Теоретические сведения. Лабораторная работа 4

Лабораторная работа 4

Определение параметров триода, тетрода и пентода

Цель работы

1. Изучить свойства триода.

2. Изучить свойства тетрода.

3. Изучить свойства пентода.

Теоретические сведения

Будем считать анодным током поток электронов, переходящих от нагретого катода к аноду (рис. 1).

Назовем анодным напряжением напряжение, приложенное между анодом и катодом.

Важным достижением технической электроники является введение дополнительного электрода между анодом и катодом. Электронная лампа с тремя электродами получила название триода. Дополнительный электрод называется управляющей сеткой, так как позволяет управлять величиной анодного тока I_a путём изменения сеточного напряжения U_g , приложенного между катодом и управляющей сеткой.

У триода, как и у диода, остается некоторая зависимость анодного тока I_a от анодного напряжения U_a . Таким образом, анодный ток есть функция двух напряжений:

I_a = f (U_a, U_g) . (1)

Проще рассматривать работу триода, имея в виду зависимость анодного тока от какой-нибудь одной переменной. Условия работы триода при этом называются статическим режимом.

Зависимость анодного тока от напряжения на управляющей сетке при неизменном анодном напряжении называется статической сеточной характеристикой:

I_a = j (U_g) при U_a = Const . (2)

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении на управляющей сетке называется статической анодной характеристикой:

I_a = y (U_a) при U_g = Const . (3)

Кроме этих характеристик, качество трёхэлектродной лампы определяется некоторыми конкретными числовыми величинами, называемыми пapaмeтpами триода.

Одним из таких параметров является крутизна сеточной характеристики:

. (4)

Крутизна показывает на какую величину изменится анодный ток, если сеточное напряжение изменить на 1 В. Напряжение на аноде при этом должно оставаться неизменным.

Другой параметр - внутреннее сопротивление триода:

. (5)

Внутреннее сопротивление показывает на какую величину надо изменить анодное напряжение, чтобы анодный ток изменился на 1 мА при неизменном сеточном напряжении.

Важным параметром является также коэффициент усиления лампы

, (6)

который показывает, во сколько раз больше нужно изменить анодное напряжение по сравнению с сеточным, чтобы в обоих случаях произошло одинаковое изменение анодного тока.

Все три параметра связаны между собой простой формулой:

. (7)

В практических схемах триод обычно поставлен в такие условия, что одновременно изменяются два напряжения: анодное U_a и сеточное U_g . Такие условия работы называются динамическим режимом.

В реальных схемах в анодной цепи лампы имеется сопротивление нагрузки R_a , на котором происходит падение напряжения. Поэтому на аноде лампы (рис. 1) напряжение U_a меньше, чем напряжение Е_а батареи (или выпрямителя):

. (8)

Из выражения (8) видно, что напряжение на аноде зависит от силы анодного тока I_a .

Технически выгодно в усилительных устройствах получать при данном изменении напряжения DU_g на сетке наиболее значительное изменение анодного тока DI_a . Однако изменение напряжения U_a вследствие прохождения тока I_a через сопротивление R_a происходит так, что оно уменьшает величину изменения анодного тока. Видимо при наличии сопротивления R_a можно сделать зависимость I_a(U_g) достаточно сильной, ослабив зависимость I_a(U_а). Для этого надо уменьшить влияние анодного напряжения на анодный ток. В этом случае большим изменениям напряжения U_а должны соответствовать небольшие приращения тока I_a . Тогда выражение (5) приобретет значительную численную величину, следовательно, лампа будет обладать большим внутренним сопротивлением.

Режим работы лампы без нагрузочного сопротивления называется статическим.

Режим работы лампы, в анодной цепи которой включено сопротивление R_a , называется динамическим.

Проанализируем сказанное при помощи выражений (4) и (5). В статическом режиме приращение анодного тока DI_a вследствие изменения напряжения U_g на управляющей сетке имеет величину согласно формуле (4). Недостатком динамического режима, как мы видели, является то обстоятельство, что при изменении потенциала на управляющей сетке на величину DU_g изменение анодного тока в динамическом режиме получается на некоторую величину Di меньше, чем в статическом режиме:

, (9)

где DҐ_а – изменение анодного тока в динамическом режиме;

DI_a – изменение анодного тока в статическом режиме.

Определим величину Di , являющуюся результатом противоположного влияния анодного напряжения на изменение анодного тока.

Если, допустим, ток возрастал, то напряжение согласно выражению (8) уменьшалось и стремилось уменьшить растущий ток. Если ток уменьшался, то напряжение росло и препятствовало уменьшению тока. Величину изменения анодного напряжения можно определить из формулы (8):

DU_a = DҐ_а R_a . (10)

Тогда из (5) и (10)

. (11)

Подставим (11) в (9):

.

Решая последнее уравнение относительно DҐ_а , получим:

. (12)

Из полученного выражения следует, что при R_i → ¥ изменение анодного тока в динамическом режиме приближается к изменению анодного тока в статическом режиме, т.е. D ® DI_a . Таким образом, чтобы получить возможно большее изменение анодного тока D (близкое по величине к изменению тока в статическом режиме), нужно иметь лампу с возможно большим внутренним сопротивлением R_i . С этой целью вводится вторая сетка (рис. 2) между управляющей сеткой и анодом. Полученная лампа называется тетродом.

Вторая сетка в лампе называется экранной. Она присоединяется либо к плюсу анодного источника, либо через гасящее сопротивление так, чтобы напряжение U_g2 на экранной сетке было меньше анодного напряжения U_a .

Поскольку экранная сетка расположена ближе к катоду, чем анод лампы, сила анодного тока I_a определяется в основном потенциалом U_g2 экранной сетки, а не потенциалом анода. Потенциал U_g2 , в отличие от напряжения U_a на аноде, поддерживается постоянным, поэтому анодный ток изменяется практически только под действием напряжения на управляющей сетке.

Напряжение анода не влияет на анодный ток, так как анод загорожен экранной сеткой. Напряжение на экранной сетке тоже не влияет на изменение анодного тока, поскольку это напряжение постоянно. К побочным явлениям, происходящим в тетроде, можно отнести то обстоятельство, что часть электронов, не достигая анода, притягивается экранной сеткой. Эти электроны образуют ток экранной сетки I_g2 . Поэтому через катод протекает сумма токов:

I_k = I_a + I_g2 . (13)

Благодаря большому значению внутреннего сопротивления R_i тетрода его статический коэффициент усиления имеет большое значение (1000 и более), что подтверждается выражением (6). Статическая крутизна сеточной характеристики тетрода одного порядка с крутизной в триодах.

Экранная сетка уменьшает проходную ёмкость (ёмкость между анодом и управляющей сеткой). Это позволяет использовать тетрод на высоких частотах.

Однако тетрод имеет существенный недостаток: при бомбардировке анода электронным потоком анод начинает выделять электроны. Вторичные электроны притягиваются к экранной сетке. В результате этого анодный ток уменьшается, что ведет к искажениям сигнала. Это явление называется динатронным эффектом. Для борьбы с динатронным эффектом служит третья сетка в лампе, которая называется антидинатронной, или защитной. Защитная сетка 3 помещается между анодом и экранной сеткой 2 (рис. 3).

Антидинатронная сетка соединяется с отрицательным полюсом источника анодного питания. Отрицательный потенциал защитной сетки тормозит продвижение вторичных электронов от анода к экранной сетке. Лампа с тремя сетками называется пентодом.

Свойства лампы описываются её характеристиками и параметрами и поэтому работа сводится к снятию анодных, анодно–сеточных и сеточных характеристик и определению параметров по этим характеристикам.