Шпаргалка по общей электронике и электротехнике - Ольга Косарева

Недостатком тонких катодов прямого накала является микрофонный эффект. Он состоит в том, что анодный ток пульсирует при механических сотрясениях лампы. Внешние толчки создают у катода вибрации. Расстояние между катодом и другими электродами изменяется. Это и приводит к пульсации анодного тока.

Широкое применение имеют катоды косвенного накала. Обычно катод косвенного накала имеет никелевую трубку с оксидным слоем, внутрь которой вставлен вольфрамовый подогреватель, свернутый петлей. Для изоляции от катода подогреватель покрывается массой из прокаленной окиси алюминия, называемой алундом. При значительной длине подогреватель изгибают несколько раз или скручивают по винтовой линии. В некоторых лампах катод сделан в виде невысокого цилиндра с верхним основанием, покрытым оксидом. Внутри цилиндра находится подогреватель с алундовой изоляцией, имеющий форму петли, свернутой спиралью. Катоды косвенного накала, как правило, оксидные.

Главным достоинством катодов косвенного накала является почти полное устранение вредных пульсаций при питании переменным током. Колебание температуры практически отсутствует, так как масса, а следовательно, и теплоемкость у этих катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвенного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения тока накала до полного разогрева катода проходят десятки секунд. Столько же времени нужно для остывания катода.

Катод косвенного накала является эквипотенциальным. Вдоль него нет падения напряжения от тока накала. Анодное напряжение для всех точек его поверхности одно и то же. Оно не пульсирует при колебаниях напряжения накала.

Достоинством катодов косвенного накала является незначительный микрофонный эффект. Масса катода сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.

Катоды косвенного накала имеют некоторые недостатки. Они сложнее по конструкции и обладают несколько меньшей эффективностью. Катоды косвенного накала трудно сконструировать на очень малые токи и поэтому они менее пригодны для маломощных экономичных ламп, рассчитанных на питание от батарей.

27. ЗАКОН СТЕПЕНИ ТРЕХ ВТОРЫХ ДЛЯ ДИОДА

Для диода, работающего в режиме объемного заряда, анодный ток и анодное напряжение связаны нелинейной зависимостью, которая на основании теоретических расчетов приближенно выражается так называемым законом степени трех вторых: /а = диа3/2, где коэффициент дзависит от геометрических размеров и формы электродов, а также от выбранных единиц.

Анодный ток пропорционален анодному напряжению в степени 3/2, а не в первой степени, как в законе Ома. Если увеличить, например, анодное напряжение вдвое, то анодный ток возрастает примерно в 2,8 раза, т. е. станет на 40 % больше, чем должен быть по закону Ома. Таким образом, анодный ток растет быстрее, нежели анодное напряжение.

Графически закон степени трех вторых изображается кривой линией, которая называется полукубической параболой.

Закон степени трех вторых справедлив для положительных анодных напряжений, меньших напряжений насыщения.

Если расшифровать коэффициент д в законе степени трех вторых, то этот закон для диода с плоскими электродами следует писать так:

iа = 2,33 · 10-6(Qа /d2а. к)Uа3/2,

где Qа – площадь анода, dа. к – расстояние «анод – катод».

Для диодов с электродами другой формы в постоянный коэффициент вводятся некоторые поправки, а Qа представляет собой действующую поверхность анода, т. е. ту поверхность, которая принимает на себя основной электронный поток. В этой формуле ток получается в амперах, если напряжение взято в вольтах, а Qа и d2ак.выражены в любых одинаковых единицах, например в квадратных миллиметрах. Ток обратно пропорционален квадрату расстояния «анод – катод». Уменьшение этого расстояния резко увеличивает этот анодный ток.

Закон степени трех вторых, несмотря на свою неточность, полезен, так как он в наиболее простой форме учитывает нелинейные свойства электронной лампы.

Рассмотрим вывод формулы закона степени трех вторых для диода с плоскими электродами. Будем считать, что объемный заряд q, в который входят все электроны, летящие к аноду, расположен так близко к катоду, что расстояние между этим зарядом и «анодом» можно принять равным расстоянию анод – катод dа.к. Если время пролета электронов вдоль расстояния dа.к. равно t, то величина анодного тока равна: ia, = q/ t.

Заряд q можно выразить через анодное напряжение и емкость анод – катод Сак: q= Са.к. Uа.

При этом для емкости Са.к. имеем формулу: Са.к. = ?0Qа / dа.к., где ?0 = 8,86 · 10-16Ф/м – диэлектрическая проницаемость вакуума, а Qа – площадь анода. Время пролета t определим через среднюю скорость: t= dа. к. / ?ср, но ?ср = v/2, где v – конечная скорость.

В действительности вследствие неоднородности поля средняя скорость несколько меньше, чем определенная по вышеуказанным формулам.

Вследствие приближенности вывода постоянный коэффициент в этом выражении несколько завышен. Более строгий вывод дает более точное значение постоянного коэффициента, но этот вывод также основан на допущениях, не соответствующих действительности. В частности, начальная скорость электронов полагается равной нулю, а распределение потенциала принимается таким, как в режиме насыщения, хотя закон степени трех вторых относится только к режиму объемного заряда.

28. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ТРИОДЕ

Катод и анод работают в триоде так же, как в диоде. В режиме объемного заряда около катода образуется потенциальный барьер. Как и в диоде, величина катодного тока зависит от высоты этого барьера.

Управляющее действие сетки в триоде подобно действию анода в диоде. Если изменить напряжение сетки, то изменяется напряженность поля, создаваемого сеткой. Под влиянием этого изменяется высота потенциального барьера около катода. Следовательно, будет изменяться количество электронов, преодолевающих этот барьер, т. е. величина барьерного тока.

Когда напряжение сетки изменяется в положительную строну, то потенциальный барьер понижается, его преодолевает большее количество эмитированных электронов, меньше их возвращается на катод и катодный ток возрастает. А при изменении сеточного напряжения в отрицательную сторону потенциальный барьер у катода повышается. Тогда его сможет преодолеть меньшее количество электронов. Увеличится число электронов, возвращающихся на катод, и катодный ток уменьшится.

Сетка действует на катодный ток значительно сильнее, чем анод, потому что она расположена к катоду ближе, чем анод, и является экраном для электрического поля анода.

Соотношение влияний сетки и анода на анодный ток характеризует важнейший параметр триода – коэффициент усиления. Коэффициент усиления – это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз напряжение сетки действует на анодный ток сильнее, чем напряжение анода.

Сравнительно небольшое отрицательное напряжение сетки может значительно уменьшить анодный ток и даже совсем его прекратить.

Увеличение сеточного напряжения сетки сопровождается ростом анодного и сеточного токов.

При больших положительных анодных напряжениях сетки ток сетки настолько возрастает, что анодный ток может даже уменьшиться.

Значительное влияние на работу триода оказывает так называемый островковый эффект. Из-за неоднородной структуры сетки поле, создаваемое сеткой, также неоднородно, и оно влияет на потенциальный барьер около катода в различных его участках неодинаково. Сетка своим полем сильнее действует на потенциальный барьер около тех участков катода, которые ближе к проводникам сетки.

Характеристики триода при работе его на постоянном токе и без нагрузки называются статическими.

Различают теоретические и действительные характеристики триодов. Теоретические характеристики могут быть построены на основании закона трех вторых и не являются точными. Действительные характеристики снимаются экспериментально. Они более точны. Причины отклонения действительных характеристик от теоретических у триода те же, что и у диода. Значительное влияние оказывают неодинаковость температуры в разных точках катода, неэквипотенциаль-ность катода, дополнительный подогрев катода анодным током. На участки характеристик для малых анодных токов сильное влияние оказывают начальная скорость электронов, контактная разность потенциалов и термо-ЭДС.

В триоде эти факторы влияют сильнее, нежели в диоде, так как их действие распространяется не только на анодную цепь, но и на цепь сетки.

29. ДЕЙСТВУЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ЗАКОН СТЕПЕНИ ТРЕХ ВТОРЫХ ДЛЯ ТРИОДА

Действующее напряжение триода позволяет рассчитать катодный ток триода путем замены триода эквивалентным диодом. Эта замена состоит в следующем. Если в триоде на место сетки поместить анод, имеющий такую же поверхность, какую занимает сетка, то в этом диоде при некотором его анодном напряжении анодный ток получается равным катодному току в триоде. Напряжение, приложенное к аноду эквивалентного диода и создающее в нем анодный ток, равный катодному току реального диода, называется действующем напряжением ид. Его действие эквивалентно совместному действию сеточного и анодного напряжений. То есть действующее напряжение должно создавать около катода эквивалентного диода такую же напряженность поля, какая создается около катода триода.