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

ки 1Л.6.1]. Поэтому вводы ламп стали выполнять в виде тонких плос­ ких колец или тонкостенных цилиндров, к краю которых, находящему­ ся внутри баллона, по всему периметру присоединен электрод лампы. Такие вводы получили название д и с к о в ы х . Дисковые вводы были впервые предложены советскими учеными Девятковым, Данильцевым

представляет собой сеточно-анодный контур, справа — сеточно-катод­ ный. Как видно из рисунка, поверхности электродов вместе с вводами органически вписываются в стенки резонаторов и в электрическом от­ ношении представляют с ними одно целое, так же как внутренний объем резонаторов и междуэлектродные пространства лампы. Поэтому влияние индуктивностей вводов и междуэлектродных емкостей больше не требует специального учета, а автоматически учитывается при на­ стройке контуров. У ламп с дисковыми вводами наиболее высокая ра­ бочая частота определяется, таким образом, уже не индуктивностями

иемкостями, а пролетными явлениями.

2.Для уменьшения.влияния времени пролета электронов желатель­ но по возможности уменьшать междуэлектродные расстояния, в пер­ вую очередь расстояние между катодом и первой сеткой.

3.Для уменьшения влияния поверхностного эффекта все металли­ ческие детали ламп внутри и снаружи покрываются тонким слоем се­ ребра, имеющего наилучшую электропроводность из числа металлов, широко применяемых в вакуумной технике.

4.С целью уменьшения диэлектрических потерь для внешней обо­ лочки ламп используется не стекло, а специальная вакуумплотная высокочастотная керамика.

При осуществлении всех этих мер предельная рабочая частота лам­ пы может быть доведена до 10 ГГц, что соответствует длине волны око­

ло 3 см.

ГЛАВА 7

ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

§ 7.1. ВИДЫ ШУМОВ, СОЗДАВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОННЫМИ ЛАМПАМИ

Если рассматривать кривую анодного тока электронной лампы на экране осциллографа, то при достаточно большом усилении можно установить, что значение его по времени не остается постоянным, даже

числе и к электронным лампам, принято пользоваться понятием «шума» или «шумов». Происхождение этого термина связано с шумом, слыши­ мым в громкоговорителе радиоприемника при флуктуациях токов в его цепях. Этот термин применяется и тогда, когда речь идет только о флуктуациях тока, а сам акустический эффект отсутствует, как, на­ пример, в телевидении.

В зависимости от характера явления, вызывающего флуктуации анодного тока лампы, нужно различать следующие два основных вида шумов:

1)генерационно-рекомбинационные;

2)модуляционные.

Г е н е р а ц и о н н о - р е к о м б и н а ц и о н н ы.е ш у м ы — это шумы, вызванные, с одной стороны, атомистической природой элементарного заряда электричества, с другой — статистическим ха­ рактером, т. е. беспорядочностью появления (генерации) или исчезно­

297

вения (рекомбинации) свободных носителей заряда в рабочем объеме прибора. Этот термин взят из теории полупроводниковых приборов. Применительно к электронным лампам он относится к флуктуациям ■тока, вызванным случайным характером выхода каждого отдельного электрона из поверхности электродов, или, в многоэлектродных систе­ мах, случайным характером распределения электронов между элект­ родами.

Исходя из физического процесса, являющегося источником этого вида флуктуаций, в электронных лампах могут иметь место четыре

катодом. Флуктуации тока в цепях электродов лампы за счет такого

Соответствующего флуктуирующего тока через телефон возникает шум, напоминающий удары дробинок об стенку;

б) шумы токораспределения; в) шумы за счет вторичной эмиссии;

г) шумы за счет флуктуаций наведенного тока.и падения напря­ жения на индуктивности вводов при работе ламп на СВЧ.

М о д у л я ц и о н н ы е ш у м ы представляют собой шумы, воз­ никающие за счет беспорядочной, самопроизвольной модуляции по­ тока электронов, составляющего анодный ток лампы. Так как физи­ ческие процессы, приводящие к такой модуляции, обычно протекают очень медленно, то модуляционные шумы проявляются преимущест­ венно в области низких частот. Поэтому модуляционные шумы ламп

мают низкочастотный шум, возникающий за счет флуктуаций тока эмиссии катода вследствие случайных колебаний работы выхода от­ дельных малых участков его поверхности. В специальной литературе этот вид шума обычно называется ф л и к к е р - ш у м о м ;

б) низкочастотный шум за счет воздействия положительных ионов на отрицательный пространственный заряд перед катодом.

Перечисленные виды шумов обусловлены природой физических процессов, на которых основано действие ламп. Однако существует ряд источников шумовых помех другого происхождения. Колебания тока в цепях электродов, имеющие место независимо от наличия на сетке лампы переменного напряжения, могут также возникнуть по следующим причинам:

1)из-за механических колебаний отдельных деталей системы элект­ родов;

2)из-за различного вида дефектов ламп.

Среди шумов механического происхождения в зависимости от ме­ ханизма возбуждения колебаний деталей нужно различать:

а) микрофонный эффект; б) виброшумы.

298

Под м и к р о ф о н н ы м э ф ф е к т о м понимают возникнове­ ние переменной составляющей анодного тока за счет возбуждения собственных колебаний той или иной детали лампы, например нити катода у ламп с катодом прямого накала, витков сетки и т. д. За счет таких колебаний может иметь место периодическое изменение междуэлектродных расстояний и тем самым модуляция анодного тока. Эти колебания могут возникнуть за счет кратковременного сотрясения лампы, например в результате легкого удара о баллон. Название эффекта обусловлено тем, что возбуждение подобных колебаний может иметь место в приемнике под воздействием звукового поля собствен­ ного динамика, вследствие чего лампа действует подобно микрофону.

В и б р о ш у м а м и называются шумы, появляющиеся при ра­ боте ламп в условиях вибрации. Они возникают за счет перемещений отдельных недостаточно жестко закрепленных деталей под действием переменных сил, обусловленных сообщаемым лампе переменным уско­ рением. Эти перемещения также, могут приводить к периодическим изменениям взаимного расположения электродов и тем самым к пе­ ременным составляющим токов. Уровень виброшумов зависит от жесткости конструкции системы электродов, от амплитуды и частоты вибраций, а также от расположения лампы относительно направле­ ния смещения. Он резко увеличивается, когда частота вибраций сов­ падает с резонансной частотой какой-либо детали, т. е. когда одно­ временно имеет место микрофонный эффект.

Шумы за счет дефектов ламп могут быть самого различного про­ исхождения и характера. Так, например, наличие токов утечки между катодом и подогревателем приводит к помехе в виде гудения на час­ тоте напряжения накала. Плохое крепление деталей при одновремен­ ном наличии токов утечки между электродами может приводить к кратковременным щелчкам (вроде тресков) при случайном сотрясе­ нии лампы, так как при этом вследствие незначительного перемеще­ ния какой-либо из деталей путь тока утечки может быть нарушен. Плохой вакуум из-за ионизации остаточных газов ведет к резкому возрастанию общего уровня шумов и т. д.

Когда ставится задача о получении ламп с малым уровнем шума, между шумами, обусловленными процессами, на которых основан принцип действия лампы, и второй группой источников шумов имеет­ ся существенная разница. В то время'как шумы первой группы прин­ ципиально не устранимы, шумы второй могут быть сведены до очень низкого уровня путем конструктивных и технологических мероприя­ тий.

Вопрос об уровне шумов, возникающих в радиоаппаратуре,' и, тем самым, и об уровне шумов использованных в ней ламп имеет большое практическое значение. Оно заключается в том, что отношение уровня помех на выходе аппаратуры к величине получаемого здесь полезного сигнала определяет наименьшее значение сигнала на входе, которое еще может быть зарегистрировано данной аппаратурой, т. е. опреде­ ляет чувствительность аппаратуры. Чтобы иметь возможность на фоне помех еще надежно регистрировать сигнал, нужно, чтобы величина сигнала в определенное количество раз превышала уровень помех.

299

В этой главе разбираются только шумы за счет флуктуациоиных явлений.

§ 7.2. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ *

Согласно сказанному в предыдущем параграфе шумы электронных ламп обусловлены физическими процессами, имеющими статисти­ ческий характер. Поэтому выражения, характеризующие уровень возникающих в лампах шумов, будут базироваться на закономернос­ тях теории вероятностей [Л.7.1], [Л.7.2]. Далее приводятся основные сведения из теории вероятностей, необходимые для вывода этих вы­ ражений [Л.7.3].

7.2.1. Случайные величины и их законы распределения

С л у ч а й н о й в е л и ч и н о й называется величина, которая в результате опыта может принять то или иное значение, причем за­ ранее неизвестно, какое именно. Эти значения могут быть дискретны­ ми или непрерывно заполнять некоторый интервал на числовой оси. Соответственно различают дискретные и непрерывные случайные ве­ личины.

Основной характеристикой случайной величины является распре­ деление вероятностей того, что она примет то или иное определенное значение. Далее приводятся законы распределения вероятностей, необходимые для рассмотрения флуктуаций токов в электронных лампах.

I. Биномиальное распределение

Предположим, что при каком-либо опыте могут произойти только события А или В. Событие В, следовательно, заключается в том, что событие А не наступает, и наоборот. Пусть вероятность наступления события А будет р, события В — q. Так как может произойти только или событие А или событие В, то р + q = 1 или

p = \ — q.

Определим теперь, какова вероятность того, что за N независи­ мых опытов п раз произойдет событие А и N — п раз — событие В, независимо от их последовательности. Пример: у игрока имеется 10 ло­ терейных билетов (N = 10). Какова вероятность, что в тираже вы­ игрывают 5 билетов (п = 5)? Предположим, что при N опытах события получились в последовательности

АВАА... А.

* Приводимые здесь сведения из теории вероятностей подобраны под утлом зренця анализа шумов в электронных лампах. Их изложение не претендует на особую математическую строгость.

300