Устройства на основе электровакуумных приборов. Электровакуумные приборы с электростатическим и динамическим управлением. Смотреть что такое "Электровакуумные приборы" в других словарях

1. Электровакуумными называют приборы, в которых электропроводность осуществляется электронами или ионами, движущимися между электродами через вакуум или газ. Электровакуумные приборы подразделяют на электронно-управляемые лампы , электронно-лучевые и газоразрядные приборы .

Конструктивными основными элементами любого электровакуумного прибора являются помещенные внутри баллона (газонепроницаемой оболочки) электроды. Электродом электровакуумного прибора называется проводник, эмиттирующий (испускающий) или собирающий электроны (ионы) либо управляющий их движением от электрода к электроду с помощью электрического поля. В зависимости от назначения различают следующие электроды электровакуумного прибора: катод, анод и управляющие.

^ Катод – является источником электронов в электровакуумном приборе.

Анод – ускоряющий электрод - обычно служит и выходным электродом, и основным коллектором (собирателем) электронов.

Управляющим называется электрод, предназначенный для управления основным потоком электронов. Если управляющий электрод выполнен в виде сетки, его часто называют управляющей сеткой. Электроды выполняют в виде нитей, плоских пластин, полых цилиндров и спиралей; их закрепляют внутри баллона на специальных держателях – траверсах и слюдяных или керамических изоляторах. Концы держателей впаивают в стеклянное основание баллона.

Баллоны электровакуумных приборов представляют собой газонепроницаемые оболочки из стекла, металла или керамики. В баллонах электронно-управляемых ламп создается разрежение 10 -8 …10 -4 Па, а в баллонах газоразрядных приборов – 10 -1 …10 4 Па.

^ Первый в мире электровакуумный прибор – лампу накаливания изобрел в 1873 г. русский ученый А.Н. Лодыгин. В 1883 г. американский изобретатель Т.А. Эдисон обнаружил эффект одностороннего прохождения потока электронов в вакууме от накаленной нити к металлической пластине, если к ним приложить определенную разность потенциалов, например, подключив к гальваническому элементу. Так появился прообраз электронной лампы. В то время такая лампа не могла найти практического применения, но работы по изучению ее свойств и условий прохождения электронов в вакууме продолжались.
^ 2. Физические основы работы электронно-управляемых ламп.

Электронно-управляемой лампой называется электровакуумный прибор, работа которого основана на управлении током, ограниченным пространственным зарядом, с помощью потенциалов электродов. В зависимости от назначения электронно-управляемые лампы подразделяют на генераторные, модуляторные, регулирующие, усилительные, выпрямительные. По роду работы различают лампы непрерывного и импульсного действия, а по диапазону частот – низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По числу электродов лампы делят на диоды, триоды, тетроды, пентоды, гексоды, гептоды, октоды, энноды и декоды.

^ Электронной эмиссией называется испускание электронов с поверхности веществ в окружающее пространство. В металлах, из которых изготовляют катоды электровакуумных приборов, свободные электроны находятся в состоянии хаотического непрерывного теплового движения и обладают определенной кинетической энергией, зависящей от температуры катода.

Термоэлектронной называют эмиссию электронов, обусловленную только нагревом катода (электрода). В результате нагревания металла увеличивается кинетическая энергия электронов и их скорость. На явлении термоэлектронной эмиссии основан принцип действия термокатодов, которые широко используются в электронно-управляемых лампах.
^ 3. Электронно-лучевые приборы.

Электронно-лучевыми называют такие электровакуумные приборы, в которых используется поток электронов, сконцентрированный в узкий пучок – электронный луч, управляемый как по интенсивности, так и по положению в пространстве. Одним из наиболее распространенных электронно-лучевых приборов является приёмная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

ЭЛТ преобразует электрический сигнал в оптическое изображение. Различают несколько видов приёмных ЭЛТ: проекционные, осциллографические, индикаторные, знакопечатающие, цветные, монохромные, светоклапанные и кинескопы.

В современных кинескопах используется смешанное управление лучом. Для фокусировки служит электрическое поле, а для отклонения луча – магнитное.

^ Обозначение ЭЛТ. Первым элементом обозначения ЭЛТ является число, которое указывает размер экрана – его диаметр или диагональ (для кинескопов с прямоугольным экраном). Второй элемент – две буквы, указывающие тип трубки (например, ЛО –осциллографические с электростатической системой управления лучом, ЛК – кинескопы с магнитным отклонением луча). После букв следует число, по которому сравнивают трубки одного типа с разными параметрами. В конце обозначения ставится буква, по которой определяют цвет свечения экрана (Б – белый, Ц – цветной, И – зеленый, А – синий и т.д.). Например, 40ЛК6Б - кинескоп с размером экрана по диагонали 40 см, 6-го варианта разработки, имеющий белый цвет свечения экрана. Обычно зарубежные фирмы-производители указывают размер диагонали кинескопа в дюймах (1 дюйм равен 2.54 см).
^ 4. Газоразрядные приборы. Физические основы работы газоразрядных приборов.

Электрическим разрядом в газах (или парах) называют совокупность явлений, происходящих в них при прохождении электрического тока. Электровакуумные приборы, электрические характеристики которых определяются в основном ионизацией намеренно введенного газа или пара, называются газоразрядными.

К ним относятся, например, ионные и ртутные вентили, тиратроны, ионные разрядники, индикаторы тлеющего разряда.

В отличие от электронно-управляемых ламп в этих приборах в создании тока участвуют не только электроны, но и заряженные частицы (атомы, молекулы) газа или пара – ионы.

^ Газоразрядные приборы состоят их газонепроницаемого баллона (чаще всего стеклянного), заполненного инертным газом, водородом или парами ртути, и системы металлических электродов. Давление газа в баллоне в зависимости от типа прибора находится в пределах от 10 -1 до 10 3 Па и достигает иногда 10 4 Па.

При отсутствии воздействия источников ионизации газы состоят из нейтральных атомов и молекул, поэтому они практически не проводят электрический ток. Ток через газ (как и через любую среду) протекает лишь в том случае, если в данной среде есть свободные электрически заряженные частицы – носители зарядов. В газе они могут образоваться, если от нейтральных атомов (или молекул) «оторвать» электроны за счёт действия какого-то источника энергии. При этом образуются носители заряда разных знаков: электроны – отрицательные заряды и положительные ионы – атомы газа, потерявшие электроны, - положительные заряды.

В реальных условиях на любой газ всегда действуют (пусть даже очень слабо) температура окружающей среды, космические и радиоактивные излучения промышленных установок и т.д., способствуя образованию заряженных частиц. Поэтому, в любом объеме газа всегда присутствуют электроны и ионы, которые могут вызвать электрический разряд. В электрическом разряде выделяют три процесса: возбуждение атомов, их ионизацию и рекомбинацию носителей зарядов разного знака.

Возбуждение атомов – процесс перехода одного из его внешних электронов на более удаленную от ядра орбиту за счет энергии, приобретенной в результате столкновения со свободным электроном. Это состояние атома неустойчиво и длится недолго: от единиц до десятков наносекунд. Затем электрон возвращается на свою прежнюю орбиту, а атом излучает во внешнее пространство энергию, полученную при столкновении. Эта энергия выделяется в виде электромагнитного излучения, часто сопровождаемого видимым свечением газа.

Ионизацией атомов называется процесс образования ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов.

К электровакуумным приборам относятся электрические приборы, дейст- вие которых основано на использовании потока электрических зарядов в ва- кууме или в среде разреженного газа .

Под вакуумом следует понимать состояние газа, в частности воздуха, при давлении ниже атмосферного. Если электроны движутся в пространстве сво- бодно, не сталкиваясь с оставшимися после откачки газа молекулами, то го-

ворят о высоком вакууме.

Электровакуумные приборы делятся на электронные, в которых наблю- дается протекания электрического тока в вакууме, и ионные (газоразрядные), для которых характерен электрический разряд в газе (или парах). В элек- тронных приборах ионизация практически отсутствует, а давление газа не менее 100 мкПа (10-6-10-7 мм рт. cт.).

В ионных приборах давление 133×10-3 Па (10-3 мм рт. cт.) и выше. При

этом значительная часть движущихся электронов сталкивается с молекулами газа и ионизирует их.

Электронные приборы называются электронными лампами.

Классификация электронных приборов производиться по следующим признакам:

Назначение и область применения,

Число электродов,

Тип катода (прямого или косвенного накала),

Метод управления электронным потоком.

Электронные приборы делятся на:

1. Выпрямительные лампы (кенотроны), предназначенные для преобразо-

вания переменного тока в постоянный.

2. Приёмно-усилительные лампы, предназначенные для усиления и преоб-

разования колебаний высокой частоты в приёмниках и для улучшения коле-

баний низкой частоты в приёмниках и усилителях.

В зависимости от количества электродов приёмно-усилительные лампы делятся на:

Двухэлектродные (диоды), имеющие два электрода – катод и анод (диоды применяются для детектирования (выпрямления) высокочастотных токов, преобразования токов низкой частоты и различных автоматических регули-

Трёхэлектродные (триоды), имеющие, кроме катода и анода, третий элек- трод, управляющую сетку (триоды применяются для усиления колебаний низкой частоты и во многих специальных схемах);

Четырёхэлектродные (тетроды), имеющие катод, анод и две сетки (тетроды применяются для мощного усиления колебаний низкой частоты);

Пятиэлектродные (пентоды), имеющие катод, анод, и три сетки (пентоды применяются для усиления колебаний высокой и низкой частоты, мощные пентоды используются для усиления мощности колебаний низкой частоты);

Многоэлектродные (четыре сетки – гексоды, пять сеток – гептоды, шесть сеток - октоды) применяются для преобразования частоты в приёмниках;

Комбинированные, содержащие две и более систем электродов с независи-

мыми потоками электронов. Различают следующие типы комбинированных электронных ламп: двойной диод, двойной триод, двойной тетрод, двойной

диод – триод, двойной диод – тетрод, диод – тетрод, диод – пентод, двойной

диод – пентод, триод – пентод, двойной лучевой тетрод и т.п.

3. Генераторные и модуляторные лампы. Эти лампы более мощные, чем приёмно-усилительные. Применяются они для генерирования колебаний высокой частоты, усиления этих колебаний по мощности и для модуляции.

Генераторные и модуляторные лампы бывают трёхэлектродные, четырёх-

электродные и пятиэлектродные.

4. Ультравысокочастотные лампы, предназначенные специально для работы в диапазоне ультракоротких волн (УКВ). Часть этих ламп работает на том же принципе, что и обычные лампы, и отличается от них лишь размера- ми. Другая часть ламп диапазона УКВ имеет особую конструкцию. Наконец,

в диапазоне УКВ применяются клистроны и магнетроны, работа которых ос- нована на совершенно иных принципах, чем работа обычной электронной лампы.

Рис. 1.1 Внешний вид некоторых типов ламп:

а и б – приёмно-усилительные стеклянные лампы; в – бесцокольная миниа-

тюрная лампа; г – металлическая приёмно-усилительная лампа; д –

стеклянная бесцокольная лампа большой мощности; е –- металлокерами-

ческая импульсная

5. Электронно-лучевые приборы. К ним относятся кинескопы (приём- ные телевизионные трубки), передающие телевизионные трубки, осцилло- графические и запоминающие трубки, электронно-оптические преобразова- тели изображений, электронно-лучевые переключатели, индикаторные труб- ки радиолокационных и гидроакустических станций и др.

Внешний вид ламп некоторых типов представлен на рис. 1.1.

Электровакуумные приборы также классифицируются:

1. По материалу и устройству баллона:

Стеклянный;

Металлический;

Керамический;

Комбинированный.

2. По роду охлаждения:

Естественное, или лучистое;

Принудительное – воздушное, водяное, паровое.

Классификация газоразрядных приборов производится по типу разряда, происходящего в газе. В радиотехнической аппаратуре применяются три типа газоразрядных приборов:

a) Приборы тлеющего разряда. Эти приборы имеют холодный, не накали-

ваемый катод и используют преимущественно для стабилизации напряжения.

б) Приборы дугового разряда с жидким или твердым не накаливаемым катодом.

в) Приборы дугового разряда с искусственно накаливаемым катодом. Эти приборы используются для выпрямления переменного тока в постоянный и в

различных схемах управления и автоматики.

Электровакуумные приборы - приборы для преобразования, усиления и генерации электромагнитной энергии, в которых рабочее пространство изолированно от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жесткой газонепроницаемой оболочкой.

К электровакуумным приборам относятся газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе, вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, лампы накаливания.

Лампы накаливания - наиболее массовый вид электровакуумных приборов. Извлечение воздуха из баллона лампы позволяет предотвратить окисление нити накала кислородом. После удаления воздуха для уменьшения испарения раскаленной нити лампы накаливания некоторых типов заполняют инертным газом. Это дает возможность повысить рабочую температуру нити накала, чем повысить световую отдачу ламп без снижения срока их службы. Наличие инертного газа не влияет на преобразования подводимой к лампе электрической энергии в световую. Вакуумные электронные приборы изготавливают с таким расчетом, чтобы в рабочем режиме давление остаточных газов внутри баллона равнялось 10-6-КГ10 мм рт. ст.

Ионы остаточных газов при данной степени разрежения не влияют на траектории электронов и шумы, которые создаются потоком таких ионов при их приближении к катоду, сравнительно малы. Подобные электровакуумные приборы охватывают несколько классов приборов.

1. Электронные лампы - пентоды, тетроды, триоды и т. д.; необходимы для преобразования энергии постоянного тока в энергию электрических колебаний с частотой до 3 х 109 Гц. Главные области использования электронных ламп - радиовещание, радиотехника, радиосвязь, телевидение.

2. Электровакуумные приборы СВЧ - магнетроны и приборы магнетронного типа, отражательные и пролетные клистроны, лампы обратной волны и лампы бегущей волны и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний с частотами в пределах от 3 х 108доЗ х 1012 Гц. Электровакуумные приборы СВЧ применяются главным образом в приборах радиолокации, телевидения для передачи телевизионных сигналов по линиям радиорелейной связи, СВЧ-радиосвязи, спутниковым линиям.

3. Электронно-лучевые приборы - осциллографические электронно-лучевые трубки, запоминающие электрон-но-лучевые трубки, кинескопы и т. д.; предназначены для различных преобразований информации, представленной в форме световых или электрических сигналов (например, визуального отображения электрических сигналов, преобразования двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов и наоборот).

4. Фотоэлектронные приборы - передающие телевизионные трубки, вакуумные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители; служат для преобразования оптического излучения в электрический ток и используются в устройствах автоматики, ядерной физики, телевидения, астрономии, звукового кино, факсимильной связи и т. д.

5. Вакуумные индикаторы - цифровые индикаторные лампы, электронносветовые индикаторы и др. Работа индикаторных ламп базируется на преобразовании энергии постоянного тока в световую энергию. Используются в радиоприемниках, устройствах отображения информации, измерительных приборах и т. д.

6. Рентгеновские трубки; преобразуют энергию постоянного тока в рентгеновские лучи. Используются: в медицине - для диагностики ряда заболеваний; в промышленности - для нахождения невидимых внутренних дефектов в разных изделиях; в химии и физике - для определения структуры органических веществ, химического состава вещества, параметров и структуры кристаллических решеток твердых тел; в биологии - для определения структуры сложных молекул.

В газоразрядных электронных приборах давление газа, как правило, гораздо ниже атмосферного, поэтому их и относят к электровакуумным приборам. Класс газоразрядных электровакуумных приборов охватывает несколько видов приборов.

1. Ионные приборы большой мощности до нескольких мегаватт при токах до тысячи ампер, действие которых базируется на нейтрализации объемного заряда ионами газа. К подобным электровакуумным приборам относятся ртутные вентили, применяемые для преобразования переменного тока в постоянный в промышленности, на железнодорожном транспорте и в других отраслях; импульсные водородные та-ситроны и тиратроны, предназначенные для преобразования постоянного тока в импульсный в устройствах электроискровой обработки металлов, радиолокации и др.; клипперные приборы и искровые разрядники, используемые для защиты аппаратуры от перенапряжений.

2. Газоразрядные источники света непрерывного излучения, применяемые для освещения помещений, улиц, в киноаппаратуре, светящихся рекламах и т. д., и импульсные источники света, используемые в устройствах телемеханики и автоматики, передачи информации, оптической локации и т. д.

3. Индикаторы газоразрядные (матричные, знаковые, линейные, сигнальные), предназначенные для визуального воспроизведения информации в ЭВМ и других устройствах.

4. Квантовые газоразрядные приборы, которые преобразуют энергию постоянного тока в когерентное излучение - газовые лазеры, квантовые стандарты частоты.

Статические характеристики, важнейшими из которых являются анодно-сеточные и анодные, снимают при одном постоянном параметре.

Анодно-сеточные характеристики отражают зависимость анодного тока от напряжения на сетке при некотором постоянном анодном напряжении, то есть I а =f(U с) при U а =const.

Такие характеристики снимают для нескольких анод­ных напряжений и получают семейство анодно-сеточных характеристик, представленных на рисунке ниже:

1 — анодно сеточные характеристики триода; 2 — анодные характеристики триода.

Триод - это трехэлектродный электровакуумный прибор, один из самых распространенных в электронной технике.

Три его электрода — анод, катод и сетка размещены внутри баллона, из которого откачан воздух. Между като­дом, находящимся обычно в центре баллона, и анодом, ко­торому чаще всего придают цилиндрическую или коробча­тую форму, расположена спиралеобразная управляющая сетка. Условное обозначение триода отражает его принципиальное устройство.

Рассматривая конструкцию триода, нетрудно понять, что, поскольку сечка расположена намного ближе к ка­тоду, чем анод, влияние ее потенциала на ток лампы значительно превосходит влияние потенциала анода. Этим и объясняется основная функции триода: управление боль­шим током в анодной цепи посредством маломощных сигна­лов (потенциалов), подаваемых в сеточную цепь.

а — устройство триода; б — обозначение на схемах; в — схема включения для снятия характеристик

На рисунке выше (в) показан один из вариантов включе­ния триода. Источник питания Е а, резистор R а и участок анод - катод образуют анодную цепь, а источник питания Е с, резистор и участок сетка – катод составляют се­точную цепь. В этой схеме, изменяя положение скользя­щего контакта на резисторе R с, можно устанавливать на сетке то или иное напряжение.

Когда напряжение на сетку не подается (равно нул ю), она практически не оказывает влияния на работу лампы и триод действует, в сущности, так же, как рассмот­ренная ранее двухэлектродная лампа - диод.

Если на сетке отрицательное напряжен и е, то между нею и катодом возникает электрическое поле, которое препятствует движению электронов и огра­ничивает анодный ток. На сетке можно установить такое отрицательное напряжение, что анодный ток вообще пре­кратится, поскольку все электроны будут отталкиваться сеткой обратно к катоду. В этом случае говорят, что лампа заперта, а соответствующее напряжение на сетке называют потенциалом запирания .

Диод - простейшая двухэлектродиая электрон­ная лампа. Два ее электрода - это катод (прямого или косвенного накала) и анод (обычно цилиндрической формы). Основное свойство диодов - односторонняя проводимость, то есть способность пропускать ток только в одном направ­лении.

Схемы включения диодов:

а — с катодом прямого накала; б — с катодом косвенного накала.

Катод подключен к источнику тока Е н (для диодов с катодом прямого накала Е н составляет при­близительно 1-2 В, для диодов с катодом косвенного на­кала 6,3 В), а анодная цепь - к источнику тока Е а (обычно значения Е а находятся в диапазоне 80-300 В, но для мощ­ных ламп достигают нескольких киловольт). Характерно, что у ламп с подогревным катодом цепь накала и анодная цепь полностью разделены, что создает ряд конструктивных достоинств.

Электронная лампа - самый распространенный электро­вакуумный прибор. В стеклянном, металлическом, металлокерамическом или пластмассовом баллоне лампы, из ко­торого откачан воздух, размещены электроды.

В зависимости от назначения и типа лампы их может быть несколько, но в любой лампе имеются два основных электрода:

• катод — источник электронов;
• анод — приемник электронов.

Движение электронов в вакууме от одного электрода к другому и обусловливает электрический ток лампы.

Различают катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала

Катод прямого накала пред­ставляет собой металлическую нить 1, прикрепленную к держателям 2. Эту нить растягивают пружины 3, которые прикреплены к траверсам, установленным в баллоне лампы. Нить подогревается проходя­щим по ней электрическим током (как правило, постоян­ным).

Электровакуумные приборы (электронные лампы, электрон­но-лучевые трубки, фотоэлектронные умножители, фотоэлементы и др.) наряду с полупроводниковыми составляют основу современной радиоэлектронной техники.

Электровакуумные приборы используют в своей работе направленный поток электронов в вакууме, возникающий и результате физического явления электронной) эмиссии, под которым понимают явление испускания электронов металлом под влиянием тепла, света или иных воздействий.

Сущность электронной эмиссии заключается в следую­щем. Как известно, электроны в металлах способны срав­нительно легко покидать свои атомы. Такие электроны получили название свободных. Их место в атомах занимают другне свободные электроны, которые так же легко могут оставить атомы. Если к проводнику не приложено электри­ческое напряжение, то свободные электроны движутся хаотично, в самых различных направлениях и с разными скоростями. Свободные электроны могут покинуть провод­ник, однако этому препятствуют две причины.

Во-первых, над поверхностью проводников образуется слой отрицательных зарядов, создаваемых теми электро­нами, которые на мгновение покидают проводник и возвращаются снова. Этот слой существует постоянно, так как и имей вернувшимся в проводник электронам над его поверхностью появляются новые и т. д. Но раз какое-то количество электронов находится вне проводника, то сам проводник должен иметь избыточные положительные заряды, образованные теми атомами, которые потеряли электроны. Положительные заряды концентрируются у внутрен­ней поверхности проводника. Двойной электрический слой из отрицательных и положительных зарядов создает тор­мозящее поле у поверхности проводника. Значит, для того чтобы покинуть проводник, электрону надо преодолеть это поле, то есть совершить некоторую работу. Следовательно, электрон должен обладать соответствующей энергией.

Определение . Электровакуумными называют приборы, принцип работы которых основан на использовании электрических явлений в газах или вакууме, происходящих в рабочем пространстве, изолированном от окружающей среды газонепроницаемой оболочкой (баллоном).

Электровакуумные и газоразрядные приборы выполняются в виде стеклянного, керамического или металлического баллона, внутри которого в условиях высокого вакуума или инертного газа размещаются электроды: катод, анод, сетки. Катод является излучателем (эмиттером) свободных электронов, анод - собирателем (коллектором) носителей заряда. С помощью сеток или управляющих электродов осуществляется управление анодным током.

Для того, чтобы получить представление об электровакуумных и газоразрядных приборах используемых в авиационном РЭО рассмотрим их классификацию.

Классификация и условное графическое обозначение

1. По количеству электродов электронные приборы делятся на двухэлектродные (электровакуумные диод), трехэлектродные (электровакуумный триод), и многоэлектродные лампы.

Рис. 1.

Электровакуумный диод - это двухэлектродная лампа, состоящая из катода и анода. Если напряжение на аноде положительное, относительно катода, то электроны, эмитируемые катодом, движутся к аноду, создавая анодный ток. При отрицательном напряжении на аноде тока нет, следовательно, диод проводит только в одном направлении. Это свойство диода определяет его основное назначение - выпрямление переменного тока. Условное графическое обозначение электровакуумного диода представлено на рис. 1.

Электровакуумный триод - это трехэлектродная лампа, у которой между анодом и катодом расположена сетка. Сетка предназначена для регулирования тока анода. Напряжение на сетке изменяет поле между анодом и катодом и таким образом влияет на ток анода. Если напряжение на сетке отрицательно по отношению к катоду, то она оказывает тормозящие действие на электроны, эмитируемые катодом, в результате анодный ток уменьшается. При положительном напряжении на сетке она оказывает ускоряющее действие на электроны, увеличивая анодный ток. При этом часть электронов попадает на сетку создавая сеточный ток. Следовательно, сетка является управляющим электродом, напряжение на котором позволяет изменять ток анода.

Условное графическое обозначение электровакуумного триода приведено на рис. 2.

Рис. 2.

Для увеличения влияния на ток анода сетка располагается ближе к катоду. При отрицательном напряжении на сетке ток в ней практически отсутствует.

Рис. 3. Условное графическое обозначение триодов: а - с катодной сеткой; б - с экранной сеткой

К многосеточным лампам относятся: тетроды - с двумя сетками, пентоды - с тремя сетками, гексоды - с четырьмя сетками, гептоды - с пятью сетками и октоды - с шестью сетками. Наибольшее распространение получили тетроды и пентоды.

У тетродов одна из сеток называется управляющей и имеет отрицательное напряжение. Другая сетка располагается либо между управляющей и анодом или между управляющей и катодом. В первом случае такая сетка называется экранирующей, во втором - катодной.

Условное графическое обозначение электровакуумных тетродов приведено на рис. 3.

В тетродах с экранирующей сеткой ток катода распределяется между экранирующей сеткой и анодом. Основным преимуществом такого тетрода является снижение емкости между анодом и управляющей сеткой. Экранирующая сетка снижает эту емкость до долей пикофарады и уменьшает проницаемость анода.

Однако близость экранирующей сетки к аноду имеет недостаток, заключающийся в том, что при низком напряжении на аноде проявляется динатронный эффект - снижение тока анода за счет вторичной эмиссии (провал на анодной характеристике (рис. 3.4)). При этом вторичные электроны не возвращаются обратно на катод, а захватываются экранирующей сеткой.

Пентодом называют лампу с тремя сетками. Внедрение третьей сетки обусловлено необходимостью устранения динатронного эффекта, свойственного тетроду. Эта сетка называется защитной (или антидинатронной) и располагается между экранирующей сеткой и анодом. Напряжение на этой сетке обычно делают равным напряжению на катоде, для этого иногда ее соединяют с катодом внутри колбы. Устранение динатронного эффекта получается благодаря потенциальному барьеру, образовавшемуся в пространстве между анодом и экранирующей сеткой. Вместе с тем этот потенциальный барьер не представляет значительного препятствия для электронов, движущихся к аноду с большой скоростью.

2. По конструктивным особенностям цепи накала электронные лампы делятся на лампы с катодами прямого накала и лампы с катодами косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой металлическую нить из материала с большим сопротивлением (вольфрама или тантала), по которой проходит ток накала. Такой катод отличается малыми тепловыми потерями, простотой устройства и малой тепловой инерцией. Недостатком такого катода является то, что его необходимо питать постоянным током. При питании переменным током частотой 50 Гц ток эмиссии изменяется с удвоенной частотой питающего напряжения, что создает нежелательный шумовой низкочастотный фон.

Катод косвенного накала представляет трубку, внутри которой размещена нить накала. Нить накала изолирована от катода. В результате практически сглаживаются пульсации температуры и тока эмиссии при питании накала переменным током.

• 3. По назначению лампы делятся на приемо-услительные, генераторные, частотно-преобразовательные, детекторные, измерительные и так далее.
• 4. В зависимости от диапазона рабочих частот различают лампы низких (от 1 - 30 МГц), высоких (от 30 до 600 МГц) и сверхвысоких (свыше 600 МГц) частот.
• 5. По виду электронной эмиссии различают лампы с термоэлектронной , вторичной и фотоэлектронной эмиссией.

Электронная эмиссия необходима для создания внутри электровакуумного прибора между электродами потока электронов.

Под термоэлектронной эмиссией понимают процесс выхода электронов из твердых или жидких тел в вакуум или газ.

Под вторичной электронной эмиссией понимается испускание электронов телом вследствие бомбардирования его электронами, испускаемым другим телом.

Под фотоэлектронной эмиссией понимается испускание электронов телом, находящимся в потоке лучистой энергии.

2.1.2 Характеристика и параметры

Характеристики лампы выражают зависимость токов от напряжений в различных ее цепях. Свойства электронных ламп оценивают по анодным или анодно-сеточным статическим характеристикам.

Анодной статической характеристикой называется графически выраженная зависимость анодного тока I a от напряжения на аноде U a . Зависимость I a = f (U a ) снимают для нескольких неизменных значений напряжения U с (исключение составляют анодные характеристики диода). Внешний вид анодной характеристики определяется количеством электродов в лампе (рисунок 4).

Рис. 4. Анодные характеристики электронных ламп: а - диода; б - триода; в - тетрода; г - пентода

Анодно-сеточными статическими характеристиками называют графически выраженные зависимости анодного тока I а от напряжения на сетке U c при фиксированных значениях анодного напряжения U а . Также как и для анодных характеристик зависимости I а = f(U с ) снимают для нескольких неизменных значений анодного напряжения U а. (рисунок 5).

Чем больше анодное напряжение U а , тем выше и левее расположены анодно-сеточные характеристики I а = f(U с ) . Объясняется это тем, что при более высоком анодном напряжении на сетку необходимо подавать большее отрицательное напряжение, чтобы результирующее электрическое поле в пространстве между катодом и сеткой осталось неизменным по величине.

К основным электрическим параметрам электровакуумного диода относятся следующие: электровакуумный газоразрядный прибор

1. Внутреннее сопротивление постоянному току :

где U А - постоянная составляющая анодного напряжения, I А - постоянная составляющая анодного тока.

Рис. 5. Анодно-сеточные характеристики электронных ламп: а - триода; б - пентода

2. Внутреннее дифференциальное сопротивление R д диода представляет собой сопротивление пространства между анодом и катодом для переменного тока. Оно является величиной, обратной крутизне и определяется с помощью анодных статических характеристик (рис. 3.4, а):

и обычно составляет сотни, а иногда и десятки Ом.

Обычно сопротивление R 0 больше R д .

3. Крутизна S показывает, как изменится анодный ток при изменении анодного напряжения и выражается следующей зависимостью:

• 4. Напряжение накала U н - напряжение, подаваемое на подогреватель. Эта величина является паспортной. При недонакале лампы уменьшается температура катода, а следовательно, и ток эмиссии. При повышении напряжения накала резко U н резко сокращается срок службы катода, поэтому не допускается отклонение напряжения накала больше чем на 10% от номинального.
• 5. Ток эмиссии I е - максимальный ток, который может быть получен в результате эмиссии электронов термокатодом. Он представляется суммарным зарядом электронов, покинувших термокатод за одну секунду.
• 6. Допустимое обратное напряжение диода U обр max - максимальное отрицательное напряжение на аноде, которое может выдержать диод без нарушения свойств односторонней проводимости.

Параметры некоторых серийных электровакуумных диодов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные параметры серийных электровакуумных диодов

К основным электрическим параметрам электронных ламп состоящих из трех и более электродов относятся:

1. Внутреннее (выходное) сопротивление лампы представляет собой сопротивление про межутка анод - катод лампы для переменной составляющей анодного тока и определяется по формуле:

где U а - изменение напряжения на аноде, В; I а - изменение анодного тока, мА. Для электровакуумных диодов внутреннее сопротивление носит название сопротивления переменному току и определяется как:

2. Крутизна характеристики S показывает, на сколько миллиампер изменится анодный ток лампы при изменении напряжения на управляющей сетке на 1 В при постоянных напряжениях на аноде и остальных сетках:

где U с - изменение сеточного напряжения, В.

Следует отметить, что чем больше крутизна, тем сильнее управляющее действие сетки и тем выше усиление лампы можно получить при прочих равных условиях.

3. Статический коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменение напряжения на первой сетке сильнее действует на анодный ток, чем изменение анодного напряжения. Коэффициент усиления определяется отношением изменения анодного напряжения к изменению сеточного напряжения, одинаково воздействующих на анодный ток:

4. Мощность, рассеиваемая на аноде, определяется по формуле:

5. Выходная мощность Рвых характеризует полезную мощность, отдаваемую лампой во внешнюю цепь.

Параметры некоторых серийных триодов, тетродов и пентодов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Основные параметры серийных триодов, тетродов и пентодов