Токопрохождение в пентоде

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский Государственный Технический Университет

Исследование пентода

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Вакуумные и плазменные приборы и устройства»

для студентов направления подготовки

«Электроника и микроэлектроника» 21.01.00 (бакалавр 21.01.00.62

и магистр 21.01.00.68 техники и технологии) и

специальности 21.01.05 «Электронные приборы и устройства» (инженер 21.01.05.65)

Саратов 2010

Цель работы: практическое изучение физических основ работы пентодов, экспериментальное исследование его характеристик и определение параметров.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Устранение основных недостатков триода - ухудшение его усили тельных свойств на высоких частотах и небольшой коэффициент усиления - приводит к необходимости создания многосетчатых ламп: тетродов и пентодов. Ухудшение усиления связано с величиной проходной ёмкости которая у триодов довольно большая, что и оказывает сильное влияние на работу лампы в области высоких частот, когда сопротивление этой ёмкости становится незначительным. В этом случае энергия из выходной цепи лампы может переходить во входную, как показано на эквивалентной схеме(Рис.1), что при определённых условиях может привести к самовозбуждению усилителя.

Исследование условий стабильной работы усилителя на триоде, пока зывает, что стабильная работа определяется соотношением:
(1)
Т.е. для достижения устойчивой работы усилителя на высокой частоте входного сигнала при большом усилении необходимо уменьшать величину проходной ёмкости С_ас1. Эффективным средством уменьшения этой емкости являемся экранирование электростатического по ля анода. В качестве экрана используется металлическая сетка С₂ , которую помещают между анодом и управляющей сеткой триода. При очень густой экранирующей сетке и при условии что она заземлена, силовые линии электростатического поля анода перехватываются вит ками сетки и ёмкость анода по отнешению к управляющей ёмкости резко падает. Однако, экранирующая сетка должна быть достаточно прозрачной для электронов, идущих на анод, и ее не удается делать очень густой. Кроме того, заземление этой сетки невозможно, т.к. для создания определенной величины катодного тока на экранирую щую сетку подают положительное напряжение от 15 до 930% номиналь ного анодного напряжения. Заземление экранирующей сетки осуществляется лишь по высокой частоте с помощью конденсатора большой ёмкости. В связи с этим, а также за счёт ёмкости между вводами проходную ёмкость не удаётся снизить до нуля, но возможно её уменьшение в десятки и сотни раз. Такая простейшая экранированная четырёх-электродная лампа – тетрод, благодаря малой величине проходной ёмкости, даёт устойчивое усиление на значительно более высоких частотах, чем триод. Кроме того экранировка анодного напряжения значительно уменьшает влияние изменения анодного напряжения на величину тока катода, что приводит к существенному увеличениюстатического коэффициента усиления лампы.

Однако наличие в лампе экранирующей сетки вызывает нежелательное явление динатронного эффекта, который состоит в переходе вторичных электронов, выбитых с одного электрода на другой электрод, находящийся под более высоким положительным потенциалом. Для подавления этого эффекта применяют лампы лучевой конструкции, но т.к. при малых токах они не обеспечивают подавление динатронного эффекта, то в этих случаях применяют специальную сетку, помещаемую между анодом и второй сеткой. Эта сетка называется защитной или антидинатронной, а лампа, имеющая уже пять электродов, называется пентодом. Третья сетка пентода либо соединяется с катодом внутри лампы и имеет, следовательно, нулевой потенциал, либо имеет отдельный вывод и тогда к ней может быть подведен потенциал, значительно меньший потенциалов анода и вто рой сетки. Такая сетка создает min потенциала между катодом к анодом (рис.2) и .таким образом, защищает лампу от возникновения динатронного эффекта. Защитная сетка пентода делается более редкой, чем управляющая и экранная сетки, для того, чтобы не было ухудшения токораспределения в лампе.

Введение второй, а затем и третьей сетки значительно умень шает степень воздействия анодного напряжения на объемный заряд у катода, что приводит к заметному увеличении коэффициента уси ления пентодов по сравнению о триодами.

Токопрохождение в пентоде

Величину катодного токе, в пентоде, так же как и в любой мно госеточной лампе, можно определить., сведя его к эквивалентному диоду, состоящему из катода и помещенной на место первой сетки анодной поверхности с действующим потенциалом U_g1. Если обо значить прямые проницаемости управляющей, экранирующей и защитной сеток пентода через D₁, D₂, D₃, а обратные через D`<sub>1</sub>, D`₂, D`₃, соответственно, то пользуясь соотношением для действующего потенциала, выведенного для триода ,

можно записать величины действующих потенциалов в плоскости каж дой сетки. Так, действующий потенциал в плоскости управляющей сет ки приближенно равен

(2)

Применив к эквивалентному диоду закон "трех вторых”, полу чаем катодный ток пентода (3), где g - постоянная, определяемая конструкцией диода.

Очевидно, величина катодного тока очень мало зависит от анод ного напряжения, поскольку оно экранировано сразу тремя сетками и входит в выражение для U_g1, умноженным на полную проницае мость D= D₁D₂D₃≤1 (4). Так же незначительно влияет на катодный ток и напряжение на защитной сетке, т.к. оно экранировано густой экранной сеткой и само по себе мало. Поэтему во многих случаях для определения величины катодного тока можно пользоваться упро щенным выражением

(5).

Практически из-за влияния ряда величин (аналогичных рассмотренным для триода) эта зависимость определяется степенью выше 3/2, т.е. реальные характеристики более криволинейны, чем теоретические.

В рабочем режиме лампы, когда напряжения на сетке управляющей и защитной отрицательны, катодный ток распределяется между анодом и сеткой экранной:

I_k=I_c2+I_a (6). Как и в триоде, можно указать два режима токораспределения: режим возврата электронов к экранирующей (U_a<0.1÷0.5U_c2) и режим прямого перехвата электронов экранирующей сеткой (U_a>0.1÷0.5U_c2). В соответствии с общей закономерностью токораспределения коэффициент токораспределения k=I_a/I_c2 (7) зависит лишь от отношения напряжений электродов, прежде всего от U_a/U_c2, и не зависит от абсолютной величины этих напряжений. Однако, в тех случаях, когда в лампе наблюдается существенное влияние простран ственного заряда, вывод о независимости k от абсолютных значений напряжений, базирующийся на теореме подобия полей, становится несправедливым. Режим пространственного заряда соответствует режиму возврата. При увеличении плотности пространственного заряда на участке экранирующая сетка - защитная сетка возникает min потен циала, который способствует возврату электронов на вторую сетку. Большие плотности пространственного заряда могут привести к обра зованию в этой области виртуального катода. В таком режиме естест венна существенная зависимость анодного тока от анодного напряже ния, чего и не наблюдается в режиме прямого перехвата. Этим и объясняется кажущееся противоречие статических анодных характерис тик: анодное напряжение при малых значениях сильнее изменяет величину анодного тока, чем при больших значениях. К рассмотрению этих и других характеристик и параметров статического режима мы сейчас и переходим.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: