Материал: Москатов Электроника 2010

106Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

тельных каскадах передатчиков, развивают мощность в 500 кВт и более.

8.2.Электровакуумные диоды

8.2.1.Конструкция и принцип действия электровакуумных

диодов

Электровакуумным диодом называют электронную лампу, имеющую два основных электрода – анод и катод, обладающую свойством односторонней проводимости. Катод – это электрод, который раскалѐн до такой степени, что его поверхность покидают электроны и устремляются к аноду. Анод – это электрод, к которому внутри лампы прилетают заряженные частицы. Анод имеет чаще всего положительный потенциал. Для увеличения эффективности желательно отводить тепло от анода. Анод и катод электровакуумного диода помещают в баллон, который обычно выполняют из стекла или ме-

талла, с откачанным воздухом, причѐм вакуум составляет обычно от 10–3 Па до 10–8 Па.

Различают катоды двух разновидностей: с косвенным и с непосредственным накалом. Катод непосредственного, или, иначе, прямого накала, непосредственно подключаемый к источнику питания обычно постоянного тока, выполняют из проволоки с высокой температурой плавления, изготовленной обычно из молибдена, вольфрама и других металлов и сплавов. Эту проволоку внутри баллона размещают так, чтобы расстояние от любой еѐ точки до поверхности катода было примерно одинаковым, и закрепляют на специальных держателях, именуемых траверсами. Масса катода непосредственного накала не велика и при попытке питания переменным током может возникнуть ситуация, при которой его пульсации будут при-

107Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

водить к циклическому изменению температуры катода, и, следовательно, паразитной флюктуации прямого тока, что недопустимо.

Катод косвенного накала, чаще всего изготавливаемый из никеля, имеет форму полого цилиндра. Внутри такого трубчатого катода размещена нить накала, изолированная термостойким веществом, например, Al2O3. Масса катода косвенного накала больше, чем катода непосредственного накала, и пульсации тока в цепи накала не приведут к существенным флюктуациям его температуры. Поэтому катод косвенного накала допускает подключение нити накала к источнику питания переменного тока.

Подключим соответствующий источник питания к нити накала, к аноду подсоединим нагрузку и рассмотрим принцип действия электровакуумного диода. В прямом включении к катоду прикладывают напряжение отрицательной полярности, а к аноду – положительной. В лампе возникает электрическое поле, которое будет ускоряющим для электронов, пребывающих на поверхности катода, что принуждает их покинуть катод и лететь к аноду. В результате в цепи течѐт прямой ток от анода к катоду.

В обратном включении к катоду подводят напряжение положительной полярности, а к аноду – отрицательной. Возникающее электрическое поле будет тормозящим для электронов катода, и заставляет электроны не покидать катод. Поэтому обратный ток не течѐт.

8.2.2. Основные параметры и анодная характеристика электровакуумных диодов

Зависимость тока анода от напряжения анод-катод при фиксированной температуре катода или стабильном напряжении накала, называемая анодной характеристикой, выступает в качестве важнейшего показателя электровакуумных диодов. Типовая, резко нелинейная анодная характеристика электровакуумного диода дана на рис. 8.1.

108Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Рис. 8.1. Анодная характеристика электровакуумного диода На ней можно выделить три участка. На отрицательном участке

имеет место незначительное повышение тока анода в связи с тем, что электроны обладают достаточной энергией для того, чтобы по-

кинуть разогретый катод. Затем, при увеличении анодного напряжения Uа, ток анода Iа возрастает по выражению Iа = k • Uа3/2, где

k – это коэффициент, соответствующий конструкции и габаритам катода и анода. Затем, при большом напряжении анода, на анодной характеристике можно различить участок насыщения, когда сила тока анода замедляет рост из-за того, что почти все электроны покидают поверхность катода и устремляются к аноду.

Располагая анодной характеристикой и выбрав на ней почти линейный участок, можно определить крутизну характеристики электровакуумного диода как отношение приращения тока анода к приращению анодного напряжения (мА / В):

S = Iа / Uа.

Внутренним сопротивлением именуют отношение приращения анодного напряжения к приращению тока анода, Ом:

Rв = Uа / Iа = 1 / S.

Также важным параметром электровакуумных диодов следует считать максимально допустимое обратное напряжение, при кото-

109Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

ром не наступает пробой, зависящее от расстояния между электродами и их конфигурации.

Наибольшая мощность рассеяния – это максимальная мощность, не приводящая к выходу из строя электровакуумного прибора, которая может быть выделена на аноде. Еѐ находят как произведение максимального анодного тока на максимальное анодное напряжение, Вт:

Pа.макс = Iа.макс · Uа.макс.

8.3. Триоды

8.3.1. Конструкция и принцип действия триодов

Триодом называют электронную лампу, в баллоне которой размещены три электрода: анод, катод, и сетка, причѐм сетка, расположенная между анодом и катодом, установлена гораздо ближе к катоду, чем к аноду. Сетка осуществляет функцию управляющего электрода. Еѐ обычно изготовляют из вольфрамовой, никелевой или молибденовой проволоки, свитой в спираль вокруг катода. Между сеткой и катодом прикладывают напряжение, регулирующее движение электронов от катода к аноду, чем достигают управления триодом. Изучим, как это происходит, предположив, что к аноду триода подключена нагрузка, соединѐнная с положительным полюсом источника питания, а катод подключѐн с его отрицательному полюсу.

Если напряжение сетка-катод отсутствует, то ускоряющее электрическое поле анода устремляет электроны от катода к аноду сквозь сетку и по нагрузке протекает некоторый ток анода, на который наличие сетки не влияет.

110Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Если на сетку будет подано небольшое напряжение положительной полярности относительно катода, то ускоряющее электрическое поле сетки будет совпадать с полем анода, что вызывает увеличение потока электронов, а, значит, и тока анода. Незначительную часть вылетевших с поверхности катода электронов задерживает сетка, что приводит к протеканию небольшого тока в цепи сетка-катод. Если отпирающее напряжение сетка-катод будет достаточно велико, то при дальнейшем увеличении этого напряжения почти все электроны, которые только могут быть источены в единицу времени катодом, участвуют в образовании всѐ медленнее растущего тока анода. Соответствующий этому случаю наибольший ток анода называют током насыщения.

Если к сетке будет приложено небольшое напряжение отрицательной полярности относительно катода, то тормозящее электрическое поле сетки будет противодействовать ускоряющему полю анода, что приводит к уменьшению потока электронов и снижению тока анода. При достаточно существенном запирающем напряжении сетка-катод, испускаемые катодом электроны будут оттеснены сильным тормозящим полем обратно к катоду, из-за чего ток анода будет отсутствовать. Напряжение сетка-катод, которое вызывает прекращение протекания тока анода, называют напряжением отсечки.

8.3.2. Основные характеристики и параметры триодов

Основными характеристиками триодов выступают семейства анод- но-сеточных и анодных характеристик, получаемые при неизменном напряжении накала.

Анодно-сеточная характеристика – это зависимость анодного тока от напряжения, приложенного между сеткой и катодом при фиксированном анодном напряжении. Обычная анодно-сеточная характеристика триода показана на рис. 8.2.