Содержание

Общие сведения,
классификация
Устройство и работа диода
Устройство и работа триода
Электронная эмиссия
Термоэлектронные катоды
Особенности устройства
электронных ламп
Физические процессы
Закон степени трех вторых
Анодная характеристика
Параметры
Рабочий режим. Применение
диода для выпрямления
переменного тока
Основные типы
Физические процессы
Токораспределение
Действующее напряжение и
закон степени трех вторых
Характеристики
Параметры
Особенности
Усилительный каскад с
триодом
Параметры усилительного
каскада
Аналитический расчет и
эквивалентные схемы
усилительного каскада
Графоаналитический расчет
режима усиления
Генератор с триодом
Межэлектродные емкости
Каскады с общей сеткой и
общим анодом
Недостатки триодов
Основные типы приемно-
усилительных триодов
Устройство и работа тетрода
Устройство и работа пентода
Схемы включения тетродов
и пентодов
Характеристики тетродов
и пентодов
Параметры тетродов и
пентодов
Межэлектродные емкости
тетродов и пентодов
Устройство и работа
лучевого тетрода
Характеристики и параметры
лучевого тетрода
Рабочий режим тетродов
и пентодов
Пентоды переменной
крутизны
Краткие сведения о
различных типах
тетродов и пентодов
Специальные лампы
Общие сведения
Электростатические
электронно-лучевые трубки
Магнитные электронно-
лучевые трубки
Люминесцентный экран
Краткие сведения о
различных электронно-
лучевых трубках
Электрический разряд
в газах
Тлеющий разряд
Стабилитроны
Тиратроны тлеющего разряда
Индикаторные приборы
Дисплеи
Краткие сведения о
различных газоразрядных
приборах
Фотоэлектронная эмиссия
Электровакуумные
фотоэлементы
Фотоэлектронные умножители
Причины собственных шумов
Шумовые параметры
Межэлектродные емкости
и индуктивности выводов
Инерция электронов
Наведенные токи в
цепях электродов
Входное сопротивление
и потери энергии
Импульсный режим
Основные типы электронных
ламп для СВЧ
Общие сведения
Пролетный клистрон
Отражательный клистрон
Магнетрон
Лампы бегущей и
обратной волны
Амплитрон и карматрон
Надежность и испытание
электровакуумных приборов
Усилитель на триоде
с общим катодом
Ограничения по выбору
рабочей точки
Режим в рабочей точке
Катодное смещение
Выбор величины
сопротивления резистора
в цепи сетки
Выбор выходного
разделительного
конденсатора
Вредное влияние проходной
емкости лампы и пути
его уменьшения
Применение
экранированных ламп
Каскод (каскодная схема)
Катодный повторитель
Каскад с общим катодом
как приемник
неизменяющегося тока
Пентоды в качестве
приемников
неизменяющегося тока
Катодный повторитель
с активной нагрузкой
Катодный повторитель Уайта
μ-повторитель
Выбор верхней лампы для
μ -повторителя
Параллельно управляемый
двухламповый усилитель
(SRPP)
β-повторитель
Дифференциальная пара
(дифференциальный каскад)
Коэффициент реакции
питающего напряжения
(PSRR)
дифференциальной пары
Полупроводниковые
приемники неизменяющегося
тока для
дифференциальной пары
Использование транзисторов
в качестве активной нагрузки
для электронных ламп
Классификация искажений.
Принципы оценки линейных
искажений
Принципы измерения
нелинейных искажений
Измерение и интерпретация
искажений
Совершенствование
измерений нелинейных
гармонических искажений
Цифровая обработка сигналов
Особенности проектирования
усилителей с малыми
искажениями
Работа с сеточным током
и нелинейные искажения
Уменьшение искажений
подавлением (компенсацией)
Проблемы смещения
по постоянному току
Выбор электронной лампы по
критерию низких искажений
Проблема сопряжения одного
каскада со следующим
Усилитель класса А для
электромагнитных головных
телефонов с непосредств.
междукаскадной связью
Радиокомпоненты -
Общие сведения
Ряды стандартизованных
значений сопротивлений
Металлизированные
пленочные резисторы
Проволочные резисторы
Конденсаторы -
Общие сведения
Металлические конденсаторы
с воздушным диэлектриком
Пленочные конденсаторы,
изготовленные
металлизацией диэлектрика
Алюминиевые
электролитические
конденсаторы
Основные вопросы,
возникающие при
выборе конденсатора
Общие сведения о
катушках индуктивности
Трансформаторы -
Общие сведения
Трансформаторы.
Намагничивание и потери
Модели трансформаторов
Почему необходимо
использовать трансформаторы
Определение параметров
неизвестного трансформатора
Основные виды
источников питания
Выпрямление переменного
тока
Одиночный накопительный
конденсатор в роли
сглаживающего элемента
Влияние напряжения
пульсаций на выходное
напряжение
Насыщение сердечника
трансформатора
Критерии выбора силового
трансформатора
Источник питания со
сглаживающим дросселем
Номинальное значение
тока дросселя
Выбросы тока и
демпфирующие элементы
Использование накопительного
конденсатора для снижения
высоковольтного напряжения
Частотные характеристики
используемых на практике
LC-фильтров
Широкополосная фильтрация
Выпрямители с умножением
(умножители) напряжения
Классическая схема
последовательного
стабилизатора
Двухтранзисторная схема
последовательного
стабилизатора
Стабилизатор цепи сеточного
смещения с регулируемым
выходным напряжением
Источники питания низкого
напряжения и синфазный шум
Ламповый стабилизатор
напряжения
Способы увеличения
выходного тока стабилизатора
Коэффициент режекции
источника питания
Включение сглаживающих
конденсаторов
Перенапряжения при
включении схемы
Составление предварительной
схемы блока питания
Высоковольтный выпрямитель
и стабилизатор
Особенности смещения
подогревателей ламп
Схема улучшенного
источника питания
Рабочий режим
Увеличение максимально
допустимого Vrrm
Выходной каскад класса А
с несимметричным выходом
Особенности акустических
систем
Неидеальности
трансформаторов
Режимы работы усилительных
приборов. Классы усилителей
Двухтактный выходной каскад
Выходной каскад по
ультралинейной схеме
Трансформаторный катодный
повторитель
Усилители без выходного
трансформатора
Составляющие блока
усилителя мощности
Предоконечный каскад блока
усилителя мощности
Фазоинверсный каскад
Дифференциальный усилитель
или пара с катодной связью
«Согласованный»
фазоинвертор
Общие проблемы
устойчивости усилителей
Подавление первой
доминанты ВЧ составляющей
Низкочастотное
самовозбуждение усилителя
Усилитель Williamson
Усилитель Milliard 5-20
Усилитель Quad II
Выбор выходной лампы
Выбор статической рабочей
точки с учетом Pвых и КНИ
Точное определение
выходного трансформатора
Особенность выпрямление
высоковольтного напряжения
Варианты применения
стабилизатора ВВ напряжения
Требования к каскаду
предоконечного усиления
Определение рабочей точки
предоконечного каскада
Проверка работоспособности
усилителя
Пример разработки
двухтактного УМ
Оптимизация входного и
фазоинверсного каскадов
Расчет R катодного смещения
лампы и R обратной связи
Выбор элементов
оконечного каскада
Разработка усилителей
мощностью более 10 Вт
Активные кроссоверы
и схема Зобеля
Выбор лампы для
оконечного каскада
Требования к предоконечному
каскаду усиления
Источники питания и
постоянная токовая нагрузка
Второй дифференциальный
усилитель и выходной каскад
Первый дифференциальный
усилитель и линейность х-ки
Каскодная схема постоянной
токовой нагрузки
Постоянная токовая нагрузка
первого диф. каскада
Элементы, повышающие ВЧ
устойчивость. Итоговая схема
Схема источника питания
«Потомок от усилителя Beast»
Расчет уровня фонового
шума от ИП
Особенности цифрового
сигнала от компакт-диска
Требования к предусилителю
Технические требования
к линейному каскаду
Традиционный линейный
каскад
Пути достижения заданных
требований и выбор лампы
Основные проблемы
регулирования громкости
Переключаемые аттенюаторы
Расчет переключаемого
аттенюатора
Табличные вычисления для
расчета регулятора громкости
Светочувствительные
резисторы и громкость
Входной переключатель
Частотный корректор RIAA
Влияние провода
звукоснимателя
Требования к блоку
частотной коррекции
Метод частотной коррекции
стандарта RIAA
Раздельное выравнивание
характеристики RIAA
Шумы и влияние входной
емкости входного каскада
Учет собственных
шумов лампы
Улучшение шумовых
характеристик с RIAA
Расчет элементов на 75 мкс
Параметры цепей на
3180 мкс и 318 мкс
Симметричный вход и
подключение звукоснимателя
Симметричный предусилитель
Возможности исключения
линейного каскада
Вариант RIAA с исполь-
зованием лампы типа ЕС8010
Оптимизация характеристик
входного трансформатора
Анализ работы блока RIAA
Практические методы
настройки блока RIAA
Линейный каскад
О межблочных и
акустических кабелях

 

 
 

Термоэлектронные катоды

Термоэлектронный катод должен быть долговечным и обеспечивать устойчивую (стабильную) эмиссию при возможно меньших затратах энергии на накал. Поверхность катода не должна разрушаться от ионной бомбардировки. Даже в высоком вакууме имеется некоторое число положительных ионов. Они ускоренно летят к катоду. Чем выше анодное напряжение, тем с большей силой ионы ударяют в катод.

Экономичность катода характеризуется его эффективностью. Она показывает, какой ток эмиссии можно получить на 1 Вт мощности накала. У современных катодов в режиме непрерывной работы эффективность может быть от единиц до сотен миллиампер на ватт.

Рабочая температура у разных катодов примерно от 700 до 2300 °С. Долговечность катода определяется сроком, по истечении которого выход электронов уменьшается на 10%. Катоды имеют долговечность от сотен до десятков тысяч часов.

При увеличении рабочей температуры повышается эффективность, и поэтому для усиления эмиссии иногда несколько повышают накал, но при этом сокращается долговечность.

Простые катоды, т. е. катоды из чистых металлов, делаются почти исключительно из вольфрама (редко из тантала) и имеют прямой накал. Рабочая температура вольфрамовых катодов 2100 — 2300 °С, что соответствует накалу до светло-желтого или белого цвета. Долговечность этих катодов определяется ослаблением эмиссии из-за уменьшения толщины катода вследствие распыления вольфрама.

Достоинство вольфрамового катода—устойчивость эмиссии. После временного перекала она не уменьшается. Стойкость вольфрамового катода к ионной бомбардировке делает его особенно пригодным для мощных ламп, работающих с высокими анодными напряжениями. Катоды из вольфрама применяются также в специальных электрометрических лампах, в которых важна стабильность эмиссии. Основной недостаток вольфрамового катода — низкая эффективность (единицы миллиампер на ватт). Вследствие высокой температуры интенсивно испускаются тепловые и световые лучи, на что бесполезно расходуется почти вся мощность накала.

У многих типов сложных катодов на поверхность чистого металла наносится активирующий слой, который обеспечивает интенсивную эмиссию при сравнительно невысоких температурах.

Достоинство сложных катодов — экономичность. Они обладают эффективностью до десятков и даже сотен миллиампер на ватт. Рабочая температура у некоторых катодов составляет 700 °С. Долговечность достигает тысяч и десятков тысяч часов. К концу этого срока снижается выход электронов из-за уменьшения количества активирующих примесей (например, за счет их испарения). Некоторые сложные катоды обеспечивают сверхвысокую эмиссию в импульсном режиме, т. е. в течение коротких (единицы микросекунд) промежутков времени, разделенных значительно более длительными паузами.

Основной недостаток сложных катодов — невысокая устойчивость эмиссии. Выход электронов снижается от временного перекала, что объясняется испарением активирующих веществ при повышенной температуре. Кроме того, сложные катоды разрушаются от ионной бомбардировки, поэтому в лампах важно поддерживать высокий вакуум. Это достигается применением специального газопоглотителя (геттера).

Сложные катоды могут быть пленочными или полупроводниковыми. К первым относится, например, торированный карбидированный катод. Он представляет собой вольфрамовую проволочку с пленкой тория и с примесью углерода. Активный слой этих катодов трудно разрушить ионной бомбардировкой. Их применяют при анодных напряжениях до 15 кВ.

К полупроводниковым относится оксидный катод. В нем на основание из никеля или вольфрама наносится смесь оксидов щелочноземельных металлов — бария, кальция и стронция. У оксидного катода электронная эмиссия происходит главным образом из атомов бария. Перекал катода усиливает испарение бария и снижает выход электронов. Долговечность оксидного катода определяется тем, что оксидный слой постепенно обедняется атомами бария. Для хорошей работы оксидного катода очень важен высокий вакуум, так как оксидный слой разрушается от ионной бомбардировки. Во избежание чрезмерной ионной бомбардировки нельзя допускать слишком высокое анодное напряжение при работе катода в непрерывном режиме.

Для оксидного катода опасен не только перекал, но и недокал, при котором могут возникнуть очаги перегрева. Катод прямого накала при этом нередко «перегорает», т. е. вблизи одного из очагов перегрева основной металл катода плавится. Это явление объясняется следующими особенностями:

1.    У оксидного слоя, как и у всех полупроводников, при повышении температуры сопротивление уменьшается.

2.    Вследствие большого сопротивления оксидного слоя его нагрев катодным током соизмерим с нагревом от тока накала.

3.    Различные участки оксидного слоя неодинаковы по сопротивлению и эмиссионной способности. Катодный ток распределяется так, что на участки с меньшим сопротивлением и большей эмиссионной способностью идут большие токи. На этих участках нагрев усиливается, уменьшается сопротивление, увеличивается выход электронов и происходит дальнейшее возрастание тока. Такое явление наблюдается при недокале, если катодный ток велик. Возникновению очагов перегрева также способствует ионная бомбардировка катода.

При нормальном режиме накала и без перегрузки катодным током оксидный катод обладает большой долговечностью. Его широко используют в приемно-усилительных и генераторных лампах малой и средней мощности, в электронно-лучевых трубках, в лампах для импульсной работы и многих других приборах.

Зависимость эмиссии оксидного катода от длительности импульса анодного тока

Рис. 15.6. Зависимость эмиссии оксидного катода от длительности импульса анодного тока

 

В импульсном режиме эмиссия оксидного катода может быть во много раз сильнее, нежели в режиме непрерывной работы. Она происходит под действием сильного внешнего электрического поля, т. е. представляет собой сочетание электростатической эмиссии с термоэлектронной. Однако с течением времени такая эмиссия быстро ослабевает (рис. 15.6). Говорят, не совсем удачно, что сверхвысокая эмиссия «отравляет» оксидный катод. «Отравление» прекращается, если катод «отдохнет». Тогда он восстанавливает свою эмиссионную способность и может снова дать на короткое время большой выход электронов. Это объясняется тем, что в оксидном слое должно накопиться достаточное число электронов. Длительность импульсов эмиссионного тока обычно не более 20 мкс.

Оксидный катод в импульсном режиме имеет эффективность до 104 мА/Вт. Импульсы катодного тока могут достигать единиц и даже десятков ампер. При коротких импульсах катод почти не подвергается ионной бомбардировке, и поэтому допустимо анодное напряжение 10-20 кВ.

Помимо оксидных катодов в последнее время применяются сложные катоды новых типов: ториево-оксидные, синтерированные {губчатые) и др.

Катоды прямого накала представляют собой проволоку или ленту. Достоинство таких катодов — простота устройства и возможность их изготовления для самых маломощных ламп на ток накала 10 мА и меньше.

Катод в виде тонкой проволоки после включения накала быстро разогревается (за время менее 1 с), что весьма удобно. Недостаток этих катодов — паразитные пульсации анодного тока при питании цепи накала переменным током. Если, например, ток накала имеет частоту 50 Гц, то в анодном токе будут пульсации с частотой 50, 100, 150 Гц и т. д. Они создают помехи, искажая и заглушая полезный сигнал. При слуховом приеме эти пульсации проявляют себя характерным гудением — фоном переменного тока. Имеются две основные причины таких вредных пульсаций.

Пульсации температуры катода прямого накала при питании переменным током

Рис. 15.7. Пульсации температуры катода прямого накала при питании переменным током

 

Катоды косвенного накала: а — цилиндрический; б — дисковый

Рис. 15.8. Катоды косвенного накала: а — цилиндрический; б — дисковый

 

Во-первых, у тонких катодов возникают пульсации температуры, так как масса и теплоемкость этих катодов малы. Когда ток достигает амплитудного значения, температура наивысшая, а при переходе тока через нуль температура наиболее низкая (рис. 15.7). Частота пульсаций температуры равна удвоенной частоте тока накала. С такой же частотой пульсирует эмиссия и анодный ток.

Вторая причина фона переменного тока — неэквипотенциальность поверхности катода. Разные точки поверхности катода прямого накала имеют разные потенциалы, и анодное напряжение для этих точек различно. Поэтому при питании катода переменным током анодное напряжение пульсирует с частотой тока накала.

Недостаток ламп с тонкими катодами прямого накала — так называемый микрофонный эффект. Он состоит в том, что внешние толчки вызывают вибрацию катода. Это приводит к пульсациям анодного тока. За счет микрофонного эффекта нередко возникает акустическая генерация. В этом случае звуковые волны от громкоговорителя вызывают механические колебания лампы и соответственно колебания анодного тока, которые после усиления попадают в громкоговоритель. Возникшие звуковые волны снова воздействуют на лампу. Происходит генерация незатухающих звуковых колебаний, заглушающих полезный сигнал.

Широко применяются катоды косвенного накала (подогревные). Обычно такой катод представляет собой никелевый цилиндрик с оксидным поверхностным слоем. Внутрь вставлен вольфрамовый подогреватель (рис. 15.8). Для изоляции от катода подогреватель покрывается керамической массой из оксида алюминия — алундом.

Главное достоинство этих катодов — отсутствие вредных пульсаций анодного тока при питании цепи накала переменным током. Колебаний температуры практически нет, так как масса, а следовательно, и теплоемкость у подогревных катодов значительно больше, нежели у катодов прямого накала. Катод косвенного накала обладает большой тепловой инерцией. От момента включения (выключения) тока накала до полного разогрева (остывания) катода нужны десятки секунд. За четверть периода (0,005 с при частоте 50 Гц) температура катода не успевает заметно измениться и эмиссия не пульсирует.

Поверхность катода косвенного накала является эквипотенциальной. Вдоль катода нет падения напряжения от тока накала. Анодное напряжение для всех точек поверхности катода одно и то же и не пульсирует при колебаниях напряжения накала.

Достоинство ламп с катодами косвенного накала, кроме того, — ослабление микрофонного эффекта. Масса катода сравнительно велика, и его трудно привести в состояние колебаний.

По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного накала сложнее, и их трудно сконструировать на очень малые токи. Поэтому они менее пригодны для маломощных экономичных ламп, рассчитанных на питание от батарей.

В аппаратуре (например, для двусторонней связи), которая работает с перерывами и после очередного включения должна сразу же действовать, приходится лампы с катодами косвенного накала держать все время под накалом. Это приводит к лишним затратам энергии и сокращению срока службы ламп. В переносных радиостанциях с батарейным питанием применение ламп с катодом косвенного накала неудобно. Для экономии энергии источников питания в этом случае надо выключать накал ламп приемника при работе передатчика и наоборот. Но тогда после включения накала надо ждать 10 — 20 с, пока не разогреются катоды, что значительно замедляет связь.

Накаленная алундовая изоляция между катодом и подогревателем не выдерживает высоких напряжений. Предельное напряжение между катодом и подогревателем составляет обычно 100 В и лишь для некоторых ламп 200 — 300 В. В ряде схем катод и подогреватель имеют весьма различные потенциалы. Если их разность превысит предельное напряжение, то может произойти пробой изоляции катод — подогреватель и лампа выйдет из строя. Опасность пробоя исчезает, если катод соединен с одним из выводов подогревателя.

     >>>>>     0
!...................
20
!...................
40
!...................
60
!...................
80
!...................
100
!...................
120
!...................
 

 

 

Информация 2018

 

Продолжение

Анод лампы принимает на себя поток электронов. Происходит электронная бомбардировка анода, от которой он нагревается. Кроме того, анод нагревается от теплового излучения катода. В установившемся режиме количество теплоты, выделяющееся на аноде, равно количеству теплоты, отводимому от анода.

Важно, чтобы анод не нагревался выше предельной температуры. При перегреве из анода могут выделяться газы, и тогда ухудшается вакуум. Возможно даже расплавление анода от чрезмерного перегрева. Кроме того, раскаленный анод испускает тепловые лучи, которые могут вызвать перегрев катода.

У ламп малой мощности и большинства ламп средней мощности анод имеет лучистое охлаждение. Теплота отводится излучением анода. Для усиления теплового излучения увеличивают площадь поверхности анода (часто снабжают ребрами) и делают ее черной или матовой. В лампах средней и большой мощности иногда применяется принудительное охлаждение потоком воздуха. Вывод анода снабжается радиатором, который обдувается вентилятором. У ламп большой мощности применяется также принудительное охлаждение анода проточной водой.

Различные конструкции сеток (цилиндрическая, плоская и др.) показаны на рис. 15.9.

Работа ламп ухудшается, если сетка, нагреваясь от накаленного катода, начинает испускать термоэлектроны. Для устранения этого явления проводники сетки покрывают слоем металла с большой работой выхода, например золота.

Чтобы эффективно управлять электронным потоком, сетку располагают очень близко к катоду.

Вакуум в лампах необходим прежде всего потому, что накаленный катод при наличии воздуха сгорит. Кроме того, молекулы газов не должны мешать свободному полету электронов. Высокий вакуум в лампах характеризуется давлением менее 100 мкПа. Если вакуум недостаточный, то летящие электроны ударяют в молекулы газов и превращают их в положительные ионы, которые бомбардируют и разрушают катод. Ионизация газов увеличивает также инерционность и нестабильность работы лампы и создает дополнительные шумы.

Предварительную откачку воздуха производят форвакуумными насосами, затем продолжают высоковакуумными насосами. Кроме того, обезгаживают электроды путем нагрева их до красного каления. Лампу помещают в переменное магнитное поле, индуцирующее в электродах вихревые токи, которые разогревают металл.

Для улучшения вакуума в лампу помещают газопоглотитель (геттер), например кусочек магния или бария. При разогреве лампы указанным выше индукционным способом газопоглотитель испаряется и после охлаждения оседает на стекле баллона, покрывая его зеркальным слоем (магний) или коричневато-черным (барий). Этот слой поглощает газы, которые могут выделиться из электродов в процессе работы лампы.

Размеры баллона лампы зависят от ее мощности. Чтобы температура баллона не стала недопустимо высокой, увеличивают площадь его поверхности. Наиболее часто применяют стеклянные баллоны, но у керамических значительно выше термостойкость и механическая прочность.

Металлические (стальные) баллоны имеют большую прочность и обеспечивают хорошее экранирование лампы от внешних электрических и магнитных полей. Но они сильно нагреваются, и это приводит к перегреву электродов.

В последние годы выпуск ламп с металлическими баллонами прекращен.

В лампах старого типа электроды укреплены на стеклянной ножке в виде трубки, сплющенной на одном конце (рис. 15.10, а). В эту ножку впаяны проволочки из металла, имеющего одинаковый со стеклом температурный коэффициент расширения. Концы выводных проволочек приварены к проводникам, идущим к контактным штырькам цоколя.

Держатели электродов крепятся в слюдяных или керамических пластинах-изоляторах, благодаря чему фиксируется расстояние между электродами (рис. 15.10, б).

 
 
Сайт создан в системе