Файл: Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник.pdf

ионизированными потоком электронов молекулами воздуха, всегда остающегося в небольшом количестве в колбах электронных ламп. Поэтому автоэлектронные катоды выполняются из чистых металлов (вольфрам, молибден и т. п.) или покрываются стойкими актива­ торами (например, торием), пленка которых способна выдерживать

вследствие чего плотность тока автоэлектронной эмиссии может

эмиссия электронов наблюдается при больших напряженностях электрического поля на границе раздела проводник — диэлектрик — проводник. Туннельные катоды в простейшем случае выполняются

подается небольшое (10—15 в) положительное напряжение относи­ тельно нижней пластинки (основания), в результате чего между эмит­ тером и основанием действует электрическое поле напряженностью до 108 в/см. Это поле высвобождает электроны из основания и со­ общает им скорость, достаточную для преодоления изоляционной пленки и слоя эмиттера. Вблизи поверхности катода образуется электронное облако, из которого может быть сформирован электрон­ ный поток.

Управлять движением электронов можно с помощью электриче­ ских и магнитных полей. Магнитные поля действуют только на дви­ жущиеся электроны и изменяют лишь траектории их движения. Электрические поля действуют как на движущиеся, так и на покоя­ щиеся электроны, изменяя их кинетическую энергию и направление движения.

Сила воздействия электрического и магнитного полей на движу­

41

При воздействии только электрического поля, в зависимости от начального направления движения электрона, возможно уско­ рение или замедление движения или искривление траектории с за­ медлением или ускорением. Если направление силовых линий элект­

или равнозамедленно вдоль силовых линий. Если направление дви­ жения электронов перпендикулярно действию поля, то на электроны действует отклоняющая сила, изменяющая траекторию их перво­ начального движения. Магнитное поле не изменяет кинетическую энергию движущихся электронов, поэтому не может быть исполь­ зовано для ускорения, замедления или образования упорядоченного потока электронов. В электронной технике магнитное поле приме­ няется только для отклонения и фокусировки электронных потоков.

Когда электроны движутся параллельно силовым линиям маг­ нитного поля, магнитное поле на них не действует. Если электроны первоначально двигались под небольшим углом к силовым линиям магнитного поля, то под его действием они начинают вращаться по спирали с радиусом г и шагом h:

Продольное магнитное поле является магнитной линзой, спо­ собной фокусировать электронный поток в заданной точке простран­ ства.

Если электроны движутся в однородном магнитном поле, сило­ вые линии которого перпендикулярны направлению движения элект­ ронов, то также происходит искривление траектории их движения.

42

В общем случае уравнение такого движения есть окружность радиуса

Поперечные магнитные поля используются для отклонения элект­

Свойство это не случайно, так как и фотоны, и электроны обладают волновыми свойствами. Неоднородное электрическое поле также воздействует на свободные электроны, как оптически неоднород­ ная среда на свет — в электрическом поле изменяется скорость дви­ жения электронов, в оптической среде изменяется фазовая скорость световой волны. Результаты получаются одинаковыми: при переходе из одной области пространства в другую, отличающуюся по своим свойствам от первой, в обоих случаях наблюдается преломление. Показатель преломления оптической среды имеет свой аналог в виде корня квадратного из разности потенциалов электрического поля. Так же, как и в оптике можно создать собирающую или рассеива­

электронов электрическую линзу. При этом линии одинакового потенциала электрического поля будут играть роль ограничивающих линзу поверхностей.

Таким образом, с помощью электрических и магнитных полей можно ускорять, замедлять и изменять траекторию движения элект­ ронов. Поэтому управляющие устройства в электронных лампах могут осуществлять управление электронным потоком по меньшей мере тремя способами: путем изменения его плотности, скорости или местоположения в пространстве.

§ 13. Электронные лампы с управлением плотностью электронного потока

Электронные лампы с управлением плотностью электронного потока принято классифицировать по числу основных электродов. Если в лампе два электрода — анод и катод, то она называется диодом. Трехэлектродная лампа имеет анод, катод, управляющий электрод и называется триодом. Четырехэлектродная лампа назы­ вается тетродом, пятиэлектродная — пентодом и т. д. Для нор­ мальной работы электронной лампы необходимо, чтобы все про­ цессы происходили в вакууме.

Д и о д ы . У диодов отсутствуют управляющие электроды, вслед­ ствие чего в них возможно управление плотностью электронного потока только путем изменения ускоряющего напряжения между катодом и анодом.

43

В диодах с термоэлектронными катодами возможно также изме­ нение величины тока путем изменения температуры катода.

Основным свойством диода является односторонняя электри­ ческая проводимость, т. е. электрический ток в диоде может про­ текать в одном направлении — от катода к аноду. Это происходит тогда, когда диод включен последовательно в электрическую цепь с источником тока так, что на аноде оказывается плюс, а на катоде — минус. Только в этом случае электроны, эмиттированные катодом, могут достигнуть анода. При включении диода в обратном напра­ влении ток через него практически не проходит.

Рис. 10.

Диоды являются существенно нелинейными элементами. В ча­ стности, на рис. 10, а приведена вольт-амперная характеристика диода с подогревным катодом, а на рис. 10, б приведена схема уста­ новки, с помощью которой она снималась.

Нелинейность объясняется влиянием электронного облака, обра­ зованного эмиттированными термоэлектронами. Электронное облако играет роль нелинейного накопителя, в который со стороны катода

где А — конструктивная постоянная.

В современной радиоэлектронике вакуумные диоды находят ограниченное применение, уступая место полупроводниковым. При этом используется свойство односторонней проводимости (в высоко­ вольтных выпрямителях переменных токов) и нелинейность вольтамперной характеристики (для выполнения различных нелинейных преобразований электрических сигналов).

Т р и о д ы . В триоде управление плотностью электронного потока осуществляется с помощью управляющего электрода, изменя­ ющего напряженность электрического поля в околокатодном про­ странстве. В триодах с термоэлектронным катодом управляющим

44

•электродом является тонкая металлическая сетка. Обычно сетка расположена в непосредственной близости от поверхности катода (но не менее единиц — десятков микрон), в то время как расстояние катод — анод может быть весьма большим (от единиц миллиметров до десятков сантиметров), поэтому потенциал управляющей сетки

и плотность электронного потока уменьшается. При положительном

—-V- Ъ

потенциале сетки поле является ускоряющим и плотность электрон­

45

при постоянном напряжении на аноде (рис. 11, а). Зависимость анод­

ния и выполнения различных расчетов, являются крутизна анодносеточной характеристики и внутреннее сопротивление по перемен­ ному току:

с большей крутизной лучше усиливает электрические сигналы. Крутизна характеристики возрастает с уменьшением расстояния сетка — катод и увеличением площади катода и его эмиссионной способности. Крутизна характеристики триода с термоэлектронным катодом не превышает 10—30 ма/в. Внутреннее сопротивление тем меньше, чем меньше расстояние катод — анод и чем менее плотно прилегают друг к другу витки управляющей сетки.

Важнейшим производным параметром триода является стати­ ческий коэффициент усиления р., показывающий, во сколько раз изменение напряжения на управляющей сетке эффективнее воздей­ ствует на анодный ток, чем изменение анодного напряжения. Величина \х определяется как Л£ / а /Д£ / с при 1Я — const. Величина статического коэффициента усиления показывает также, во сколько раз может быть усилено напряжение сигнала, действующего на управляющей сетке триода при работе в оптимальном режиме. Зна­

в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков. Поскольку вольт-амперные характеристики триода, по которым производится определение параметров, существенно нелинейны, то очевидно, что величины S, Rh \i зависят от режима работы триода, и в первую оче­

вызывает значительно большие изменения анодного тока, чем такое

тельно, то сеточный ток не протекает.

46