книги из ГПНТБ / Клейнер, Э. Ю. Основы теории электронных ламп учебное пособие

Из этого уравнения можно получить соответствующую формулу без учета объемного заряда между сеткой и анодом (3.80), если при­

нять dac <С 1. В этом случае правую часть (3.90) можно разложить

“ С К

в ряд

Если теперь воспользоваться первыми двумя членами этого раз­ ложения, а также отношением (3.84), то из (3.91) получается (3.80).

и анодом пространственный заряд незначителен, т. е. распределение потенциала практически такое же, как в «холодной» лампе. Как будет показано в § 3.9.2, влияние объемного заряда на кривую распреде­ ления потенциала между сеткой и анодом становится тем меньше, чем меньше dac. Поэтому при малых значениях dac получается распреде­ ление потенциала, близкое к распределению в «холодной» лампе.

§ 3.5. ЗАКОН СТЕПЕНИ 3/2 ДЛЯ ТРИОДА

Пользуясь представлениями о действующем напряжении и об эквивалентном диоде, легко получить закономерности токопрохождения в триоде. Вывод основан на сведении триода к эквивалентно­ му диоду. Ток в эквивалентном диоде согласно (2.11) определяет­ ся законом степени 3/2, если в качестве анодного напряжения подста­

Теперь уточним, к току какого из трех электродов триода будет отно­

и анодный токи представляют собой фактически один и тот же ток. Закон степени 3/2 выводился для диода на основании рассмотрения электрического поля перед катодом и таким образом относится к по­ току электронов, уходящих от катода, т. е. по существу определяет

121

катодный ток. Если в (3.92) для Ud подставить его развернутое зна­ чение (3.68), то для катодного тока триода получается

Эта зависимость называется законом степени 3/2 для триода. Им опре­ деляется катодный ток как в области отрицательных, так и положи­ тельных сеточных напряжений. Для расчета анодного тока закон степени 3/2 можно использовать только в случае, когда / а = / к, т. е. при отрицательных сеточных напряжениях.

Выражения для G в случае триода определяется тем, что анод

где Fc — поверхность сплошного электрода на месте сетки. Для ци­ линдрической системы электродов согласно (2.24)

Гс Р*"

где’Р2 — функция от отношения радиуса сетки гс к радиусу катода г,(

(3.95)

a Fc — поверхность сплошного цилиндра на месте сетки. Если / — длина системы электродов, то Fc — 2nrcl.

Для того чтобы исключить ошибку, которая может произойти, если подставить для Fc поверхность сетки вместо поверхности сплош­ ного электрода и чтобы придать выражениям дляСв различных слу­ чаях большее единообразие, вместо Fc в формулы вводят поверхность

Закон степени 3/2 для триода был выведен путем сведения триода к эквивалентному диоду. Как будет показано далее, это возможно не при всех конфигурациях системы электродов. Триоды, которые можно свести к эквивалентному диоду, принято называть сводимыми в отличие от несводимых, для которых этого выполнить нельзя. Закон степени 3/2, таким образом, определяет ход катодных характеристик только сводимых триодов.

122

§ 3.6. ВИДЫ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРИОДА

Как следует из (3.93), катодный ток в триоде является функцией двух напряжений, U0 и Uа. То же самое, очевидно, можно сказать об анодном и сеточном токах, которые являются частью катодного. Таким образом, токи в триоде в общем случае можно представить как функциональные зависимости

Под статической характеристикой многоэлектродной лампы по­ нимают зависимость тока в цепи какого-либо электрода от напряже­ ния одного из электродов при постоянстве напряжений остальных

Характеристики сеточного тока (сеточна'я и сеточно-анодная) прак­ тически существуют, только при положительных t/c.

? 3.7. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ СЕТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ

3.7.1. Статические характеристики «сводимых» триодов при отрицательных сеточных напряжениях

При отрицательных значениях Uc, где I а = / к, характеристики катодного и анодного токов совпадают. Поэтому достаточно рассмот­ реть только одни из них. Обычно приводятся характеристики анод­ ного тока.

Для упрощения рассмотрения их хода предположим, что он под­

123

Исходя из точки запирания характеристика с увеличением Uc идет вверх по закону степени 3/2. При переходе в область положительных

согласно (3.83) одинаковы по форме, различно лишь их расположе­ ние по отношению к оси ординат: они сдвинуты по оси абсцисс парал­ лельно самим себе на отрезок

пряжение, соответствующее началу характеристики, (Уазап, определяется, так же как величина Uc зап, из условия / а = 0 и равно

(3.101)

124

Анодная характеристика для Uc = 0 идет из начала системы коор­ динат. По мере того как значение параметра U0 становится более отрицательным, анодная характеристика сдвигается параллельно самой себе вправо, т. е. в сторону больших Uа. Характеристики при положительных Uc всегда начинаются в начале системы координат,

а после перегиба в точке, где Uа приблизительно равно £/с, идут па­ раллельно характеристикам при отрицательных значениях Uc. Гео­

так как ее ход очень близок к реальному ходу анодных характеристик при малых значениях Uа. Анализ хода этих кривых будет дан позже. Семейство анодных характеристик триода показано на рис. 3.17.

3.7.2. Зависимость хода статических характеристик от густоты сетки.

Лампы с «левыми» и «правыми» характеристиками

Рассмотрим анодно-сеточные характеристики двух триодов </7i и Ли , отличающихся друг от друга только густотой сетки. Пусть у

125

вых Uа начало характеристики триода Л\ будет лежать при более отрицательных значениях (У0, чем триода Ли (рис. 3.18). Для оценки взаимного расположения обеих характеристик во всей области отри­ цательных U0 необходимо иметь, кроме точки запирания, еще по од­ ной точке каждой характеристики. Такой точкой может быть та, в ко­ торой потенциал сетки равен потенциалу окружающего пространства.

Как было показано в § 3.1, в этом случае сетка, независимо от своей конструкции, не влияет иа распре­ деление потенциала между анодом и катодом лампы'. Если соответствую­ щее значение сеточного напряжения обозначить UCn, то при U0 — Uc„ ка­ тодные токи в обеих лампах должны быть одинаковыми, т. е. характерис­ тики пересекаются. Значение Ucn при «отпертой» лампе всегда положитель­ но и согласно (2.12), т. е. без учета начальных скоростей электронов, оп­ ределяется отношением ■

Как видно из рис. 3.18, харак­ теристика лампы с более редкой сеткой при прочих равных условиях расположена левее, т. е. дальше

«правыми». Следует обратить внимание на то, что при редкой сетке крутизна подъема характеристики меньше, чем при густой.

3.7.3. Статические характеристики «несводимых» триодов при отрицательных сеточных напряжениях

I. Причины несводимости триода к эквивалентному диоду

Закон степени 3/2 для диода выведен в предположении, что на­ пряженности электрического поля по всей поверхности катода и анода постоянны. Сведение триода к эквивалентному диоду и распростра­

цилиндрическими электродами, т. е. системы, у которых междуэлектродные расстояния во всех точках поверхности электродов одинаковы или, короче говоря, у которых электроды эквидистантны.

1 2 6

(катода и анода) во всех точках одинакова, т. е. что эти электроды находились в дальней зоне поля сетки.

3. Система электродов была бесконечно протяженна, т. е. отсут ствовали краевые эффекты.

В реальных конструкциях триодов поле у катода в большинстве случаев в той или иной степени неравномерное. Для таких ламп закон степени 3/2 становится неточным, хотя он остается точным для эле­ ментарных участков поверхности катода, в пределах которых поле можно считать постоянным. Причины несводимости триода к экви­ валентному диоду в основном следующие.

1. Неэквидистантность электродов. Неравные междуэлектродные расстояния в различных местах рабочей части системы электродов могут быть следствием:

а) несоответствия профилей электродов друг другу (например, встречаются системы электродов, где катод в поперечном сечении — круглый, сетка — овальная, а анод — прямоугольный,- рис. 3.19, а); б) наличия у сеток траверс, благодаря чему даже при согласован­ ных профилях электродов равномерность поля между сеткой и като­

дом на отдельных участ­ ках его периметра нару­ шается (рис. 3.19, б).

2. Большой шаг сетки по сравнению с расстояни­ ем сетка — катод, приво­ дящий к сильному прови­ санию анодного поля и в результате этого к возник­ новению островкового эф­ фекта .

Неприменимость в слу­ чае несводимых триодов закона степени 3/2 для

системы электродов в целом вытекает также из непосредственного рассмотрения физических процессов, определяющих изменение катодного тока при изменении сеточного или анодного напряжений. В несводимых триодах напряженность поля по поверхности катода не постоянна, следовательно, различна в разных местах и плотность уходящего с катода потока электронов. Это особенно сильно выражено в лампах с редкой сеткой. Здесь при отрицательных сеточных напря­ жениях поле может исказиться настолько, что ток снимается только с участков катода, лежащих против середины просвета между витками сетки, а участки, лежащие под витками, «заперты». Соотношение между площадями работающих и неработающих участков катода зависит, очевидно, в первую очередь от величины Uc. Отсюда следует, что в несводимых триодах с изменением Uc при определенных усло­ виях может меняться не только плотность катодного тока, причем

127

на разных участках катода по-разному, но и площадь работающей части эмиттирующей поверхности. Управление электронным потоком здесь, таким образом, происходит как за счет изменения глубины минимума потенциала, так и за счет изменения величины работающей поверхности катода. Все это не учитывается в законе степени 3/2, который был выведен в предположении одинаковой плотности тока

инеизменности размера работающей площади катода.

II.Статические характеристики триодов

с неэквидистантной системой электродов

_Неэквидистантные системы электродов получаются при исполь­ зовании в одной лампе электродов различных профилей. Характе­ ристики таких ламп часто определяют расчетно-графическим способом

Рис. 3.20. Разложение неэквидистантного триода на элементарные триоды

путем разложения несводимого триода на ряд параллельно включен­ ных элементарных сводимых триодов. Для этого поперечное сечение несводимого триода ориентировочно по ходу электрических силовых

триод плоской или цилиндрической конфигурации (рис. 3.20). Скла­ дывая катодные токи этих элементарных триодов, находят ток триода в целом. Экспериментальная проверка показала, что такой метод дает довольно точные результаты.

III.Статические характеристики триодов

средкой сеткой

Всовременных лампах шаг сетки часто бывает больше расстояния сетка-катод. Это приводит к появлению островкового эффекта, су­ щественно изменяющего ход характеристик по сравнению с характе­ ристиками сводимых триодов. Характеристики при островковом эф­ фекте можно сравнительно легко рассчитать аналитически.

При отношении —> 1 катод обычно лежит в ближней зоне

«С К

поля сетки. Это означает, что напряженность поля и отсюда и дейст­ вующее напряжение по поверхности катода не постоянны, как это

1 2 8

считалось ранее, а меняются от точки к точке. Если предположить, что система электродов эквидистантна, то картины поля, а следова­ тельно, и значения Ug периодически повторяются через отрезки, равные шагу сетки. В связи с этим и Uд будет изменяться периоди­ чески с периодом, равным шагу. Периодическое изменение Ug можно свести к соответствующему изменению проницаемости

сетки D, которая таким об­ разом, если рассматривать плоскую систему электродов, становится .периодической функцией поперечной коор­ динаты у (рис. 3.21):

D = D(y). (3.103)

Величина D имеет наи­ меньшее значение под витка­ ми сетки, наибольшее — про­ тив середины просвета.

Для расчетов удобно представить D{y) как сум­ му постоянной составляю­ щей D0 и переменной сос­ тавляющей D~ — D„(y):

D = D0 + D„(y). (3.104)

В таком же виде, очевидно, можно записать и Uд. Если подставить (3.104) в (3.68) и принять, что а от у не зависит (ошибка здесь незна­ чительна), т. е. что

__ 1

° ~ 1 + D0 + D ' ’

д1+ D 0 + D'

что и для неэквидистантных триодов. Несводимый триод в пределах половины шага сетки (больше не нужно, так как поле периодично и симметрично) разлагается на элементарные триоды шириной dy, для

129

каждого элементарного триода определяют Ug, пользуясь зависи­ мостью D = D(y), затем вычисляют его катодный ток, и, наконец,

путем интегрирования от у = 0 до у = —р находят суммарный ток лампы в пределах половины шага.

Для того чтобы сравнительно просто получить представление о влиянии островкового эффекта на ход характеристик, примем сна­ чала, что D_ изменяется по периодической кривой треугольной формы

D = D0- D m( l - - ^ : (3.106)

В том, что (3.106) правильно отра­ жает зависимость, представленную на рисунке, легко убедиться, определяя