И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 100

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 100)

Полученные при этом выводы будут справедливы и для любой другой системы из двух электродов. Для упрошения рассуждений рассмотрим случай, когда анодное напряжение представляет собой импульс прямоугольной формы, длительность которого соизмерима с временем пролета. Графики этого напряжения и наведенного тока в проводах анода и катода диода приведены на рис.

24.6,а. На рнс. 24.6,6 показано для различных моментов времени распределение электронного потока, т. е. конвекционного тока, в промежутке анод — катод. В момент 1, электроны начинают двигаться от катода (точнее, от «электронного облачка» около катода) и возникает наведенный ток. Промежуток анод — катод еше не заполнен электронами. Через некоторое время, в момент гэ, значительная часть этого промежутка 315 а) Следовательно, возникает конвекционный ток обратного направления и соответственно создается импульс обратного наведенного тока. Аналогичные явления происходят и при подаче на диод переменного синусоидального напряжения. о с,с,с, Ф4,Ф,Ф,4 Рис.

24.6. Наведенный ток в диоде уже заполнена электронами. Так как они движутся в ускоряющем поле, то скорость их больше, чем в момент Благодаря этому наведенный ток становится больше и скорость его нарастания увеличивается. В момент св электроны достигают анода и все пространство анод — катод заполнено движущимися электронами. Наведенный ток становится максимальным. Такое положение сохраняется до конца импульса напря- жениЯ 1момент сл), после чего новые электроны уже не будут двигаться от катода к аноду.

А электроны, заполняющие промежуток анод — катод, продолжают по инерции двигаться к аноду. Число их уменьшается, т. е. промежуток «очищается» от электронов, и соответственно уменьшается наведенный ток 1момент 1,). Когда в момент гв в промежутке анод — катод не остается электронов, наведенный ток становится равным нулю. Как видно, импульс наведенного тока растянут во времени по сравнению с импульсом напряжения и отстает от последнего, т.

е. позже достигает максилзума и позже спадает до нуля. Если после положительного импульса анодного напряжения последует отрицательный импульс, то часть электронов все же долетит до анода, а другая часть затормозится настолько, что остановится и станет возвращаться на катод. 316 24.4. ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ Для каждого усилительного каскада большую роль играет входное соиротивление лампы, т. е. то сопротивление, которое лампа оказывает источнику усиливасмого напряжения. В усилительном каскаде, изображенном в общем виде на рис.

24.7, генератор усиливаемого напряжения Г, имеющий ЭДС и внутреннее сопротивление соответственно Е и Е„, нагружен входным сопротивлением лампы. Это сопротивление обычно имеет активную и емкостную составляющие. Будем рассматривать только активное входное сопротивление и обозначим его Ем.

Всегда желательно, чтобы сопротивление Е„„было как можно большим. В идеальном случае М = со, тогда цепь сетки разомкнута и сеточного тока нет. Следовательно, нет потери напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и вся его ЭДС передается на сетку (17» — — Е). В этом случае генератор может иметь сколь угодно малую мощность. Для получения Е,„ = оэ необходимо, чтобы электроны не попадали на сетку и не создавали сеточный ток, т. е. напра;кение смещения Ев должно превышать амплитуду усиливаемого переменного напряжения: ! Ев ( > 17„е Практически такой, близкий к идеаль- Рис. 24.7.

Усилительный каскад ному, режим работы получается только на достаточно низких частотах, когда можно пренебречь емкостным током, проходящим через входную емкость лампы. На высоких частотах сопротивление Я„ не равно бесконечности. Чем оно меньше, тем больше переменный ток 1р в цепи сетки. С увеличением этого тока растет потеря напряжения на внутреннем сопротивлении генератора Я„ и уменьшается полезное напряжение на сетке, так как с7в = Š— гв.К„. Растут также потери мощности Р = урга,„в самом входном сопротивлении й полная мощность, которую должен развивать генератор. Усилительный каскад принято характеризовать коэффициентом усиления К, показывающим, во сколько раз усиливается напряженяе.

На высоких частотах важен также коэффициент усиления мощности Кр, показывающий, во сколько раз усиливается мощность: К, = Рры~1Рр» ~ (24.4) где Р„„— полезная мощность, отдаваемая лампой. При малом входном сопротивления могцность Р может настолько возрасти, что К, станет равен единице или будет еще меньше. Очевидно, нецелесообразно применять усилители, дающие усиление мощности меньше чем в 2 — 3 раза.

С переходом на СВЧ входное сопротивление резко уменьшается и усиление мощности незначительно или даже совсем отсутствует. Уменьшение входного сопротивления на СВЧ объясняется вознихновением наведенных токов в цепи сетки. В зависимости от соотношения времени пролета и периода колебаний, расстоянийкатод — сетка и сетка — анод, а также напряжений электродов процессы в триоле могут протекать различно, но все же в любом случае из-за инерции электронов на СВЧ возникают большие наведенные сеточные токи, приводящие к резкому уменьшению входного сопротивления. Чтобы это было ясно, рассмотрим упрощенно процессы, протедающие в триоде в некотором частном случае. Пусть на сетку подано переменное напряжение в виде положительных импульсов прямоугольной формы и запираюгдее напряжение смещения (рис.

24.8, а). При этом напряжение сетки остается все время отрицательным, т, е. электроны на сетку не попадают. Пусть время пролета электронов г „ на участке сетка — катод равно времени пролета на участке анод — сетка и несколько меньше половины длительности импульса. На рисунке для этого режима показаны графики наведенных токов в цепях триода (рис. 24.8,б и в) и распределение электронного потока, т. е.

конвекционного тока, в разные моменты времени (рис. 24.8,г). Сетку триода будем считать настолько густой, что участки сетка — катод и анод — сетка можно рассматривать как отдельные диоды. До момента г, лампа заперта и токов нет. В момент Н лампа отпирается, начинается движение электронов от катода (точнее„ от «электронного облачка» около катода) к сетке и наведенный ток 1, в проводе сетки возрастает. Такой же ток ь, равный (о появляется н в проводе катода. Если в момент Н М; Рнс.

24.8. Наведенный ток н цепи сетки триода 317 промежуток сетка — катод уже наполовину заполнен электронами, то ток 1, равен некоторому среднему значению. Далее он продолжает возрастать, достигая максимального значения в момент 1з, когда электронный поток дойдет до сетки. Электроны на сетку не попадают, а пролетают сквозь нее и движутся к аноду. Этот удаляющийся от сетки поток электронов создает в проводе сетки наведенный ток („ противоположный по направлению току 1,.

Будет также индупироваться ток 1, в проводе анода, равный току (п Возрастающий ток (з в момент га имеет некоторое среднее значение и достигает максимального в момент г„ когда весь промежуток анод — сетка заполняется движущимися электронами. До момента ге оба тока 1, и 1з постоянны и равны друг другу, а в момент 1е лампа запиРаетсЯ, и позтомУ электроны перестают уходить от катода. Но электронный поток, заполняющий межэлекгродные промежутки, продолжает движение. На участке сетка — катод электроны будут двигаться по инерции и приближаться к сетке.

Число их в этом промежутке убывает, и ток 1, уменьшается. В момент г, он имеет какое-то среднее значение,. а в момент 1а спадает до нуля, так как промежуток сетка— катод «очищается» от электронов. После этого начинает уменьшаться число электронов в промежутке анод — сетка и соответственно ток (эь Он снижается до некоторого среднего значения в момент а в момент 1„, когда уже все электроны попадают на анод, становится равным нулю. Таким образом, в цепи сетки возникают два импульса наведенного тока, противоположные по направлению (рис.

24.8, б). Результирующий (суммарный) наведенный ток сетки (рис. 24.8,в) представляет собой переменный ток. На рис. 24.8,а и в штриховыми кривыми показаны первые гармоники напряжения и тока сетки. Видно, что первая гармоника наведенного тока сетки несколько опережает по фазе первую гармонику напряжения. Это означает, что наведенный ток сетки имеет активную состав- 318 ляюшую, а также реактивную емкостного характера. Последняя добавляется к обычному емкостному току в цепи сетки, обусловленному входной емкостью лампы.

Поскольку суммарный емкостный ток увеличивается, то можно сказать, что инерция электронов приводит к некоторому возрастанию входной емкости. Однако самое неприятное следствие инерции электронов состоит в появлении активной составляющей сеточного тока. Она обусловливает входное активное сопротивление, которое уменьшается с повышением частоты и снижает коэффициент усиления мощности, Активное входное сопротивление характеризует потерю энергии источником колебаний, включенным в цепь сетки, Эта энергия переносится активной составляющей наведенного тока от источника колебаний к электрическому полю н передается электронам, которые увеличивают кинетическую энергию и расходуют ее на нагрев анода. Если же лампа работает на более низких частотах и временем пролета электронов можно пренебречь, то при сеточном напряжении, показанном - на рис.

24.8, а, импульсы токов 1, и (з будут иметь такую же прямоугольную форму и длительность. Поскольку зти токи равны и противоположны по направлению, то суммарный сеточный ток равен нулю. Следовательно, никакого расхода энергии источником колебаний в этом случае нет. Влияние инерции электронов на работу лампы было рассмотрено при подаче на сетку положительных импульсов напряжения прямоугольной формы. Но и в других, более сложных случаях также возникает активный наведенный ток в цепи сетки, т. е. вследствие инерции электронов лампа имеет активное входное. сопротивление. Если у переменного напряжения на сетке лампы не только положительные, но и отрицательные импульсы, то последние создают тормозящее поле, которое возвращает часть электронов на катод.

Они ускоряются полем, и, следовательно, энергия источника колебаний расходуется в данном случае также на допол- нительный нагрев катода бомбардирующими его электронами. При синусондальном переменном напряжении все процессы протекают сложнее, но на СВЧ обязательно возникает актявный наведенный ток в цепи сетки,на создание которого расходуется энергия источника колебаний. Эта энергия в конечном итоге теряется на дополнительный нагрев анода и катода конвекционным током.

Характеристики

Список файлов книги