Принцип действия ваккумных ламп с управлением током (стр. 2 из 2)

(17)

Усиление по мощности максимально, когда достигает максимума величина R_а/(R_а + R_i)², т. е. при Ri = R_a. При этом условии из уравнения (4.17) имеем:

(17a)

Итак, большое усиление по мощности имеет место при Ri=R_aи при использовании ламп с малой проницаемостью и с большой крутизной. Отношение S/D, таким образом, определяет величину коэффициента усиления по мощности (к. п. д. усилителей мощности).

Баланс мощности при усилении.Мощность Р_R,выделяемая на нагрузочном анодном сопротивлении R_aусилительной схемы, складывается из постоянной и переменной частей:

P_R=(Ia+dI_a)²R_a=I²_aR_a+(dI_a)²R_a (18)

(2dI_aR_a=0, так как dI_a при усреднении дает нуль). Мощность Р_а, подводимая к аноду лампы, равна:

Р_а = (U_а-dU_a) (I_a + dI_a) =U_aI_a+ dU_adI_a =

= U_aI_a-(dI_a)²R_a (4.19)

(Среднее от dU_aI_a и dI_aU_a равно нулю, так как dU_a и dI_a при усреднении за период дают нуль.) Из уравнения (112) следует, что мощность рассеяния на аноде (по постоянному току) U_aI_a при наличии управляющего напряжения уменьшается на величину (dI_a)^zR_a, являющуюся, таким образом, полезной выходной мощностью усилителя [уравнение (18)]. Следовательно, преобразование мощности в усилителе происходит за счет мощности рассеяния усилительной лампы (по постоянному току).

Недостатками триода являются относительно малое усиление (m_u<l/D), которое, кроме того, ограничено сильным влиянием поля анода на поле в пространстве катод — сетка; относительно малое внутреннее сопротивление (порядка 10 кОм) и склонность к самовозбуждению через анодно-сеточную емкость С_а._с. Эти недостатки устранены в тетродах и в их дальнейшем усовершенствовании — пентодах.

3. Тетрод (лампа с двумя сетками)

Эта лампа содержит вторую сетку, которая может располагаться либо между управляющей сеткой и катодом (сетка пространственного заряда или катодная сетка), либо между управляющей сеткой и анодом (экранирующая сетка). Наиболее часто используются тетроды с экранирующей сеткой (рис. 4.13,а), обладающие очень малыми значениями С_а._с и D (D — проницаемость лампы).

Рис. 4. Расположение электродов (а) и типичные характеристики тетрода (б).

1 — вторичные электроны переходят с экранирующей сетки на анод; 2 — ход характеристики без учета вторичной эмиссии; 3 — вторичные электроны переходят с анода на экранирующую сетку.

Электродную систему тетрода, как и триод ну ю, можно свести к эквивалентной диодной системе. По аналогии с уравнением (6) уравнение статической характеристики тетрода имеет вид:

I_k=K(U_c+D_э.c.U_э.с.+D_aU_a)^3/2 , (22)

где .D_a.c — проницаемость управляющей сетки (для поля экранирующей сетки); D_a — проницаемость лампы (для поля анода) и U_э.с. — напряжение экранирующей сетки. Вместо I_а в уравнения (4.6) в данном случае входит ток катода I_к в плоскости управляющей сетки, часть которого ответвляется на (положительную) экранирующую сетку, а другая большая часть — на анод (токораспределение). Таким образом, экранирующая сетка действует на катодный ток как «притягивающий» электрод.

На рис.4,б показана типичная форма анодной (I_a—U_a) и сеточно-анодной (I_э.с—U_a) характеристик тетрода. Обе характеристики расположены симметрично относительно друг друга и имеют излом при U_a<U_э.с [вопреки уравнению (4.22)]. Наличие излома связано с появлением вторичных электронов, которые выбиваются первичными электронами (создающими анодный ток) из анода и попадают на более положительную экранирующую сетку (динатронный эффект). При этом ток экранирующей сетки возрастает па величину тока вторичной электронной эмиссии, а ток анода соответственно уменьшается. При U_а>U_э.с. наоборот, вторичные электроны с экранирующей сетки попадают па более положительный анод. В этой области благодаря экранирующему действию обеих сеток триода характеристика имеет почти горизонтальный ход (т. е. I_а почти не зависит от U_a).

Из-за излома характеристики область управления тетродом лежит при U_а>U_э.с.. Этот недостаток можно устранить, вводя третью (защитную или антидинатронную) сетку, ликвидирующую обмен вторичными электронами между экранирующей сеткой и анодом. Лампы с тремя сетками (с пятью электродами) носят название пентодов.

4. Пентод (лампа с тремя сетками)

Вредный эффект обмена вторичными электронами устранен в пентоде за счет того, что защитная сетка соединяется с катодом п, следовательно, имеет нулевой потенциал (U_б=0, рис. 4.5,а). Поэтому статическое уравнение характеристики пентода совпадает с уравнением (4.22). Однако поскольку из-за сильного экранирующего действия третьей пентодной сетки D_a<<D_э.с., т.е. D_aU_a<< D_э.сU_э.с то для пентода приближенно имеем:

I_K = K(U_c + D_э.сU_э.с)^3/2. (23)

Следовательно, анодный ток пентода I_а = Iк—Iс
практически не зависит от U_a(насыщение характеристик семейства I_a-U_a, рис. 4.5,б), за исключением случая U_a<<U_э.с (перехват тока экранирующей сеткой).

Пентоды характеризуются очень малым влиянием анодного напряжения на ток катода (проницаемость лампы D_a<<l%) и высоким внутренним сопротивлением R_i (порядка нескольких мегаOм; вследствие горизонтального хода анодных характеристик I_а—U_а). Поскольку обычно R_i>>R_a, то коэффициент усиления пентода по напряжению согласно уравнению (4.16) равен (D=D_a):

Рис. 5. Расположение электродов (а) и типичное семейство характеристик (б) пентода.

(24)

При R_a®¥ согласно уравнению (16) получаем, что m_u=m_umax=1/D_а. На практике максимальный коэффициент усиления меньше l/D_a (примерно 10³), так как при больших амплитудах переменного анодного напряжения(полуволне анодный ток может на время прерываться, что вызывает значительные искажения выходного сигнала.

4.1.5. Гексоды, гептоды, октоды (лампы с четырьмя, пятью и шестью сетками)

Эти лампы имеют по две(находящихся под отрицательным потенциалом) управляющие сетки, которые могут независимо друг от друга влиять на ток катода(двойное управление). В радиотехнике они обычно используются как смесительные лампы .

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: учебное пособие для приборостроительных вузов. -- 2-е издание, перераб. и доп.—Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1983 -- 696 с.

2. Порфирьев Л.Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: учебное пособие.—Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1980 -- 272 с.

3. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.—М.: Энергия, 1971.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.—М., Наука, 1978 -- 944 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.—М.: Наука, 1980 -- 752 с.

6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.—М.: Мир, 1984.

7. Достанко А.П. Технология интегральных схем.—Мн: Вышэйшая школа, 1982 -- 206 с.