Что такое тетрод и пентод и как они устроены, динатронный эффект - радиолампы и их работа

Введение в лампу сетки придало ей чудесное свойство усилителя, практически не имеющего инерции. Электроны так малы и скорость их полета в лампе столь велика, что лампа практически мгновенно реагирует на все изменения напряжения на ее сетке.

Лишь в самое последнее время в связи с применением сверхвысоких частот (например, в радиолокационной аппаратуре) скорости полета электронов в лампе стали недостаточными, что заставило конструировать новые специальные типы электронных приборов.

Но не только это обстоятельство привело к необходимости изменять конструкцию ламп. У трехэлектродной лампы есть ряд недостатков, которые можно преодолеть только введением в нее дополнительных электродов, главным образом дополнительных сеток.

Сначала казалось, что при помощи трехэлектродных ламп можно получить усиление любой величины. Если недостаточно усиление, даваемое одной лампой, то можно применить две, три, пять и т. д. ламп и, в конце концов, получить нужное усиление.

Казалось также возможным увеличивать усиления одной лампы путем усовершенствования ее конструкции, например, при увеличении густоты сетки коэффициент усиления возрастет.

Анод и сетка составляют конденсатор

Рис 1. Анод и сетка составляют конденсатор.

Однако вскоре накопленный опыт конструирования и эксплуатации трехэлектродных ламп показал, что возможности этой лампы ограничены. Предел повышению коэффициента усиления лампы вызывается рядом причин.

Например, устройство чрезмерно густой сетки недопустимо, так как тогда анодный ток становится малым и сильно возрастает бесполезный и даже вредный сеточный ток. Возможность применения многих ламп для последовательного усиления сигнала ограничивается опасностью возникновения собственных колебаний вследствие наличия у лампы междуэлектронных емкостей.

С последним фактором надо познакомиться поближе, так как междуэлектронные емкости ламп играют огромную роль в работе радиоаппаратуры.

Два любых проводника, помещенных на некотором расстоянии один от другого, обладают определенной взаимной емкостью. Емкость эта зависит от размеров проводников и расстояния между ними.

Анод и сетка лампы являются проводниками, находящимися очень близко друг от друга. Поэтому между анодом и сеткой лампы существует определенная емкость, носящая название междуэлектродной емкости* (рис. 1).

Именно это обстоятельство и не дает возможности получить при использовании трехэлектродных ламп большое усиление.

Объясняется это следующим образом. Любая емкость способна проводить переменный ток, притом тем лучше, чем больше величина емкости и чем выше частота переменного тока.

Поэтому пространство анод — сетка лампы не является для переменного тока непреодолимой преградой. Междуэлектродная емкость как бы «связывает» анодную цепь лампы с ее сеточной цепью (рис. 2).

Анодная и сеточная цепи лампы оказываются связанными для переменных токов через междуэлектродную емкость

Рис. 2. Анодная и сеточная цепи лампы оказываются связанными для переменных токов через междуэлектродную емкость.

Переменные напряжения, действующие в анодной цепи, через междуэлектродную емкость воздействуют на сеточную цепь и создают в ней некоторое напряжение, которое вновь воздействует на анодный ток.

Это явление носит название обратной связи. Обратная связь широко используется в радиотехнике. Для генерирования высокочастотных токов на передающих радиостанциях служат ламповые генераторы с обратной связью.

В каждом супергетеродинном приемнике имеется гетеродин, который также представляет собой генератор с обратной связью; обратная связь применяется в регенеративных приемниках для усиления принимаемых сигналов.

Но обратная связь полезна только тогда, когда она контролируется, когда она возникает там, где это нужно, и ее величина может по желанию регулироваться.

Если же обратная связь возникает самопроизвольно, то она нарушает нормальную работу радиоаппаратуры и может вызвать появление генерации колебаний, которая порождает свист и вой, приводит к сильному искажению сигналов.

Такая самопроизвольно возникшая неконтролируемая обратная связь называемся паразитной.

Междуэлектродные емкости трехэлектродных ламп способствуют возникновению паразитных обратных связей. При малом усилении действие их незаметно, но при большом усилении паразитные обратные связи приводят к возникновению собственных колебаний.

Поэтому междуэлектродные емкости делают невозможным получение больших усилений. Для усилителей с большим коэффициентом усиления нужны лампы, в которых была бы устранена или по крайней мере значительно уменьшена междуэлектродная емкость.

Тетрод

Задача эта была решена. В пространство между управляющей сеткой лампы и ее анодом была введена дополнительная сетка, которая в схеме соединяется через конденсатор с катодом лампы и экранирует сетку от анода. Величина междуэлектродной емкости при этом снижается в сотни и даже в тысячи раз.

Устройство тетрода и его условное обозначение

Рис. 3. Устройство тетрода и его условное обозначение.

В качестве примера можно указать, что величина емкости анод—сетка у триодов составляет не менее 2—3 пф, а в лампах с дополнительной сеткой она снижается до 0,01 пф.

Дополнительная сетка, введенная в пространство между анодом и основной сеткой лампы, получила название экранирующей или экранной сетки, а лампа *с такой сеткой называется экранированной лампой (рис. 3).

Основную сетку лампы в отличие от экранной сетки стали называть управляющей или сигнальной, так как к ней подводится напряжение приходящего сигнала и она управляет анодным током.

Экранированная лампа состоит, таким образом, из четырех электродов: катода, управляющей сетки, экранной сетки и анода; поэтому она получила название четырехэлектродной лампы или тетрода (от греческого слова — четыре).

Экранная сетка не только уменьшает паразитную емкость, но и позволяет также увеличить коэффициент усиления лампы. Если коэффициент усиления триодов не превышает 100 (обычно он лежит в пределах от 10 до 30), то у экранированных ламп он измеряется многими сотнями.

Все это приводит к тому, что экранированная лампа может дать значительно большее усиление то сравнению с триодом и позволяет строить усилители с большим общим коэффициентом усиления.

Применение тетродов позволило повысить качество радиоаппаратуры.

Однако изучение тетродов и особенностей аппаратуры, работающей на таких лампах, вскоре показало, что у экранированных ламп наряду со многими достоинствами есть один очень крупный недостаток — склонность к так называемому динатронному эффекту.

Что же представляет собой динатронный эффект?

Читатели уже знают, что электроны в пространстве между катодом и анодом несутся с очень большой скоростью. Скорость, с которой они достигают анода, измеряется тысячами километров в секунду.

Электроны, бомбардирующие анод, выбивают из него вторичные электроны

Рис. 4. Электроны, бомбардирующие анод, выбивают из него вторичные электроны.

В результате электронной бомбардировки из поверхности анода выбиваются электроны, получившие название вторичных в отличие от первичных электронов, составляющих основной анодный ток лампы (рис. 4).

Вторичные электроны, с силой выбитые из анода, приобретают известную скорость и вследствие этого могут отлетать на некоторое расстояние от анода.

Электрон, несущий отрицательный электрический заряд, находясь в (пространстве между анодом и экранной сеткой, будет испытывать притяжение к тому из этих электродов, напряжение которого выше.

Поэтому если напряжение на экранной сетке оказывается выше, чем напряжение на аноде, то вторичные электроны будут притягиваться экранной сеткой.

Но летящие электроны представляют собой электрический ток. Если выбитые из анода вторичные электроны летят к экранной сетке, то в пространстве между анодом и экранной сеткой установится ток, направление которого обратно направлению основного анодного тока, вследствие чего величина общего анодного тока уменьшается.

Это явление и называют динатронным эффектом. Оно приводит к сильным искажениям и значительно ограничивает возможность использования усилительных свойств лампы.

Динатронный эффект, как указывалось, возникает тогда, когда напряжение на аноде ниже напряжения на экранной сетке. При работе лампы это может иметь место.

Хотя на экранную сетку обычно подается несколько меньшее постоянное напряжение, чем на анод, мгновенное значение напряжения на аноде в некоторые моменты работы лампы может оказаться ниже, чем напряжение на экранной сетке.

В самом деле, переменное напряжение па управляющей сетке вызывает на сопротивлении анодной нагрузки лампы значительно большее переменное напряжение.

Это переменное напряжение во время своего отрицательного полупериода уменьшает величину анодного напряжения. Поэтому при сильных колебаниях напряжение на аноде в некоторой части «периода может оказаться ниже напряжения на экранной сетке, что приводит к возникновению динатронного эффекта.

Экранированные лампы могут хорошо работать при условии, что к их управляющей сетке подводятся небольшие напряжения.

Пентод

Устройство пентода и его условное обозначение

Рис. 5. Устройство пентода и его условное обозначение.

Способ устранения неприятных последствий динатронного эффекта очевиден: надо не пускать вторичные электроны приближаться к экранной сетке. Осуществить это можно введением в лампу еще одной — третьей по счету — сетки.

Третья сетка располагается между анодом и экранной сеткой и соединяется с катодом. Поскольку отрицательный полюс источника анодного напряжения соединен с катодом, третья сетка оказывается заряженной отрицательно относительно анода.

Поэтому выбитые из анода вторичные электроны будут отталкиваться этой сеткой обратно к аноду. В то же время, будучи достаточно редкой, эта сетка не препятствует электронам основного анодного тока лететь к аноду.

Третья сетка защищает лампу от возникновения динатронного эффекта и поэтому называется защитной или противодинатронной. Иногда ее называют пентодной сеткой.

Происхождение этого название следующее. Лампы с тремя сетками имеют всего пять электродов (катод, анод и три сетки); такие лампы называют пентодами (от греческого слова «пента» — пять) (рис. 5).

Соединение защитной сетки с катодом очень часто производится внутри лампы, и эта сетка, таким образом, не имеет самостоятельного вывода из баллона.

В лампах некоторых типов защитная сетка имеет вывод наружу и ее соединение с катодом осуществляется вне баллона путем соединения соответствующих гнезд ламповой панельки.

Роль защитной сетки не ограничивается предотвращением последствий динатронного эффекта. Ее присутствие отражается на всей работе лампы примерно так же, как и присутствие экранной сетки.

Защитная сетка, находясь между управляющей сеткой и анодом, как и экранная сетка, служит экраном между ними и способствует еще большему уменьшению емкости между этими электродами. Поэтому емкость между анодом и управляющей сеткой у пентодов еще меньше, чем у тетродов.

Защитная сетка, как и экранная, ослабляет действие анода на поток электронов по сравнению с действием управляющей сетки, поэтому коэффициент усиления пентодов больше, чем коэффициент усиления тетродов.

У современных высокочастотных пентодов коэффициент усиления доходит до нескольких тысяч (у триодов же, как мы видели, он не бывает больше 100), а емкость управляющая сетка — анод измеряется тысячными долями пикофарады (у триодов — несколько пикофарад).

Благодаря большому коэффициенту усиления и малой междуэлектродной емкости пентод является прекрасной лампой для усиления колебаний высокой частоты.

Но пентоды могут с большим успехом применяться и для усиления низкой (звуковой) частоты. Использование для этой цели экранированных ламп, т. е. тетродов, не представлялось возможным.

При усилении низкой частоты к управляющим сеткам ламп подводятся значительно большие переменные напряжения, чем при усилении высокой частоты; вследствие этого получаются большими и колебания напряжения на аноде, что приводит в тетродах к возникновению динатронного эффекта со всеми его неприятными последствиями.

В пентодах динатронный эффект, как мы знаем, не возникает, поэтому их хорошие качества можно использовать и для усиления низкой частоты, в частности для оконечного усиления.

Конструктивно низкочастотные пентоды несколько отличаются от высокочастотных. Для усиления низкой частоты не нужны слишком большие коэффициенты усиления, но зато необходимо иметь большой запас прямолинейного участка характеристики, потому что усиливать приходится большие напряжения.

Для этого у низкочастотных пентодов делают сравнительно редкие экранирующие сетки. При таких экранных сетках коэффициент усиления не получается очень большим (в десятки раз меньше, чем у высокочастотных пентодов), а вся характеристика сдвигается влево, поэтому большой ее участок становится пригодным для использования.

Но конструктивное изменение высокочастотных пентодов для использования их в качестве усилителей низкой частоты не ограничивается разрежением экранной сетки.

Низкочастотные пентоды должны отдавать большую мощность; для этого требуются большие колебания анодного тока, а так как источником анодного тока является катод, то он у низкочастотных пентодов должен давать большую эмиссию, для чего его поверхность «приходится увеличивать.

Увеличивать приходится и аноды. При большом анодном токе аноды подвергаются сильной электронной бомбардировке, что приводит к их нагреванию, так как на аноде выделяется или, как говорят, рассеивается большая мощность.

Рассеиваемая на аноде мощность тем больше, чем больше электронов в потоке и чем выше их скорость, т. е., иначе говоря, чем больше анодный ток и выше анодное напряжение.

Тонкие, небольшие по размерам аноды при сильном анодном токе могут раскалиться и даже расплавиться. Чтобы этого не произошло, аноды низкочастотных ламп делают большими и массивными; их часто чернят, так как черные тела лучше излучают тепло и, следовательно, лучше самоохлаждаются, иначе к анодам приваривают специальные охлаждающие ребра.

Следует отметить, что удается конструировать мощные низкочастотные лампы и без защитной сетки. Витки экранных сеток в таких тетродах располагают точно за соответствующими витками управляющих сеток.

При подобном устройстве сеток электроны, летящие к аноду, будут в гораздо меньших количествах попадать на витки экранных сеток, заслоненные витками управляющих сеток.

Электронный поток при этом рассекается на отдельные пучки или лучи. Формированию лучей способствуют специальные пластины — экраны, соединенные с катодом и ограничивающие электронный поток с боков.

Расслаивание электронного потока в таких тетродах на отдельные лучи и дало основание назвать их лучевыми тетродами. При такой конструкции лампы удается устранить динатронный эффект, относя анод на точно рассчитанное расстояние от катода и других сеток.

Благодаря этому выбитые из анода вторичные электроны не могут долететь до экранной сетки и притягиваются обратно анодом, не нарушая работы лампы.

У лучевых ламп удается создать очень выгодную форму характеристики, позволяющую получить большую выходную мощность при небольшом напряжении сигнала на сетке.

Высокочастотные и низкочастотные пентоды, а также лучевые тетроды чрезвычайно широко распространены.

У нас наиболее известными высокочастотными пентодами из ламп прежних выпусков являются 2К2М, 2Ж2М, 6К7, 6Ж4, а из более новых—1К1П, 1К2П, 6К4П; из низкочастотных пентодов прежних выпусков — 6Ф6С, а из лучевых тетродов— 2П1П, 2П2П, 6ПЗС, 6П6С, 6П1П, 6П9, 6П14П.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

4
4238
Добавить комментарий