И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Флюктуации электронной эмиссии катода вызываются несколькими явлениями. Число элехтронов, выходящих с поверхности катода за одинаковые малые промежутки времени, не бывает строго постоянным. Поэтому эмиссионный тох непрерывно совершает небольшие беспорядочные колебания даже при неизменном состоянии эмитирующей поверхности. Такое явление называется дробовым эффектам.
Эмиссионные свойства микроскопических участков поверхности катода также непрерывно, быстро и беспорядочно изменяются. Этот процесс получил название поверхностного флюктуацианнаго эффекта. Флюктуационные эффекты наблюдаются прн всех видах эмиссии н у разных катодов, но не в одинаковой степени. Онн сильнее выражены при термоэлектронной эмиссии, а также у активнрованных катодов. Поверхностный флюктуационный эффект особенно резко проявляется у оксидных катодов. 2. Флюктуации вторичной электронной эмиссии электродов лампы, находя- Шихся под положительным потенциалом, а также различных изоляторов и стекла баллона также играют роль в создании собственных шумов. 3.
Флюктуации ионных токов наблюдаются при недостаточном вакууме. Чем хуже вакуум, тем больше ионов и тем сильнее сказывается этот вид флюктуаций. 4. Флюк>пуации токараспределения бывают всегда при наличии в лампе двух или более электродов с положительным потенциалом. За счет теплового хаотического движения число электронов, попа- дающих на эти электролы, непрерывно и беспорядочно меняется.
23.2. ШУМОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ Для диода в режиме насыщения действующее значение шумового тока можно определить по формуле 1з„= 2>)1зП„п (23.1) где >) — заряд электрона; 1з — ток насыщения; П„р — полоса частот колебаний, пропускаемых устройством, с помощью которого наблюдается шумовой ток.
Например, если уз = 50 мА и Пее = = 1 кГц, то 1 1>2 16 10->э 50 10-з 10з = 4 10 э А = 4 10 з мкА. В режиме объемного заряда шумовой ток уменьшается. Действительно, пусть, например, в результате флюктуаций эмиссия несколько усилилась, т. е, из катода вылетело больше электронов. За счет этого анодный ток должен увеличиться. Но при этом объемный заряд также возрастет и повысится потенциальный барьер около катода, что вызовет уменьшение вводного тока. Таким образом, налицо два взаимно противоположных изменения, и в результате флюктуации анодного тока будут меньше, чем в режиме насыщения. Так как шумовой ток диода в режиме насыщения легко определяется по приведенной формуле, то в качестве генераторов шумов для испытания радиоэлектронных устройств, например радиоприемников, применяют специальные шумовые диоды.
Для сравнения различных ламп по шумовым свойствам в качестве шумовых параметров пользуются эквивалентным и>умовым напряжением 11, и >иумавым сопротивлением лампы И „введенными на основании следующих соображений. Считают, что сама лампа является идеальной, т.е. не шумит, а создает шум за счет усиления нехоторого шумового напряжения, подведенного к ее сетке. Такое напряжение шумов, наблюдаемых при комнатной температуре и 309 при полосе частот пропускаемых колебаний 1 кГп, называют эквивалентным шумовым напряжением лампы.
Таким образом, можно считать, что в цепь сетки идеальной (нешумящей) лампы включен генератор напряжения П (рис. 23.1). У большинства ламп напряжение (3 , составляет доли микровольта. Для полосы пропускания Пиа выраженной в килогерцах, шумовое напряжение в ~/П, раз больше, чем П,.
На каждом резисторе возникает шумовое напряжение, которое в соответствии с формулой Найквиста (см. гл. 6) при комнатной температуре равно П =~~/КП, где П вЂ” в микровольтах, Я вЂ” в кило- омах и П„р — в килогерцах. Можно считать, что эквивалентное шумовое напряжение лампы создается некоторым резистором с сопротивлением Я „ включенным в цепь сетки лампы (рис. 23.2). Так как напряжение П , определяется при П.
= 1 кГц, то зависимость между напряжением (3 , в микровольтах и сопротивлением Я в килоомах в соответствии с формулой Рис. 23.1. Усилительный каскад с источником эквивалентного шумового напряжения лампы Рие. 23.2. Усилительвый каскад с эквивалентным шумовым сопротивлением лампы 310 (23.2) запишется так: Пшз 8 $/4~и.з (23 3) 1 Я,я, ш 64(уз,, (23д) Характеристика шумовых свойств ламп с помощью эквивалентного шумового сопротивления наиболее удобна, так как позволяет легко рассчитывать суммарные шумы, создаваемые лампой совместно с другими элементами, например резисторами, включенными в цепь ее сетки. Значения 11, в килоомах для различных ламп рассчитываются по следующим формулам: для триода Я, ж 2,5/51 (23.5) для пентода иля тетрада 2,5 201,1,з Р, — ' ~, с3.6) (1»+ (яз) где токи выражены в миллиамперах, а крутизна — в миллнамперах на вольт. Из этих формул видно, что уменьшение значения К , достигается увеличением крутизны.
У триодов сопротивление Я, составляет сотни или тысячи ом, а у пентодов и тетродов оно выше (десятки кнлоом), что объясняется дополнительными шумами от флюктуаций токораспределения. Еще выше (сотни килоом) это сопротивление у многосеточных частотопреобразовательных ламп. Чем больше электродов у лампы, тем выше уровень шумов. Чтобы шумы приемника или усилителя были наименьшими, необходимо в первом каскаде применять лампу с возможно более низким значением К „, так как шумы первой лампы усиливаются всеми последующими каскадами. Иногда шумовые свойства ламп характеризуют коэффициентом шума, который определяется для ламп так же, как и для транцисторов (см. гл. 6). Уровень шумов существенно зависит от режима ламп.
При понижении накала шумы усиливаются, так как уменьшается объемный заряд, который в некоторой степени подавляет флюктуации ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП НА СВЧ а) Ю А / ье ~и.и ! "и ьи ил С -и ис. 24.1. Межэлектролые емкости и индуктиаости выводов у тррюда 311 анодного тока. При увеличении отрицательного напряжения смещения управляющей сетки шумы усиливаются вследствие уменьшения крутизнах То же получается при снижении напряжения экранирующей сетки.
Но при повышении напряжения (/еа шумы усиливаются за счет токораспределения. Существует оптимальное значение Уеы при котором шумы минимальны, Пентоды меньше шумят в режиме перехвата, так как в режиме возврата уменьшается крутизна и возрастают шумы от токораспределения. При работе лампы на более ннзяих частотах сильнее сказывается по- 24.1. МЕЖЭЛЕКТРОДНЫЕ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ ВЫВОДОВ Между любыми двумя электродами лампы имеется емкость. Вывод любого электрола обладает индуктивностью. На рис. 244 показаны для примера триод с собственными емкостями и индуктивностями (а) и его эквивалентная схема (б). Эти емкости и индуктивности изменяют параметры колебательных систем, подключенных к лампе. В результате уменьшается собственная частота колебательных систем и становится невоз- верхностный флюктуационный эффект.
Таким образом, снижение шумов достигается не только выбором малошумящей лампы, но и подбором режима работы этой лампы. Помимо шумов, обусловленных флюктуациями, могут наблюдаться еще шумы за счет других явлений внутри лампы. К ним относятся: фон от питания цепи накала переменным током, колебания тока от механических вибраций электродов лампы (виброшумы), шумы от изменения токов утечки через изоляцию с непостоянным сопротивлением и другие явления. ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ можной настройка их на частоту выше некоторой предельной.
Для каждой лампы характерна предельная частота /„' ,. Это частота колебательного контура, получающегося при коротком замыкании выводов электродов. Например. если замкнуть накоротко анод и сетку триода, как показано штриховой линией на рисунке, то образуется контур, у которого С = С, + С,.„С.„/(С,.„+ С, „); (24Л) Ь= Ьд + Ьд + Ьер, (24.2) где Ьчр — индуктивность замыкающего провода. Работа лампы с внешним колебательным контуром возможна лишь на частотах ниже /', . Возьмем для примера лампу, имеющую С=10 пФ и Ь= 0,01б мкГн. Предельная частота у нее /ч„а = 1/(2л ')/ЬС) = = 1/(2л 0,01б 10 е 10 ° 10 за) ре из 400.10е Гц = 400 МГц, что соответствует длине волны 75 см. Очевидно, что эта лампа непригодна для дециметрового диапазона, так как при наличии внешнего контура резо- нансная частота заметно ниже 400 МГц.
Индуктивности и емкости лампы, будучи включены в те или иные ее цепи, создают нежелательные положительные или отрицательные обратные связи и фазовые сдвиги, которые во многих случаях ухудшают работу схемы. Особенно сильно влияет индуктивность катодного вывода 1 . Она входит в анодную и сеточную цепи, и создает обратную связзч вследствие чего изменяется режим работы и уменьшается входное сопротивление лампы, т. е. сопротивление между сеткой и катодом, на которое нагружается источник усиливаемого напряжения.
Межэлектродные емкости также способствуют уменьшению входного сопротивления лампы. Кролре того, эти емкости, имея на СВЧ весьма небольшое сопротивление, могут вызвать в более мощных лампах значительные емкостные токи, нагревающие выводы электродов и создающие дополнительные потери энергии. Так, например, емкость сетка — катод, равная 4 пФ, на частоте 1000 МГц 1Х = 30 см) имеет сопротивление 40 Ом. Если к ней приложено переменное напряжение 40 В, то возникает емкостный ток 1 А! 24.2. ИНЕРЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ Вследствие того что электроны имеют массу, они не могут мгновенно пролетать расстояние между электродами. На СВЧ время пролета электронов в лампе, несмотря на свою малость (10 в — 10 'Р с), соизмеримо с периодом колебаний.
Лампа перестает быть мало- инерционным прибором. Принято говорить, что на СВЧ проявляется инерция электронов. Инерция электронных процессов в лампе создает вредные фазовые сдвиги, искажает форму импульсов анодного тока и служит причиной возникновения значительных сеточных токов. В результате резко снижается входное сопротивление лампы, увеличиваются потери мощности, а следовательно, уменьшается полезная мощность. Инерция электронов не влияет на работу лампы, на частотах, соответствующих диапазонам метровых и более 312 длинных волн. Действительно, если период колебаний Т много больше, чем время пролета электронов в лампе р„р, то переменные напряжения на электродах лампы за это время не успевают значительно измениться. Это наглядно показывают графики на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
