Итак, увеличение положительного напряжения сетки сопровождается ростом анодного и сеточного токов.
При больших положительных напряжениях сетки ток сетки настолько возрастает, что анодный ток иногда может даже уменьшаться.
Изменяя сеточное напряжение от отрицательного, запирающего лампу, до некоторого положительного, можно изменять анодный ток в широких пределах от нуля до максимального значения. Таково управляющее действие сетки. Важно, что значительные изменения анодного тока получаются при сравнительно небольших изменениях сеточного напряжения. Нужны в µ раз большие изменения анодного напряжения для того, чтобы получить такие же изменения анодного тока, Иначе говоря, небольшие изменения сеточного напряжения равноценны в µ раз большим изменениям анодного напряжения. Это основное свойство триода позволяет использовать его для усиления электрических колебаний.
Значительное влияние на работу триода оказывает так называемый островковый эффект. Он состоит в том, что из-за неоднородной структуры сетки поле, создаваемое сеткой, также неоднородно и влияет на потенциальный барьер в разных местах неодинаково. Поэтому высота потенциального барьера различна в разных местах у катода. Особенно сильно сказывается островковый эффект при приближении лампы к запиранию. Кроме того, чем ближе сетка к катоду и чем она реже, тем сильнее островковый эффект.
Токораспределение
При положительном напряжении сетки наблюдается токораспределение, т. е. распределение катодного тока между сеткой и анодом. Если напряжение анода выше напряжения сетки, то часть электронов попадает на сетку, а электроны пролетевшие сквозь сетку, летят к аноду. Такой режим называют режимом перехвата. В этом режиме ток сетки значительно меньше анодного тока. Если же напряжение сетки примерно одинаково с напряжением анода или выше его, то многие электроны, пролетевшие сквозь сетку, в пространстве сетка – анод тормозятся, сильно искривляют свои траектории, снижают до нуля продольную составляющую скорости и возвращаются на сетку. Подобный режим называют режимом возврата. Очевидно, что в режиме возврата всегда существует и перехват электронов сеткой
причем электрон 3, искривляя свою траекторию под действием сетки, не смог проскочить мимо сетки и попал на нее. Пролетевшие сквозь сетку электроны 5 и 6 попадают на анод, а электрон 4 возвращается на сетку. Электрон 7 возвращаясь к сетке, пролетает мимо ее проводов, попадает в промежуток сетка - катод, тормозится там, снова возвращается к сетке и только тогда попадает на нее.
При ua = 0 и иg > 0 между сеткой и анодом возникает скопление электронов и второй потенциальный барьер II (первый барьер I у катода). Почти все электроны, проскочившие сетку, возвращаются на нее, так как не могут преодолеть второй потенциальный барьер. Поэтому при ua = 0 ток сетки имеет наибольшее значение. Лишь сравнительно небольшое число электронов преодолевает второй потенциальный барьер и попадает на анод, создавая начальный анодный ток.
Если теперь на анод подано положительное напряжение, то второй потенциальный барьер понижается, больше электронов его преодолевает и анодный ток возрастает. Скопление электронов в области второго потенциального барьера вместе с анодом образует систему, подобную диоду. Поле анода действует на это скопление электронов без ослабления, и уже при небольших положительных анодных напряжениях ток анода резко возрастает, а ток сетки резко падает, поскольку все меньше электронов возвращается на сетку. Происходит резкое перераспределение катодного тока между сеткой и анодом, что характерно для режима возврата.
При некотором положительном анодном напряжении второй потенциальный барьер настолько понижается, что уже ни один электрон не возвращается на сетку. Наступает режим перехвата. Дальнейшее увеличение анодного напряжения вызывает рост анодного тока за счет того, что поле анода понижает потенциальный барьер у катода, а также за счет токораспределения. Но теперь анодный ток растет медленнее, так как действие поля анода на потенциальный барьер у катода ослаблено сеткой. Сеточный ток снижается так же незначительно, так число электронов, летящих с катода прямо на проводники сетки, мало зависит от анодного напряжения
В различных лампах в зависимости от конструкции электродов переходу между режимами возврата и перехвата могут соответствовать различные соотношения
Явление токораспределения характеризуют коэффициентом распределения
,
Который не может быть больше единицы и показывает, какую долю катодного тока составляет анодный ток.
Коэффициент токораспределения зависит от отношения ua/ug и конструкции сетки. Например, чем гуще сетка, тем меньше kт, так как более густая сетка перехватывает больше электронов. Характер зависимости kт от ua/ug дан на рис. Если ua = 0, то ua/ug = 0 и kт имеет наименьшее значение, близкое к нулю, так как существует лишь небольшой анодный ток за счет начальной скорости электронов. При увеличении ua/ug сначала kT резко возрастает, что соответствует режиму возврата (область I), а при переходе в режим перехвата (область II) растет медленно, приближаясь к единице.
Характеристики
Характеристики триода при работе его на постоянном токе и без нагрузки называются статическими (обычно говорят просто «характеристики»). Теоретические характеристики могут быть построены на основании закона трех вторых, но не являются точными. Действительные характеристики снимаются экспериментально. Они более точны, так как учитывают островковый эффект, неодинаковость температуры в разных точках катода, неэквипотенциальность поверхности катода прямого накала, эффект Шотки, дополнительный подогрев катода анодным током, начальную скорость электронов, контактную разность потенциалов, термо-ЭДС, возникающую при нагреве контакта различных металлов, и другие явления. Закон степени трех вторых все эти явления не учитывает.
Характеристики в справочниках являются средними, полученными на основе нескольких характеристик, снятых для различных экземпляров ламп данного типа. Поэтому пользование такими характеристиками дает погрешности.
Анодный ток зависит от напряжений сетки и анода:
То же относится к сеточному и катодному токам:
Зависимость между тремя величинами изображается в пространственной системе координат, что практически неудобно. Поэтому одно из напряжений считают постоянным и рассматривают зависимость тока только от одного напряжения.
Широко применяются характеристики, показывающие зависимость тока от сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении:
Наиболее важны две первые зависимости. Характеристики, выражающие зависимость ia = F(ug), называются анодно-сеточными. Они аналогичны характеристикам управления транзистора. А характеристики, соответствующие зависимости ig = F1(ug), принято называть сеточными. У транзистора подобные характеристики называются входными. Каждому значению анодного напряжения соответствует определенная характеристика. Следовательно, для каждого тока имеется семейство характеристик. Значения анодного напряжения для них берутся через определенные промежутки.
Второй вид характеристик показывает зависимость токов от анодного напряжения при постоянном сеточном напряжении:
Здесь наиболее важны анодные характеристики, подобные выходным характеристикам транзистора и выражающие зависимость и сеточно-анодные характеристики, дающие зависимость
В справочниках, как правило, приводятся только семейства характеристик для анодного и сеточного токов. Простым сложением их ординат можно построить характеристики для катодного тока.
Для практических расчетов анодного тока достаточно иметь семейство либо анодно-сеточных, либо анодных характеристик. Анодно-сеточные характеристики нагляднее показывают управляющее действие сетки, и их иногда называют управляющими. Зато с анодными характеристиками расчеты проще и точнее.
соответствующие явно выраженному режиму насыщения лампы (например, лампы с вольфрамовым катодом). При иg < 0 характеристики для анодного и катодного тока совпадают. Вследствие влияния островкового эффекта и других факторов начальная точка характеристики (А) обычно соответствует напряжению запирания несколько более низкому, нежели вычисленное по формуле
Если уменьшать по абсолютному значению отрицательное напряжение сетки, то лампа отпирается, потенциальный барьер у катода понижается и анодный ток возрастает. Число электронов, преодолевающих барьер, растет по нелинейному закону, и поэтому характеристика имеет нижний нелинейный участок АБ, который постепенно переходит в средний, приблизительно линейный участок БВ. При положительных сеточных напряжениях характеристика для катодного тока расположена выше характеристики для анодного тока вследствие появления сеточного тока. Характеристика для сеточного тока идет из начала координат подобно характеристике диода.
Увеличение положительного напряжения сетки вызывает сначала рост всех токов. Постепенному переходу в режим насыщения соответствует верхний участок характеристики для анодного тока (ВГ). В режиме насыщения при увеличении сеточного напряжения катодный ток растет незначительно, но сеточный ток возрастает и за счет уменьшается анодный ток. При большом положительном сеточном напряжении анодный ток становиться меньше сеточного.
Для ламп с активированным, например оксидным, катодом катодный ток в режиме насыщения возрастает почти так же, как в режиме объемного заряда. Если при этом ток сетки растет медленнее, чем катодный ток, то характеристика для анодного тока имеет подъем (рис.). Если же сеточный ток растет быстрее, чем катодный, то анодный ток уменьшается. Чем гуще сетка и чем меньше анодное напряжение, тем сильнее нарастает сеточный ток.
С большим положительным напряжением сетки работают только генераторные и импульсные лампы. У приемно-усилительных ламп сеточное напряжение обычно остается все время отрицательным
В зависимости от значения µ, т. е. от густоты сетки, анодно-сеточная характеристика располагается различно. При густой сетке. (высокий коэффициент µ) запирающее напряжение сетки невелико и основная часть характеристики находится в области положительных сеточных напряжений. Такая характеристика (иногда и сама лампа) называется «правой». А для редкой сетки (коэффициент µ невелик) запирающее напряжение получается большим и характеристика расположена, в областей отрицательных напряжений. Подобная характеристика называется «левой». Лампы с «левой» характеристикой могут работать при значительном анодном токе без сеточного тока
Семейства анодно-сеточных и сеточных характеристик триода изображены на рис.
Часто бывают нужны добавочные характеристики, отсутствующие в семействе (на рисунке показаны штрихами), например, характеристика для анодного напряжения 0,5 (Ua2 + Uа3). Характеристику, расположенную вне пределов имеющегося семейства, строят, считая приближенно, что она сдвинута пропорционально анодному напряжению. В качестве примера на рисунке показана характеристика для анодного напряжения Uа4, причем Ua4 –
Ua3 = Uа3 - Uа2 = U&2 - Ua1
Рассмотрим семейства анодных и сеточно-анодных характеристик (рис.). Анодная характеристика при ug = 0 идет из начала координат. Для более низких сеточных напряжений ug1 - ug5 анодные характеристики расположены правее (так как требуется более высокое отпирающее анодное напряжение) и идут слегка расходящимся пучком. Действительные анодные характеристики в отличие от теоретических сдвигаются не строго пропорционально сеточному напряжению. Анодные характеристики для положительных сеточных напряжений Ug6, Ug7 Ug8 идут из начала координат левее кривой ug = 0 и имеют выпуклость влево, а не вправо. Они сначала идут круто, а затем рост тока замедляется, и крутизна кривых уменьшается.
Сеточно-анодные характеристики (штриховые) даны только для положительных напряжений сетки, так как при отрицательных сеточных напряжениях тока сетки нет. При µ, = 0 ток сетки максимальный и тем больше, чем выше сеточное напряжение. При увеличении анодного напряжения сначала (в режиме возврата) ток сетки резко снижается вследствие токораспределения, а затем (в режиме перехвата) незначительно уменьшается.
В семействе анодных характеристик часто показывают линию максимальной допустимой мощности, выделяемой на аноде. Так как Ра = iаuа, то уравнение этой линии следует написать в виде:
Для данной Ра max и для различных анодных напряжений можно вычислить анодный ток и по точкам построить кривую Ра max, которая будет гиперболой. Область выше этой кривой соответствует недопустимым режимам работы лампы на постоянном токе, при которых Ра > Ра max. При импульсном режиме работа в области выше кривой Ра max возможна, если средняя мощность, выделяемая на аноде, не превышает предельную.
В семействе анодных характеристик также можно провести дополнительные характеристики. В качестве примера на рисунке проведена штрихпунктирном характеристика для напряжения, среднего между ug3 и ug4.
В импульсном режиме могут быть получены анодные токи, во много раз большие, нежели в режиме непрерывной работы. Импульсный режим достигается подачей на анод и сетку кратковременных повышенных напряжении. Для импульсного режима пользуются анодными характеристиками, снятыми при определенной длительности импульса τи и частоте f импульсов. Увеличение τи вызывает уменьшение анодного и сеточного токов вследствие «отравления» катода.
На рис. приведены характеристики триода для разных режимов. Импульсные характеристики (рис.) даны для значений τи = 2 мкс и f = 1000 Гц. Здесь же внизу заштрихована маленькая область, соответствующая семейству характеристик на рис.
Построение характеристик ламп в EWB
Программы моделирования могут строить анодные и сеточные характеристики ламп на своем экране. Одной из таких программ является
Electronics Workbench (EWB). Рабочее поле выглядит следующим образом:
Для получения анодной характеристики собираем на экране схему.
1. Богатырёв Е.А., Ларин В.Ю., Лякин А.Е. Энциклопедия электронных компонентов. – М.: Дрофа, 2006
2. Денискин Ю.Д., Жигарев А.А., Смирнов Л.П. Электронные приборы. – М.: Энергия, 1980.
3. Жеребцов И.П. Основы электроники. – 4 – е изд., перераб и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд – ние, 1985.
4. Козлова И.С. Справочник по радиотехнике. – М.: Феникс, 2008
5. Кушманов И.В., Васильев Н.Н., Леонтьев А.Г. Электронные приборы. – М.: Связь, 1973.
6. Морозова И. Г. Физика электронных приборов. – М.: Атомиздат, 1980.
7. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств/ Под общ. ред. А.А. Куликовского. М.: Энергия, 1977.
Страницы: 1, 2, 3, 4
