книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

тягиваемых сеткой, резко возрастает, появляются так называемые сеточные токи, образованные электронами, стекающими по внешней сеточной цепи на катод.

Сеточные токи, как правило, вредно отражаются на работе лампы. Поэтому обычно работают с отрицательными напряжени­ ями на сетке, когда сеточные токи практически отсутствуют. Строго говоря, сеточные токи имеются при любых напряжениях сетки, но при отрицательных потенциалах они образуются не электронами, а положительными ионами, притягиваемыми отри­

§ 2. Характеристики и параметры электронных ламп

Зависимости величины анодного тока лампы от разности потенциалов на ее электродах характеризуют свойства этой лампы и возможную область ее применения. Обычно эти зави­ симости изображаются в виде графиков, называемых х а р а к ­ т е р и с т и к а м и лампы. Имеется несколько видов харак­ теристик лампы. Каждый вид рассматривает зависимость анод­ ного тока (а иногда и сеточного тока) от величины напряжения на каком-либо одном из электродов (катод, анод, сетка) при постоянном напряжении на остальных электродах.

Характеристика диода показывает зависимость анодного тока от анодного напряжения при неизменном напряжении накала.

Для триода различают сеточную (илп анодно-сеточную) и анодную характеристики.

С е т о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а показывает зависи­ мость анодного и сеточного токов от напряжения на сетке при неизменных напряжениях накала и анода.

А н о д н а я х а р а к т е р и с т и к а показывает зависи­ мость анодного и сеточного токов от анодного напряжения при неизменных напряжениях накала и сетки.

Зависимость анодного тока от напряжения накала обычно не рассматривается, так как лампы рассчитаны на работу при определенной температуре катода, т. е. при определенных напря­ жении и токе накала. Увеличение тока накала против нормы вообще недопустимо, так как резко сокращает срок службы лампы. Значительное уменьшение тока накала приводит к ухудше­ нию параметров лампы, а у ламп с оксидными и бариевыми катодами сокращается срок службы. Обычно считается допустимым изме­ нение тока накала на ±10% . Но практика показывает, что для того, чтобы добиться длительной работы ламп (до 2000 час. и более), нужно устранить возможность даже незначительных превышений номинального напряжения накала и стараться рабо­ тать при напряжениях на 5—10% ниже номинального.

На рис. 3 приведена характеристика диода. Здесь по горизон­ тальной оси отложено анодное напряжение £/а в вольтах, а по вер­ тикальной оси анодный ток / а в миллиамперах. График зависи-

11

мости анодного тока от анодного напряжения представляет собой кривую, начинающуюся из точки пересечения горизонталь­ ной и вертикальной осей и соответствующую нулю анодного напряжения и анодного тока. Это значит, что при отсутствии анод­ ного напряжения анодный ток отсутствует, так как электроны не притягиваются анодом.

Вообще же характеристика диода начинается не с нуля анодного напряжения, а с некоторого отрицательного значения его, так как при отсутствии анодного напряжения некоторые электроны, имеющие особенно большую начальную скорость, достигают анода. Кроме того, оказывает влияние контактная разность потенциалов, благодаря которой анод имеет положительный потенциал отно­

сительно катода при нуле­ вом напряжении источника анодного напряжения.

При определении зависи­ мости анодного тока лампы от анодного напряжения напря­ жениенакала поддерживается постоянным, а анодное напря­ жение изменяется от значе­ ния, при котором анодный ток возникает, до значений,

напряжения возникает и анодный ток. Он возрастает с увеличением анодного напряжения сначала медленно, потом быстрее. В средней части характеристика прямолинейна. Это свидетельствует о том, что в этом участке анод­ ный ток при увеличении анодного напряжения растет рав­ номерно. При дальнейшем увеличении анодного напряжения возрастание анодного тока замедляется и, наконец, прекра­ щается совсем. Анодный ток достиг тока насыщения /н ас, рав­ ного току эмиссии. Это значит, что все электроны, испускае­ мые катодом диода при данной температуре, притягиваются анодом.

По форме кривой характеристику диода можно разделить на три ясно различимые части: нижнюю, криволинейную часть, так называемый нижний изгиб характеристики, среднюю, прямо­ линейную часть и верхнюю, криволинейную часть — верхний изгиб характеристики. По характеристике легко определить величину анодного тока диода при любом значении анодного напряжения. Для этого нужно на горизонтальной оси найти точку, соответствующую интересующей величине анодного напря­ жения, и из этой точки восстановить перпендикуляр до пересече­ ния с кривой.

12

Из точки пересечения проводится горизонтальная линия до пересечения с вертикальной осью, на которой точка пересечения и укажет величину анодного тока.

Например, на рис. 3 построен график для нахождения значения анодного тока, соответствующего анодному напряжению Z7a = = 200 в. В этом случае / а = 35 ма.

Когда анодное напряжение диода непрерывно изменяется, что характерно при его работе в качестве выпрямителя переменного напряжения (см. рис. 74), то и анодный ток диода (если он не достиг тока насыщения) тоже непрерывно изменяется. Как именно

Рис. 4. Построение графика анодного тока диода по его характеристике.

изменяется анодный ток при изменении анодного напряжения,

а снизу к ней пристроен график, изображающий переменное синусоидальное анодное напряжение, подаваемое на анод от сети. График анодного напряжения построен не обычным способом — слева направо, а сверху вниз. Ось времени Графика переменного напряжения расположена вертикально. Сделано это для того, чтобы ось характерстики диода, на которой откладывается вели­ чина анодного напряжения С/а, совпала с осью напряжений гра­ фика переменного напряжения.

Чтобы установить, какая величина анодного тока соответствует любой точке кривой переменного анодного напряжения, доста­ точно из этой точки провести вертикальную линию до пересечения с кривой характеристики диода. Величина отрезка этой вертикаль-

13

ной линии от оси напряжений до точки пересечения определяет величину анодного тока диода, соответствующую данной точке кривой анодного напряжения. Сделав такие построения для нескольких точек кривой переменного напряжения, можно найти график анодного тока. На рис. 4 этот график построен правее характеристики диода. Для графика анодного тока вер­ тикальной осью является ось анодного тока / а, а горизонтальной ось времени t. Для точек кривой переменного анодного напряже­ ния а, б, в, г, д и т. д. найдены соответствующие им точки на кри­

графика анодного тока. Диод пропустил положительные полупе— риоды напряжения, т. е. выпрямил переменный ток.

Кривые полупериодов анодного тока и анодного напряжения неодинаковы. Кривая анодного напряжения имеет строго синусо­ идальную форму, а импульсы анодного тока в данном случае имеют форму, сильно отличающуюся от синусоидальной. Прои­ зошло искажение формы импульсов анодного тока вследствие наличия нижнего изгиба на характеристике диода, отсутствия прямолинейности используемого участка характеристики лампы1. Такие искажения называются нелинейными. При выпрямлении переменного напряжения искажения формы никакого значения не имеют, но имеют большое значение при усилении напряжения.

Для снятия характеристик триода собирают специальную схему (рис. 5), при помощи которой можно изменять в определен­ ных пределах напряжения на электродах и измерять величину анодного тока.

Для каждого значения анодного напряжения (оно изменяется обычно через 10—20 в) измеряется величина анодного тока. Такие измерения проводятся при нескольких значениях напряжения на сетке лампы. В результате получается семейство анодных характеристик лампы.

1 На рис. 4 нелинейность характеристики диода и степень искажения формы кривой анодного тока для наглядности сильно преувеличены.

14

На рис. 6 приведены анодные характеристики двойного триода 6Н8С (для каждого триода) при различных напряжениях на сетке.

Сеточные характеристики лампы, т. е. зависимости анодного тока от напряжения на сетке при постоянных анодном напряжении и напряжении накала, снимаются аналогичным образом. В этом случае плавно изменяется напряжение на сетке лампы (обычно через 1—2 в), а анодное напряжение поддерживается постоянным (для данной характеристики). Сеточные характеристики снима­ ются для нескольких значений анодного напряжения, и полу­ чается семейство сеточных характеристик.

Форма сеточных характеристик и их взаимное расположение в семействе, наблюдаемое на рис. 7, характерны для триодов и вообще большинства электронных ламп.

Сеточная характеристика имеет почти прямолинейную среднюю часть и два изгиба — нижний и верхний. Лампы с оксидным

Рабочей частью характеристики является в большинстве случаев прямолинейный участок и именно та его часть, которая непосредственно примыкает к нижнему изгибу характеристики, так как за некоторыми исключениями работа при положительных напряжениях на сетке недопустима из-за большого сеточного тока, вызывающего значительные искажения. Работа на нижней части прямолинейного участка целесообразна и по соображениям эко­ номичности, так как постоянная составляющая анодного тока здесь имеет малую величину, что имеет немаловажное значение, особенно при питании от батарей. Кроме того, нужно учитывать, что мощность, определяемая произведением анодного тока на анодное напряжение (Ра = / а^а), полностью выделяется в виде

15.

тепла на аноде лампы и называется м о щ н о с т ь ю , р а с с е и ­ в а е м о й н а а н о д е . Эмиссионная способность катодов совре­ менных ламп так велика, что при анодных токах, близких к то­ кам насыщения (или разрушения) даже при нормальных анодных напряжениях, Ра может во много раз превысить допустимую величину, результатом чего будут перегрев и прогорание анода.

Эти два обстоятельства вынуждают использовать лишь незна­ чительную часть возможностей, вытекающих из характеристик большинства приемных и маломощных усилительных ламп. Эти рабочие участки характеристик и приводятся в каталогах и пас­ портах ламп. На рис. 6 и 7 допустимая для использования часть характеристик лампы 6H8G ограничена кривой линией

АБ (Рц = 2,5 вт).

Как видно из рис. 7, характеристики одного семейства по форме очень похожи друг на друга и в зависимости от анодного напряжения сдвинуты параллельно друг другу на большее или меньшее расстояние.

По сеточным характеристикам очень удобно определять основ­ ные параметры электронных ламп, т. е. постоянные величины, характеризующие их свойства. Для триода основными парамет­ рами являются три: крутизна характеристики S, коэффициент усиления р и внутреннее сопротивление Pi.

К р у т и з н а х а р а к т е р и с т и к и ^ характеризует на­ клон сеточной характеристики (ее прямолинейного участка) к горизонтальной оси, т. е. степень изменения анодного тока в за-

висимости от изменения напряжения на сетке лампы. Крутизна ~У характеристики определяется из отношения изменения анодного ^ тока А / а* к изменению напряжения на сетке А £/с, которое вызвало это изменение анодного тока, при постоянном анодном напряже­ нии и я:

анодный ток при изменении напряжения сетки на 1 в. Крутизна измеряется в миллиамперах на вольт (ма/в).

Обычно S = 1 -г 3 ма/в. У оконечных или специальных ламп может доходить до 8— 10 ма/в и выше.

К о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я выражает способность дан­ ной лампы усиливать напряжения, подводимые к ее сеточной цепи.

Выше уже говорилось, что усилительное действие лампы есть следствие различной степени воздействия потенциалов анода и сетки на поток электронов, проходящий от катода к аноду, т. е. на силу анодного тока. Чем сильнее действует сетка по сравнению с анодом, тем большее усиление способна дать лампа. Коэффици­ ент усиления и определяется как отношение изменения анодного

* Греческая буква Д (дельта) обычно употребляется как знак, показы­ вающий, что берется не абсолютное значение следующей за ней величины,

а ее изменение, приращение.

16

напряжения А £/а к изменению напряжения на сетке A Uc, вызы­ вающих одинаковые изменения анодного тока. Величина р пока­ зывает, на сколько вольт нужно изменить анодное напряжение, чтобы скомпенсировать изменение анодного тока, вызванное изменением напряжения сетки на 1 в:

A Uа (при условии постоянства анодного тока).

Ди с

ризмеряется в отвлеченных единицах (число раз).

Для триодов величина р колеблется в пределах от нескольких единиц до 100. Экранированные лампы и пентоды имеют коэффи­ циент усиления значительно выше — несколько сот и даже тысяч.

Следует заметить, что р характеризует возможности лампы, но не определяет ту степень усиления напряжения, которую должен дать каскад на этой лампе, так как усиление каскада к зависит не только от величины р, но и от других обстоятельств, о чем будет сказано ниже.

Часто вместо р употребляют обратную ей величину, называе­ мую проницаемостью лампы D:

г\ Название этого параметра является отражением его фнзн- О^ческой сущности: он показывает, какая часть силовых линий >>*чвлектрпческого поля анода проникает сквозь сетку к катоду. (^Проницаемость обычно выражается десятичной дробью пли в про- ( /центах.

Так, двойной триод 6Н8С имеет р = 20, его проницаемость, ^следовательно, будет D = 0,05 (5%).

В н у т р е н н е е с о п р о т и в л е н и е Ri характеризует сопротивление лампы переменному току. Его необходимо отличать

от сопротивления лампы постоянному току 7?л = . Внутреннее

сопротивление определяется как отношение изменения анодного напряжения к изменению анодного тока, вызываемому этим измене­ нием:

Ri = д ^а- (Uа постоянно).

Здесь А / а нужно брать не в миллиамперах, а в амперах, тогда Ri получится в омах.

Величина внутреннего сопротивления для триодов колеблется от нескольких сот ом до 70 тыс. ом, у пентодов достигает полутора мегом.

Техйичсскка йиблшатаж

Отсюда каждый параметр можно выразить через два других:

Ii = SBi, S = ^ r ,

Параметры лампы даже в пределах относительно прямолиней­ ного участка характеристики не остаются постоянными. Они за­ висят от величины анодного и сеточного напряжений, причем S и В i зависят в значительно большей степени, чем р.

С уменьшением анодного напряжения и понижением (ростом отрицательных значений) потенциала сетки крутизна характе­ ристики резко уменьшается, а внутреннее сопротивление растет. Коэффициент усилепия начинает заметно уменьшаться лишь в нижней части нижнего изгиба характеристики.

Для определения параметров лампы по ее сеточным характе­ ристикам строят на двух из них треугольник абв, как это показано на рис. 7.

В этом треугольнике сторона ае соответствует некоторому приращению напряжения на сетке A Uc. Сторона вб показывает приращение анодного тока А / а, соответствующее A Uc. Сторона вб соответствует приращению анодного тока от 8 до 14,3 ма.

Это приращение тока произошло при изменении напряжения на сетке от —8,2 в до —5,8 в, т. е. на 2,4 в. Но то же самое прира­

Сеточные характеристики электронных ламп, очень удобные для определения их параметров, менее удобны при расчете рабо­ чих режимов и нагрузок лампы. В этом случае обычно поль­ зуются семейством анодных характеристик.

Семейства анодных и сеточных характеристик дают достаточ­ ный материал при выборе типа лампы для каждого конкретного случая. Кроме того, разумеется, при выборе лампы учитываются данные, которых на графике нет: тип катода, рабочие и макси­ мальные режимы (в частности, напряжение и ток накала, допу­ стимое напряжение между катодом и подогревателем), сеточные

18

токи, междуэлектродные емкости, качество изоляции электродов, экранировка лампы, ее габариты и т. д.

Рассмотренные выше характеристики снимаются при поддер­ жании искусственных условий постоянства двух из напряжений

работы лампы это могло бы быть только при отсутствии в анодной цепи лампы нагрузочного сопротивления.

Но так как такое сопротивление всегда включается, то анодное напряжение не остается постоянным при изменении анодного тока.

путем динамические харак­

теристики лампы и ее динамические (рабочие) параметры (S.д> цд и Ri д).

На рис. 8 приведено построение динамической сеточной харак­ теристики лампы 6Н8С по ее статическим сеточным характери­ стикам, которые показаны пунктиром. Строим динамическую

падения напряжения на анодном сопротивлении Иа не будет. Следовательно, при динамическом режиме, как и статическом, анодный ток возникнет при Uc = —18 б.

При дальнейшем повышении потенциала сетки (уменьшении отрицательного потенциала) анодный ток начнет расти, однако не по тому закону, что при статическом режиме, а медленнее, так как при возрастании анодного тока анодное напряжение будет уменьшаться. Для построения динамической характеристики определяем точки пересечения ею статических характеристик, снятых при Ua — 250 в, Ua = 200 и Ua = 150 в.

Находим, при какой величине анодного тока / а анодное напря­ жение равно Ua = 250 в. Такое равенство наступит тогда, когда падение напряжения на анодном сопротивлении /?а будет A UR, =

= 50 в. Следовательно,

/ а1 = A UR , : i?a = 50 :10 000 = 0,005 а = 5 ма.

Это значит, что динамическая характеристика пересечет в точке Б статическую, найденную при Ua — 250 в. Аналогично находятся точки В и Г:

U 2 = A UR2 : Я„ = 100 : 10 000 = 0,01 а = 10 ма,

/ аз = A URз : R&= 150 : 10 000 = 0,015 а = 15 ма.

Соединяя полученные точки А, Б, В и Г плавной линией, получим динамическую сеточную характеристику лампы 6Н8С для указанных условий (Еа = 300 в, Ra = 10 000 ом).

Таким же способом можно построить динамическую харак­ теристику для других величин Еа и Ra■На рис. 8 построены дина­ мические характеристики для Ел = 250 в, Ra = Ю ком (кривая ДЕЖ) и Еа = 250 в, Ra — 15 ком (кривая ДИК). Из этих постро­ ений видно следующее:

а) динамические характеристики положе соответствующих статических;

б) угол наклона динамической характеристики зависит от величины Ra'- чем больше /?а, тем положе характеристика;

в) динамические характеристики, так же как и статические, при одном значении Ra примерно параллельны друг другу.

Использовав две динамические характеристики при одной ве­ личине Ra, можно определить динамические параметры лампы: Ад, i?i д и рд. Динамические параметры определяются аналогично статическим по характеристическому треугольнику.

Динамические параметры зависят от величины анодного со­ противления п могут значительно отличаться от статических. При этом Ад и рд всегда меньше А и р, а /?гДвсегда больше /?;.

§ 3. Многоэлектродные электронные лампы

Коэффициент усиления отдельного каскада и всего усилителя на электронных лампах находится в прямой зависимости от коэффициента усиления ламп р.

Естественно желание получить лампы с возможно большим р, так как это позволяет сократить число каскадов в усилителе, упростить и удешевить аппаратуру.

Коэффициент усиления лампы тем больше, чем сильнее дей­ ствует на анодный ток потенциал сетки п слабее потенциал анода. Следовательно, для увеличения р выгодно усиливать действие сетки и ослаблять действие анода. Усилить действие сетки можно,

20