Файл: Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие.pdf

ной цепи лампы при заданных Я а и R a. Этот ток должен подчиняться двум зависимостям:

1) как ток, протекающий через лампу, он определяется статиче­ ской характеристикой лампы, которую можно представить в виде

Следовательно, устанавливающееся значение анодного тока опре­

Решение этого уравнения легко найти графически в системе коор­ динат / а — Uа (рис 2.50). Левая часть равенства (2.106) представ­ ляется статической характеристикой лампы, правая — прямой линией с наклоном

Так как наклон этой прямой определяется величиной сопротивле­ ния нагрузки, то ее называют н а г р у з о ч н о й . Ее легко построить по точкам ее пересечения с осями координат. Согласно (2.105) нагру­

точка пересечения нагрузочной прямой со статической характеристи­ кой. Горизонтальный отрезок от оси ординат до абсциссы, соответст­ вующей найденному значению / а, представляет собой падение напря­ жения на лампе Uа, дополнительный отрезок до абсциссы Е а — паде­ ние напряжения на нагрузке / aR a.

84

Г Л А В А 3

ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЛАМПЫ

§ 3.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СЕТКИ В ТРИОДЕ

Для получения возможности изменять. величину анодного тока независимо от анодного напряжения, в пространство между анодом и катодом вводится дополнительный электрод — сетка. Этот электрод не должен быть сплошным, а иметь достаточное количество отверстий, чтобы через него могли проходить летящие к аноду электроны. В со­ временных лампах в большинстве случаев используются сетки с па­ раллельно расположенными витками из круглой проволоки (см. § 1 .1 ). Основные величины, характеризующие конструкцию таких сеток: диаметр проволоки навивки 2с, шаг навивки р и коэффициент за­ полнения сетки а, показывающий, какую долю площади в плоскости сетки занимает проволока навивки

a=^-HL. (3.1)

р

Управление анодным током производится путем изменения потен­ циала сетки. Для того чтобы выяснить, на основании чего при этом изменяется ток, рассмотрим распределение потенциала в пространстве между электродами. Начнем с распределения потенциала в диоде, когда ток ограничен пространственным зарядом. Из трех областей характеристики диода область пространственного заряда выбрана по следующей причине. В области насыщения анодный ток от анодного напряжения, следовательно, и от напряженности электрического поля у катода практически не зависит; поэтому здесь невозможно эффективное управление током путем изменения потенциала электро­ дов. Из остальных двух областей наибольший практический интерес представляет область пространственного заряда, так как при работе лампы в таком режиме анодные токи достаточно велики и достаточно сильно изменяются с изменением анодного напряжения. Как было показано раньше, в диоде у кривых распределения потенциала при наличии пространственного заряда имеется минимум, глубина кото­ рого и определяет количество электронов, способных долететь до анода. Введем теперь в междуэлектродное пространство сетку. Пред­ положим, что проволока навивки настолько тонкая и шаг навивки настолько мал, что сетку практически можно рассматривать как сплошную проводящую пластинку, но настолько тонкую, что через

8 6

нее беспрепятственно могут пролетать электроны. Если такую идеа­ лизированную сетку установить на расстоянии х от катода и сообщить ей потенциал, равный потенциалу, который имелся в этом месте про­ странства до ее введения, иначе говоря сообщить ей потенциал, рав­ ный потенциалу окружающего пространства, то его распределение между электродами не изменится (рис. 3.1; кривая 1). Если теперь повысить потенциал сетки, то минимум перед катодом станет менее глубоким и анодный ток возрастет (рис. 3.1, кривая 2). Если потен­ циал сетки сделать ниже потенциала пространства, то минимум,' наоборот, станет более глубоким, и анодный ток уменьшится (рис. 3.1,

х

кривая 3). Таким образом, с изменением потенциала сетки меняется глубина минимума. Отсюда следует, что управляющее действие сетки триода в режиме пространственного заряда основано на изменении глубины минимума потенциала перед катодом.

В приведенных ранее рассуждениях предполагается, что сетка прозрачна для электронов, так что, несмотря на положительный по­ тенциал, электроны на ней не оседают. При реальных же конструк­ циях сеток и положительных потенциалах на них, часть электронов, летящих с катода, захватывается витками сетки. В результате этого в ее цепи появляется ток. Отсюда в триоде в общем случае нужно различать три тока (рис. 3.2): катодный, протекающий по выводу катода и соответствующий потоку электронов, преодолевающих мини­ мум потенциала; сеточный, протекающий в цепи сетки'и соответст­ вующий количеству электронов, попадающих на сетку, и анодный — за счет электронов, долетающих до анода. Нормальное направление всех токов во внешней цепи — от катода. Связь между этими токами, согласно рис. 3.2, следующая

87

где / — катодный ток; / а — анодный ток; 1а — сеточный ток (ин­ декс «с» указывает на то, что величина относится к цепи сетки).

При положительных сеточных напряжениях, в связи с наличием сеточного тока, в цепи сетки расходуется мощность от источника энергии, используемого для управления анодным током. Кроме того, при заданном катодном токе анодный ток уменьшается за счет появ­ ления сеточного. То и другое невыгодно при использовании лампы. Поэтому желательно работать не при положительных, а при отрица­ тельных сеточных напряжениях, так как при UG< О

(3.3)

С идеализированными сетками ранее описанного вида управление током при отрицательных потенциалах сетки осуществить нельзя. Это объясняется тем, что такие сетки представляют собой эквипотен­ циальные поверхности и поэтому электроны при отрицательных по­ тенциалах через них нигде пройти не могут. Однако при реальных конструкциях сеток это становится возможным, так как просветы между витками у них велики по сравнению с диаметром витков, т. е. сетки имеют резко выраженную ячеистую структуру. Поэтому потен­ циал в плоскости сетки не везде одинаков; по середине между вит­ ками он может быть положительным, хотя сами витки отрицательны.

Для полного разбора данного вопроса необходимо подробно рас­ смотреть картину электрического поля в междуэлектродном про­ странстве.

§ 3.2. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

РЕАЛЬНОГО ТРИОДА

3.2.1. Картины электростатического поля триода при разных напряжениях сетки

Изучение вопроса о влиянии потенциала сетки на электрическое поле в междуэлектродном пространстве начнем с рассмотрения элект­ ростатического поля «холодного» триода, т. е. триода, у которого катод холодный и поэтому в междуэлектродном пространстве отсутст­ вует пространственный заряд. Предположим, что система электродов плоская и сетка выполнена в виде ряда параллельных стержней. Для исключения краевых эффектов примем, что электроды бесконечно протяженны. Картины поля представим при помощи эквипотенциаль­ ных линий.

Как известно из электротехники, при наличии нескольких заря­ женных тел потенциал в какой-либо точке пространства по принципу суперпозиции определяется как сумма потенциалов, обусловленных в этой точке зарядом каждого тела: вклад заряда каждого тела зави­ сит при этом от величины потенциала этого тела и расстояния его от рассматриваемой точки. В случае электронной лампы роль заряжен­ ных тел выполняют электроды. Результирующее поле в междуэлект­

8 8

родном пространстве триода при плоской системе электродов пред­ ставляет собой наложение друг на друга плоскопараллельного поля, образуемого катодом и анодом, и поля сетки. Эквипотенциальные линии поля сетки у витков — замкнутые фигуры, близкие к окружности, а

Рио. 3.3. Электростатическое поле реального триода при различных потен­ циалах сетки:

° — = -1 5 В; б — 1/с= - 8 В) e -U c= -6 В; г - О с= - 4 В; д— Ос = 0; е - Ос = U&=ЗЛ 5 В

на расстояниях от витков, значительно больших шага навивки, — прямые линии, параллельные плоскости сетки. Для того чтобы резуль­ тирующий потенциал изменялся от точки к точке междуэлектродного пространства, достаточно, чтобы изменялась хотя бы одна из состав­ ляющих потенциала. Так, например, если двигаться в плоскости сетки

89