Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
«Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки»
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
на тему:
«ПРИНЦИП ДІЇ ВАКУУМНИХ ЛАМП З УПРАВЛІННЯМ СТРУМОМ»
1. ВАКУУМНІ багатоелектродна ЛАМПИ
Вакуумні лампи з керуванням струмом є найбільш важливими елементами електронних схем. У залежності від робочого діапазону частот лампи можна розділити на дві групи. До першої групи належать всі вакуумні багатоелектродних лампи, які застосовуються на частотах до 500 Мгц, до другої - надвисокочастотні лампи, які використовуються на частотах від 500 до 100 000 Мгц.
1.1. Вакуумний діод
Як було показано раніше, вольт-амперна характеристика вакуумного діода складається з трьох ділянок, відповідних режиму початкового струму, режиму просторового заряду і режиму насичення (див. 3).
У режимі початкового струму (U а <0) справедливе рівняння (I а = I s e - eUa / kT = I s e - Ua / Ut). Згідно цього рівняння при U а = 0 анодний струм I а стає рівним току насичення I s. Однак це справедливо лише для діодів, у яких струм емісії катода настільки малий, що при позитивному анодній напрузі не виникає просторового заряду. Для використовуваних у техніці діодів, у яких просторовий заряд досить великий, анодний струм I при U a = Q не дорівнює току насичення, тобто завжди I а o <<I s. Тому закон початкового струму для таких діодів має вигляд:
де I ао - анодний струм при діючому зворотному напрузі U дійств = 0 (обмежений хмарою просторового заряду перед катодом).
У режимі просторового заряду (U a> 0) зв'язок між анодним струмом і анодним напругою для діода з плоскими електродами описується рівнянням «трьох других».
У режимі насичення (U a>> 0) анодний струм дорівнює струму емісії катода, який лише незначно зростає при збільшенні анодної напруги за рахунок ефекту Шотткі. У промислових типах діодів внаслідок високої емісійної здатності (оксидного) катода насичення анодного струму досягається тільки в імпульсному режимі.
Вакуумні діоди використовуються в основному для випрямлення, перетворення, множення частоти і для детектування. Найважливішим параметром діода (при управлінні змінним струмом) є крутизна S =- dI a / dU a. У режимі просторового заряду
1.2. Вакуумний тріод
Рівняння статичної характеристики. У вакуумному тріоді між катодом і анодом розташована управляюча сітка (спіральна, стрижнева або чарункова) і на створюваний катодом електронний струм впливають одночасно електричні поля анода і керуючої сітки.
Рис. 1 Система електродів тріода (а) і «трикутна» еквівалентна схема (б).
Для кількісного обліку цього впливу зручно замінити тріод (рис. 1, а) еквівалентною схемою, яка складається із з'єднаних трикутником трьох лампових ємностей З А.К., З а.с. і С с.к. (рис. 1,6) . Тоді заряд катода (у нехтуванні просторовим електронним зарядом) визначається наступним електростатичним співвідношенням:
або
У площині сітки діє так зване ефективне або чинне напруга U дійств. Ставлення називають проникністю тріода.
З урахуванням рівняння (96) маємо:
U дійств = U з + DU а (4)
Отже, чинне напруга U дійств дорівнює сумі сіткової напруги і деякої частини (D =- 1 ¸ 20%) анодної напруги. У відповідності з рівнянням тріодних система з напругами U з і U а зводиться до еквівалентної діодним системі з напругою U дійств.
Відповідно до закону «трьох других» для анодного струму I а тріода справедливе співвідношення
I а = KU 3 / 2 дійств = К (U c + DU a) 3 / 2. (5)
Це рівняння описує так звану «статичну характеристику» тріода, яка добре збігається з експериментальними даними. Константа рівняння трьох других визначається геометрією електродів. Для плоскої тріодної системи має місце наступне наближене співвідношення:
де d c - Відстань між сіткою і катодом, см; S - площа поверхні катода, см 2.
Відповідно до рівняння (5) тріод характеризується двома родинами характеристик: I а = f (U c) з параметром U a (Рис. 4.2, а) і I a = f (U а) з параметром U c (рис. 2, в). Рівняння динамічної характеристики. Для виключення сіткових струмів тріоди (крім генераторних тріодів) зазвичай працюють при негативному напрузі на сітці. При цьому «робоча точка» лампи за рахунок негативної напруги (зсуву) на сітці зміщується в область негативних сіткових напруг настільки, щоб при максимальному очікуваному керуючому напрузі на сітці остання перебувала під негативним потенціалом. При подачі напруги, на сітку змінюється не тільки анодний струм, але і анодна напруга (завдяки наявності зовнішньої ланцюга), яке в свою чергу впливає на анодний струм. Тому загальна зміна анодного струму (при невеликих амплітудах напруги, що управляє) дорівнює повного диференціалу dl а, причому
Рис.4.2
де dI a, dU c і dU a позначають (наприклад, синусоїдальні) зміни величини I а, U c і U a. При досить малих змінах характеристика у сфері управління (в околиці робочої точки) може вважатися прямолінійною, тобто вираження в дужках у рівнянні (7) є постійними величинами. Їх значення можуть бути розраховані за відомим ходу характеристик I а-U a або I а-U c в околиці робочої точки. При цьому відношення
називають крутизною, а величину
-Внутрішнім опором тріода. Крім того, ставлення
являє собою проникність тріода, яку можна також визначити через відношення відповідних ємностей лампи [см. рівняння (3)].
Ці три величини пов'язані співвідношенням Баркгаузена (внутрішнє рівняння тріода)
SDRi = 1. (11)
З урахуванням рівнянь (9) і рівняння (7) набуває вигляду:
dI a = SdU c + dU a / R i (12)
і називається рівнянням динамічної характеристики тріода; воно описує поведінку тріода при управлінні змінним напругою невеликої амплітуди.
Посилення струму, напруги та потужності. На рис. 104 показаний приклад використання тріода найпростішому усилительном каскаді. Поведінка анодному ланцюзі по постійному струму описується рівнянням «навантажувальної прямої»
Рис.3 Підсилювач на тріоді
U a = U б - I a R a, (13)
а по змінному струмі-наступним співвідношенням:
dU a = - dI a R a (13a)
З урахуванням рівняння (13а) рівняння динамічної характеристики тріода приймає вигляд:
У залежності від співвідношення між величинами R a і Ri з цього рівняння можна отримати характерні співвідношення для випадків підсилення струму, напруги та потужності.
Посилення струму. Для оптимального посилення струму необхідно, щоб R a <<R i (В межі R a ® 0). При цьому з рівняння (13б) маємо:
dI а = SdU c. (14)
Таким чином, в анодному ланцюзі протікає змінний струм великої величини, якщо R a мало в порівнянні з R i, а крутість S досить велика. Отже, величина S визначає коефіцієнт посилення по струму.
Посилення напруги. З рівняння (13а) можна легко отримати вираз для коефіцієнта посилення тріода по напрузі | m u |:
причому опір R a може бути як омічним, так і комплексним. Максимум посилення напруги має місце при R a>> R i У межі, при R a ® ¥, коефіцієнт посилення по напрузі досягає максимальної величини:
Тому m, називають коефіцієнтом посилення по напрузі в режимі холостого ходу; для тріодів m зазвичай становить від 5 до 100.
Таким чином, велике змінну напругу на
анодної навантаженні має місце при R а набагато більшому Ri і при малому D. Тому величина D також визначає коефіцієнт посилення по напрузі.
Посилення потужності. Потужність змінного струму в анодному ланцюзі пропорційна (dI a) 2 R a. З рівняння (13б) маємо:
Посилення по потужності максимально, коли досягає максимуму величина R а / (R а + R i) 2, тобто при Ri = R a. При цьому умови з рівняння (4.17) маємо:
Отже, велике посилення по потужності має місце при Ri = R a і при використанні ламп з малою проникністю і з великою крутизною. Ставлення S / D, таким чином, визначає величину коефіцієнта посилення по потужності (к. п. буд підсилювачів потужності).
Баланс потужності при посиленні. Потужність Р R, виділяється на нагрузочном анодному опорі R a підсилювальної схеми, складається з постійної і змінної частин:
P R = (Ia + dI a) 2 R a = I 2 a R a + (dI a) 2 R a (18)
(2dI a R a = 0, так як dI a при усередненні дає нуль). Потужність Р а, що підводиться до анода лампи, дорівнює:
Р а = (U а-dU a) (I a + dI a) = U a I a + dU a dI a =
= U a I a - (dI a) 2 R a (4.19)
(Середнє від dU a I a і dI a U a дорівнює нулю, так як dU a і dI a при усередненні за період дають нуль.) З рівняння (112) випливає, що потужність розсіювання на аноді (по постійному струму) U a I a при наявності керуючого напруги зменшується на величину (dI a) z R a, є, таким чином, корисної вихідною потужністю підсилювача [рівняння (18)]. Отже, перетворення потужності в підсилювачі відбувається за рахунок потужності розсіювання підсилювальної лампи (по постійному струму).
Недоліками тріода є відносно мале посилення (m u <l / D), яке, крім того, обмежена сильним впливом поля анода на поле в просторі катод - сітка; щодо малий внутрішній опір (близько 10 кОм) і схильність до самозбудження через анодно-сіткову ємність С а. с. Ці недоліки усунені в тетродах і в їх подальше удосконалення - пентодах.
3. Тетрод (лампа з двома сітками)
Ця лампа містить другу сітку, яка може розташовуватися або між керуючою сіткою і катодом (сітка просторового заряду або катодна сітка), або між керуючою сіткою і анодом (екранує сітка). Найбільш часто використовуються тетроди з екранує сіткою (рис. 4.13, а), що володіють дуже малими значеннями З а. С і D (D - проникність лампи).
Рис. 4. Розташування електродів (а) і типові характеристики тетрода (б).
1 - вторинні електрони переходять з сітки, що екранує на анод; 2 - хід характеристики без урахування вторинної емісії; 3 - вторинні електрони переходять з анода на екранує сітку.
Електродний систему тетрода, як і тріод ну ю, можна звести до еквівалентної діодним системі. За аналогією з рівнянням (6) рівняння статичної характеристики тетрода має вигляд:
I k = K (U c + D е.. C. U е.с. + D a U a) 3 / 2, (22)
де. D a. c - проникність керуючої сітки (для поля екранує сітки); D a - проникність лампи (для поля анода) і U Е.С. - напруга сітки, що екранує. Замість I а в рівняння (4.6) в даному випадку входить струм катода I до в площині керуючої сітки, частина якого відгалужується на (позитивну) екранує сітку, а інша велика частина - на анод (токораспределением). Таким чином, екранує сітка діє на катодний струм як «притягає» електрод.
На рис.4, б показана типова форма анодної (I a-U a) і сеточно-анодної (I е.с-U a) характеристик тетрода. Обидві характеристики розташовані симетрично відносно один одного і мають злам при U a <U е.с [всупереч рівнянню (4.22)]. Наявність зламу пов'язано з появою вторинних електронів, які вибиваються первинними електронами (створюють анодний струм) з анода і потрапляють на більш позитивну екранує сітку (динатронного ефект). При цьому струм сітки, що екранує зростає па величину струму вторинної електронної емісії, а струм анода відповідно зменшується. При U а> U Е.С. навпаки, вторинні електрони з сітки, що екранує потрапляють па більш позитивний анод. У цій області завдяки екрануючу дію обох сіток тріода характеристика має майже горизонтальний хід (тобто I а майже не залежить від U a).
Через зламу характеристики область управління тетродом лежить при U а> U Е.С.. Цей недолік можна усунути, вводячи третю (захисну або антидинатронная) сітку, що ліквідує обмін вторинними електронами між екранує сіткою і анодом. Лампи з трьома сітками (з п'ятьма електродами) носять назву пентодів.
4. Пентод (лампа з трьома сітками)
Шкідливий ефект обміну вторинними електронами усунута в пентоді за рахунок того, що захисна сітка з'єднується з катодом п, отже, має нульовий потенціал (U б = 0, рис. 4.5, а). Тому статичне рівняння характеристики пентода збігається з рівнянням (4.22). Однак оскільки через сильний екрануючого дії третьої пентодной сітки D a <<D Е.С., тобто D a U a <<D е.с U е.с то для пентода наближено маємо:
I K = K (U c + D е.с U е.с) 3 / 2. (23)
Отже, анодний струм пентода I а = Ік-Iс
практично не залежить від U a (Насичення характеристик сімейства I a-U a, рис. 4.5, б), за винятком випадку U a <<U е.с (перехоплення струму екранує сіткою).
Пентоди характеризуються дуже малим впливом анодної напруги на струм катода (проникність лампи D a <<l%) і високим внутрішнім опором R i (порядку декількох мегаOм; внаслідок горизонтального ходу анодних характеристик I а-U а). Оскільки зазвичай R i>> R a, то коефіцієнт посилення пентода за напругою згідно з рівнянням (4.16) дорівнює (D = D a):
Рис. 5. Розташування електродів (а) і типове сімейство характеристик (б) пентода.
При R a ® ¥ згідно з рівнянням (16) отримуємо, що m u = m u max = 1 / D а. На практиці максимальний коефіцієнт підсилення менше l / D a (приблизно 10 3), оскільки при великих амплітудах змінного анодної напруги (полуволне анодний струм може на якийсь час перериватися, що викликає значні спотворення вихідного сигналу.
4.1.5. Гексод, гептоди, октоди (лампи з чотирма, п'ятьма і шістьма сітками)
Ці лампи мають по дві (що знаходяться під негативним потенціалом) керуючі сітки, які можуть незалежно один від одного впливати на струм катода (подвійне управління). У радіотехніці вони зазвичай використовуються як змішувальні лампи.
ЛІТЕРАТУРА
1. Мірошников М.М. Теоретичні основи оптико-електронних приладів: навчальний посібник для приладобудівних вузів. - 2-е видання, перероб. і доп.-Л.: Машинобудування, Ленінгр. відділення, 1983 - 696 с.
2. Порфирьев Л.Ф. Теорія оптико-електронних приладів і систем: навчальний посібник.-Л.: Машинобудування, Ленінградське відділення. 1980 - 272 с.
3. Кноль М., Ейхмейер І. Технічна електроніка, т. 1. Фізичні основи електроніки. Вакуумна техніка.-М.: Енергія, 1971.
4. Яворський Б.М., Детлаф А.А. Довідник з фізіке.-М., Наука, 1978 - 944 с.
5. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики. Оптіка.-М.: Наука, 1980 - 752 с.
6. Зі С. Фізика напівпровідникових приладів. У 2-х кн.-М.: Світ, 1984.
7. Достанко А.П. Технологія інтегральних схем.-Мн: Вишейшая школа, 1982 - 206 с.
Установа освіти
«Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки»
Кафедра електронної техніки і технології
РЕФЕРАТ
на тему:
«ПРИНЦИП ДІЇ ВАКУУМНИХ ЛАМП З УПРАВЛІННЯМ СТРУМОМ»
1. ВАКУУМНІ багатоелектродна ЛАМПИ
Вакуумні лампи з керуванням струмом є найбільш важливими елементами електронних схем. У залежності від робочого діапазону частот лампи можна розділити на дві групи. До першої групи належать всі вакуумні багатоелектродних лампи, які застосовуються на частотах до 500 Мгц, до другої - надвисокочастотні лампи, які використовуються на частотах від 500 до 100 000 Мгц.
1.1. Вакуумний діод
Як було показано раніше, вольт-амперна характеристика вакуумного діода складається з трьох ділянок, відповідних режиму початкового струму, режиму просторового заряду і режиму насичення (див. 3).
У режимі початкового струму (U а <0) справедливе рівняння (I а = I s e - eUa / kT = I s e - Ua / Ut). Згідно цього рівняння при U а = 0 анодний струм I а стає рівним току насичення I s. Однак це справедливо лише для діодів, у яких струм емісії катода настільки малий, що при позитивному анодній напрузі не виникає просторового заряду. Для використовуваних у техніці діодів, у яких просторовий заряд досить великий, анодний струм I при U a = Q не дорівнює току насичення, тобто завжди I а o <<I s. Тому закон початкового струму для таких діодів має вигляд:
де I ао - анодний струм при діючому зворотному напрузі U дійств = 0 (обмежений хмарою просторового заряду перед катодом).
У режимі просторового заряду (U a> 0) зв'язок між анодним струмом і анодним напругою для діода з плоскими електродами описується рівнянням «трьох других».
У режимі насичення (U a>> 0) анодний струм дорівнює струму емісії катода, який лише незначно зростає при збільшенні анодної напруги за рахунок ефекту Шотткі. У промислових типах діодів внаслідок високої емісійної здатності (оксидного) катода насичення анодного струму досягається тільки в імпульсному режимі.
Вакуумні діоди використовуються в основному для випрямлення, перетворення, множення частоти і для детектування. Найважливішим параметром діода (при управлінні змінним струмом) є крутизна S =- dI a / dU a. У режимі просторового заряду
1.2. Вакуумний тріод
Рівняння статичної характеристики. У вакуумному тріоді між катодом і анодом розташована управляюча сітка (спіральна, стрижнева або чарункова) і на створюваний катодом електронний струм впливають одночасно електричні поля анода і керуючої сітки.
Рис. 1 Система електродів тріода (а) і «трикутна» еквівалентна схема (б).
Для кількісного обліку цього впливу зручно замінити тріод (рис. 1, а) еквівалентною схемою, яка складається із з'єднаних трикутником трьох лампових ємностей З А.К., З а.с. і С с.к. (рис. 1,6) . Тоді заряд катода (у нехтуванні просторовим електронним зарядом) визначається наступним електростатичним співвідношенням:
або
У площині сітки діє так зване ефективне або чинне напруга U дійств. Ставлення називають проникністю тріода.
З урахуванням рівняння (96) маємо:
U дійств = U з + DU а (4)
Отже, чинне напруга U дійств дорівнює сумі сіткової напруги і деякої частини (D =- 1 ¸ 20%) анодної напруги. У відповідності з рівнянням тріодних система з напругами U з і U а зводиться до еквівалентної діодним системі з напругою U дійств.
Відповідно до закону «трьох других» для анодного струму I а тріода справедливе співвідношення
I а = KU 3 / 2 дійств = К (U c + DU a) 3 / 2. (5)
Це рівняння описує так звану «статичну характеристику» тріода, яка добре збігається з експериментальними даними. Константа рівняння трьох других визначається геометрією електродів. Для плоскої тріодної системи має місце наступне наближене співвідношення:
де d c - Відстань між сіткою і катодом, см; S - площа поверхні катода, см 2.
Відповідно до рівняння (5) тріод характеризується двома родинами характеристик: I а = f (U c) з параметром U a (Рис. 4.2, а) і I a = f (U а) з параметром U c (рис. 2, в). Рівняння динамічної характеристики. Для виключення сіткових струмів тріоди (крім генераторних тріодів) зазвичай працюють при негативному напрузі на сітці. При цьому «робоча точка» лампи за рахунок негативної напруги (зсуву) на сітці зміщується в область негативних сіткових напруг настільки, щоб при максимальному очікуваному керуючому напрузі на сітці остання перебувала під негативним потенціалом. При подачі напруги, на сітку змінюється не тільки анодний струм, але і анодна напруга (завдяки наявності зовнішньої ланцюга), яке в свою чергу впливає на анодний струм. Тому загальна зміна анодного струму (при невеликих амплітудах напруги, що управляє) дорівнює повного диференціалу dl а, причому
Рис.4.2
де dI a, dU c і dU a позначають (наприклад, синусоїдальні) зміни величини I а, U c і U a. При досить малих змінах характеристика у сфері управління (в околиці робочої точки) може вважатися прямолінійною, тобто вираження в дужках у рівнянні (7) є постійними величинами. Їх значення можуть бути розраховані за відомим ходу характеристик I а-U a або I а-U c в околиці робочої точки. При цьому відношення
називають крутизною, а величину
-Внутрішнім опором тріода. Крім того, ставлення
являє собою проникність тріода, яку можна також визначити через відношення відповідних ємностей лампи [см. рівняння (3)].
Ці три величини пов'язані співвідношенням Баркгаузена (внутрішнє рівняння тріода)
SDRi = 1. (11)
З урахуванням рівнянь (9) і рівняння (7) набуває вигляду:
dI a = SdU c + dU a / R i (12)
Посилення струму, напруги та потужності. На рис. 104 показаний приклад використання тріода найпростішому усилительном каскаді. Поведінка анодному ланцюзі по постійному струму описується рівнянням «навантажувальної прямої»
Рис.3 Підсилювач на тріоді
U a = U б - I a R a, (13)
а по змінному струмі-наступним співвідношенням:
dU a = - dI a R a (13a)
З урахуванням рівняння (13а) рівняння динамічної характеристики тріода приймає вигляд:
У залежності від співвідношення між величинами R a і Ri з цього рівняння можна отримати характерні співвідношення для випадків підсилення струму, напруги та потужності.
Посилення струму. Для оптимального посилення струму необхідно, щоб R a <<R i (В межі R a ® 0). При цьому з рівняння (13б) маємо:
dI а = SdU c. (14)
Таким чином, в анодному ланцюзі протікає змінний струм великої величини, якщо R a мало в порівнянні з R i, а крутість S досить велика. Отже, величина S визначає коефіцієнт посилення по струму.
Посилення напруги. З рівняння (13а) можна легко отримати вираз для коефіцієнта посилення тріода по напрузі | m u |:
причому опір R a може бути як омічним, так і комплексним. Максимум посилення напруги має місце при R a>> R i У межі, при R a ® ¥, коефіцієнт посилення по напрузі досягає максимальної величини:
Тому m, називають коефіцієнтом посилення по напрузі в режимі холостого ходу; для тріодів m зазвичай становить від 5 до 100.
Таким чином, велике змінну напругу на
анодної навантаженні має місце при R а набагато більшому Ri і при малому D. Тому величина D також визначає коефіцієнт посилення по напрузі.
Посилення потужності. Потужність змінного струму в анодному ланцюзі пропорційна (dI a) 2 R a. З рівняння (13б) маємо:
Посилення по потужності максимально, коли досягає максимуму величина R а / (R а + R i) 2, тобто при Ri = R a. При цьому умови з рівняння (4.17) маємо:
Отже, велике посилення по потужності має місце при Ri = R a і при використанні ламп з малою проникністю і з великою крутизною. Ставлення S / D, таким чином, визначає величину коефіцієнта посилення по потужності (к. п. буд підсилювачів потужності).
Баланс потужності при посиленні. Потужність Р R, виділяється на нагрузочном анодному опорі R a підсилювальної схеми, складається з постійної і змінної частин:
P R = (Ia + dI a) 2 R a = I 2 a R a + (dI a) 2 R a (18)
(2dI a R a = 0, так як dI a при усередненні дає нуль). Потужність Р а, що підводиться до анода лампи, дорівнює:
Р а = (U а-dU a) (I a + dI a) = U a I a + dU a dI a =
= U a I a - (dI a) 2 R a (4.19)
(Середнє від dU a I a і dI a U a дорівнює нулю, так як dU a і dI a при усередненні за період дають нуль.) З рівняння (112) випливає, що потужність розсіювання на аноді (по постійному струму) U a I a при наявності керуючого напруги зменшується на величину (dI a) z R a, є, таким чином, корисної вихідною потужністю підсилювача [рівняння (18)]. Отже, перетворення потужності в підсилювачі відбувається за рахунок потужності розсіювання підсилювальної лампи (по постійному струму).
Недоліками тріода є відносно мале посилення (m u <l / D), яке, крім того, обмежена сильним впливом поля анода на поле в просторі катод - сітка; щодо малий внутрішній опір (близько 10 кОм) і схильність до самозбудження через анодно-сіткову ємність С а. с. Ці недоліки усунені в тетродах і в їх подальше удосконалення - пентодах.
3. Тетрод (лампа з двома сітками)
Ця лампа містить другу сітку, яка може розташовуватися або між керуючою сіткою і катодом (сітка просторового заряду або катодна сітка), або між керуючою сіткою і анодом (екранує сітка). Найбільш часто використовуються тетроди з екранує сіткою (рис. 4.13, а), що володіють дуже малими значеннями З а. С і D (D - проникність лампи).
Рис. 4. Розташування електродів (а) і типові характеристики тетрода (б).
1 - вторинні електрони переходять з сітки, що екранує на анод; 2 - хід характеристики без урахування вторинної емісії; 3 - вторинні електрони переходять з анода на екранує сітку.
Електродний систему тетрода, як і тріод ну ю, можна звести до еквівалентної діодним системі. За аналогією з рівнянням (6) рівняння статичної характеристики тетрода має вигляд:
I k = K (U c + D е.. C. U е.с. + D a U a) 3 / 2, (22)
де. D a. c - проникність керуючої сітки (для поля екранує сітки); D a - проникність лампи (для поля анода) і U Е.С. - напруга сітки, що екранує. Замість I а в рівняння (4.6) в даному випадку входить струм катода I до в площині керуючої сітки, частина якого відгалужується на (позитивну) екранує сітку, а інша велика частина - на анод (токораспределением). Таким чином, екранує сітка діє на катодний струм як «притягає» електрод.
На рис.4, б показана типова форма анодної (I a-U a) і сеточно-анодної (I е.с-U a) характеристик тетрода. Обидві характеристики розташовані симетрично відносно один одного і мають злам при U a <U е.с [всупереч рівнянню (4.22)]. Наявність зламу пов'язано з появою вторинних електронів, які вибиваються первинними електронами (створюють анодний струм) з анода і потрапляють на більш позитивну екранує сітку (динатронного ефект). При цьому струм сітки, що екранує зростає па величину струму вторинної електронної емісії, а струм анода відповідно зменшується. При U а> U Е.С. навпаки, вторинні електрони з сітки, що екранує потрапляють па більш позитивний анод. У цій області завдяки екрануючу дію обох сіток тріода характеристика має майже горизонтальний хід (тобто I а майже не залежить від U a).
Через зламу характеристики область управління тетродом лежить при U а> U Е.С.. Цей недолік можна усунути, вводячи третю (захисну або антидинатронная) сітку, що ліквідує обмін вторинними електронами між екранує сіткою і анодом. Лампи з трьома сітками (з п'ятьма електродами) носять назву пентодів.
4. Пентод (лампа з трьома сітками)
Шкідливий ефект обміну вторинними електронами усунута в пентоді за рахунок того, що захисна сітка з'єднується з катодом п, отже, має нульовий потенціал (U б = 0, рис. 4.5, а). Тому статичне рівняння характеристики пентода збігається з рівнянням (4.22). Однак оскільки через сильний екрануючого дії третьої пентодной сітки D a <<D Е.С., тобто D a U a <<D е.с U е.с то для пентода наближено маємо:
I K = K (U c + D е.с U е.с) 3 / 2. (23)
Отже, анодний струм пентода I а = Ік-Iс
практично не залежить від U a (Насичення характеристик сімейства I a-U a, рис. 4.5, б), за винятком випадку U a <<U е.с (перехоплення струму екранує сіткою).
Пентоди характеризуються дуже малим впливом анодної напруги на струм катода (проникність лампи D a <<l%) і високим внутрішнім опором R i (порядку декількох мегаOм; внаслідок горизонтального ходу анодних характеристик I а-U а). Оскільки зазвичай R i>> R a, то коефіцієнт посилення пентода за напругою згідно з рівнянням (4.16) дорівнює (D = D a):
Рис. 5. Розташування електродів (а) і типове сімейство характеристик (б) пентода.
При R a ® ¥ згідно з рівнянням (16) отримуємо, що m u = m u max = 1 / D а. На практиці максимальний коефіцієнт підсилення менше l / D a (приблизно 10 3), оскільки при великих амплітудах змінного анодної напруги (полуволне анодний струм може на якийсь час перериватися, що викликає значні спотворення вихідного сигналу.
4.1.5. Гексод, гептоди, октоди (лампи з чотирма, п'ятьма і шістьма сітками)
Ці лампи мають по дві (що знаходяться під негативним потенціалом) керуючі сітки, які можуть незалежно один від одного впливати на струм катода (подвійне управління). У радіотехніці вони зазвичай використовуються як змішувальні лампи.
ЛІТЕРАТУРА
1. Мірошников М.М. Теоретичні основи оптико-електронних приладів: навчальний посібник для приладобудівних вузів. - 2-е видання, перероб. і доп.-Л.: Машинобудування, Ленінгр. відділення, 1983 - 696 с.
2. Порфирьев Л.Ф. Теорія оптико-електронних приладів і систем: навчальний посібник.-Л.: Машинобудування, Ленінградське відділення. 1980 - 272 с.
3. Кноль М., Ейхмейер І. Технічна електроніка, т. 1. Фізичні основи електроніки. Вакуумна техніка.-М.: Енергія, 1971.
4. Яворський Б.М., Детлаф А.А. Довідник з фізіке.-М., Наука, 1978 - 944 с.
5. Сивухин Д.В. Загальний курс фізики. Оптіка.-М.: Наука, 1980 - 752 с.
6. Зі С. Фізика напівпровідникових приладів. У 2-х кн.-М.: Світ, 1984.
7. Достанко А.П. Технологія інтегральних схем.-Мн: Вишейшая школа, 1982 - 206 с.