Трехэлектродные лампы, физические процессы, основные параметры

Физические процессы:

В режиме объемного заряда около катода образуется потенциальный барьер. Катодный ток зависит от высоты этого барьера. Если изменять напряжение сетки, то изменяется высота потенциального барьера около катода. Следовательно, изменяется число электронов, преодолевающих этот барьер, т. е. катодный ток. Если напряжение сетки изменяется в положительную сторону, то барьер понижается, его преодолевает большее число электронов и катодный ток возрастает. А при изменении сеточного напряжения в отрицательную сторону барьер повышается, его преодолевает меньшее число электронов и катодный ток уменьшается.

Сетка влияет на анодный ток гораздо сильнее, чем анод. Если подать на сетку напряжение, то возникающее электрическое поле сетки беспрепятственно достигает катода, так как между сеткой и катодом для поля нет препятствий.

Влияние сетки и анода на анодный ток характеризуется важнейшим параметром триода — коэффициентом усиления μ. Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение сетки действует на анодный ток сильнее, чем напряжение анода. Если триод имеет μ = 10, это значит, что сетка действует в 10 раз сильнее, чем анод.

Иногда вместо коэффициента усиления μ пользуются обратной величиной — проницаемостью D: D = 1/ μ. D < 1. Можно сказать, что проницаемость характеризует «пропускную способность» сетки для электрического поля анода.

При отрицательном напряжении сетки в пространстве сетка — катод отрицательный заряд сетки создает тормозящее поле, которое противодействует ускоряющему полю, проникающему от анода. Потенциальный барьер у катода повышается, и катодный ток уменьшается. При некотором отрицательном сеточном напряжении ток уменьшается до нуля, т. е. лампа «запирается». Такое напряжение сетки называют запирающим (u _gзап). Все электроны, вылетающие из катода, возвращаются на него. Запирающее напряжение сетки невелико по сравнению с анодным.

Итак, сравнительно небольшое отрицательное напряжение сетки может значительно уменьшить анодный ток и даже совсем его прекратить.

Положительное сеточное напряжение создает ускоряющее поле, которое складывается с полем, проникающим от анода. Результирующее поле понижает потенциальный барьер. Число электронов, преодолевающих его, увеличивается. Возрастает и катодный ток. Часть электронов при этом притягивается к сетке, и в ее цепи возникает сеточный ток, который бесполезен, а во многих случаях вредно влияет на работу лампы

Так как сетка действует сильнее анода, то сравнительно небольшое положительное напряжение сетки вызывает значительное возрастание анодного тока.

Итак, увеличение положительного напряжения сетки сопровождается ростом анодного и сеточного тока.

Параметры трехэлектродных ламп:

К параметрам триода относится напряжение накала U _H и ток накала I _Н, а также нормальное постоянное анодное и сеточное напряжение и соответствующий им постоянный анодный ток.

Важными являются максимальные допустимые параметры: мощность, выделяемая На аноде (Р _amax), мощность, выделяемая на сетке (Р _gmax ), анодное напряжение U_amax, напряжение между катодом и подогревателем U_К-Пmax, предельный ток катода I _кmax Для импульсных триодов указывают максимальный допустимый импульс анодного и катодного тока.

Параметры триода, определяющие его свойства и возможности применения,— это крутизна характеристики (короче, крутизна), внутреннее сопротивление и коэффициент усиления либо проницаемость. Эти параметры характеризуют работу лампы без нагрузки. Их обычно называют статическими.

Крутизна S характеризует управляющее действие сетки, т. е. влияние сеточного напряжения на анодный ток. Если при изменении сеточного напряжения Δ и_g анодный ток изменяется на Δ i _a, то S = Δ i _a / Δ и_g при и_a = const.

Таким образом, крутизна есть отношение изменения анодного тока к вызвавшему его изменению сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении. Условие и_a = const необходимо для того, чтобы крутизна характеризовала действие только сеточного напряжения.

Выражают крутизну в миллиамперах на вольт или амперах на вольт. Крутизна показывает, на сколько миллиампер (ампер) изменяется анодный ток при изменении сеточного напряжения на один вольт, если анодное напряжение постоянно.

Крутизна увеличивается при повышении напряжений сетки и анода, при увеличении площади поверхности анода и уменьшении расстояния сетка — катод.

Рис. 1. Определение крутизны из характеристик

Наиболее просто крутизна определяется методом двух точек (рис.1,а). Если участок между точками А и Б нелинейный, то определенная этим методом крутизна S_АБ является средней для данного участка и приближенно равна крутизне в средней точке Т.

При определении крутизны из анодных характеристик (рис. 1, б) также применяют метод двух точек. Следует взять на характеристиках для U_g1 и U_g2 точки А и Б, соответствующие одному и тому же анодному напряжению. Изменение Δ i _a при переходе от точки А к точке Б надо разделить на соответствующее изменение Δ и_g = U_gl — U_g2.

Внутреннее сопротивление R_i характеризует влияние анодного напряжения на анодный ток и является сопротивлением между анодом и катодом для переменного (изменяющегося) анодного тока.

Внутреннее сопротивление представляет собой отношение изменения анодного напряжения к вызванному им изменению анодного тока при постоянном сеточном напряжении. Условие и_g = const необходимо для того, чтобы внутреннее сопротивление характеризовало действие только анодного напряжения.

Чем больше R_i тем слабее влияние анода на анодный ток.

При уменьшении сеточного и анодного напряжения сопротивление R_i возрастает. Это объясняется повышением потенциального барьера.

Для определения R_i из анодно-сеточных характеристик необходимо взять при постоянном сеточном напряжении приращение Δ i _a между точками А и Б на характеристиках для U_a1 и U_a2 (рис. 2 а). Разделив Δ u _a = U_al - U_a2 на Δ i _a, получим значение R_i соответствующее средней точке Т отрезка АБ.

При определении R_i из анодных характеристик (рис. 2 б) учитывается их наклон. Чем круче они идут, тем меньше R_i.

Рис. 2. Определение внутреннего сопротивления из характеристик

Удобно определять R_i методом двух точек (рис. 2 б). В этом случае найденное значение является средним для участка АБ и можно считать, что оно относится к средней точке Т этого участка.

На линейных участках характеристики внутреннее сопротивление примерно постоянно. При переходе на нижний участок R_i возрастает из-за повышения потенциального барьера и в точке запирания приближается к бесконечности.

Напряжение сетки действует на анодный ток значительно сильнее, нежели напряжение анода. Эта разница характеризуется коэффициентом усиления μ.

Коэффициент усиления равен отношению эквивалентных по воздействию на анодный ток изменений анодного и сеточного напряжения: μ = Δ и_a / Δ i_g.

Установим связь между μ, S и R_i. Крутизна характеризует действие напряжения сетки на анодный ток, а подобной же величиной, характеризующей действие анодного напряжения, является внутренняя проводимость 1 / R_i Чтобы определить, во сколько раз действие сеточного напряжения сильнее действия анодного, надо взять отношение S к 1 / R_i. Оно будет равно μ:

μ = S / (1 / R_i) или μ = SR_i. (17.16)

Из этой формулы, называемой формулой Баркгаузена, следует, что если два параметра имеют какие-то значения, то третий параметр может иметь только то значение, которое удовлетворяет данному уравнению. Математически коэффициент усиления есть абсолютное значение отношения таких изменений анодного и сеточного напряжения, которые компенсируют друг друга, т. е. уравновешивают свое действие на анодный ток.

Название «коэффициент усиления» подчеркивает, что этот параметр характеризует усиление переменного напряжения лампой.

Рис. 3 Определение всех параметров для заданной точки

Все сказанное о коэффициенте усиления можно соответственно отнести и к проницаемости D = 1/ μ.

Проницаемость показывает, какую долю действия сетки на катодный ток составляет действие анода.

На рис. 3 показано определение всех параметров для заданной точки по анодным характеристикам. Через точку Т проводим вертикальную и горизонтальную линии. По точкам пересечения этих линий с характеристиками определяем S (точки А и Б) и μ(точки Д и Е). Внутреннее сопротивление находим по точкам В и Г.

51. Статические характеристики трехэлектродных ламп
Работа трехэлектродной лампы с нагрузкой в анодной цепы.

Характеристики триода при работе его на постоянном токе и без нагрузки называются статическими (обычно говорят просто «характеристики»). Действительные характеристики снимаются экспериментально. Они учитывают неодинаковость температуры в разных точках катода, неэквипотенциальность поверхности катода прямого накала, эффект Шоттки, дополнительный подогрев катода анодным током, начальную скорость электронов, контактную разность потенциалов, термо-ЭДС, возникающую при нагреве контакта различных металлов, и другие явления. Закон степени трех вторых все эти явления не учитывает.

Характеристики в справочниках являются средними, полученными на основе нескольких характеристик, снятых для различных экземпляров ламп данного типа. Поэтому пользование такими характеристиками дает погрешности.

Широко применяются характеристики, показывающие зависимость тока от сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении:

i _а = f(u_g), i _g = f(u_g) и i _к = f(u_g)

при u _a = const. (17.7)

Наиболее важны две первые зависимости. Характеристики, выражающие зависимость i _а = f(u_g) называются анодно-сеточными. А характеристики, соответствующие зависимости i _g = f(u_g), принято называть сеточными. Каждому значению анодного напряжения соответствует определенная характеристика. Следовательно, для каждого тока имеется семейство характеристик. Значения анодного напряжения для них берутся через определенные промежутки.

Другая группа характеристик показывает зависимость токов от анодного напряжения при постоянном сеточном напряжении:

i _а = f(u_a), i _g = f(u_a) и i _к = f(u_a)

при u _g = const. (17.8)

Здесь наиболее важны анодные характеристики, выражающие зависимость i _а = f(u_a), а также сеточно-анодные характеристики, дающие зависимость i _g = f(u_a)

Рис. 17.1. Характеристики триода для токов анода, сетки и катода

В справочниках, как правило, приводятся семейства характеристик только для анодного и сеточного тока. Простым сложением их ординат можно построить характеристики для катодного тока. Для практических расчетов анодного тока достаточно иметь семейство либо анодно-сеточных, либо анодных характеристик. Анодно-сеточные характеристики нагляднее показывают управляющее действие сетки, и их иногда называют управляющими. Зато с анодными характеристиками расчеты проще и точнее.

На рис. 17.1 изображены характеристики для токов анода, сетки и катода в зависимости от напряжения сетки при постоянном анодном напряжении, соответствующие явно выраженному режиму насыщения лампы. При и_g < 0 характеристики для анодного и катодного тока совпадают. Начальная точка характеристики (А) обычно соответствует напряжению запирания несколько более низкому, нежели вычисленное по формуле (17.6).

Если уменьшать по абсолютному значению отрицательное напряжение сетки, то лампа отпирается, потенциальный барьер у катода понижается и анодный ток возрастает. Число электронов, преодолевающих барьер, растет по нелинейному закону, и поэтому характеристика имеет нижний нелинейный участок АБ, который постепенно переходит в средний, приблизительно линейный участок БВ. При положительном сеточном напряжении характеристика для катодного тока расположена выше характеристики для анодного вследствие появления сеточного тока. Характеристика для сеточного тока идет из начала координат подобно характеристике диода.

Увеличение положительного напряжения сетки вызывает сначала рост всех токов. Постепенному переходу в режим насыщения соответствует верхний участок характеристики для анодного тока (ВГ). В режиме насыщения при увеличении сеточного напряжения катодный ток растет незначительно, но сеточный ток возрастает и за счет этого уменьшается анодный ток. При большом положительном сеточном напряжении анодный ток становится меньше сеточного.

Для ламп с активированным, например оксидным, катодом катодный ток в режиме насыщения возрастает почти так же, как в режиме объемного заряда. Если при этом ток сетки растет медленнее, чем катодный ток, то характеристика для анодного тока имеет подъем. Если же сеточный ток растет быстрее, чем катодный, то анодный ток уменьшается. Чем гуще сетка и чем меньше анодное напряжение, тем сильнее нарастает сеточный ток.

С большим положительным напряжением сетки работают только генераторные и импульсные лампы. У приемно-усилительных ламп сеточное напряжение обычно все время отрицательно, поэтому в справочниках характеристики таких ламп даются часто лишь для отрицательных сеточных напряжений.

В зависимости от значения μ, т. е. от густоты сетки, анодно-сеточная характеристика располагается различно. При густой сетке (высокий коэффициент μ) запирающее напряжение сетки невелико и основная часть характеристики находится в области положительных сеточных напряжений. Такая характеристика (и сама лампа) называется правой. А для редкой сетки (коэффициент μ невелик) запирающее напряжение получается большим, характеристика расположена в области отрицательных напряжений и называется левой. Лампы с левой характеристикой могут работать без сеточного тока.

Семейства анодно-сеточных и сеточных характеристик триода изображены на рис, 17.2. При повышении анодного напряжения характеристика для анодного тока сдвигается влево, а характеристика для сеточного тока проходит ниже.

Рис. 17.2. Семейство анодно-сеточных и сеточных характеристик триода

Рис. 17.3. Семейство анодных, и сеточно-анодных характеристик и кривая максимальной допустимой мощности, выделяемой на аноде

Часто бывает нужна добавочная характеристика, отсутствующая в семействе (на рисунке показана штрихами), например, характеристика для анодного напряжения 0,5(U _a2+ U _а3).

Рассмотрим семейства анодных и сеточно-анодных характеристик (рис. 17.3). Анодная характеристика при U_g = 0 идет из начала координат. Для более низких сеточных напряжений U_g1 - U_g5 анодные характеристики расположены правее (так как требуется более высокое отпирающее анодное напряжение) и идут слегка расходящимся пучком. Действительные анодные характеристики в отличие от теоретических сдвигаются не строго пропорционально сеточному напряжению. Анодные характеристики для положительных сеточных напряжений U_g6, U_g7, U_g8 идут из начала координат левее кривой U_g = 0 и выгибаются влево, а не вправо. Они сначала идут круто, а затем рост тока замедляется и крутизна кривых уменьшается.

Сеточно-анодные характеристики (штриховые) даны только для положительных сеточных напряжений, так как при отрицательных тока сетки нет. При u _а = 0 ток сетки максимальный и тем больше, чем выше сеточное напряжение. При увеличении анодного напряжения сначала (в режиме возврата) ток сетки резко снижается вследствие токораспределения, а затем (в режиме перехвата) незначительно уменьшается.

В семействе анодных характеристик часто показывают линию максимальной допустимой мощности, выделяемой на аноде. Так как Р _а = i _a u _a, то уравнение этой линии следует записывать в виде

i _a = P/u _a. (17.9)

Для данной мощности Р _amax и различных анодных напряжений можно вычислить анодный ток и по точкам построить кривую Р _amax которая будет гиперболой. Область выше этой кривой соответствует недопустимым режимам работы лампы на постоянном токе, при

которых Р _а > Р _amax При импульсном режиме работа в области выше кривой Р _amax возможна, если средняя мощность, выделяемая на аноде, не превышает предельную.

В семействе анодных характеристик также можно построить дополнительные характеристики. В качестве примера на рисунке проведена штрихпунктиром характеристика для напряжения, среднего между U_g3 и U_g4.

В импульсное режиме могут быть получены анодные токи, во много раз большие, нежели в режиме непрерывной работы. Импульсный режим достигается подачей на анод и сетку кратковременных повышенных напряжений. Для импульсного режима пользуются анодными характеристиками, снятыми при определенной длительности и частоте импульсов.

На рис. 17.4 приведены импульсные характеристики и внизу заштрихована маленькая область, соответствующая характеристикам для непрерывного режима.

Рис. 17.4. Импульсные характеристики при больших положительных напряжениях сетки

За счет начальных скоростей электронов, вылетающих из катода, контактной разности потенциалов и термо-ЭДС, действующих в сеточной цепи, характеристика для тока сетки может начинаться не только в точке и _g = 0, а часто в области небольших отрицательных сеточных напряжений. Реже встречаются характеристики, начинающиеся в области положительных сеточных напряжений.

При отрицательном сеточном напряжении все же существует очень небольшой сеточный ток. Он называется обратным сеточным током (электроны этого тока во внешних проводах сеточной цепи движутся по направлению к сетке). Обратный сеточный ток имеет три составляющие: ионный ток, термо-ток и ток утечки.

Ионный ток наблюдается в лампах с недостаточным вакуумом. Электроны на пути к аноду сталкиваются с атомами газа и ионизируют их. Положительные ионы движутся к отрицательно заряженной сетке и отбирают от нее электроны, превращаясь в нейтральные атомы. Сетка расходует электроны, но эта убыль пополняется благодаря источнику сеточного напряжения, и на сетке поддерживается отрицательный потенциал. В цепи сетки проходит ток в направлении от «минуса» источника Е_g к сетке.

При изменении степени разрежения в лампе меняется число ионов, изменяется ионный сеточный ток, и это приводит к нестабильности характеристик лампы.

Если сетка имеет высокую температуру, то может возникнуть ток термоэлектронной эмиссии (термоток) сетки. Для уменьшения этого тока в более мощных лампах проводники сетки делают из металла с большой работой выхода электронов.

Ток утечки в цепи сетки обусловлен несовершенством изоляции между сеткой и другими электродами.

Date: 2016-07-18; view: 908; Нарушение авторских прав