Текст книги "Шпаргалка по общей электронике и электротехнике"

Автор книги: Ольга Косарева

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

35. ПАРАМЕТРЫ ТЕТРОДОВ И ПЕНТОДОВ

Статические параметры тетродов и пентодов определяются аналогично параметрам триода. Для практического определения параметров берут отношение конечных приращений.

Управляющая сетка в тетродах и пентодах расположена относительно катода так же, как и в триодах. Поэтому крутизна у тетродов и пентодов такого же порядка, как у триодов,т. е. составляет единицы или десятки миллиампер на вольт, хотя некоторое снижение крутизны получается за счет того, что анодный ток всегда меньше катодного тока.

Вследствие того что действие анодного напряжения в тетроде или пентоде ослаблено во много раз, внутреннее сопротивление получается в десятки и сотни раз большим, чем у тетрода, и доходит до сотен килоом.

Внутреннее сопротивление сильно зависит от процесса токораспределения, так как при изменении анодного напряжения анодный ток изменяется за счет этого процесса. Можно считать, что внутреннее сопротивление пентода состоит как бы из двух сопротивлений, соединенных параллельно. Одно из них определяется воздействием поля анода сквозь три сетки на потенциальный барьер у катода, за счет чего происходит очень небольшое изменение анодного тока. Чем гуще сетки, тем это сопротивление больше. Второе сопротивление определяется изменением анодного тока за счет процесса токораспределе-ния и обычно значительно меньше первого сопротивления.

Коэффициент усиления может быть в десятки и сотни тысяч раз большим, чем у триодов, т. е. величина его доходит до сотен и тысяч.

В тетродах и пентодах катодный ток всегда больше анодного, поскольку ток экранирующей сетки всегда существует вместе с анодным током.

Вследствие значительной нелинейной характеристики тетрода и пентода параметры при изменении режима довольно сильно изменяются. При увеличении отрицательного напряжения управляющей сетки, т. е. при уменьшении анодного тока, крутизна уменьшается, а внутреннее сопротивление и коэффициент усиления увеличиваются. Особенностью тетродов и пентодов по сравнению с триодами является сильная зависимость коэффициента усиления от режима.

Если в режиме возврата характеристики переплетаются, то крутизна и коэффициент усиления могут иметь значения, равные нулю и меньше нуля.

С увеличением отрицательного напряжения управляющей сетки анодные характеристики в рабочей области идут более полого и ближе друг к другу, что соответствует увеличению внутреннего сопротивления и уменьшению крутизны.

В некоторых схемах тетрод или пентод используется так, что его триодная часть, состоящая из катода, управляющей сетки и экранирующей сетки, работает в одном каскаде, а вся лампа входит в состав другого каскада.

Крутизна и коэффициент усиления по экранирующей сетке обычно не представляют интереса, так как экранирующая сетка, как правило, не используется в качестве управляющей и напряжение на ней бывает постоянно.

Помимо рассмотренных параметров, имеются и другие, аналогичные тем, какие были указаны для триода. При расчете режимов работы и практическом применении тетродов и пентодов необходимо учитывать предельные значения токов, напряжений и мощностей, в частности важна предельная мощность, выделяемая на экранирующей сетке.

36. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЛУЧЕВОГО ТЕТРОДА

Позднее пентодов были разработаны и получили распространение лучевые тетроды. В них динатрон-ный эффект устранен путем создания для вторичных электронов, выбитых с анода, непреодолимого потенциального барьера, расположенного между экранирующей сеткой и анодом.

Лучевой тетрод по сравнению с обычным тетродом имеет следующие особенности конструкции. Увеличено расстояние между экранирующей сеткой и анодом. Управляющая и экранирующая сетка имеют одинаковое число витков, причем витки их расположены точно друг против друга.

В пространстве между сетками происходит фокусировка электронных потоков. Благодаря этому электроны летят от катода к аноду более плотными пучками – «лучами». Чтобы электроны не летели в направлении держателей сеток, имеются специальные экраны, или лучеобразующие пластины, соединенные с катодом. Кроме того, части поверхности катода, находящиеся против держателей сеток, не покрываются оксидным слоем и поэтому не дают эмиссии.

В лучевом тетроде получаются более плотные электронные потоки, нежели в обычном тетроде. Увеличение плотности тока дает возрастание плотности объемного заряда. Это, в свою очередь, вызывает понижение потенциала в пространстве между анодом и экранирующей сеткой. Если напряжение анода ниже, чем экранирующей сетки, то в обычном тетроде наблюдается динатронный эффект, а в лучевом тетроде его не будет, так как в промежутке «экранирующая сетка – анод» образуется потенциальный барьер для вторичных электронов.

Вторичные электроны, имеющие относительно не– большие начальные скорости, не могут преодолеть потенциальный барьер и попасть на экранирующую сетку, хотя на последней напряжение выше, чем на аноде. Первичные электроды, имея большие скорости, полученные за счет напряжения экранирующей сетки, преодолевают потенциальный барьер и попадают на анод.

В обычных тетродах экранирующая сетка «разбивает» электронные потоки и перехватывает много электронов. Такое же действие оказывают и держатели сеток. Поэтому в обычных тетродах не получаются достаточно плотные электронные потоки и не создается необходимый потенциальный барьер для вторичных электронов.

Образованию потенциального барьера способствует увеличенное расстояние между экранирующей сеткой и анодом. Чем больше это расстояние, тем больше здесь находится заторможенных электронов, имеющих малые скорости. Именно эти электроны увеличивают объемный отрицательный заряд и понижение потенциала становится более значительным.

Достоинством лучевых тетродов по сравнению с обычными тетродами является также значительно меньший ток экранирующей сетки. Он бесполезен и его уменьшение весьма желательно. В лучевых тетродах электроны летят через просветы экранирующей сетки и почти не перехватываются ею. Поэтому ток экранирующей сетки составляет не более 5–7% анодного тока.

Анодно-сеточные характеристики лучевых тетродов такие же, как у обычных тетродов или пентодов.

В мощных каскадах усиления низкой и высокой частоты лучевые тетроды с успехом заменяют пентоды. Для получения улучшенных характеристик выпускают лучевые пентоды. У них сетки подобны сеткам лучевого тетрода, и электроны летят к аноду лучами через просветы защитной сетки. Поэтому у лучевых пентодов ток экранирующей сетки значительно меньше, чем у обычных пентодов.

37. ПРИНЦИП ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

Преобразованием частоты является любое ее изменение. Например, при выпрямлении переменный ток с частотой превращается в постоянный ток, у которого частота равна нулю. В генераторах энергия постоянного тока, имеющего частоту, равную нулю, преобразуется в энергию переменного тока нужной частоты.

Вспомогательное напряжение получают от маломощного генератора, называемого гетеродином. На выходе преобразователя получается колебание с новой преобразованной частотой, которую называют промежуточной частотой.

В качестве преобразователя частоты должен применяться нелинейный или параметрический прибор.

Если бы преобразователь частоты был линейным прибором, то в нем бы произошло бы просто сложение двух колебаний. Например, при сложении двух колебаний с близкими, но не кратными частотами получились бы биения, т. е. сложное колебание, у которого частота менялась бы в некоторых пределах около среднего значения, а амплитуда изменялась бы с частотой, равной разности частот. Такие биения не содержат составляющего колебания с новой частотой. Но если биения детектировать (выпрямить), то вследствие нелинейности этого процесса возникает составляющая с промежуточной частотой.

На выходе преобразователя частоты получается сложное колебание, имеющее составляющие многих частот.

Все новые частоты, представляющие собой комбинации частот и их гармоник, называются комбинационными частотами. Выбирая подходящую вспомогательную частоту, можно получить новую частоту.!

Среди новых частот содержатся и гармоники первоначальных колебаний с частотами в несколько раз больше исходных. Но их можно получить проще при нелинейном искажении одного из подводимых напряжений. Наличие двух напряжений для возникновения гармоник необязательно.

Как правило, амплитуды комбинационных колебаний (и гармоник) тем меньше, чем выше значения частот. Поэтому в большинстве случаев в качестве колебания новой промежуточной частоты используют колебание разностной частоты, а иногда суммарной. Комбинационные частоты более высокого порядка применяются редко.

Преобразование частоты в радиоприемниках в большинстве случаев осуществляется так, что при приеме сигналов различных радиостанций, работающих на разных частотах, создаются колебания одной и той же промежуточной частоты. Это позволяет получить большое усиление и высокую избирательность, причем они остаются почти постоянными во всем диапазоне частот принимаемых сигналов. Кроме того, при постоянной промежуточной частоте получается более устойчивая работа усилительных каскадов и они значительно проще по устройству, нежели каскады, рассчитанные на диапазон частот.

В радиоприемных и радиоизмерительных устройствах в качестве промежуточной чаще всего используется разностная частота, причем вспомогательная частота обычно выше преобразуемой частоты сигнала. Такое соотношение между частотами обязательно, если промежуточная частота должна быть выше частоты сигнала.

38. ЛАМПЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ

Для преобразования частоты применяют различные нелинейные или параметрические приборы. Например, в приемниках для дециметровых и сантиметровых волн в преобразователях частоты работают вакуумные или полупроводниковые диоды. Триоды используют для преобразования частоты вдиапазонахдециметровых и метровых волн.

Преобразование осуществляется следующим образом. К лампе подводят напряжение с частотами сигнала и вспомогательной частоты. Тогда анодный ток лампы пульсирует одновременно с этими частотами. Вследствие того что лампа является нелинейной, или параметрическим прибором, в ее анодном токе появляются составляющие с комбинационными частотами. На одну из них, обычно на разностную, настроен анодный колебательный контур. Он имеет большое сопротивление только для тока резонансной частоты и на нем получается усиленное напряжение только с промежуточной частотой. Таким образом, контур выделяет колебания промежуточной частоты.

В схемах преобразовательной частоты необходимо по возможности устранить связь между цепями приходящих сигналов и цепями гетеродина. Обычно в тех и других имеются колебательные контуры. При наличии связи между ними наблюдается влияние одного контура на другой, нарушение правильной их настройки, ухудшение стабильности частоты гетеродина и при отсутствии усилителя высокой частоты паразитное излучение колебаний гетеродина и при отсутствии усилителя высокой частоты паразитное излучение колебаний гетеродина через антенну приемника.

При использовании триода напряжения сигнала и гетеродина подаются в цепь сетки и это приводит к значительной связи между цепями сигнала и гетеродина. Подобный метод преобразования частоты называется односеточным.

Ослабление связи между цепями сигнала и гетеродина достигается при двухсеточном преобразовании частоты, которое можно осуществить с помощью пентода, если использовать его в качестве лампы с двойным управлением. В этом случае сложение колебаний сигнала и гетеродина происходит в электронном потоке внутри лампы вследствие того, что колебания поданы на различные сетки. Напряжение сигнала подводится к управляющей сетке, а напряжение гетеродина – к защитной сетке, которая используется как вторая управляющая. Если напряжение этой сетки остается значительно ниже минимального напряжения анода, то она по-прежнему работает и как защитная сетка. Экранирующая сетка почти полностью устраняет паразитную емкостную связь между цепями сигнала и гетеродина.

Лампу, в которой осуществляется преобразование частоты, иногда называют смесительной, так как в ней происходят сложения двух колебаний с различными частотами, а каскад, в котором работает эта лампа, называют смесителем. Таким образом, преобразование частоты состоит из смесителя и гетеродина, в каждом из которых должна работать своя лампа.

Многоэлектродные лампы с двойным управлением для преобразования частоты – гептоды – имеют две управляющие сетки и работают одновременно в смесителе и гетеродине, т. е. заменяют две лампы, они используются в приемниках средних и коротких волн, но на УКВ работают плохо.

Гептод имеет пять сеток. Достоинством гептодов является наличие защитной сетки, благодаря которой увеличивается внутреннее сопротивление лампы.

При работе гептодов на волнах короче 20 м стабильность частоты гетеродина оказывается недостаточной и приходится применять гетеродин с отдельной лампой, т. е. использовать гептод только в качестве смесительной, а не преобразовательной лампы. На этих волнах лучшие результаты в преобразователях частоты дают пентоды и триоды.

39. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЛАМП С ДВОЙНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Все многосеточные лампы с двойным управлением имеют экранирующую сетку и подобны пентодам или тетродам, в которые добавлены еще сетки, образующие триодную (гетеродинную) часть. По своим характеристикам и параметрам эти лампы аналогичны пентодам и тетродам, а по характеристикам и параметрам триодной части – обычным триодам. Кроме того, лампы с двойным управлением имеют дополнительные характеристики и параметры, обусловленные наличием двух управляющих сеток.

Ток анода растет при изменении в положительную сторону напряжений обеих сеток. Крутизна по первой сетке тем больше, чем выше напряжение сетки. Если напряжение изменяется в положительную сторону, то понижается потенциальный барьер у катода и все большее количество электродов преодолевает этот барьер. Соответственно растут катодный ток, анодный ток и ток экранирующей сетки.

При изменении напряжения происходит изменение токораспределения между анодом и сеткой подобное тому, которое наблюдается в пентоде при изменении напряжения его защитной сетки.

Двойное управление анодным током сводится к тому, что изменение напряжения одной управляющей сетки изменяет крутизну характеристики по другой управляющей сетке. Вследствие изменения крутизны – основного параметра, характеризующего управляющее действие сетки, под влиянием напряжения другой управляющей сетки лампа является параметрическим прибором, пригодным для преобразования частоты.

Процесс преобразования частоты в лампе с двойным управлением можно пояснить с помощью семейства характеристик гептода. Так как анодный колебательный контур настроен на промежуточную частоту и на частотах сигнала и гетеродина имеет малое сопротивление, то для колебаний этих частот лампа практически работает в режиме без нагрузки и изменения анодного тока определяются из статических характеристик.

Важнейшим параметром, характеризующим часто-топреобразовательные лампы, является крутизна преобразования. Она представляет собой отношение амплитуды первой гармоники переменной составляющей промежуточной частоты, полученной в анодном токе, к амплитуде напряжения сигнала. При этом напряжения на экранирующих и защитной сетках и аноде постоянны.

Крутизна преобразования растет с увеличением амплитуды напряжения гетеродина.

Многие частотопреобразовательные лампы имеют удлиненные характеристики для осуществления автоматической регулировки усиления преобразовательного каскада. Но тогда при приеме сильных сигналов, т. е. при смещении рабочей точки на нижние нелинейные участки характеристики, резко возрастают амплитуды комбинационных колебаний, которые могут быть причинами помех в приемнике.

В современной аппаратуре используют комбинированные лампы, имеющие в одном баллоне две, а иногда три или четыре отдельные системы электродов. Применение таких ламп уменьшает габариты аппаратуры и упрощает монтаж. На схематических изображениях комбинированных ламп для упрощения часто показывают только один подогреватель и один катод. Во многих лампах, особенно предназначенных для высоких частот, ставят экраны, устраняющие паразитную емкостную связь между отдельными системами электродов.

Конструктивное выполнение электродов комбинированных ламп бывает различным. Часто встречаются отдельные электродные системы с экраном. В некоторых лампах делают общий катод, а электронные потоки, идущие от разных частей его поверхности, используются каждый в своей системе электродов. Возможна установка вдоль общего катода электродных систем с разделительными экранами.

40. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ПРИЕМНО-УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЛАМП

Увеличение крутизны достигается уменьшением расстояния «сетка – катод» до нескольких десятков микрон. Но изготовление ламп с малым расстоянием «сетка – катод» сложно и недостаточно надежно, так как имеется опасность замыкания сетки с неровной поверхностью оксидного катода. Другим методом повышения крутизны является применение катодной сетки, расположенной между управляющей сеткой и катодом и имеющей некоторый положительный потенциал. Электроны, испускаемые катодом, ускоряются катодной сеткой, пролетают в ее просветы и создают на очень малом расстоянии от управляющей сетки область повышенной плотности объемного заряда и второй потенциальный барьер. На его высоту напряжение управляющей сетки влияет очень сильно. В результате управляющая сетка может весьма эффективно управлять электронным потоком.

Значительное повышение крутизны достигается в лампах со вторичной эмиссией. Исследования по применению вторичной эмиссии в лампах велись давно, но долго не удавалось сконструировать такие лампы, работающие устойчиво и создающие не слишком большие собственные шумы. Причина этих шумов – неравномерность процесса вторичной эмиссии. Найдены новые сплавы тяжелых металлов с легкими, например меди с бериллием, которые дают высокую и устойчивую вторичную эмиссии. При их использовании шумы снижаются, хотя они все же больше, чем в обычных лампах.

Лампы со вторичной эмиссией имеют дополнительный электрод – вторично-эмиссионный катод (динод). В него подается положительный потенциал, меньший, чем на анод. Первичные электроны, летящие с катода, ударяют во вторично-эмиссионный катод и выбивают из него вторичные электроны, которые летят к аноду, имеющему более высокий положительный потенциал. Поток вторичных электронов в несколько раз больше, чем поток вторичных электронов. Именно потому крутизна лампы получается высокой.

Ток вторично-эмиссионного катода незначительно меньше анодного тока и во внешней части цепи имеет направление, обратное анодному току. Крутизна лампы по току вторично-эмиссионного катода обычно незначительно меньше, чем крутизна по анодному току. Электроны анодного тока движутся по проводнику внешней части анодной цепи от анода, а электроны тока вторично-эмиссионного катода во внешней цепи движутся по направлению к этому катоду, так как внутри лампы от него уходит больше вторичных электронов, чем приходит к нему первичных.

При подаче на сетку переменного напряжения вследствие противоположности направлений токов анода и вторично-эмиссионного катода на нагрузочных резисторах, включенных в цепи этих электродов, получают усиленные переменные напряжения, находящиеся в противофазе.

Обычный каскад усиления переворачивает фазу напряжения. А в цепи вторично-эмиссионного катода получается усиленное напряжение, совпадающее по фазе с переменным напряжением сетки. Это свойство позволяет весьма просто осуществить положительную обратную связь между цепями вторично-эмиссионного катода и управляющей сетки для генерации колебаний различной формы, увеличения усиления, уменьшения ширины полосы частот пропускаемых колебаний и других целей.

Выпускаются сверхминиатюрные приемно-усили-тельные металлокерамические триоды и тетроды, называемые нувисторами. Они предназначены для усиления, генерирования и преобразования частоты. Они имеют миниатюрный металлокерамический баллон.

41. ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В ГАЗАХ

Различают самостоятельные и несамостоятельные разряды в газе. Самостоятельный разряд поддерживается за счет действия только электрического напряжения. Несамостоятельный разряд может существовать при условии, что, помимо электрического напряжения, действуют еще какие-либо внешние ионизирующие факторы. Ими могут быть лучи света, радиоактивное излучение, термоэлектронная эмиссия накаленного электрода и др. Рассмотрим основные виды электрических разрядов, встречающиеся в ионных приборах.

Темный (или тихий) разряд является несамостоятельным. Он характеризуется плотностями тока порядка микроампер на квадратный сантиметр и весьма малой плотностью объемных зарядов. Поле, созданное приложенным напряжением, при темном разряде практически не изменяется за счет объемных зарядов, т. е. их влиянием можно пренебречь. Свечение газа отсутствует. В ионных приборах для радиоэлектроники темный разряд не используется, но он предшествует началу других видов разряда.

Тлеющий разряд относится к самостоятельным. Для него характерно свечение газа, напоминающее свечение тлеющего тела. Плотность тока при этом разряде достигает единиц и десятков миллиампер на квадратный сантиметр и получаются объемные заряды, существенно влияющие на электрическое поле между электродами. Напряжение, необходимое для тлеющего разряда, составляет десятки или сотни вольт. Разряд поддерживается за счет электронной эмиссии катода под ударами ионов.

Основными приборами тлеющего разряда являются стабилитроны – ионные стабилизаторы напряжения, газосветные лампы, тиратроны тлеющего разряда, цифровые индикаторные лампы и декатроны – ионные счетные приборы.

Дуговой разряд получается при плотностях тока, значительно больших, чем в тлеющем разряде. К приборам несамостоятельного дугового разряда относятся газотроны и тиратроны с накаленным катодом; в ртутных вентилях (экзитронах) и игнитронах, имеющих жидкий ртутный катод, а также в газовых разрядниках происходит самостоятельный дуговой разряд.

Дуговой разряд может быть не только при пониженном, но и при нормальном или повышенном атмосферном давлении.

Искровой разряд имеет сходство с дуговым. Он представляет собой кратковременный (импульсный) электрический разряд при сравнительно высоком давлении газа, например при нормальном атмосферном. Обычно в искре наблюдается ряд импульсных разрядов, следующих друг за другом.

Высокочастотные разряды могут возникать в газе под действием переменного электромагнитного поля даже при отсутствии токоподводящих электродов (безэлектродный разряд).

Коронный разряд является самостоятельным и используется в ионных приборах для стабилизации напряжения. Он наблюдается при сравнительно больших давлениях газа в случаях, когда хотя бы один из электродов имеет очень малый радиус кривизны. Тогда поле между электродами получается неоднородным и около заостренного электрода, называемого коро-нирующим, напряженность поля резко увеличена. Коронный разряд возникает при напряжении порядка сотен или тысяч вольт и характеризуется малыми токами.