Лекция КОНСТРУКЦИИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРИОДОВ
Страница 1 из 2
Лекция КОНСТРУКЦИИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРИОДОВ
Триоды можно применять в схемах, работающих на низких и высоких частотах, а также и в специальных схемах на сверхвысоких частотах. В области усиления сверхвысоких частот их применение, однако, ограничено из-за значительной емкости Сас. Триоды можно использовать как для усиления напряжения, так и для усиления мощности.
Для усиления напряжения выпускаются специальные триоды с высоким коэффициентом усиления µ, величина которого у современных триодов находится в пределах от 30 до 100. Получение большого µ обеспечивается применением сравнительно густой управляющей сетки. Внутреннее сопротивление Rl составляет величину порядка нескольких десятков килоом и доходит до 100 Ком. Крутизна характеристики S невелика и составляет примерно 2—5 Ма/в.
Лампы с большим коэффициентом µ имеют так называемое правое расположение анодно-сеточных характеристик, т. е. большая часть этих характеристик лежит в области положительных напряжений на управляющей сетке. При этом рабочий участок динамической анодно-сеточной характеристики для отрицательных напряжений на сетке невелик.< >
В случаях, когда необходимо изменять напряжение на управляющей сетке в широких пределах, не допуская при этом появления сеточного тока, применяют лампы с так называемым левым расположением характеристик, для которых величина µ мала.
В радиоэлектронной аппаратуре широкое распространение получили двойные триоды, представляющие собой электровакуумный прибор, в баллоне которого помещены два идентичных, независимых друг от друга, триода. Использование двойных триодов обеспечивает большую идентичность их параметров, уменьшает число ламп и габариты аппаратуры, ее вес и стоимость.
Для усиления напряжения низкой (звуковой) частоты наиболее широко применяются пальчиковые двойные триоды 6Н1П, 6Н2П, 6Н17Б. На этих частотах для усиления малых мощностей используют триоды типа 6H7G, 6Н6П, 1H3G, а для усиления средних и больших мощноСтей — триоды, имеющие мощные катоды и специальные аноды, обеспечивающие рассеивание на них значительной мощности.
Для усиления мощности высокой частоты применяют генераторные триоды. Аноды и сетки генераторных ламп обычно выполняются из тугоплавких материалов (тантала и молибдена). На аноды подается напряжение, измеряемое сотнями и тысячами вольт; анодные токи достигают десятков ампер, а мощность, рассеиваемая на аноде, доходит до нескольких десятков киловатт.
Мощные генераторные лампы всегда работают со значительными токами управляющей сетки. Это накладывает отпечаток на ее конструктивное оформление: управляющая сетка должна обеспечить рассеяние на ней значительной мощности. В мощных генераторных триодах используют воздушное принудительное и водяное охлаждение анодов.
Мощные и сверхмощные электронные лампы, обеспечивающие величину мощности в нагрузке порядка нескольких сот киловатт, часто имеют разборную конструкцию, позволяющую производить замену катода, который наиболее часто выходит из строя. Такие лампы снабжены специальной автоматической установкой, обеспечивающей высокий вакуум.
Триоды имеют ряд недостатков, которые ограничивают возможность использования их в схемах усилителей и генераторов на различных частотах.
Коэффициент усиления µ У триодов мал (обычно не более ста). Это вызвано тем, что управляющая сетка недостаточно экранирует катод от воздействия электрического поля анода. Густой управляющую сетку делать нельзя, так как незначительные отрицательные потенциалы на ней уже вызовут запирание лампы и большая часть анодно-сеточной характеристики окажется расположенной в области положительных напряжений на управляющей сетке.
Междуэлектродные емкости триода Сас, Сск, Сак (рис. 1) достигают больших значений (в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков пикофарад), что затрудняет использование триодов на высоких частотах.
Наиболее вредное влияние на работу триода оказывает емкость Сас. Если на вход триода, в анодную цепь которого включено сопротивление RА, включить возбудитель с переменным напряжением Ис, Как показано на рис. 26, то между анодом и катодом появится переменное напряжение, равное IiAuc. Это напряжение приложено к эквивалентному емкостному делителю, состоящему из междуэлектродных емкостей Сас И Сск. Через делитель пойдет ток, который на емкости Сск создаст переменное напряжение Ис. Если 1/'е = Uc по величине и по фазе, то схема при отключенном возбудителе будет продолжать работать. В этом случае говорят, что «схема из режима усиления пере-
Т
Рис. 26. Влияние междуэлектродиых емкостей на работу триода.
Шла врежим самовозбуждения». Чем больше емкость Сас, тем большая часть напряжения IiMuc поступит обратно в цепь сетки и тем вероятнее самовозбуждение. Вопросы усиления и генерирования колебаний подробно рассматриваются в гл. XV и XVI.
Ток через емкость Сас определяется отношением
I =
(ОСас
Так как увеличение напряжения на управляющей сетке на Ис в Вызывает уменьшение напряжения нааноде триода на )IAuc В, То Иас = Ис + \IAuc = (1 + ^д) Ис. Тогда выражение для тока через емкость Сас можно записать в следующем виде:
^—. (40)
/ — (] + Уд) Ис _
В>Са
<»Сас(1 -Ь/Ыд)
62
60
Вторичные электроны покидают поверхность сетки и под воздействием ускоряющего электрического поля анода устремляются к нему, образуя в цепи сетка—анод ток /с (рис. 27, Б). При этом ток в цепи анода /а станет больше, так как в одном направлении с ним протекает ток /с - При дальнейшем увеличении положительного потенциала сетки ток /с Может оказаться больше сеточного тока /с и поэтому ток в сеточной цепи потечет в противоположном направлении (изменит знак, см. рис. 27, А), Причем ток в цепи анода может стать больше тока насыщения (участок В—г). По мере приближения величины напряжения на сетке к значению напряжения на аноде действие ускоряющего электрического поля анода уменьшается, сеточный ток /с вновь начинает расти, а анодный — падать. Описанное явление носит название Динатронного Эффекта Сетки, а ток /с — Динатронного тока Сетки.
Динатронный эффект особенно опасен в мощных триодах, где увеличение анодного тока сетки приводит к резкому увеличению мощности, рассеиваемой на аноде триода.
Динатронный эффект, как и значительные междуэлектродные емкости триода, ограничивает использование триодов в схемах усилителей мощности, особенно на высоких частотах.
Произведение Сас (1 + \IA) Имеет размерность емкости. В сумме с емкостью Сск эта емкость образует входную динамическую емкость триода
^вх. дин === ^ас (* ~f~ Ид) "г ^ск-
Входная динамическая емкость триода дополнительно нагружает возбудитель, так как через нее течет емкостный ток возбудителя, который создает падение напряжения на внутреннем сопротивлении возбудителя и уменьшает амплитуду входного сигнала.
А)
Рис. 27. Зависимость анодного и сеточного токов от напряжения на
Управляющей сетке (а) И распределение токов в триоде (б) При наличии
Вторичной электронной эмиссии.
Выходная емкость триода Сак шунтирует сопротивление нагрузки Ra, Уменьшает его величину, снижает динамический коэффициент усиления.
В триоде, кроме того, вредно сказывается вторичная электронная эмиссия с проводников сетки. Вторичной электронной эмиссией называется явление выхода электронов из твердого тела вследствие бомбардировки его первичными электронами. Рис. 27, А Поясняет влияние вторичной эмиссии на ход анодно-се-точной характеристики. При малых положительных потенциалах сетки имеет место режим перехвата, когда часть электронов попадает на сетку, не достигая анода (появляется сеточный ток /с). Рост анодного тока замедляется и линейность сеточной характеристики нарушается. По мере увеличения положительного потенциала сетки скорости электронов, бомбардирующих сетку, возрастают и, когда они достигают величины примерно 10 Эв, Возникает вторичная электронная эмиссия.
62
Вторичные электроны покидают поверхность сетки и под воздействием ускоряющего электрического поля анода устремляются к нему, образуя в цепи сетка—анод ток /с (рис. 27, Б). При этом ток в цепи анода /а станет больше, так как в одном направлении с ним протекает ток /с - При дальнейшем увеличении положительного потенциала сетки ток /с может оказаться больше сеточного тока 1С И поэтому ток в сеточной цепи потечет в противоположном направлении (изменит знак, см. рис. 27, я), причем ток в цепи анода может стать больше тока насыщения (участок В—г). По мере приближения величины напряжения на сетке к значению напряжения на аноде действие ускоряющего электрического поля анода уменьшается, сеточный ток 1С Вновь начинает расти, а анодный — падать. Описанное явление носит название Динатронного Эффекта Сетки, а ток /с — Динатронного тока Сетки.
Динатронный эффект особенно опасен в мощных триодах, где увеличение анодного тока сетки приводит к резкому увеличению мощности, рассеиваемой на аноде триода.
Динатронный эффект, как и значительные междуэлектродные емкости триода, ограничивает использование триодов в схемах усилителей мощности, особенно на высоких частотах.
Произведение Сас (1 + (хд) имеет размерность емкости. В сумме с емкостью Сск эта емкость образует входную динамическую емкость триода
Ц*х. дин = ^ас О ~Ь (Ад) ~Г~ ^ск-
Входная динамическая емкость триода дополнительно нагружает возбудитель, так как через нее течет емкостный ток возбудителя, который создает падение напряжения на внутреннем сопротивлении возбудителя и уменьшает амплитуду входного сигнала.
С)
Рис. 27. Зависимость анодного и сеточного токов от напряжения на
Управляющей сетке (а) И распределение токов в триоде (б) При наличии
Вторичной электронной эмиссии.
Выходная емкость триода Сак шунтирует сопротивление нагрузки /?а, уменьшает его величину, снижает динамический коэффициент усиления.
В триоде, кроме того, вредно сказывается вторичная электронная эмиссия с проводников сетки. Вторичной электронно йэ миссией называется явление выхода электронов из твердого тела вследствие бомбардировки его первичными электронами. Рис. 27, А Поясняет влияние вторичной эмиссии на ход анодно-се-точной характеристики. При малых положительных потенциалах сетки имеет место режим перехвата, когда часть электронов попадает на сетку, не достигая анода (появляется сеточный ток /с). Рост анодного тока замедляется и линейность сеточной характеристики нарушается. По мере увеличения положительного потенциала сетки скорости электронов, бомбардирующих сетку, возрастают и, когда они достигают величины примерно 10 Эв, Возникает вторичная электронная эмиссия.
62
Г е п т о д, или пентагрид (рис. 41, б), представляет собой семиэлектродную лампу (т. е. лампу с пятью сетками). Если в гексоде имеется опасность появления динатронного эффекта за счет наличия положительного потенциала на четвертой сетке, то в гептоде за счет пятой сетки, являющейся противодинатронной, это исключено. Наиболее распространенными гептодами являются 6А2П, 6A10G, 1А1П, 1А2П.
В электронных устройствах часто используются комбинированные лампы, у которых в одном бал-Рис. 42. Расположение электродов (а) И схема включения (б) электронного светового индикатора 6ЕЗП.
А — анод триода; Э— Экран; С — сетка триода; с'— сетка ограничения тока экрана; К — катод; У — управляющий электрод.
Лоне совмещены две или более обычных ламп. К таким лампам, например, относятся двойной диод-триод, двойной диод-пентод, триод-гептод, тройной диод-триод и др.
Совмещенные в одном баллоне лампы могут быть или полностью изолированы друг от друга или иметь общие электроды. Чаще встречаются комбинированные лампы с общим катодом. Общими могут быть также управляющие, экранирующие и антидинатронные сетки. В комбинированных лампах, работающих на высоких частотах, особое внимание уделяется экранировке одной системы от другой. Экран, в виде экранирующей пластины, соединен с катодом лампы.
Применение комбинированных ламп позволяет уменьшить габариты, вес и стоимость электронной аппаратуры. Монтаж становится более компактным.
В электронной аппаратуре встречаются и другие типы комбинированных ламп, имеющие более сложную конструкцию. Одной из таких ламп является электрон-но-свет'овой индикатор (рис. 42). В стеклянном баллоне пальчикового индикатора 6ЕЗП расположены триод с подогревным катодом и специальная конструкция, состоящая из экрана раковинообразной формы (для увеличения площади свечения), покрытого люминофором, Двух горизонтально расположенных управляющих элек-
83
А в специальных конструкциях высокочастотных триодов и пентодов — порядка 200—400 Ом. Наибольшими шумами обладают лампы, имеющие большое число сеток с положительным потенциалом. У пентагридов (ламп с пятью сетками) Rm = 200-т-ЗОО Ком,
§ 16. ПРИМЕНЕНИЕ, ТИПЫ И МАРКИРОВКА МНОГОСЕТОЧНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ ЛАМП
Многосеточные лампы имеют более трех
сеток. Используются они в схемах, где необходимо осу
ществить управление анодным током при одновременном
изменении напряжения на двух сетках. Одной из них
является управляющая сетка, которая управляет анодным
током за счет изменения катодного тока. Второй же сет-
i * кой, на которую тоже
Подается переменное напряжение, обычно служит специальная,-тоже управляющая сетка, расположенная между анодом и экранирующей сеткой лампы. Она изменяет число электронов, достигающих анода за счет большего или меньшего отбора их от экранирующей сетки. Вторая управляющая сетка, управляя токораспределением в лампе, тем самым изменяет ее анодный ток.
Ранее было установлено, что сетка, помещенная между анодом и экранирующей сеткой, практически заметно влияет на токораспределение только при отрицательных ее потенциалах.
Основными типами многосеточных ламп являются гексоды и гептоды (пентагриды).
Гексод представляет собой шестиэлектродную лампу (т. е. лампу с четырьмя сетками). Схема его приведена на рис. 41, А. Первая и третья сетки являются управляющими, вторая и четвертая сетки — экранирующими. Вторая сетка служит экраном между первой и третьей сетками для того, чтобы уменьшить взаимное влияние источников сигналов, действующих в цепях этих сеток. Четвертая сетка экранирует третью сетку анода.
82
Глава V ГЕНЕРАТОРНЫЕ ЛАМПЫ
§ 17. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРНЫХ ЛАМП
Генераторные лампы предназначены для работы в мощных радиоэлектронных устройствах. Эти лампы конструктивно выпрлнены в виде триодов, тетродов и пентодов, принцип действия которых ничем не отличается от принципа действия приемно-усилительных ламп, рассмотренных ранее.
Основным назначением генераторной лампы является отдача нагрузке максимальной мощности полезного сигнала. Максимальную мощность Р В сопротивлении нагрузки RH можно получить при прохождении по нему наибольшего тока. Если нагрузка включена в анодную цепь лампы, то
1 ~~ 2 maiVH "~" 2 Maw Тп 2 ™н £а ^а
Где /та — амплитуда анодного тока;
RH — сопротивление нагрузки; 1тн И £>JNm — амплитудные значения тока и напряжения в нагрузке; I — коэффициент использования анодного напряжения; Еа — напряжение источника анодного питания. Для получения большей амплитуды переменной составляющей анодного тока напряжение на управляющей сетке следует изменять в широких пределах, заходя в область положительных напряжений на управляющей сетке,
85
Тродов стержневого типа и сетки, соединенной с катодом (для ограничения тока экрана).
При отсутствии напряжения входного сигнала на управляющей сетке триода анодный ток лампы создает значительное падение напряжения на резисторе R и поэтому потенциал анода (управляющих электродов) невелик. Стержни управляющих электродов отбрасывают на экран индикатора широкие тени и он светится узкой полосой. Увеличение входного сигнала сопровождается снижением потенциала управляющей сетки, увеличением потенциала управляющих электродов (их потенциал приближается к потенциалу экрана). Поэтому светящийся сектор экрана увеличивается. По величине его можно судить об уровне сигнала на входе электронного устройства.
Многосеточные лампы широко применяются для преобразования частоты в супергетеродинных приемниках, поэтому их также называют частотопреобразовательными лампами. Эти типы ламп принято обозначать буквой А, например 6А7, 6А10С, 6А2П, 1А1П, 1А2П.
Комбинированные лампы обозначаются следующим образом: в качестве второго элемента обозначения, следующего за цифрой, соответствующей напряжению накала, используются буквы, которые означают: X — двойной диод; Н — тройной диод; Г — триод с одним или несколькими диодами; Б — пентод с одним или несколькими диодами; Ф — триод-пентод; И — триод-гептод.
Диод-триод обычно используется как детектор и усилитель низкой частоты (6Г7, 6Г1). Диод-пентоды служат для тех же целей или для усиления промежуточной частоты (1Б1П, 6Б2П). Триод-гексоды и триод-гептоды применяют для преобразования частоты. Триод-пентод используется как усилительная лампа: триод в усилителе низкой частоты, а пентод — в усилителе высокой или промежуточной частоты (6Ф1П).
В радиоэлектронике находят' широкое применение ампы, предназначенные для усиления видеоимпульсов —
Мпульсные модуляторные лампы, бычно импульсная модуляторная лампа в схеме заперта
Отпирается при поступлении на ее сетку кратковремен-ого положительного импульса напряжения. При этом а нагрузке выделяется мощность
^ = /а. мзкс(£а-^а. м„н). (70)
На вход импульсной модуляторной лампы поступают идеоимпульсы длительностью порядка микросекунд. Потому модуляторные лампы, в отличие от генераторных, вляются относительно низкочастотными.
В качестве импульсных модуляторных ламп обычно спользуют тетроды. Они обеспечивают большее усиле-ие, а следовательно, возможность получения большого ока /а. макс при сравнительно небольшом импульсе на правляющей сетке. Динатронный эффект здесь почти не роявляется, так как анод от экранирующей сетки отне-ен на значительное расстояние. Вывод анода обычно
Находится на верху баллона, что обеспечивает хорошую
Изоляцию его от остальных электродов.
