Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ - электровакуумные приборы, в к-рых поток свободных электронов, эмитируемых термоэлектронным катодом, движется в высоком вакууме и управляется по плотности и направлению движения с помощью электрич. полей, создаваемых потенциалами на электродах прибора. Э. л. используются для выпрямления перем. тока (диоды - простейшие двухэлектродные лампы, в к-рых анодный ток управляется электрич. полем анода), генерирования, усиления и преобразования эл.-магн. колебаний (сеточные многоэлектродные Э. л., где управление электронным потоком осуществляется гл. обр. с помощью сеток).

Работа Э. л. основана на физ. особенностях их вольт-амперных характеристик (BAX) - зависимости силы тока от потенциалов соответствующих электродов.

Рис. 1. Теоретическая вольтамперная характеристика диода при двух различных температурах (T₁ и T₂ )катода: I - область объёмного электронного заряда; II - область токов насыщения.

Теоретическая BAX диода, катод и анод к-рого изготовлены из одинакового материала, имеет вид, представленный на рис. 1 (реальные характеристики диода не имеют принципиальных отличий от теоретической). На этой характеристике различают два участка: I - область объёмного электронного заряда, где зависимость анодного тока i_a от анодного потенциала U_a определяется Ленгмюра формулой:

и II-область токов насыщения, где зависимость i_a от U_a даётся выражением:

где i- ток эмиссии катода, е - заряд электрона. Коэффициенты С и b в ф-лах (1) и (2) зависят от размеров межэлектродного промежутка и конструкции электродов.

В области насыщения сила тока i _а в диоде очень слабо зависит от потенциала анода U _а (см. Шоттки эффект), и поэтому этот участок характеристики не представляет практического интереса для целей управления анодным током с помощью анодного потенциала. Область токов насыщения используется для выпрямления перем. тока.

Практически важный интерес имеет область объёмного электронного заряда с ярко выраженной зависимостью i_a от U_a. Все сеточные Э. л.- триоды, тетроды, пентоды, гексоды, гептоды, октоды (названия даны по числу электродов соответствующих Э. л.) - работают в области объёмного заряда, где колебания темп-ры катода в пределах от T₁ до T₂ (рис. 1) не изменяют положения BAX, а сказываются лишь на значениях токов насыщения. Впервые свойства BAX в области объёмного электронного заряда были реализованы в трёхэлектродной лампе (триоде) как для усиления, так и для генерирования эл.-магн. колебаний.

Конструктивно триод отличается от диода тем, что в межэлектродное пространство последнего вблизи катода вводят третий управляющий электрод - сетку, проницаемую для электронного потока, движущегося с катода на анод. Такой триод с потенциалом на управляющей сетке U_c, а на аноде- U _а можно рассматривать как эквивалентный диод с действующим анодным потенциалом U _д=U_c + DU_a. и вольт-амперной характеристикой, определяемой в области объёмного электронного заряда зависимостью

где D - проницаемость триода.

Наличие сетки в триоде открывает возможности более эфф. управления анодным током по сравнению с диодом. Если последний имеет единственную BAX в режиме объёмного электронного заряда, то триод - целые семейства как анодно-сеточных (рис. 2), так и анодных характеристик (рис. 3).

Рис. 2. Семейство анодно-сеточных характеристик триода.

Рис. 3. Семейство анодных характеристик триода.

Триод заданной конструкции характеризуется следующими параметрами:

Параметры триода связаны простым соотношением m = SR_i, называемым в н у т р е н н и м у р а в н е н и е м т р и о д а, к-рое соответствует его характеристикам в стационарном режиме работы, без нагрузки в его анодной и сеточных цепях.

Усилит. свойства триода наиб. ярко проявляются при подаче на его сетку перем. напряжения небольшой амплитуды. При этом даже слабые изменения потенциала сетки вызывают заметные изменения анодного тока i _а и соответствующие изменения полезной перем. мощности P^~_a, выделяемой в нагрузке R _а анодной цепи: R _а или , где . Работа триода в режиме генерирования колебаний характеризуется наличием в анодной цепи колебат. контура (ёмкостей и индуктивностей), генерирующего эл.-магн. колебания, при этом уровень выходной мощности намного выше, чем в режиме усиления.

В тетроде, равно как и в др. многосеточных Э. л., выполняется закон трёх вторых в виде = СU _д^3/2, где -суммарный ток, отбираемый в цепи всех электродов ламп из области объёмного электронного заряда, a U_a=U_c1+DU_c2 + D₁D₂U_a, где, в свою очередь, D₁ и D₂ - проницаемости первой (управляющей) и второй (экранирующей) сеток тетрода. Введение второй сетки в тетроде позволяет повысить крутизну его характеристики и, следовательно, коэф. усиления прибора. Однако в тетроде, экранирующая сетка к-рого имеет положит. потенциал, близкий по своему значению к анодному, очень сильно проявляется динатронный эффект - вторичная электронная эмиссия с анода на экранирующую сетку, ток к-рой нарушает работу прибора. Для устранения этого эффекта в пространство между экранирующей сеткой и анодом вводится дополнительная третья сетка-защитная (анти-динатронная) с потенциалом катода. В таком приборе - пентоде-устраняется влияние динатронного эффекта и сохраняется высокое значение коэф. усиления. Устранение динатронного эффекта возможно также в лучевых тетродах. В таких приборах с конструктивными особенностями экранирующей сетки поток электронов с катода разбивается на ряд лучей с высокой плотностью объёмного электронного заряда вблизи анода, что препятствует потоку вторичных электронов на экранирующую сетку. Параметры тетрода и пентода, определяемые при пост. потенциалах сеток (экранирующей для тетрода, экранирующей и защитной для пентода), соответствуют, как и в случае триода, внутр. ур-нию лампы в виде m = SR_i.

С целью практической реализации принципа супергетеродинного усиления в радиоприёмной аппаратуре (см. Супергетеродин, Радиоприёмные устройства )были разработаны спец. многоэлектродные Э. л., из к-рых можно выделить две группы: смесительные (гексод - шестиэлек-тродная лампа), служащие только для смешения частот, и преобразовательные (гептод-семиэлектродная лампа и октод - восьмиэлектродная), в к-рых гетеродин и смеситель объединены в одном баллоне. К спец. Э. л. относятся также комбинированные их варианты, состоящие из двух и более систем электродов: двойные триоды, диод-триод, триод-пентод, триод-гексод и др.

Разработана целая серия широкополосных усилительных Э. л., к-рые используются в электронной аппаратуре для усиления импульсных сигналов, имеющих очень широкий частотный спектр. Для детектирования, усиления и измерения слабых токов (на уровне ~ 10^-17 А) применяются электрометрич. Э. <л. с высоким входным сопротивлением. Такие лампы дают усиление по току в сотни миллионов раз. Э. л. со спец. характеристиками используются в аналоговых счётно-решающих устройствах, в системах автома-тич. регулирования, в быстродействующих амплитудных дискриминаторах и др.

Исследования T. Эдисона, Дж. Флеминга, Л. Де Фореста, А. Мейснера, В. Шоттки, И. Ленгмюра, С. А. Богуславского, M. А. Бонч-Бруевича и MH. др. изобретателей и учёных привели к открытию Э. л. и созданию их теории.

В 1-й пол. 20 в. Э. <л. оказали решающее влияние на развитие мн. отраслей науки и промышленности. На их основе возникли радиосвязь, радиовещание, телевидение, радиолокация, ЭВМ первого поколения и др. В связи с развитием твердотельной электроники функции приёма и усиления эл.-магн. колебаний перешли от Э. <л. к их твердотельным аналогам. Однако функции генерирования радиочастотных колебаний повыш. мощности остались за генераторными Э. <л., выполненными в металлокерамич. оболочке, с охлаждаемыми анодами и др. конструктивными особенностями.

Лит.: Царев Б. M., Расчет и конструирование электронных ламп, 3 изд., M., 1967; Кацман Ю. А., Электронные лампы. Теория, основы расчета и проектирования, 3 изд., M., 1979; Клей-нер Э. Ю., Основы теории электронных ламп, M., 1974; Морозова И. Г., Физика электронных приборов, M., 1980.

Б. В. Бондаренко, В. И. Макуха.