1.1.1.2. Види електронних ламп
Потрібно зауважити, що управління всіма потоками електронів у лампі здійснюється за допомогою електричних полів, що утворюються навколо електродів з різними зарядами.
1.1.1.2. Види електронних ламп
Діод– вакуумний прилад, що пропускає електричний струм тільки в одному напрямку (Рис.1а) і має два висновки для включення в електричний ланцюг (плюс виведення розжарення, звичайно), двоелектродна лампа була винайдена в 1904 р. фізиком Дж .Флемінгом. Така електронна лампа являє собою скляний або металевий балон, з якого викачано повітря, і двох металевих електродів: катода (-), що розжарюється, і холодного анода(+). Катод буває двох типів:прямого розжаренняінепрямого розжарення. У першому випадку катод являє собою вольфрамову нитку (частіше покриту оксидом), по якій проходить струм, що її розжарює, а в другому - покритий шаром металу з малою роботою виходу циліндр, усередині якого знаходиться нитка розжарення, електрично ізольована від катода. Дія катода як джерела електронів заснована натермоелектронної емісії. На малюнку 1а показано пристрій вакуумного діода з катодом прямого розжарення. Недоліком катодів прямого розжарення є те, що вони не придатні для живлення їх змінним струмом, так як при змінах струму температура нитки встигає змінитися, і потік електронів, що випромінюються, пульсує з частотою струму, тому зараз застосовуються катоди непрямого розжарення.
Вольт-амперна характеристика діода (рис. 1е) має нелінійний характер – це пояснюється накопиченням електронів у катода в “хмарку”. За відсутності анодної напруги електрони до нього не притягуються, і анодний струм дорівнює нулю. Анодний струм виникає при подачі позитивної напруги на анод, у міру збільшення напруги анодний струмзростатиме (на кривій А-Б – швидше). При велику напрузі (у точці У) сила струму досягає найбільшої величини – це струм насичення. У діода з активованим (оксидним) катодом не спостерігається уповільнення зростання анодного струму, але при анодному струмі вище певної граничної величини катод руйнується. Властивості діода оцінюються крутістю характеристики та внутрішнім опором лампи.
Тріод– електронна лампа, що має три електроди: катод, анод і сітку, що управляє (рис. 1б). Електронні лампи придбали свої виключно цінні властивості лише після того, як у діод було введено третій електрод – сітка. Подаючи на сітку напругу і змінюючи її величину і полярність, можна управляти електронним потоком усередині лампи, тобто змінювати величину анодного струму, тому сітку називають управляючою. Сітку не можна вважати механічною перешкодою по дорозі електронів, проміжки між витками сітки-спіралі завжди величезні проти розмірами електронів. Вона розташована ближче до катода, ніж до анода – зміна напруги на сітці сильніше впливає на величину анодного струму, ніж така ж зміна анодної напруги. напруги зміни сили струму анода і сітки на однакову величину. В основному тріоди використовують як підсилювачі, генератори високої частоти або імпульсні генератори, але при цьому діють паразитні ємності.
Якщо виведення сітки приєднати до катода, то між сіткою і катодом не буде електричного поля, і витки сітки нададуть дуже слабку дію на електрони, що летять до анода – в анодному ланцюзі встановиться струм спокою . Якщо увімкнути між катодом та сіткою батарею так, що сітка зарядиться негативно, тоостання почне відштовхувати електрони назад до катода, а анодний струм зменшиться. При значному негативному потенціалі сітки навіть найшвидші електрони не зможуть подолати її дії, що відштовхує, і анодний струм припиниться, тобто. лампа буде замкнена. Якщо сіточну батарею приєднати так, щоб сітка була позитивно заряджена щодо катода, то електричне поле, що виникло, стане прискорювати рух електронів. У цьому випадку вимірювальний прилад у ланцюзі анода покаже збільшення струму.
Чим вищий потенціал сітки, тим більше стає анодний струм. При цьому деяка частина електронів притягується і до сітки, створюючи сітковий струм , але при правильній конструкції лампи кількість цих електронів невелика. Тільки ті електрони, які опиняться в безпосередній близькості від витків сітки, будуть притягнуті до неї і створять струм у сітковому ланцюзі – він буде незначним.
Коефіцієнт посилення та потужності у тріодів різні. При великому анодному струмі аноди піддаються сильному електронному бомбардування, що призводить до їх значного нагрівання і навіть руйнування, тому аноди роблять масивними, чорнять, приварюють спеціальні ребра, що охолоджують, або застосовують водне охолодження, про яке розказано нижче. Водне охолодження використано і в імпульсному генераторному тріоді ГІ-11 (БМ), недавно розробленому петербурзькими вченими.
ЗошититаПентоди. У чотириелектродних лампах – тетродах (рис. 1в) між керуючою сіткою та анодом лампи додатково введенаекрануюча сітка, з'єднана з катодом лампи через конденсатор, яка служить для зменшення міжелектродних ємностей (паразитних зворотних зв'язків), через які з'являються власні коливання на ВЧ у багатокаскадних підсилювачах. Місткість анод - сітка в тріодах 2-3 пф., а влампи з додатковою сіткою вона знижується до 0,01 пф.
Екрановані лампи можуть добре працювати з невеликою сіточною напругою, але іноді при роботі тетродів вторинні електрони, вибиті з анода, долітають до екранної сітки, створюючи струм і сильні спотворення сигналу - це явище називаютьдинатронним ефектом. Пентоди є вирішенням цієї проблеми.
Спосіб усунення неприємних наслідків динатронного ефекту очевидний: треба не пускати вторинні електрони до сітки, що екранує. Це можна зробити введенням у лампу ще однієї сітки – третьої за рахунком, яка будезахисною, так вийшли пентоди – від грецького слова «пента» - п'ять (рис. 1г). Третя сітка розташовується між анодом і сіткою, що екранує, і з'єднується з катодом, отже, виявляється зарядженою негативно щодо катода. Тому вторинні електрони відштовхуватимуться цією сіткою назад до анода, але в той же час, будучи досить рідкісною, ця захисна сітка не перешкоджає електронам основного анодного струму. У сучасних (на 1972 рік) високочастотних пентодів коефіцієнт посилення сягає кількох тисяч, а ємність сітка – анод вимірюється тисячними частками пикофарады. Завдяки цьому пентод є чудовою лампою для посилення коливань високої частоти. Але пентоди з великим успіхом застосовують і для посилення низької (звукової) частоти, зокрема в кінцевих каскадах.
Конструктивно низькочастотні пентоди дещо відрізняються від високочастотних. Для посилення НЧ не потрібно мати занадто великі коефіцієнти посилення, зате необхідно мати великий прямолінійний ділянку характеристики, так як доводиться посилювати великі напруги, тому роблять порівняно рідкісні сітки, що екранують. При цьому коефіцієнт посилення не виходить дужебільшим, а вся характеристика зрушується вліво, тому більша її ділянка стає придатною для використання. Низькочастотні пентоди повинні віддавати більшу потужність, отже, робляться масивними та їх аноди потребують охолодження.
Існують також іПроменеві тетроди- потужні низькочастотні лампи без захисних сіток, в яких витки сіток, що екранують, розташовані точно за витками керуючих сіток. При цьому потік електронів розсікається на окремі пучки (промені), що летять прямо до анода, а він віднесений трохи далі і вибиті з нього вторинні електрони не можуть долетіти до сітки, що екранує, а притягуються анодом назад, не порушуючи нормальної роботи лампи. Коефіцієнт посилення таких ламп в кілька разів вище, ніж у звичайних тетродів, т.к. електрони від катода летять прямими променями між витками сіток і не розлітаються, а прямують до анода полем екрануючих пластин, розташованих на шляхах можливого витоку біля анода лампи, які підключені до мінусу джерела живлення через катод. У променевих ламп вдається створити дуже вигідну форму характеристики, що дозволяє отримати більшу вихідну потужність при невеликій напрузі сигналу на сітці.