3.1. Статистические характеристики ламп.

Рассмотрим основные статические характеристики триода, тет­ рода и пентода.

Действующее напряжение любой лампы линейно зависит от напряжения первой (управляющей) сетки U С1 . Эта зависимость от­ ражена на рис.3.1,а и описывается выражением U д ?U C1 +D 1 U A для триода и U д ?U C1 +D 1 U AC2 для тетрода и пентода. Прямая 1 со­ ответствует U A =0 в триоде и U C2 =0 в тетроде и пентоде. Эта прямая проходит через начало координат (точка А 1 ). Прямая 2 (U A >0 или U C2 >0) пересекает ось абсцисс (U C1 ) в точке А 2 при некотором отрицательном напряжении U C10 , а прямая 3 (U А < 0 или U C2 < 0) - в точке A 3 при некотором положительном напряжении U C10 > 0 . В этих же точках (А 1 ,А 2 ,А 3 ) и значение катодного тока (I K ~ U д 3/2 ) также будет равно нулю. Зависимость катодного тока от напряжения U С1 показана на рис. 3.1,б. Пороговые напряжения U С10 , соответству­ ющие точкам A 1 , A 2 , A 3 , где U д =0 и I K =0 называют напряжениями запирания лампы или напряжением отсечки . В соответствии с вы­ ражениями (2.12) и (2.16) в триоде U C10 = - D 1 U A , а в многосеточ­ ных лампах (тетрод, пентод) U C10 = - D 1 U C2 .

Аналогично объясняется влияние анодного напряжения U А в триоде и напряжения U C2 в тетроде и пентоде на действующее на­ пряжение (рис. 3.1,в) и на катодный ток (рис. 3.1,г). Пороговые то­ чки В 1 , В 2 , В 3 соответствуют нулевому действующему напряжению (U д = 0) , т.е. значению I K =0 . Значения напряжения U А0 и U С20 , соот­ ветствующие этим точкам, определяются из соотношения :

U A0 = D 1 U C1 ,U C2 = - D 1 U C1 .

Зависимость 1 на рис.3.1 (U C1 = 0) проходит через начало ко­ ординат. При U C1 <0 (зависимость 3) U A0 > 0, U C20 > 0, а при U C1 > 0 (зависимость 2) U А0 < 0 и U C20 < 0 . При положительном напряжении на управляющей сетке (U C1 > 0) даже при U А = 0 ( или U C2 = 0) дейст­ вующее напряжение положительно и поэтому течет катодный ток. Чтобы катодный ток исчез (отсечка тока), необходимо скомпенси ровать влияние положительного потенци­ала сетки на действующее напряжение, а фактически на величину минимума потен­ циала (потенциального барьера около ка­тода) подачей на анод в триоде и на экра­ нирующую сетку в тетроде и пентоде не­ которого отрицательного напряжения.

Семейства анодно-сеточных и сеточ­ных характеристик изображены на рис. 3.2 и представляют собой зависимость анодного тока и сеточного тока от напря­жения на управляющей сетке при фикси­рованных значениях анодного напряже­ ния. Пока U C1 < 0 , анодный ток равен катодному, так как I K = I C1 + I A , а I C1 = 0 и возрастает при U'' A > U' A .

Но при положительном напряже­нии U C1 появляется сеточный ток, который растет по мере увеличе­ ния U C1 . Зависимости сеточного тока I C1 от U C1 при фиксированных анодных напряжениях U' A и U'' A > U' A (так называемые сеточные ха­ рактеристики) начинаются из начала координат, как показано на рис.3.2. Появление сеточного тока означает уменьшение на та­кую же величину анодного тока по сравнению с катодным. Кривые катодного тока при U' A и U'' A для U C1 > 0 на рис.3.2 показаны штри­ ховыми линиями, а кривые анодного тока - сплошными. Отклоне­ ние анодного тока от катодного при выбранном U C1 > 0 как раз и равно значению сеточного тока при этом напряжении U C1 . Анализ траектории по законам электронной оптики вблизи проводничков сетки показывает, что с увеличением отношения U A / U C1 , т.е. с уве­ личением вклада анода в результирующее поле около сетки коли­ чество электронов, попадающих на сетку, уменьшается, т.е. ослаб­ ляется эффект отклонения электронов

На рис.3.3 изображено семейство анодных и сеточно-анод ных характеристик - зависимости анодного тока и сеточного тока от анодного напряжения для фиксированных значений напряже­ ния U C1 . Объяснение их такое же, как у прежнего семейства. Если U C1 <0 , то I A = Iк и характеристики идут аналогично кривым 3 на рис.3.1,г. При U C1 >0 электроны при движении от катода к аноду на­ чинают попадать на проволочки сетки, создавая сеточный ток I C1 . Такое образование тока сетки на­ зывают режимом прямого пере­хвата. Однако возможно образо­вание сеточного тока в результате возврата электронов к сетке, пос­ ле прохождения ими сечения сет ки, т.е. из пространства сетка- анод. Этот режим называют режи мом возврата электронов. Поясним эти режимы на статических характеристиках (рис. 3.3).

Возьмем анодную характеристику при U C1 = U' C1 >0 . При U A = 0 анодный ток I А = 0 , так как электроны не попадают на поверхность анода. При этом центральный электрон в каждой секции сетки продолжает прямолинейное движение, тормозится вбли­зи анода, а затем совершает обратное прямолинейное движение к сетке, ускоряясь ее полем, и попадает на нее, вызывая сеточный ток. Остальные (боковые) электроны отклоняются при первом про­ хождении от катода к проволочкам сетки и далее двигаются к аноду по искривленным траекториям. При U A = 0 в пространстве сетка- анод для электронов поле тормозящее, когда они уходят от сетки. В некоторой точке составляющая скорости, направленная к аноду, станет равна нулю (но остается перпендикулярная составляющая) и электрон начнет движение по направлению к сетке, но уже в уско­ ряющем поле. В результате траектория электрона будет «балли­стической», а сам он обязательно попадет на положительно заря­женную сетку, создавая сеточный ток, соответствующий режиму возврата. Очевидно, что полный ток сетки будет равен сумме токов от прямого попадания и возврата электронов. При U A =0 , когда I А =0 , сеточный ток равен катодному току (I C =I K , I A =0) - рис.3.3 .

При увеличении U A , но при прежнем значении U C1 уменьшается отклоняющее действие сетки на электроны, и некоторые из них по­ падают на поверхность анода, не достигая верхней точки траекто­рии. С ростом U A доля этих электронов из полного потока, опреде­ ляемых катодным током (который также увеличивается при росте U A ), увеличивается. Следовательно, I А увеличивается, его значе­ ние стремится к катодному току I К , а сеточный ток снижается до значения, определяемого только прямым перехватом. Крутые уча­ стки анодных характеристик при U C1 > 0 принято называть режимом возврата электронов.

Типичное семейство анод но-сеточных характеристик I А = f(U C1 ) маломощного пентода при фиксированных напряжениях на экранирующей сетке U C2 и аноде U А показано на рис.3.4. Влия­ ние Ud на рассмотренные харак­ теристики объясняется сильным влиянием его на действующее на­ пряжение (на высоту потенциаль­ ного барьера около катода) и, сле­ довательно, на катодный ток. Ха­ рактеристики повторяют зависи­ мость I K от U C1 , показанную на рис.3 .1,б. При этом велико также и напряжение экранирующей сетки U C2 . Оно (как отмечалось ранее) определяет сме­щение характеристик, т.е. напряжение за­ пирания U C10 (U C10 = -D 1 U C2 ) . Влиянием же анодного напряжения в пентоде можно пренебречь.

Типичное семейство анодных харак­ теристик (рис.3.5) объясняется подоб­ ным же образом. Каждая характеристика дает зависимость анодного тока I А от анодного напряжения U A при фиксиро­ ванных значениях U C1 , U C2 и U C3 . Штрихо­ вой линией для одной характеристики изображено соответствующее значение катодного тока, которое практически не зависит от U A . Изменение I А при увеличении U A оп­ ределяется только токораспределением между анодом и экрани­ рующей сеткой, имеющей положительный потенциал. При U А =0 электроны не попадают на анод, однако с увеличением U A наблю­ дается плавный рост анодного тока, пока не исчезнет эффект воз­ врата электронов, прошедших экранирующую сетку, к этой сетке. Подобный эффект наблюдается и в триоде (см. рис.3.3). Затем анодный ток будет отличаться от катодного тока только на величи­ ну тока I C2 , определяемого прямым попаданием электронов на про­ волочки экранирующей сетки (как на мишень), при своем движении от первой сетки к аноду. Этот режим называется режимом прямого перехвата электронов. Таким образом, при U A = 0I C2 = I K , а при уве­ личении U A ток уменьшается, как показано для одного из режимов (при U C1 = 0) . Наличие I С2 нежелательно (потери электронов), но не­ избежно, так как эта сетка является экраном (т.е. достаточно гус­ тая) и должна иметь положительный потенциал, чтобы обеспечи­ вать получение катодного тока.