Изучение электронных радиоламп: Методическая разработка к лабораторной работе N2 по курсу ''Радиотехника''

Министерство образования Российской Федерации Волгоградский государственный педагогический университет

Изучение электронных радиоламп МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2 ПО КУРСУ «РАДИОТЕХНИКА»

ВГПУ 1998

2

П

Ia

8

4

+ 0 - 250B -

3 6 2

5

Ua

7

~ 6.3B

Uc

Рис. 9. Схема исследования триода.

Ia 8 3 6

4 2

+ 0 - 250B -

5

Ua

7

~ 6.3B

Uэ Uc

+ 0 - 250B Рис.10. Схема исследования тетрода.

3

Ia 8 3 4

2

5

+ 0 - 250B -

6 Ua

7

~ 6.3B

Uэ Uc

+ 0 - 250B Рис.11. Схема исследования пентода.

4

Лабораторная работа № 2. Изучение электронных радиоламп. Цель работы: ознакомиться с принципом работы триода, тетрода, пентода. Научиться снимать характеристики, рассчитывать параметры. 1. Теория работы. Электронная радиолампа представляет собой стеклянный металлический сосуд, откаченный до давления 10-5 Па. Внутри сосуда имеются электроды: катод, анод, сетки (рис. 1). 6

6

5

4

3

1

3 1

1

2

a)

6

4

3

2

2

б)

или

в)

Рис. 1. Схемы а) триода, б) тетрода, в) пентода. 1-нить накала, 2-катод, 3-управляющая сетка, 4-экранирующая сетка, 5защитная сетка, 6-анод. Для создания носителей заряда в вакууме катод нагревают до высокой температуры (1000°К) с помощью нити накала, на которую подаётся напряжение от отдельного источника накала. Катод за счёт термоэлектронной эмиссии испускает электроны. При подаче на анод по отношению к катоду положительного напряжения в лампе создаётся ток. Триод. В триоде ток анода зависит от двух величин: напряжения на аноде и напряжения на сетке: Ia=Ia(Ua,Uc) (напряжение накала считается постоянным). Зависимость тока анода от напряжения на аноде при постоянном напряжении на сетке называется статической анодной характеристикой лампы. Множество анодных характеристик для различных напряжений называется семейством статических анодных характеристик, примерный вид которых показан на рис. 2.

5

Рис. 2. Семейство статических анодных характеристик. Угол β между касательной к анодной характеристике и осью абсцисс характеризует дифференциальное внутреннее сопротивление Ri. ⎛ ∂U ⎞ Ri = ⎜⎜ a ⎟⎟ = ctg β I ∂ a ⎠U c =const ⎝

Зависимость тока анода от напряжения на сетке называется статической анодно-сеточной характеристикой лампы: Ia = Ia (Uc)Ua=const. Множество анодно-сеточных характеристик для различных анодных напряжений называется семейством статических анодно-сеточных характеристик (рис. 3).

Рис. 3. Семейство статических анодно-сеточных характеристик.

6

Угол α между касательной к анодно-сеточной характеристике и осью абсцисс характеризует крутизну анодно-сеточной характеристики S:

∂I a ⎞⎟ = tg α ⎟U =const ∂ U c⎠ a ⎝ ⎛

S = ⎜⎜

Зависимость тока анода от напряжений Ua и Uc можно представить в виде:

dU a + SRi dU c ⎛ ∂I a ⎞ ∂I a ⎞⎟ 1 ⎜ ⎟ ⋅ = + = = ⋅ dU + dU dU SdU a ⎜ ∂U ⎟ c R a c ⎟ U ∂ R a ⎠U c c ⎠U c ⎝ ⎝ i i dU a + μ dU c = (1) Ri ⎛

dI a = ⎜⎜

где μ=RiS – статический коэффициент усиления. Лампа конструктивно выполняется таким образом, чтобы μ было большое. В этом случае напряжение на сетке воздействует на анодный ток в μ раз эффективнее, чем напряжение на аноде. I

a

R

a

+

E

a

U

U

a

a

U

U

c

c

-

Рис. 4. Статический режим работы.

Рис. 5. Динамический режим работы.

Режим включения лампы без резистора в цепи анода называется статическим режимом (рис. 4), а с последовательно включённым резистором – динамическим (рис. 5). В этом случае с изменением анодного тока анодное напряжение меняется, и его можно вычислить, исходя из 2-го закона Кирхгоффа, записанного для анодной цепи лампы: Ea = Ua+Ia⋅Ra. Дифференцируя это равенство, получим: 0 = dUa+Ra⋅dIa или (2) dUa = -Ra⋅dIa . В динамическом режиме анодный ток может быть вычислен из уравнения,

7

dI a = −

μ dU c Ri + Ra

(3)

μ dU c Ri + Ra

(4)

полученного подстановкой (2) в (1) и называемого основным уравнением динамического режима (3). Для значений тока и напряжений на электродах лампы, при которых характеристики близки к линейным, дифференциалы можно заменить на приращения или малые амплитуды тока и напряжения. Тогда

ia = −

Уравнение (4) даёт значение переменного анодного тока лампы который создаётся источником ЭДС величиной μUc с внутренним сопротивлением Ri на сопротивлении нагрузки Ra. Ему (4) может быть сопоставлена схема (рис. 6) (эта схема называется эквивалентной схемой триода в динамическом режиме).

R

1

μUc

Ia R

2

Рис. 6. Эквивалентная схема триода в динамическом режиме. Тетрод. В тетроде кроме управляющей сетки имеется экранирующая сетка, которая необходима для уменьшения ёмкостной связи между управляющей сеткой и анодом. По постоянному току на неё подаётся положительное напряжение, обычно меньше анодного, а по переменному току она должна быть соединена с катодом. Анодно-сеточные характеристики тетрода остаются такими же, как и у триода, анодные же существенно меняются (рис. 7).

Ia

Ua

Рис. 7. Анодная характеристика тетрода.

8

Анодный ток в тетроде с ростом Ua сначала быстро нарастает, а затем уменьшается. Явление уменьшения анодного тока с ростом анодного напряжения в тетроде называется динатронным эффектом. Уменьшение тока анода связано с вторичной электронной эмиссией на аноде. При анодном напряжении меньшем экранного вторичные электроны, вырванные из анода, ускоряются полем экранной сетки и движутся к ней. При этом ток анода уменьшается, а ток экранной сетки увеличивается. В области динатронного эффекта внутреннее сопротивление тетрода отрицательно. Это не позволяет применять тетрод в режиме усиления, т.к. может наступить самовозбуждение усилителя. Пентод. В пентоде для устранения динатронного эффекта между анодом и экранной сеткой помещается ещё одна сетка – защитная. Её потенциал обычно равен нулю или небольшой отрицательный (по отношению к катоду). В этом случае вторичные электроны тормозятся полем защитной сетки и возвращаются на анод. Ток анода не уменьшается (рис. 8).

Ia

Ua Рис. 8. Анодная характеристика пентода. Внутреннее сопротивление и статический коэффициент усиления пентода значительно больше, чем у триода, а крутизна характеристики примерно такая же. 2. Ход работы. А. Замечания по технике безопасности: после включения выпрямителей в сеть на касаться руками проводников. Не производить изменений в схеме при включённых приборах. Б. Схемы использования триода, тетрода и пентода приведены на рисунках 9, 10,11. В работе используется лампа ПЕНТОД. Для получения триодного включения защитная и экранная сетки соединяются с анодом. В тетродном включении защитная сетка и экранная сетка включены вместе.

9

В. Порядок выполнения работы: 1. Познакомиться с устройством и принципом работы триода, тетрода и пентода. 2. Собрать схему установки (рис. 9). 3. Снять характеристики триода: а) семейство статических анодных характеристик при Uc = -1; 0; 1В, изменяя напряжение анод-катод от 0 до 200В с шагом в 20В. б) семейство статических анодно-сеточных характеристик при Uа = 100 и 150В, изменяя напряжение на сетке от величины полного запирания лампы до Uc=0В с шагом 0,5В. в) динамическую анодно-сеточную характеристику (вместо перемычки “П” включают резистор нагрузки 5.1 кОм. 4. Рассчитать параметры триода: внутреннее сопротивление Ri, крутизну анодно-сеточной характеристики S, статический коэффициент усиления μ. Проверить выполнение формулы μ = S ⋅ Ri. 5. Снять анодную характеристику лампы при тетродном включении (рис. 10), поддерживая Uэ = 150В, Uc =-1.5В и изменяя напряжение анод-катод от 0 до 200В с шагом в 20В. Убедиться в наличии динатронного эффекта. 6. При тех же условиях снять анодную характеристику пентода (рис. 11). 7. Начертить графики всех характеристик на миллиметровой бумаге. Контрольные вопросы. 1. Объясните назначение катода лампы. 2. Начертите зависимость Iа (Ua)Uc=const триода. Что такое Ri ? 3. Начертите зависимость Ic (Uс)Uа=const триода. Что такое S? 4. Дайте определение статического коэффициента усиления. 5. Запишите зависимость анодного тока от Ua и Uc в статическом режиме. 6. Запишите зависимость анодного тока от Uc в динамическом режиме. 7. Начертите эквивалентную схему триода в динамическом режиме. 8. Что такое динатронный эффект? 9. Как устраняется динатронный эффект в пентоде? Литература. Гершензон Е.М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. - М.: Просвещение, 1986.