книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил. Радиооборудование самолетов

чили широкое распространение в приемно-усилитель­ ных лампах. Кроме того, лампы с оксидным катодом нашли широкое применение в импульсных устройствах. Это объясняется тем, что катоды обладают способно­ стью накапливать электроны за время пауз и отдавать их за малые промежутки времени (1—10 мксек) с боль­ шой плотностью, до нескольких десятков ампер с одного квадратного сантиметра поверхности катода.

Недостатком ламп с оксидированными катодами яв­ ляется возможность испарения пленки, нанесенной на основной материал. Пары пленки, осаждаясь на другие электроды лампы, снижают работу выхода свободных электронов из этих деталей. При разогреве их они сами становятся источниками термоэлектронной эмиссии, вследствие чего сильно меняются параметры и характе­ ристики лампы. Оксидные катоды не применяются в лампах, работающих при больших анодных напряже­ ниях, из-за возможности возникновения динатронного эффекта за счет покрытия анода пленкой паров, испа­ рившихся с катода.

3. АНОДЫ

Другим электродом, имеющимся в электронной лам­ пе любого назначения и типа, является анод. Анод на­ ходится под положительным (относительно катода) потенциалом, благодаря чему в лампе создается элек­ трическое поле, под действием которого электроны, из­ лучаемые катодом, попадают на анод. В работающей лампе анод разогревается до красного, а при непра­ вильном режиме и до белого каления.

Поэтому аноды изготовляют из тугоплавких метал­ лов (никеля, молибдена, тантала). Для этой цели в не­ которых типах ламп используются черненые и ребри­ стые аноды, так как они лучше рассеивают тепло.

§ 2. ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА (ДИОД)

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Двухэлектродная лампа, или диод, является про­ стейшей по своему устройству. Такая лампа имеет два металлических электрода: катод и анод. Электроды за­

90

ключены в стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух. Катод служит для излучения электронов, а анод — для их улавливания.

На рис. II.2 приведена схема подключения диода к источникам питания, с помощью которой исследуются его свойства. Цепь накала образуется нитью накала и источником тока Ен, питающим нить накала. Напряже­ ние, подводимое к нити накала, а следовательно, и ток,

Рис. II.2. Схема подключения диода к источникам питания

протекающий через нее, регулируются переменным сопро­ тивлением RH- Величина напряжения, подводимого меж­ ду анодом и катодом от источника анодного питания Е&, регулируется с помощью потенциометра Ra.

При нагревании катода электрическим током он из­ лучает свободные электроны. Под действием электриче­ ского поля, созданного анодным источником питания, электроны, вылетевшие из катода, перемещаются к ано­ ду и создают в анодной цепи ток, который называется анодным током. Хотя электроны в лампе летят от ка­ тода к аноду, однако за положительное направление то­ ка принято считать направление, обратное тому, по ко­ торому движутся электроны. Если источник питания анодной цепи Еа переключить так, чтобы на анод по­ давался отрицательный потенциал относительно катода, то электроны, вылетевшие с катода, попадут в тормо­ зящее электрическое поле, возвратятся на катод и ток

91

Зависимость анодного тока от величины анодного напряжения при неизменном напряжении накала при­ ведена на рис. II.3,6. Из рисунка видно, что с увеличе­ нием анодного напряжения анодный ток увеличивается только до определенного значения предельного для данной величины напряжения накала. Дальнейшее уве­ личение анодного напряжения почти не изменяет анод­ ного тока, так как при этом все электроны, излученные катодом, попадают на анод, т. е. ток эмиссии равен анодному току. При более высоком напряжении накала процесс происходит таким же образом, как это описа­ но выше, но горизонтальная часть анодного тока распо­ лагается выше, так как увеличивается ток эмиссии ка­ тода. Характеристика анодного тока диода (штриховая линия на рис. II.3,6) описывается уравнением (при оп­ ределенном напряжении накала):

сии бесконечно велик. Поэтому оно становится неспра­ ведливым с наступлением режима насыщения.

Анодный ток в диоде проходит даже при небольшом отрицательном анодном напряжении. Этот ток обуслов­ лен попаданием на анод наиболее быстрых электронов, преодолевающих действие тормозящего электрического поля. Анодный ток, проходящий при анодном напряже­ нии, равном нулю, называют начальным током диода, но так как величина его незначительна, то характери­ стики проводят из начала координат.

Реальную характеристику диода можно разбить на три части: начальный участок — квадратичный; средний участок — прямая линия и верхний участок — почти го­ ризонтальный, соответствующий току насыщения.

Следует отметить, что у ламп с оксидными катодами резко выраженного режима насыщения не наблюдается. Это объясняется тем, что эмиссия у таких катодов при положительных потенциалах поля вблизи катода проис­ ходит не только из тонкого слоя поверхности оксидного покрытия, но и из его глубинных слоев. Однако такая эмиссия может вызвать перегрев оксидного слоя и вы­ ход катода из строя.’ Поэтому для каждого диода с ок­

93

сидным катодом существует предельная величина анод­ ного тока, значение которого соответствует точке на крутом участке характеристики.

Диод характеризуется следующими параметрами: крутизной характеристики S; сопротивлением диода по постоянному току R0; сопротивлением по переменному току Ri; мощностью, рассеиваемой анодом Р&, и наи­ большим допустимым отрицательным напряжением.

Крутизна характеристики лампы S показывает, на сколько миллиампер изменяется анодный ток при изме­ нении анодного напряжения на 1 в, т. е.

анодной характеристики, меняется с изменением анод­ ного напряжения.

Сопротивление диода по постоянному току равно от­ ношению анодного напряжения в вольтах к анодному току в амперах:

(П.3)

Эта величина не является также одинаковой для всех точек анодной характеристики, а зависит от режи­ ма работы лампы и соответствующей ему точки харак­ теристики.

Если на диод действует пульсирующее напряжение, содержащее постоянную составляющую U&0 (рис. II.3, б), то анодный ток будет также пульсирующим и будет содержать постоянную составляющую тока /аоОтно­ шение изменения анодного напряжения ДU& к вызван­ ному им изменению анодного тока характеризует со­ противление, которое оказывает диод переменному току. Это сопротивление, называемое внутренним сопро­ тивлением Ri лампы, является величиной, обратной кру­ тизне S:

( П .4 )

94

Величина этого сопротивления зависит от наклона характеристики в точке, которая соответствует величи­ не постоянной составляющей напряжения, т. е. от ре­ жима работы лампы. Электроны, падающие на анод, отдают свою кинетическую энергию, запасенную за вре­ мя движения между катодом и анодом, аноду, которая выделяется в виде тепла. Мощность, отдаваемая элек­ тронами аноду, характеризуется выражением

не должна превышать величины, указанной в паспорте для данного типа лампы. Для повышения допустимой мощности рассеивания аноды делают из тугоплавких металлов и принимают меры для их лучшего охлажде­ ния. В маломощных лампах аноды делают преимущест­ венно черными, с ребрами (радиаторами). В мощных лампах применяют искусственное охлаждение анодов: водяное или воздушное.

Если к диоду приложить большое напряжение с от­ рицательной полярностью на аноде по отношению к ка­ тоду, то за счет возможной эмиссии с нагретого анода или плохой изоляции между электродами, или недоста­ точного вакуума через лампу потечет обратный ток, который может привести к пробою лампы. Поэтому для высоковольтных диодов указывается максимально до­ пустимое обратное напряжение.

Кроме лампы с одним анодом в одной колбе, про­ мышленностью выпускаются двуханодные диоды с од­ ним или раздельными катодами.

3. ПРИМЕНЕНИЕ ДВУХЭЛЕКТРОДНЫХ ЛАМП

Двухэлектродные лампы находят очень широкое при­ менение в радиоаппаратуре. Они используются для преобразования переменного тока в постоянный, детек­ тирования амплитудно-модулированных колебаний ВЧ, автоматических регулировок и т. и. Ниже рассматри­ вается применение диодов только для преобразования переменного тока в постоянный. Другие возможные обла­ сти применения будут рассмотрены в соответствующих главах книги.

95

Двухэлектродные лампы, предназначенные для це­ лей преобразования переменного тока в постоянный, называются кенотронами, а сами устройства — выпря­ мителями. Простейшей схемой выпрямителя является схема с однополупериодным выпрямлением (рис. П.4,а). Выпрямитель состоит из трансформатора Тѵ, кенотрона, сопротивления нагрузки Яя и сглаживающего фильтра.

Рис. 11.4. Схемы выпрямителей:.

а— однополупериодного; б — график, поясняющий принцип работы однополупериодного выпрямителя; в — двухполупериодного; г — график, поясняющий принцип работы двухполупериодного выпрямителя

Трансформатор имеет три обмотки. Первичная обмот­ ка I соединяется с источником переменного тока; вто­ ричная II служит для повышения напряжения, прикла­ дываемого между анодом и катодом лампы; вторичная III используется для накала нити катода. При включе­ нии выпрямителя подаются переменные напряжения на

96

анод и на нить накала лампы. Через диод проходит ток только в положительные полупериоды анодного напря­ жения. Графическое изображение процесса выпрямле­

противлении Ra. Если бы не было в цепи выпрямлен­ ного тока сглаживающего фильтра, то анодный ток на нагрузке имел вид, как показано на среднем графике. Для сглаживания пульсаций применен фильтр из двух конденсаторов Сі и С2 и дросселя L. В тот момент, ког­

дение напряжения. Если конденсатор Сі имеет большую емкость, то он не успевает разрядиться в перерывах между импульсами анодного тока и падение напряже­ ния на сопротивлении нагрузки будет почти постоян­ ным. Дроссель L и конденсатор С2 оказывают дополни­ тельное сглаживающее действие, так как дроссель об­ ладает свойством препятствовать нарастанию и убыва­ нию тока в цепи.

Более совершенной схемой выпрямителя является двухполупериодная схема (рис. II.4, в). В такой схеме могут быть использованы две лампы, но чаще исполь­ зуют двуханодные кенотроны. Рабочий процесс в двухполупериодном выпрямителе показан на рис. II.4, г. В этом выпрямителе повышающая обмотка трансфор­ матора разделена пополам и за каждый полупериод пе­ ременного напряжения работает только один анод ке­ нотрона. В первый полупериод, когда на первом аноде положительное напряжение, через лампу й нагрузку те­ чет ток f'ai в направлении, указанном стрелками. Во втором полупериоде положительное напряжение будет на втором аноде и через лампу и нагрузку течет ток іа2 - В течение обоих полупериодов ток через нагрузку протекает в одном и том же направлении.

Двухполупериодный выпрямитель позволяет полу­ чить в два раз большие по сравнению с однополупериодным выпрямителем выпрямленный ток и выпрямлен­ ное напряжение при том же анодном напряжении кено­ тронов. Однако в двухполупериодном выпрямителе воз-

растает опасность пробоя, так как к неработающему аноду подводится напряжение со всей вторичной обмот­ ки трансформатора через внутреннее сопротивление работающего в этот момент анода. Поэтому в таком выпрямителе надо применять кенотроны с повышенной электрической прочностью.

§ 3. ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА (ТРИОД)

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Триодом называется электровакуумная лампа, имею­ щая три электрода: катод, анод и сетку. Сетка выпол­ няется в виде проволочной спирали и располагается между анодом и катодом. В триоде имеются три цепи: накала, анода и сетки.

анода аналогичны соответствующим цепям диода. На сетку триода подается отрицательное напряжение от источника Ес, величину которого можно изменять при помощи потенциометра Rc.

В силу того что сетка расположена к катоду ближе, чем анод, напряжение между сеткой и катодом по срав­ нению с напряжением между анодом и катодом оказы­ вает более1сильное действие на анодный ток.

Рис. 11.5. Схема подключения триода к источникам питания (а) и семейства его анодных (б) и анодно-сеточных (в) характеристик

98

При отрицательном напряжении на сетке по отно­ шению к катоду силовые линии, выходящие с поверхно­ сти анода, будут «перехватываться» ею, как имеющей более низкий потенциал по отношению к катоду. Кроме того, отрицательное сеточное напряжение создает меж­ ду сеткой и катодом тормозящее поле, сильно ослаб­ ляющее проникающее поле анода.

При уменьшении отрицательного напряжения на сетке относительно катода напряженность поля у катода повышается и анодный ток увеличивается, и, наоборот, при увеличении отрицательного напряжения сетки анод­ ный ток уменьшается. При значительном отрицатель­ ном напряжении на сетке она будет отталкивать все электроны и анодный ток прекратится. Нарряжение на управляющей сетке, при котором прекращается анод­ ный ток, называется напряжением запирания лампы.

Если подавать на сетку положительное напряжение, то электрическое поле в пространстве анод — катод уси­ лится и анодный ток увеличится. При некотором по­ ложительном напряжении на сетке все электроны, из­ лучаемые катодом, попадут на анод и сетку. Ток в анод­ ной цепи достигнет наибольшей величины. При даль­ нейшем увеличении напряжения на сетке анодный ток уменьшится, так как возрастет сеточный ток.

Таким образом, с помощью изменения напряжения на сетке можно управлять величиной анодного тока.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ТРИОДА

При неизменном напряжении накала анодный ток зависит от анодного и сеточного напряжений. Для вы­ яснения влияния каждого из этих напряжений на анод­ ный ток одно из них считают постоянным.

На рис. II.5, б показано семейство анодных харак­ теристик триода, выражающих зависимость анодного тока от напряжения на аноде при различных постоян­ ных значениях напряжений, подаваемых на сетку три­ ода, Из приведенного рисунка видно, что при постоян­ ном напряжении на сетке увеличение напряжения, при­ кладываемого между анодом и катодом, приводит к увеличению анодного тока. Однако чем, большее отри­