- ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ
- ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ
-
- электровакуумные приборы, в к-рых 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. Э. л. используются для выпрямления перем. тока (диоды - простейшие двухэлектродные лампы, в к-рых анодный ток управляется электрич. полем анода), генерирования, усиления и преобразования эл.-магн. колебаний (сеточные многоэлектродные Э. л., где управление электронным потоком осуществляется гл. обр. с помощью сеток).
Работа Э. л. 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 к-рого 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 i а в диоде очень слабо зависит от потенциала анода U а (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 Э. л.- триоды, тетроды, пентоды, гексоды, гептоды, октоды (названия даны по числу электродов соответствующих Э. л.) - работают в области объёмного заряда, где колебания темп-ры 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- U а можно рассматривать как эквивалентный диод с действующим анодным потенциалом U д=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 в н у т р е н н и м у р а в н е н и е м т р и о д а, к-рое 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 i а и соответствующие изменения полезной перем. мощности P~a, выделяемой в нагрузке R а анодной цепи: 
R а 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 Э. л., выполняется закон трёх вторых в виде
= СU д3/2, 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 к-рого имеет положит. потенциал, близкий по своему значению к анодному, очень сильно проявляется динатронный эффект - вторичная электронная эмиссия с анода на экранирующую сетку, ток к-рой 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 спец. многоэлектродные Э. л., из к-рых можно выделить две группы: смесительные (гексод - шестиэлек-тродная лампа), служащие только для смешения частот, и преобразовательные (гептод-семиэлектродная лампа и октод - восьмиэлектродная), в к-рых гетеродин и смеситель объединены в одном баллоне. К спец. Э. л. 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 Э. л., к-рые используются в электронной аппаратуре для усиления импульсных сигналов, имеющих очень широкий частотный спектр. Для детектирования, усиления и измерения слабых токов (на уровне ~ 10-17 А) применяются электрометрич. Э. <л. с высоким входным сопротивлением. Такие лампы дают усиление по току в сотни миллионов раз. Э. л. со спец. характеристиками используются в аналоговых счётно-решающих устройствах, в системах автома-тич. регулирования, в быстродействующих амплитудных дискриминаторах и др.
Исследования T. Эдисона, Дж. Флеминга, Л. Де Фореста, А. Мейснера, В. Шоттки, И. Ленгмюра, С. А. Богуславского, M. А. Бонч-Бруевича и MH. др. изобретателей и учёных привели к открытию Э. л. и созданию их теории.
В 1-й пол. 20 в. Э. <л. оказали решающее влияние на развитие мн. 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 Э. <л. к их твердотельным аналогам. Однако функции генерирования радиочастотных колебаний повыш. мощности остались за генераторными Э. <л., выполненными в металлокерамич. оболочке, с охлаждаемыми анодами и др. конструктивными особенностями.
Лит.: Царев Б. M., Расчет и конструирование электронных ламп, 3 изд., M., 1967; Кацман Ю. А., Электронные лампы. Теория, основы расчета и проектирования, 3 изд., M., 1979; Клей-нер Э. Ю., Основы теории электронных ламп, M., 1974; Морозова И. Г., Физика электронных приборов, M., 1980.
Б. В. Бондаренко, В. И. Макуха.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.
