Тема 1.8. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Электронные лампы
Принцип работы электровакуумных приборов (электронных ламп) состоит в создании электронного потока в вакууме и управлении этим потоком.
Процесс получения электронов называется электронной эмиссией. В электронных лампах используется термоэлектронная эмиссия, происходящая под действием нагрева катода.
Катод - электрод, предназначенный для испускания электронов.
По способу подогрева различают катоды прямого и косвенного накала. В катодах косвенного накала можно использовать как постоянный, так и переменный ток, но его экономичность ниже, чем у катода прямого накала.
По типу эмитирующей поверхности катоды подразделяются на простые (из чистых металлов) и сложные (покрытые пленкой, оксидные). Оксидные катоды применяются для уменьшения работы выхода. В импульсном режиме такие катоды резко увеличивают ток эмиссии. Обычно используются в маломощных лампах. В мощных лампах используются вольфрамовые катоды, покрытые торием (тарированные катоды).
Диод - простейшая электронная лампа, имеющая два электрода - анод и катод (рис. 1).
На анод подается положительное напряжение Ua ≈ (100...300) В; на катод отрицательное относительно анода UК ≈ 0. Анод создает ускоряющее поле и притягивает электроны. На рис. 2 приведена ВАХ диода Iа = f(Ua) | UH = const. Диод используется для выпрямления высоковольтных напряжений большой мощности.
Рис. 1 Рис. 2
Основными параметрами диода являются:
Крутизна S: показывает управляющее действие анода в режиме пространственного заряда:
| UH = const:мА/В;
внутреннее сопротивление переменному току Ri: характеризует сопротивление диода изменяющемуся току:
| UH = const,Ом.
Предельные параметры диода: допустимая мощность на аноде Ра max и допустимое анодное напряжение Uа max
Триод содержит 3 электрода: анод, катод и сетку, (рис. 3).
Устройство и схема включения триода
Рис. 3
Сетка - управляющий электрод, на нее подается небольшое отрицательное напряжение Uс = - (1...100) В. Сетка создает тормозящее поле. Изменяя в небольших пределах Uс можно получить значительное изменение Ia; т.е. триод является усилительным элементом
На рис. 4 приведены анодные Iа = f(Ua)при Uс = const и анодно-сеточные Iа = f(Uc)при Ua = const характеристики триода.
Рис. 4
Статическими параметрами триода являются:
Крутизна S : показывает управляющее действие сетки:
| UH = const:мА/В; S ≈ (2...30)mА/В;
внутреннее сопротивление R,характеризует влияние анода на Iа
| UH = const,кОм; R1 ≈ (1…50) кОм;
статический коэффициент усиления: показывает, во сколько раз сильнее на Iа влияет поле сетки, чем поле анода, т.е. характеризует усилительные свойства триода
| Ia = const; µ ≈(5... 2000).
Внутреннее уравнение лампы связывает параметры триода
µ = S*R1
К предельным параметрам триода относятся: допустимая мощность, рассеиваемая анодом Ра max , допустимое анодное напряжение Ua max , допустимый анодный ток Iа max
Триод обладает межэлектродными емкостями, которые оказывают действие на работу триода.
Входная емкость СCК шунтирует источник сигнала; выходная емкость САК шунтирует нагрузку; проходная емкость САС оказывает самое отрицательное воздействие - через нее возникает паразитная частотно зависимая обратная связь и нарушается режим работы триода
САC ≈ (1...15)пФ.
Недостатками триода являются низкий µ и большая величина САK.
Используется триод для усиления сигналов низких частот, для детектирования. Более широкое применение получили двойные триоды.
Тетрод - электронная лампа, имеющая четыре электрода: катод, анод, управляющую и экранирующую сетки (рис. 5).
Рис. 5
Наличие экранирующей сетки (С2) уменьшает САC1 увеличивает µ. САC1 тетрода ~ (0,01 ..0,07) пФ, на С2 подается положительное напряжение UС2 ~ (0,7...0,9) UA.
На рис. 6 приведены статические анодные (IA = f(UA) при UC1, UC2 = const и анодно-сеточные (IA = f (UC1) при UА,UC2= const характеристики.
Анодно-сеточные характеристики Анодные характеристики
тетрода тетрода
Рис. 6
На графике анодных характеристик показана также зависимость сеточного тока IC2 от анодного напряжения UA. В тетроде возникает вторичная электронная эмиссия, приводящая к динатронному эффекту (уменьшение IА и увеличение IC2 на участке ВС анодной характеристики). К статическим параметрам тетрода относятся:
Крутизна S, показывает управляющее действие сетки I
| UA, UC2 = const, мА/ В;S ≈ (2...30) мА/В;
внутреннее сопротивление Ri; показывает действие поля анода на IA
| UC1, UC2 = const, кОм; Ri ~ десятки; кОм;
статический коэффициент усиления µпоказывает усилительные способности тетрода:
.
Тетрод применяется в качестве приемно-усилительных ламп, для генерации.
Недостатком тетрода является наличие динатронного эффекта. Для устранения динатронною эффекта используются лучевые тетроды, в которых формируются пучки электронов, создающие тормозящее поле, практически устраняющее вторичную эмиссию. При этом несколько увеличивается проходная емкость и уменьшается коэффициент усиления. Используется в мощных усилителях НЧ
Пентод - электронная лампа, имеющая пять электродов: катод, анод, управляющую (С1), экранирующую (С2) и антидинатронную (СЗ) сетки (рис. 7).
Антидинатронная сетка создает тормозящее поле между анодом и экранирующей сеткой; на С3 подается нулевой потенциал. На рис. 8 (а, б) приведены анодные (IA = f (UА) при UC1, UC2, UC3 = const) и анодно-сеточные (IA = f (UC1) при UA , UC2, UC3 = const) характеристики пентода,
К статическим параметрам пентода относятся:
Крутизна S, показывает управляющее действие сетки 1
| UA, UC2, UC3 = const, мА/ В;S ≈ (5...30) мА/В;
внутреннее сопротивление Ri показывает действие поля анода на IA
| U1, UC2, UC3 = const, кОм; R, ≈ (50...2000 ) кОм;
статический коэффициент усиления µ, характеризует усилительные свойства пентода:
. ~ сотни ... тысячи
Достоинствами пентода является: высокий коэффициент усиления, малая проходная емкость, отсутствие динатронного эффекта. Используется для усиления сигналов НЧ и ВЧ.
Схема включения пентода Анодно-сеточные характеристики пентода
| Рис. 7 | Рис. 8 (а) |
Анодные характеристики пентода
Рис. 8 (б)