Электронные лампы - электровакуумные приборы, в которых 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. Электронные лампы используются для выпрямления перем. тока (диоды - простейшие двухэлектродные лампы, в которых анодный ток управляется электрическим полем анода), генерирования, усиления и преобразования эл--магн. колебаний (сеточные многоэлектродные электронные лампы, где управление электронным потоком осуществляется гл. обр. с помощью сеток).
Работа электронных ламп 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 которого 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 ia от анодного потенциала Ua определяется Ленгмюра формулой:
и II-область токов насыщения,
где зависимость ia от Ua 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 iа в диоде очень слабо зависит от потенциала анода Uа
(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 ia
от Ua. Все сеточные электронные лампы - триоды, тетроды, пентоды,
гексоды, гептоды, октоды (названия даны по числу электродов соответствующих
электронных ламп) - работают в области объёмного заряда, где колебания температуры 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 Uc, а на аноде-
Uа можно рассматривать как эквивалентный диод с действующим
анодным потенциалом Uд=Uc + DUa
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 = SRi, называемым внутренним уравнением триода, которое 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 iа и соответствующие изменения
полезной перем. мощности P~a, выделяемой в нагрузке
Rа анодной цепи: 
Rа
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 электронных лампах, выполняется закон трёх вторых в виде 
=СUд3/2,
где 
-суммарный
ток, отбираемый в цепи всех электродов ламп из области объёмного электронного
заряда, a Ua=Uc1+DUc2
+ D1D2Ua, 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 которого имеет положит.
потенциал, близкий по своему значению к анодному, очень сильно проявляется динатронный
эффект - вторичная электронная эмиссия с анода на экранирующую сетку, ток которой
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 = SRi.
С целью практической реализации
принципа супергетеродинного усиления в радиоприёмной аппаратуре (см. Супергетеродин,
Радиоприёмные устройства) были разработаны специальные многоэлектродные электронные лампы,
из которых можно выделить две группы: смесительные (гексод - шестиэлек-тродная
лампа), служащие только для смешения частот, и преобразовательные (гептод-семиэлектродная
лампа и октод - восьмиэлектродная), в которых гетеродин и смеситель объединены
в одном баллоне. К специальным электронным лампам 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 электронных ламп, которые используются в электронной аппаратуре для усиления импульсных сигналов, имеющих очень широкий частотный спектр. Для детектирования, усиления и измерения слабых токов (на уровне ~ 10-17А) применяются электрометрические электронные лампы с высоким входным сопротивлением. Такие лампы дают усиление по току в сотни миллионов раз. Электронные лампы со специальными характеристиками используются в космических аппаратах, в реакторных зонах высокого уровня излучения и темератур, в системах автоматического регулирования горячих цехов, в измерительной технике и других сферах, где применение полупроводниковых компонентов невозможно по причине высоких температур и интенсивных излучений.
Исследования T. Эдисона, Дж. Флеминга, Л. Де Фореста, А. Мейснера, В. Шоттки, И. Ленгмюра, С. А. Богуславского, M. А. Бонч-Бруевича и множества других изобретателей и учёных привели к открытию электронных ламп и созданию их теории.
В 1-й пол. 20 в. электронные лампы оказали решающее влияние на развитие многих 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 электронных ламп к их твердотельным аналогам. Однако функции генерирования радиочастотных колебаний повыш. мощности остались за генераторными электронными лампами, выполненными в металлокерамич. оболочке, с охлаждаемыми анодами и др. конструктивными особенностями.
Б. В. Бондаренко, В. И. Макуха.
|
|
 |
