Главная Электровакуумный прибор с термоэлектронным катодом



Действительно, так как при этом рабочий островок катода уменьшается и удаляется от проволок, то уменьшается и влияние сеточяого напряжения яа катодный ток (влияние анодного напряжения не изменяется, так как анод удале» на одинаковое расстояние от любой точки Катода). Из выражения (2.43) следует, что при более слабом влиянии сетки катодный ток при данном изменении анодного напряжения остается постоянным лишь при большем изменении сеточного напряжения, т. е. что проницаемость возрастает.

Увеличением проницаемости объясняется как увеличение напряжения запирания, так и то, что экспериментальная характеристика ироходнт выше теоретической (рис. 2.32). По мере уменьшения отрицательного напряжения на сетке, вместе с уменьшением проницаемости уменьшается и расхождение характеристик.

la, *а


3 -г -i о го ио т во wo т т ibo т гоо в

Рис. 2.34

Возникновение «островкового эффекта» приводит также к тому, что характеристики перестают быть параллельными. Это непосредственно вытекает из выражения (2.47). Так как при увеличении катодного тока проницаемость уменьшается, то характеристики, изображенные на рис. 2.32, расходятся веером вниз. Аналогично можно показать, что характеристики, иллюстрирующие зависимости катодного тока от напряжения на аноде; при отрицательных напряжениях на сетке расходятся веером вверх.

Переходим к расчету коэффициента токораспределения y- Он рассчнтьшается по ф-ле (2.(13) и требует определения расстояния а между начальными точками граншчных траекторий (рис. 2.6). Его можно найти, если известны аналитические выражения для траекторий электронов. Вывод этих выражений требует интегрирования уравнений движения электронов в потенциальном поле, описываемом ур-нием (2.31), и выходит за рамки учебного курса. Ниже приводятся только окончательные выражения для коэффициента y-

В режиме возврата

Ik V Ug

РГка

(2.48)

(2.49)

в реж1ме перехвата, для упрощения выражений, вместо y определяют от-

ношение ~. Приближенно

h V Ug

(2.50)

С„ =

>- 26

(2.51)

26 \ Га

Необходимо заметить, что приведенные выражения выведены без учета поля пространственного заряда и являются поэтому лриближенными. Особенно большую ошибку можно получить при расчете по ф-ле (2.48).

Уравнеиие анодного тока триода имеет вид

ia = yS<y4Ug + Dua). (2.52)

При отрицательном напряжении на сетке, когда y=1.

ia=ga (Ug + Dua). (2.53)

Теоретические характеристики анодного тока в этом случае совпадают с характеристиками катодного тока ((рис. 2.32). На рис. 2.34 показаны -эксперямен-тальные характеристики анодного тока при отрицательном напряжении иа сетке. Они относятся к лампе, у которой «островковый эффект» проявляется достаточно сильно. Расчеты анодного тока при положительном напряжетш иа сетке дают лишь приближенные зна"1енйя.

Полученные выражения можно попользовать для анализа влияния геометрических размеров системы на анодяый ток. Для увеличения «качества» лампы увеличивают поверхность и мощность катода и уменьшают расстояние между катодом и сеткой. Анодный ток при данных напряжениях иа электродах можно увеличить и за счет увеличения проницаемости. Для этого следует уменьшать расстояние от сетки до анода и использовать более редкую сетку (большой шаг и малый диаметр проволоки). Однако использование редкой сетки, особенно при малом расстоянии от катода до сетки, ограничивается опасностью возникновения «островкового эффекта» и искажением вида характеристик, а также уменьшением механической прочности сежи. Кроме того, как показано ниже, ограничена н возможность уменьшения расстояния от сетки до анода. Поэтому большинство триодов имеет малую величину проницаемости. Наконец, еслн лампа работает при положительном напряжении, следует увеличивать коэффициент y-Для этого, как видно из выражения (2.61), необходимо использовать редкую сетку, уменьшать расстояния между сеткой и анодом и увеличивать между катодом .и сеткой. Из приведенного выше следует, что ограничена и возможность увеличения коэффициента y- Практически существенное увеличение анодного тока может быть достигнуто лишь увеличением «качества» лампы.

• ПЕНТОД (рис. 2.15а)

Так же, как и в триоде, расчет анодного тока пентода требует расчета катодного тока и коэффициента y- Он упрощается, если допустить, что в точках, достаточно удаленных от каждой из сеток, действие последних эквивалентно действию сплошных электродов, расположенных на их месте. При этом вводятся понятия действующих потенциалов cpei, срез и <р9з или действующих напряжений Udi, Ив2 и иаз на сешах.

Действующим потенциалом сежи называется потенциал на заменяющем ее сплошном электроде. Его величина определяется из условия эквивалентности полей на достаточном удалении от сетки до я после ее замены сплошным электродом. Действующим напряжением на сетке называется разность между ее действующем потенциалом и потенциалом катода. При отсчете потенциалов от катода действующее напряжение равно действующему потенциалу.

Замена первой сетки сплошным алектродом (приведение пентода к диоду) позволяет, используя выражение (2.26), определить катодный ток (в это выражение вместо «а подставляется uai). При замене первой и третьей сеток сплошными электродами, т. е. рассматривая триод, состоящий из этих электродов и второй сетки, можно рассчитать распределение катодного тока между анодом и второй сеткой (предполагается, что пентод работает в режиме перехвата и все



электроны, достигающие третьей сетки, попадают «а анод; из-за значительных погрешностей в режиме возврата расчеты аиодиого тока не производятся). При этом используется выражение (2.50), в котором под анодным напряжением следует понимать разность иэз-"ai действующих напряжений на третьей и первой сетках (первая сетка играет роль катода), а под напряжением на сетке -разность «82-иаь Отсюда следует, что задача расчета анодного тока сводится к определению действующих потенциалов или напряжений.

Действующий потенциал на первой сетке можно найти, заменяя вторую сетку сплощным электродом и применяя выражение (2.44) к триоду, состоящему из катода, первой сетки и этого электрода, играющего роль аяода:

4>di = (iiDi\4>K + 4gi + Di(pd2), (2.54)

где Di, jDbi и Oi - прямая и обратная проницаемости и острота управления рассматриваемого триода. Эти коэффициенты определяются по ф-лам (2.35-i2.37).

Аналогично, если первую и третью сетки заменить сплошными электродами, то можно получить выражение для действующего напряжения иа второй сетке:

фаз = СТз {Djf/Pdi + Ф2 + ОаФаз). (2.55)

где коэффициенты D2, Dr2 и Oj имеют прежний смькл.

Наконец, действующий потенциал на третьей сетке будет равен

Фдз = <з(;?зФа2+Фз4-зФа). (2.56)

Решая эти уравнения относительно фэь фэг и фаз. мы найдем действующие потенциалы на сетках пентода. Так, действующий потенциал на первой сетке 1

Фа1 = •

.(2.57)

0,0.

Так как a имеет порядок 1, a 0<1, то можно пренебречь вторыми членами выражений в скобках, а также вторым и третьим членами в знаменателе. Полагая, кроме того, что потенциалы отсчитываются от катода, для действующего напряжения на первой сетке можно написать

«ai = {Ugi + DiQUg + DJiiO-ags + ООПоаа), (2.58>

или сокращенно

"ft = «1 («gi + DgigxUgi + Dg3giUg3 + Dagua), (2.59)

где коэффициент Dgigi характеризует сравнительное влияние второй и первой сеток иа величину мэь т. е. на катодный ток; соответствующий смысл имеют и остальные коэффициенты.

При приближенных расчетах опускают О] и два последних члена в скобках (пренебрегают влиянием анодного напряжения и напряжения на третьей сетке на катодный ток) и считают, что

Udi~Ugi + Dg2giUg2. (2.60>

Аналогично можно показать, что

«d2=CT2(OR2<Jl«gl+"g2+32fT3«g3 + 02D3a3Ma) [(2.61>

«аз = СТз (OR2R30l°2"gi + Df 1 ОзИа -f Ug3 + Da).

(2.62>

Так как в пентодах используется густая вторая сетка (D2 = Db2 = 0, а 02 = 1), а третья сетка соединена с катодом, то

«а2 S Ug2,

Щз = 0з(кз"?2 + ОзМа).

(2.63) (2.64)

Окончательные выражения для катодного тока и коэффициента, характеризующего тскораспределение, имеют вид

«« = «r«a? =2,33.10-6-f-

(2.65)

Igt У Ug2-Udl V Ug2 У Ugi

(2.66)

(действующее напряжение Udi значительно меньше, чем ааз и ««2).

Последяие выра1жения позволяют построить теоретические характеристики токов, протекающих во внешних цепях пентода.

• АППРОКСИМАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

При аналитическом расчете электронных схем используются как приведенные выше выражения для анодного тока, так и выражения, аппроксимирующие его реальные характеристики.

Задача аппроксимации состоит в выборе аппроксимирующих функций и в определении их постоянных коэффициентов.

В случае, когда анодный ток имеет большую величину, с успехом используется линейно-ломаная аппроксимация. На рис. 2.35 в качестве примера показана линейно-ломаная аппроксимация управляющей характеристики (пунктиром нанесена реальная характеристика, а оплошной линией - аппроксимирующая).

Очевидно, что при и«<и«о уравнение анодного тока имеет вид

а при Ug>Uga

ia = C(Ug - Ugo),

(2.67)

где а - посгоянный коэффициент аппроксимации, пропорциональный тангенсу угла наклона аппроксимирующей линии и определяемый непосредственно из графика.

При работе с малыми токами для аппроксимации используются нелинейные функции. К ним относятся: степенной полином

ia = Оо + + аи + • • •,

экспоненциальный полином

i„=aie*« + a2e*"+ . . .


Рис. 2.35

и другие функции. Как и в предыдущем случае, постоянные аппроксимации определяются по реальным характеристикам.

Расчеты электронных схем с помощью аппроксимирующих функций страдают значительной погрешностью и имеют ориентировочный характер. Более точные расчеты производятся графическим методом, изложенным ниже, по реальным характеристикам.



3.1. МЕТОДЫ ГРАФИЧЕСКОГО РАСЧЕТА АНОДНОГО ТОКА

в § 1.1 было установлено, что при работе лампы в квазистатическом режиме напряжения на электродах за время пролета электрона через разрядный промежуток остаются практически постоянными. Отсюда следовало, что в любой момент времени состояние системы определяется только мгновенными значениями приложенных напряжений и при расчете токов, протекающих во внешних цепях, могут быть использованы статические характеристики. Поэтому задача настоящей главы сводится лишь к изучению методов этих расчетов.

Изучение графических методов расчета анодного тока по характеристикам проведем на примере схемы на триоде, изображенной на рис. 3.1. Расчеты и для любой другой лампы с сетками аналогичные. Некоторые особенности расчета схем на пентоде приведены после основного изложения.

В рассматриваемой схеме в анодную цепь включен источник постоянного напряжения Еа и нагрузка Ra, а в цепь управляющей сетки - отрицательное напряжение Eg, переменное напряжение Ug- и сопротивление Rg (ограничимся случаем, когда в цепи ано-110


Рис. 3.1

да и сетки включены чисто активные сопротивления). Через щ обозначено суммарное напряжение, питающее сеточную цепь.

В общем случае, когда токи протекают и в цепи анода и в цепи управляющей сетки и создают на сопротивлениях падения напряжения соответственно iaRa и igRg, напряжения на электродах лампы определяются выражениями:

(3.1)

На - Еа - iaRa-

(3.2)

На рис. 3.2 показано, как определяется анодный ток по характеристикам при отсутствии сопротивлений и переменного напряжения на сетке. Так как в этом случае Ug = Eg и Ua = Еа, то, пользуясь выходными характеристиками (правый график), необходимо из точки «а = Еа ИЗ ОСИ Uo восстзновить перпендикуляр до пересечения с характеристикой, снятой при Ug = Eg. По точке пересечения находится искомый ток lao- Аналогично 1ао можно найти и по управляющим характеристикам (левый график).


Рис. 3.2

При постоянном напряжении на сетке и нагрузке в цепи анода для нахождения тока ia надо знать Uo, которое согласно (3.2), в свою очередь, определяется величиной ia. Для обоснования метода расчета, используемого в этом случае, разрежем цепь анода по линии АВ (рис. 3.1). Зависимость ia от Ua цепи, лежащей справа от линии разреза, подчиняется ур-нию (3.2), а цепи, лежащей слева, - уравнению выходной характеристики (при Ug = Eg). Решая совместно эти уравнения, определяем как Ua, так и to-

Работа электронных ламп при переменных напряжениях на электродах (квазистатический режим)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20


0.0127