Электронные и микроэлектронные приборы (стр. 10 из 10)

в обоих случаях показан стрелками. В правой части схемы, где находится измерительный прибор, тока не будет, она окажется как бы замкнутой накоротко проводом а—б. Это равносильно уничтожению емкости между пластинами конденсатора. Третья пластина явилась экраном, который свел емкость конденсатора к нулю. Важно то, что такой экран не должен быть обязательно сплошным. Его можно выполнить, например, в виде достаточно густой сетки—экранирующее действие при этом не изменится.

Подобный экран можно применить и в электронной лампе. Для этого достаточно ввести в нее вторую сетку—спираль, поместив ее между анодом и основной сеткой. Эту дополнительную сетку называют экранной или экранирующей, а основную— управляющей, так как ее напряжение управляет анодным током.

Введение экранирующей сетки приводит к резкому уменьшению емкости между анодом и управляющей сеткой, вследствие чего исключается опасность проникания усиленного напряжения из цепи анода обратно в цепь сетки и становится возможным получение устойчивого усиления колебаний высокой частоты.

Лампы, имеющие экранирующие сетки, называются экранированными или—по числу электродов—тетродами («тетра» по-гречески—четыре).

Экранирующая сетка должна быть конструктивно выполнена так, чтобы, уменьшая емкость между управляющей сеткой и анодом, она в то же время не создавала препятствий электронам в их движении к аноду. Это вполне осуществимо, так как расстояние между витками экранирующей сетки, конечно, не может идти ни в какое сравнение с размерами электрона.

Но действие экранирующей сетки не ограничивается уменьшением вредной, или, как ее часто называют, паразитной емкости между управляющей сеткой и анодом. Экранирующая сетка одновременно позволяет значительно улучшить параметры лампы и в первую очередь повысить ее коэффициент усиления.

Объясняется это тем, что на пути электронов к аноду появляется еще одна преграда — дополнительная сетка, значит, действие анода на электроны уменьшается, а чем меньше действие анода на электронный поток по сравнению с действием управляющей сетки, тем больше коэффициент усиления.

На это как будто бы можно возразить, что и у триода можно получить очень большой коэффициент усиления. Мы уже говори-

ли, что чем гуще управляющая сетка лампы, тем больше коэффициент усиления. Следовательно, надо делать сетку очень густой, тогда и коэффициент усиления будет очень большим.

На самом деле это не так. В действительности у триода почти невозможно сделать коэффициент усиления больше 100, и вот почему.

Коэффициент усиления m показывает, во сколько раз напряжение на сетке действует на анодный ток сильнее, чем напряжение на аноде. Если m=10, то это значит, что изменение напряжения на сетке на 1 в действует так же, как изменение на аноде на 106. Подав на анод этой лампы напряжение, например, 1506, мы создадим в ее анодной цепи некоторый ток. Поскольку 1 в на сетке лампы действует также, как 10 в на аноде, то очевидно, что, подав на сетку—15 в, мы совершенно прекратим анодный ток; отталкивающее по отношению к электронам действие сеточного напряжения уравновесит притягивающее действие анода.

Если бы коэффициент усиления лампы был больше, например равнялся 30, то анодный ток прекратился бы при напряжении на сетке—5 в, а при m=100 для прекращения анодного тока потребовалось бы подать на сетку всего—1,5 в.

Для работы усилительной лампы используется, как мы видели, участок характеристики между нижним перегибом и точкой, соответствующей нулевому напряжению на сетке. В триоде с большим (и этот участок будет совсем мал: при m=100 он окажется в лучшем случае немногим больше, чем 1 в. Значит, к сетке такой лампы нельзя подводить переменные напряжения с амплитудой больше чем 0,5 б, так как в противном случае колебания попадут в область сеточного тока и на перегиб характеристики, что приведет к искажениям. Это обстоятельство очень ограничивает возможности использования триодов с большим m.

Каталось бы, что их удобнее всего применить для усиления высокой частоты, поскольку напряжение сигналов высокой частоты при радиоприеме всегда бывает очень мало. Но тут возникает препятствие в виде емкости анод— сетка, которая особенно сильно сказывается при усилении именно высоких частот, а при усилении низких частот, когда вредное действие емкости анод — сетка сказывается меньше, переменные напряжения обычно бывают довольно значительными.

Введение в лампу экранирующей сетки разрешает эту трудность.

Мы до сих пор говорили только о том, что экранирующая сетка находится между управляющей сеткой и анодом, но не касались вопроса о том, с чем же соединена эта сетка. Для того чтобы она выполняла только функции экрана, ее достаточно было бы соединить с катодом, т. е. с нулевой точкой схемы, относительно которой определяется напряжение всех остальных электродов. Но при этом, как и у триода с большим ц, можно использовать только очень малую часть характеристики лампы, что невыгодно.

Но можно присоединить экранирующую сетку иначе—подать на нее положительное напряжение. Картина при этом резко изменится. Анод, отделенный от катода двумя сетками, сам по себе будет оказывать слабое притягивающее действие на электроны. Но экранирующая сетка будет помогать ему в этом. При положительном напряжении на экранирующей сетке электроны получат дополнительное ускорение и устремятся к экранирующей сетке. Напряжение на ней Uэ можно сделать меньше, чем на аноде Uа. Тогда электроны, приблизившись к экранирующей сетке и приобретя при этом достаточную скорость, испытают сильное притяжение анода и полетят к нему. Небольшое количество электронов окажется при этом притянутым экранирующей сеткой и образует в ее цепи некоторый ток. '

Таким образом, экранирующая сетка способствует увеличению анодного тока. Если осуществление в триодах большого коэффициента усиления приводит к резкому уменьшению возможного для использования участка характеристики, то экранирующая сетка, способствуя, с одной стороны, увеличению коэффициента усиления, увеличивает в то же время анодный ток и этим как бы сдвигает всю характеристику лампы влево, позволяя использовать для усиления ее больший участок.

Благодаря этому тетроды могут иметь очень большой коэффициент усиления, доходящий до 500—600, т. е. во много раз больше, чем у триодов. Поэтому от усилительного каскада с тетродом можно получить значительно большее усиление, чем от каскада с триодом.

На экранирующую сетку обычно подается напряжение, примерно вдвое меньшее анодного. Эта сетка играет вспомогательную роль, и ток в ее цепи не используется.

Тетроды такого типа в основном применялись для усиления высокой частоты. Большой коэффициент усиления и малая величина емкости управляющая сетка—анод позволяют очень эффективно использовать их для этой цели.

Экранированные лампы явились значительным шагом вперед по сравнению с трехэлектродными. У нас раньше выпускались тетроды СО-124. СБ-154 и др. Однако практика использования тетродов выявила крупный недостаток, препятствовавший расширению их применения.

Мы отмечали, что экранирующая сетка, находящаяся под достаточно большим положительным напряжением (обычно порядка 50—70 в), сообщает электронам, образующим анодный ток, дополнительную скорость. Электроны, летящие с очень большой скоростью, с такой силой ударяются о поверхность анода, что выбивают из атомов металла анода другие электроны. Один электрон, имеющий достаточно большую скорость, может выбить из анода несколько электронов. Ударяющийся об анод электрон принято называть первичным, а выбитые им электроны — вторичными.

Каким же образом появление вторичных электронов может отозваться на работе лампы?

Выбитые из анода вторичные электроны имеют неодинаковые скорости. Электроны, получившие небольшую скорость, под влиянием притяжения положительно заряженного анода быстро теряют ее и падают обратно на анод. Такие электроны не удаляются на большое расстояние от анода, и их появление не сказывается на работе лампы.

Но какая-то часть вторичных электронов получает в результате удара большую скорость, дающую им возможность достаточно удалиться от анода и приблизиться к экранирующей сетке настолько, что ее притяжение превысит притяжение анода, В итоге эти электроны будут притянуты экранирующей сеткой.

В результате в лампе образуются два тока: один — нормальный анодный ток, образованный электронами, вылетевшими из катода, и второй—образованный вторичными электронами, выбитыми из анода, и имеющий противоположное направление. Этот ток обратного направления иногда называют динатронным током, поскольку явление выбивания из анода вторичных электронов известно под названием динатронного эффекта.

Динатронный ток, как имеющий обратное направление по отношению к анодному току, вычитается из него. Динатронный эффект приводит к уменьшению анодного тока лампы. Так как каждый первичный электрон может при известных условиях выбить несколько вторичных,' то при некоторых соотношениях напряжений на аноде лампы и ее экранирующей и управляющей сетках динатронный ток может сравняться по величине с «прямым» анодным током и даже превысить его. У лампы, работающей в таком режиме, уменьшение отрицательного напряжения на управляющей сетке будет сопровождаться не увеличением анодного тока, а его уменьшением (из-за возникновения дина-тронного эффекта). В результате возникнут сильные искажения и может начаться самовозбуждение каскада, т. е. превращение усилительного каскада в генераторный.

Способ устранения неприятных последствий динатронного эффекта очевиден: надо не допускать вторичные электроны принижаться к экранирующей сетке. Осуществить это можно введением в лампу еще одной—третьей по счету сетки.

Третья сетка располагается между анодом и экранирующей сеткой и соединяется с катодом. Поскольку отрицательный полюс источника напряжения соединен с катодом, то третья сетка оказывается заряженной отрицательно относительно анода. Поэтому выбитые из анода вторичные электроны будут отталкиваться этой сеткой обратно к аноду. В то же время, будучи достаточно редкой, эта сетка не препятствует лететь к аноду электронам основного анодного тока.

Эта третья сетка защищает лампу от возникновения дина-тронного эффекта и поэтому называется защитной или противодинатронной. Иногда ее называют пентодной сеткой.

1 Логический 0 соответствует 0 вольт, логическая 1 соответствует U_и.п.