодом и анодом, разряд, который не
требует никакого внешнего воздействия и в котором ионизация происходит за
счет внутренних процессов. Самостоятельный разряд сам вызывает появление в
газе заряженных частиц, необходимых для поддержания разряда.
Несамостоятельный разряд – это разряд, для поддержания которого,
кроме разности потенциалов на электродах, требуется непрерывное воздействие внешнего ионизатора (подогрев катода, облучение светом). В отсутствие
внешнего ионизатора несамостоятельный разряд прекращается.
Условие самостоятельности разряда:
, (9.2)
где γ – коэффициент вторичной эмиссии.
Выполнение условия (9.2) физически означает, что каждый электрон, вылетающий с катода, ионизирует такое количество атомов, что пришедшие на
катод положительные ионы, в свою очередь, выбивают один электрон, т.е. самостоятельный разряд способен поддерживаться за счет внутренних процессов
в разрядном промежутке.
9.2. Задачи и упражнения
9.1. Определить значение коэффициента вторичной эмиссии
γ
, соответствующее условию возникновения самостоятельного лавинного разряда в ионном
приборе с холодными электродами, если известно, что коэффициент первичной
-1
ионизации α = 2 см
, а расстояние между электродами d = 1,5 см.
9.2. В газоразрядной трубке находится газ под давлением. Электроды
расположены на расстоянии d = 5 мм друг от друга. Трубка помещена в одно-
родное электрическое поле. Пробой наступает при 400 В. Определить коэффициент первичной ионизации α и коэффициент умножения β при напряжении
200 В и расстоянии между электродами 2,5 мм в том же самом приборе, если
коэффициент вторичной эмиссии γ = 0,02.
9.3. Для камеры, наполненной газом при низком давлении, определите
максимальное расстояние между электродами, при котором можно избежать
80
электрического разряда. Известно, что для газа в рассматриваемых условиях
коэффициенты Таунсенда равны α = 1 и γ = 1.
α
9.4. Найти коэффициент объемной ионизации
газового усиления n/n
= 190, то есть отношение числа электронов n, пришед-
0
ших на анод, к числу электронов n
, вылетевших с катода, и расстояние между
о
, если известна величина
анодом и катодом d = 1 см для трубки, наполненной воздухом до давления
р
= 133,3 н/м2 (1 мм рт. ст.). Определить коэффициент вторичной эмиссии γ,
о
при котором начнет развиваться самостоятельный разряд при данных условиях.
9.5. На рис. 9.3 изображены
кривые, показывающие зависимость
напряжения возникновения разряда
U
от давления р при различных
в.р
расстояниях d между электродами.
Какая из этих кривых соответствует
меньшему расстоянию между электродами?
Рис. 9.3. Кривые Пашена
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]