У триодов, принцип действия которых был рассмотрен выше, есть существенный недостаток — большая величина электростатической проходной емкости. Конструкция лампы такова, что ее электроды образуют собой цилиндрический конденсатор. Входная емкость лампы Свх самая большая (сотни пикофарад), поскольку управляющая сетка, с целью повышения крутизны проходной характеристики лампы, расположена близко к катоду.
На высоких частотах часть входного напряжения, подлежащего усилению, закорачивается этой емкостью, что приводит к снижению коэффициента усиления. К таким же последствиям приводит и вредное влияние выходной емкости Свых. Эта емкость существенно меньше (единицы — реже десятки пикофарад), нежели входная, поскольку анод расположен намного дальше от катода, нежели управляющая сетка. Тем не менее, благодаря большому выходному сопротивлению лампы (связанного с высокими питающими напряжениями), влияние выходной емкости на коэффициент усиления в области высоких частот очень существенно. В то же время, вредное влияние входной и выходной емкостей на высоких частотах можно скомпенсировать (нейтрализовать) различными схемотехническими решениями, например резонансным построением усилительного каскада.
В отличие от входной и выходной емкостей, вредное влияние проходной емкости Спрох нейтрализовать гораздо сложнее. Эта емкость достаточно велика — она значительно больше выходной, но меньше входной. Вред проходной емкости заключается прежде всего в том, что за счет нее образуется паразитная связь между входной (сеточной) и выходной (анодной) цепями. Прямое прохождение входного тока в выходную цепь приводит к изменению входного сопротивления и потери части входной энергии (так называемый эффект Миллера). Паразитная обратная связь через проходную емкость оказывает еще более негативное влияние на свойства усилителя. Эта обратная связь частотозависимая (поскольку образована емкостью) и проявляется прежде всего на высоких радиочастотах. Наличие паразитной обратной связи может приводить к изменению коэффициента усиления, однако самое вредное ее следствие — самовозбуждение (автогенерация). В случае если паразитная обратная связь оказывается положительной, при достаточном коэффициенте усиления лампы усилительный каскад превращается в автогенератор. Это основной недостаток триодов, сильно усложнявший их применение на радиочастотах.
Вредное влияние проходной емкости, свойственное лампам-триодам, привело к необходимости усложнения конструкции электронной лампы, направленного на ее уменьшение. Электронная лампа-тетрод, обозначение которой на схемах приведено на рис. 2.20, свободна от этого недостатка. В тетроде между анодом и управляющей сеткой расположена вспомогательная вторая сетка, называемая экранирующей. Эта сетка по переменному току должна быть заземлена, то есть соединена с общим электродом — катодом. При этом управляющая сетка оказывается окруженной нулевым потенциалом и заэкранированной от внешних полей. Электростатическую проходную емкость между анодом и управляющей сеткой можно условно изобразить в виде конденсатора, между обкладками которого помещена еще одна пластина — экранирующая сетка (рис. 2.21). В случае если эта средняя пластина заземлена, как показано на рис. 2.21, то она своим нулевым потенциалом разрывает силовые линии поля, идущего от анода к управляющей сетке, уменьшая тем самым связь между этими электродами, а, следовательно, и проходную емкость. При этом управляющая сетка со всех сторон окружена нулевым потенциалом. А следовательно заэкранирована от внешних воздействий. Вторую сетку тетрода и называют экранирующей, поскольку она экранирует (прежде всего от анода)управляющую сетку. Если бы экранирующая сетка была сплошной, то все силовые линии этого поля были бы прерваны, однако в этом случае нарушился бы принцип работы лампы — электроны от катода перестали бы лететь к аноду, и анодный ток прекратился бы. Чтобы этого не происходило, экранирующую сетку делают достаточно редкой. Тем не менее, ее введение позволяет уменьшить проходную емкость в несколько раз.
Существует ошибочное мнение, суть которого в том, что проходная емкость в тетроде мала из-за последовательного включения двух статических емкостей: анод —К

Рис. 2.20 Обозначение на схемах лампы- тетродаРис. 2.20 Обозначение на схемах лампы- тетрода

экранирующая сетка и экранирующая сетка — управляющая сетка. Действительно, при последовательном включении конденсаторов, общая емкость оказывается меньше, чем емкость любого из них. Однако, при введении экранирующей сетки, общая емкость никак не может уменьшится, поскольку определяется площадью анода и управляющей сетки. А также расстоянием между ними. При сохранении этих параметров неизменными, введение между обкладками дополнительной пластины не только не уменьшит емкость, а даже немного увеличит ее, поскольку эта дополни¬тельная пластина имеет некоторую конечную толщину.

Рис. 2.21 Экранирующая сетка и электростатическое экранированиеРис. 2.21 Экранирующая сетка и электростатическое экранирование

Итак, экранирующая сетка может выполнить свои экранирующие функции лишь в том случае, если она заземлена. Только при этом управляющая сетка окажется заэкранированной, поскольку будет со всех сторон окружена нулевым потенциалом за счет катода и экранирующей сетки. Однако, непосредственно заземлить эту сетку нельзя, поскольку это создаст препятствие для электронов, движущихся к аноду, кинетическая энергия которых вблизи управляющей сетки итак не велика из-за ее тормозящего отрицательного поля. Для того, чтобы экранирующая сетка ускоряла электроны, движущиеся от катода к аноду, на нее подают от источника питания положительное относительно катода напряжение, меньшее по величине, чем напряжение на аноде. Благодаря положительному заряду. Экранирующая сетка перехватывает часть электронов, летящих от катода к аноду, за счет которых существует ток этой сетки. Ток экранирующей сетки, также как анодный ток и ток управляющей сетки является составной частью эмиссионного катодного тока. Чтобы при этом экранирующая сетка выполняла свои функции электростатического экрана, необходимо ее заземлить по переменному току. С этой целью между экранирующей сеткой и землей включают блокировочный конденсатор достаточно большой емкости, обладающий очень маленьким сопротивлением переменному току. При этом переменное напряжение на экранирующей сетке оказывается близким к нулю, что эквивалентно соединению ее с катодом по переменному току. Практическая схема включения экранирующей сетки приведена на рис. 2.22. Здесь кроме источника питания и блокировочного конденсатора, заземляющего эту сетку по переменному току, также включен так называемый гасящий резистор. На этом резисторе за счет протекания постоянного тока экранирующей сетки падает часть напряжения от источника питания, что часто позволяет использовать общий источник для питания как анодной, так и экранной цепей. Часто этот резистор выполняет также защитную функцию — предохраняет экранирующую сетку от перегорания в случае пропадания анодного напряжения. Действительно, если по каким-либо причинам анодное напряжение пропадает (например, обрыв в анодной цепи), единственным положительно заряженным электродом остается экранирующая сетка, к которой устремляется большинство электронов, вылетевших из катода. При этом ток экранирующей сетки оказывается значительно завышен по сравнению с номинальным режимом работы, что может привести к ее перегоранию. Однако, при этом за счет большого тока сильно превышается мощность тепла, выделяющаяся на гасящем резисторе. С целью защиты лампы, гасящий резистор выбирают на пределе рассеиваемой мощности, благодаря чему при аварии в анодной цепи он перегорает быстрее, чем успевает выйти из строя лампа.

Рис. 2.22 Включение экранирующей сетки

Рис. 2.22 Включение экранирующей сетки

Не смотря на очевидное преимущество перед триодом, простейшим тетродам, рассмотренным выше, присущ очень серьезный недостаток, называемый динатронным эффектом. Суть этого эффекта заключается в следующем. Электроны, разогнанные положительными полями экранирующей сетки и анода, полетают к последнему на значительной скорости и обладают существенной кинетической энергией. При ударе таких электронов о поверхность анода, происходит выбивание из него других электронов, называемых вторичными. Это явление получило название вторичной эмиссии. Вторичные электроны, вылетев с анода, попадают в зону действия двух притягивающих сил — положительного поля анода и положительного поля экранирующей сетки. В случае, когда напряжения на аноде и экранирующей сетки соизмеримы, большое количество вторичных электронов захватывается экранирующей сеткой (рис. 2.23). При этом ток экранирующей сетки начинает возрастать, а анодный ток — наоборот уменьшаться, что приводит к искривлению статических характеристик лампы (см. ниже). У ламп-триодов также возможно появление вторичной эмиссии, однако динатронного эффекта там не возникает в принципе, поскольку все вторичные электроны возвращаются к аноду из-за отсутствия альтернативного сильного положительного электрического поля со стороны других электродов.

Рис. 2.23 Динатронный эффект в классическом тетроде Рис. 2.23 Динатронный эффект в классическом тетроде

Для борьбы с динатронным эффектом применяются различные способы. Наиболее простой — заставить первичные (основные) электроны двигаться сфокусированными лучами. Тогда вторичные электроны будут отталкиваться назад к аноду отрицательным полем встречного плотного потока первичных электронов. Для реализации этой идеи между экранирующей сеткой и анодом, а также между управляющей и экранирующей сетками устанавливают специальные лучеобразующие пластины, на которые подают нулевой или небольшой отрицательный заряд. Отрицательное поле пластин заставляет электроны отталкиваться от них к центру промежутка между соседними пластинами. Под действием большого положительного заряда анода, электроны продолжают движение к нему, но теперь уже плотными сфокусированными по¬токами (лучами) — это показано на рис. 2.24. Такие лампы называют лучевыми тетродами, причем лучеобразующие пластины чаще всего соединяются с катодом. Для обеспечения движения электронов сфокусированными лучами дополнительно стараются выровнять густоту намотки управляющей и экранирующей сеток. На принципиальных схемах лучевые тетроды обозначают условным значком (рис. 2.25).
Другим способом борьбы с динатронным эффектом является введение третьей сетки между экранирующей сеткой и анодом. Эта сетка делается очень редкой, и на нее подается небольшой отрицательный, либо нулевой потенциал. Так как сетка эта не густая, и ее отрицательный потенциал не велик, то она практически не оказывает тормозящего действия на основные электроны, ускоренные большими положительными полями анода и экранирующей сетки. Кинетическая энергия вторичных электронов наоборот очень мала, и они отталкиваются назад к аноду полем третьей сетки (рис. 2.26), тем самым устраняя динатронный эффект. Благодаря этому, третью сетку называют антидинатронной или защитной. Лампу с тремя сетками называют пентодом, и обозначают на принципиальных схемах значком, показанном на рис. 2.27. Пентоды находили очень широкое применение в маломощной радиоаппаратуре, когда она строилась на лампах. В мощной же технике (в первую очередь в радиопередатчиках) пентоды широкого применения не нашли из-за того, что при этом существенно усложняется конструкция мощной лампы. Кроме того, в мощных лампах есть другие пути борьбы с динатронным эффектом — например, применение анодов сложной формы и т. п.

Рис. 2.25 Обозначение на схемах лучевого тетрода

Рис. 2.25 Обозначение на схемах лучевого тетрода

Обратимся к статическим характеристикам ламп тетродов и пентодов. Все эти ха¬рактеристики строятся при фиксированных значениях напряжений на экранирующей и защитной сетках. На рис. 2.28 показаны 3 семейства статических вольт-амперных характеристик для таких ламп. Это анодно-сеточные (проходные) характеристики, показывающие зависимость анодного тока, от напряжения на управляющей сетке при фиксированном напряжении на аноде; сеточные характеристики по сетке второй, показывающие зависимость тока экранирующей сетки от напряжения на управляю¬щей сетке при фиксированном напряжении на аноде; сеточные характеристики по сетке первой, показывающие зависимость тока управляющей сетки от напряжения

Рис. 2.26 Принцип действия антидинатронной сетки пентодаРис. 2.26 Принцип действия антидинатронной сетки пентода

Рис. 2.27 Обозначение на схемах пентода
на ней при фиксированном напряжении на аноде. На всех характеристиках, изобра-женных на рис. 2.28, большему значению анодного напряжения соответствует напряжение с индексом «2», а меньшему — с индексом «1». Проходные и входные статические характеристики тетродов и пентодов очень похожи на аналогичные характеристики триодов (см. выше). В то же время, напряжения отсечки проходных характеристик у многосеточных ламп лежат несколько левее, чем у триодов, то есть в области более отрицательных напряжений управляющей сетки. Также у многосеточных ламп, в силу наличия нескольких сеток, заметно ниже проницаемость (см. выше), благодаря чему влияние анодного напряжения на анодный и сеточные токи снижено. По сравнению с триодами, у тетродов и пентодов статические характеристики, снятые при разных анодных напряжениях, практически сливаются в одну линию. Характеристики тока экранирующей сетки начинаются (также как и проходные) в области отрицательных напряжений на управляющей сетке, однако их напряжение отсечки лежит несколько правее соответствующего напряжения для анодного тока, поскольку положительное напряжение на экранирующей сетке в большинстве случаев меньше анодного.

Рис. 2.26 Принцип действия антидинатронной сетки пентодаРис. 2.26 Принцип действия антидинатронной сетки пентода

Рис. 2.27 Обозначение на схемах пентодаРис. 2.27 Обозначение на схемах пентода
на ней при фиксированном напряжении на аноде. На всех характеристиках, изображенных на рис. 2.28, большему значению анодного напряжения соответствует напряжение с индексом «2», а меньшему — с индексом «1». Проходные и входные статические характеристики тетродов и пентодов очень похожи на аналогичные характеристики триодов (см. выше). В то же время, напряжения отсечки проходных характеристик у многосеточных ламп лежат несколько левее, чем у триодов, то есть в области более отрицательных напряжений управляющей сетки. Также у многосеточных ламп, в силу наличия нескольких сеток, заметно ниже проницаемость (см. выше), благодаря чему влияние анодного напряжения на анодный и сеточные токи снижено. По сравнению с триодами, у тетродов и пентодов статические характеристики, снятые при разных анодных напряжениях, практически сливаются в одну линию. Характеристики тока экранирующей сетки начинаются (также как и проходные) в области отрицательных напряжений на управляющей сетке, однако их напряжение отсечки лежит несколько правее соответствующего напряжения для анодного тока, поскольку положительное напряжение на экранирующей сетке в большинстве случаев меньше анодного.

Рис. 2.28 Семейства входных (сеточных), проходных (анодно — сеточных) и сеточных по сетке второй статических характеристик тетродов и пентодовРис. 2.28 Семейства входных (сеточных), проходных (анодно — сеточных) и сеточных по сетке второй статических характеристик тетродов и пентодов

Обратимся теперь к выходным статическим характеристикам тетродов и пентодов, показывающим зависимости анодного тока от анодного напряжения при фиксированных напряжениях на управляющей сетке. Разумеется, как и в предыдущем случае, все характеристики снимаются при одинаковом напряжении на экранирующей сетке, а также на защитной (у пентодов), причем напряжение последней как правило нулевое. На рис. 2.29 приведены выходные характеристики тетрода, на рис. 2.30 — выходные характеристики лучевого тетрода, а на рис. 2.31 — пентода. Параметром этих характеристик является напряжение на управляющей сетке. Которое возрастает согласно стрелке. Характеристики всех этих ламп идут практически параллельно горизонтальной оси, то есть анодный ток практически не зависит от анодного напряжения, что объясняется малой проницаемостью всех этих ламп. Разумеется, лампы с малой проницаемостью будут обладать большим статическим внутренним коэффициентом усиления и, величина которого примерно обратна величине проницаемости (см. выше). Именно этот фактор и явился изначальной причиной разработки экранированных ламп, а эффект снижения проходной емкости был замечен намного позже. У ламп — тетродов при малых анодных напряжениях наблюдается провал анодного тока, связанный с динатронным эффектом. У лучевых тетродов искривление статических характеристик выражено гораздо менее значительно, а у пентодов его практически нет вовсе.
Кроме тетродов и пентодов также существуют лампы и с большим количеством сеток. Прежде всего, к таковым относятся так называемые частотопреобразовательные лампы, применявшиеся в старых ламповых радиоприемниках. Чаще всего преобразователи частоты таких приемников строились на лампах — гептодах, условный значок которого показан на рис. рис. 2.32. У этой лампы две управляющих сетки (1 -я и 3-я), две экранирующих (2-я и 4-я) и одна защитная (5-я). На одну управляющую сетку подавалось напряжение радиочастотного сигнала, подлежащего преобразованию, а на другую — колебание от гетеродина. Гептод — лампа с двойным управлением. Сегодня их заменили двухзатворные полевые транзисторы.

Рис. 2.29 Семейство выходных (анодных) статических характеристик классического тетродаРис. 2.29 Семейство выходных (анодных) статических характеристик классического тетрода

Рис. 2.30 Семейство выходных (анодных) статических характеристик лучевого тетродаРис. 2.30 Семейство выходных (анодных) статических характеристик лучевого тетрода

Рис. 2.31 Семейство выходных (анодных) статических характеристик пентодаРис. 2.31 Семейство выходных (анодных) статических характеристик пентода

Рис. 2.32 Обозначение на схемах многосеточной лампы — гептодаРис. 2.32 Обозначение на схемах многосеточной лампы — гептода

Говоря о многосеточных лампах (тетродах и пентодах) неоднократно упоминалось о том, что главное их назначение — снизить проходную емкость анод — сетка Сас. Однако, некоторого снижения проходной емкости удается добиться и в так называемых лучевых триодах, хоть они и не получили столь широкого распространения.
Конструктивно управляющая сетка всех ламп поддерживается жесткими вертикальными металлическими прутками, которые должны иметь намного больший диаметр, чем провода сетки, чтобы точно устанавливать расстояние катод-сетка. Например, провод сетки триода типа 417А имеет 7,4 мкм в диаметре, и намотан с шагом 0,065 мм между витками. В разобранной лампе насчитали 80 сеточных проводов, используя переносной микроскоп. Ширина анода около сетки? 3 мм, таким образом общая площадь области проводов сетки составляет 80 х 3 х 0,0074 = 1,78 мм2. Поддерживающие прутки были 0,875 мм диаметром, длина анода около стержней составляет 5 мм, имеются два стержня, так что общая площадь стержней составляет 2 х 0,875 х 5 = 8,75 мм2. Каркас сетки имеет площадь поверхности в пять раз больше, чем провода сетки, и, следовательно, в пять раз большую емкость с плоским анодом.
Электронные лампы для использования на высоких частотах должны иметь минимальную емкость между анодом и поддерживающими прутками, отсюда U-образный анод в 417А, который приблизил анод к проводам сетки и исключил стержни, но это все еще означает, что значительная часть Сас появляется из-за элементов конструкции, которые не влияют на прохождение электронов, и могут быть экранированы от анода без отрицательных последствий (рис. 2.33 и 2.34).
Электронные лампы типов РС97, РС900, 6GK5 и некоторые другие имеют внутренние экраны поддерживающих прутков и U-образные аноды, вызывающие уменьшение проходной емкости Сас до <0,5 пФ — очень стоящее улучшение по сравнению с классическими триодами. К сожалению, большинство из этих электронных ламп ультравысокой частоты (УВЧ) были разработаны, чтобы быть лампами с изменяемым значением м, что позволяет использовать автоматическую регулировку усиления (АРУ), и позже мы увидим, что это вызывает искажения.

Рис. 2.33 Разобранная лампа типа 417АРис. 2.33 Разобранная лампа типа 417А: обратите внимание на размер и профиль оставшейся конструкции анода относительно активной области сетки

Рис. 2.34. Разобранная лампа типа 417АРис. 2.34. Разобранная лампа типа 417А: обратите внимание на относительный размер каркаса управляющей сетки по сравнению с проводами сетки

Морган Джонс. Ламповые усилителию. Перевод с английского под общей научной редакцией к.т.н. доц. Иванюшкина Р Ю.

Оставить комментарий

Вы можете использовать следующие теги HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(обязательно)

(обязательно)

What is 11 + 11 ?
Please leave these two fields as-is:
IMPORTANT! To be able to proceed, you need to solve the following simple math (so we know that you are a human) :-)
© 2011 hifisound.com.ua При использовании материалов с данного сайта, обязательна ссылка на сайт HI-FI sound и первоисточник Поддержка предоставлена компанией www.hifiaudio.com.ua