Поэтому за время движения электронов между электродами лампы фаза переменного напряжения может измениться на заметную величину; образуются дополнительные сдвиги фаз между напряжениями и токами в цепях электродов. Рассмотрим это явление в пентоде.

С наименьшей скоростью электроны движутся между катодом и управляющей сеткой, на которую, обычно подается отрицательное напряжение смещения. Изобразим

Влияние распределенных реактивиостей .

По мере увеличения частоты сопротивление междуэлектродных емкостей уменьшается, а сопротивление распределенных индуктивностей вводов увеличивается. Эти распределенные реактивности нлиеияют не только реактивные проводимости, но и существенно влияют на активные составляющие входной и выходной проводимости лампы. Наибольшее влияние оказывает ин-

Рис. 8-19. Векторная диаграмма напряженно и токов в цепи сетки.

мгновенное напряжение между катодом и управляющей сеткой вектором М (рис. 8-19). За время движения электронов от катода к управляюи1ей сетке фаза переменного напряжения меняется. Ток переноса in, образуемый электронами, проходящими плоскость сетки, отстает от напряжения Ui на угол е. При движении от катода к сетке электроны наводят на сетке ток t среднее значение которого отстает от напряжения ui на угол ф, меньший угла в. При дальнейшем движении от управляюгией сетки к экранирующей электроны наводят на управляющей сетке ток t ,. Ускоряемые высоким положительным напряжением Uc2 лек-троны движутся к экранирующей сетке с достаточно высокой скоростью. Поэтому можно считать, что ток i , практически совпадает по фазе с током tn. Суммарный ток й, наведенный в цепи управляющей сетки, равен разности токов il и i ,. Кроме того, в цепи управляющей сетки через емкость CriK течет реактивный ток /с- Таким образом, результирукииий ток (р, равный сумме токов (с и (1, сдвинут по фазе относ1Гтельно напряжения ы, на угол ф<л;/2. Следовательно, результирующий ток р содержит активную составляющую, что свидетельствует о появлении активной составляюи1ей Gbit входной проводимости лампы. Величина этой активной составляющей зависит от времени т. пролета электронов между катодом и сеткой, частоты и приложенного напряжения и ряда параметров ламп:

(8-57)

а,. =0,055

k-коэффициент токораспределения; S-крутизна характеристики.

Рис. 8-20. Векторная диаграмма, иллюстрирующая влияние индуктивности катодного ввода.

дуктивность катодного ввода. Приложенное между управляющей сеткой и католЛи переменное напряжение и, (рис. 8-20) определяет величину катодного тока t , который, если пренебречь временем пролета электронов, совпадает почфазе с напряжением Ui. Протекая по индуктивности Lk катодного ввода, ток 4к создает напряжение Ul, опережающее этот ток по фазе на угол, равный 90°.

Входное напряжение Uoi, таким образом, равно сумме напряжении ы, и Ul. Входной ток 1вт равен сумме токов:

вх = tci к -f С1 С2 (8-58)

где tciK-ток через емкость Ccik; с1с2 - ток через емкость Ссюг.

К емкости CciK приложено напряжение М, и ток ( ciH опережает это напряжение на угол, равный 90°. К емкости Crir2 приложено напряжение Ывх, так как экранируюп1ая сетка по высокой частоте заземлена через большую внешнюю емкость. Следовательно, ток 1с1с2 опережает напряжение Ubx на угол, равный 90°.

В. результате (см. векторную диаграмму) входной ток сдвинут по фазе относительно входного напряжения . на угол ф, меньший 90°. Это свидетельствует о появлении активной составляющей входной проводимости лампы. Ее величина определяется выражением

GbxL = L

(8-59)

где а, = С L S ;

L с1к к к Sk - крутизна характеристики катодного тока.

Итак, на высоких частотах возникает активная составляющая входной проводимости лампы, величина которой определяется главным образом, влиянием времени пролета электронов и индуктивности катодного ввода Поэтому в диапазоне высоких частот при расчете ламповых схем необходимо учитывать активную входную проводимость лампы

G = G + С , = ( -f а,) (0==. (8-60)

Можно показать, что индуктивность Lk влияет также на выходную проводимость лампы величина которой в диапазоне высоких частот должна определяться по формуле

(8-61)

где 6 = Z-k Са.к5.

Для триодов Ri невелико, и поэтому на всех частотах \IRi > для пентодов с большим Ri в диапазоне высоких частот l/i?,<feo2.

Перечисленные выше и ряд других менее существенных причин ухудшают параметры ламп на высоких частотах, затрудняют их использование в этом диапазоне, а на более высоких частотах (свыше 1 ООО Мгц) применение обычных электронных ламп оказывается практически невозможным. Поэтому для работы в диапазоне ультракоротких - метровых и дециметровых - волн разработаны специальные электронные лампы (диоды, триоды и тетроды), а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах используются специальные сверхвысокочастотные приборы: клистроны, магнетроны, лампы бегущей и обратной волны и др.

Лампы диапазона высоких частот

Наиболее простой путь уменьшения времени пролета электронов в лампе - это уменьшение расстояний между ее электродами. Однако при сближении электродов увеличиваются междуэлектродные емкости. В связи с этим в высокочастотных лампах уменьшают не только расстояния между электродами, но и площадь члрктрплов Это позволяет, сохранив почти прежними значения междуэлектродных емкостей, увеличить крутизну характеристики и значительно уменьшить время пролета электронов.

Лампы для работы в СВЧ диапазоне отличаются и по конструкции выводов электродов Вместо длинных тонких выводов на общий нижний цоколь лампы используются значительно более короткие толстые, диа-

метром до 1,5 мм выводы, впаиваемые непосредственно в стеклянный баллон бесцокольной конструкции. Примером могут служить лампы в миниатюрном и сверхминиатюрном оформлении. В миниатюрных лампах короткие толстые выводы, впаянные в стеклянный баллон, служат дли соединения лампы с гнездами специальной панели. Сверхминиатюрные лампы, выводы которых припаиваются непосредственно к элементам схемы, вообще не требуют специальных панелей, и их распределенные емкости между электродами ц выводами еще меньше.

В некоторых случаях, когда требуется сконструировать усилитель с малым уровнем собственных шумов, выгодно использовать триоды в схемах с заземленной сеткой В этих схемах заземляется ие катод лампы, а ее управляющая сетка. Индуктив ность ввода управляющей сетки оказывает на входную проводимость лампы такое же влияние, как и индуктивность катода в схемах с заземленным катодом. Поэтому в триодах, предназначенных для работы с заземленной сеткой, делают несколько параллельных выводов управляющем сетки.

Миниатюрные и сверхминиатюрные лампы удовлетворительно работают на частотах вплоть до нескольких сотен мегагерц. На более высоких частотах проходная проводимость этих ламп растет и нормальная работа ламп нарушается.

В дециметровом и частично сантиметровом диапазонах волн прим.няются маичко-вые и металлокерамические лнмпы. Маячко-вые лампы, получившие тако- название из-за своей формы, представля!-. г собой диол или триод плоской конструкции. Расстояние между электродами очень мало. Анод выполняется обычно в виде массивного штыря. Выводы анода, сетки и катода - дисковые; к ним крепятся отрезки коаксиальных линий, которые в этом диапазоне частот служат колебательными контурами. Таким образом, в маячковых лампах вследствие малого расстояния между электродами, а также благодаря применению массивных дисковых выводов, сочленяемых непосредственно с колебательными контурами, влияние инерции электронов и распределенных реактивностей сведено к минимуму.

В металлокерамических лампах выводы электродов, которые имеют также плоскую конструкцию, отделены друг от друга не стеклянными стаканами, как в маячковых лампах, а цилиндрами из специальной высокочастотной керамики с малыми потерями. Металлокерамические лампы, так же как и маячковые, благодаря дисковым выводам удобно сочленяются с коаксиальными колебательными системами. Маячковые и металлокерамические лампы, обладающие, как правило, высокой (15-30 ма/в) крутизной, могут использоваться на частотах вплоть до нескольких тысяч мегагерц.

8-7. ШУМЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ

Источники шумов

Вследствие различных причин число электронов, приходящих на анод в единицу времени, колеблется вокруг некоторого среднего значения. Эти отклонения, называемые электрическими флюктуациями, очень невелики по сравнению со средним значением тока. Так, например, в приемно-усилительных лампах, у которых среднее значение анодного тока равно десяткам, миллиампер флюктуации составляет примерно тысячную долю микроамнера.

Однако, если электронная лампа с таким уровнем флюктуации является первой ступенью многолампового усилителя с большим коэффициентом усиления, то на выходе этого усилителя флюктуации, усиленные всеми каскадами, могут достигнуть значительной величины.

Если полезный входной сигнал, подлежащий усилению, соизмерим с флюктуациями в первой лампе усилителя, то на его выходе сигнал окажется замаскированным флюктуационным напряжением. В выходной нагрузке усилителя, например в телефонах, флюктуационное напряжение создает характерное шипение и шум. В связи с этим вместо термина флюктуации в литературе иногда употребляют термин шум . Источниками шумов в электронных лампах могут быть: дробовой эффект, поверхностный флюктуационный электрический эффект, вторичная эмиссия с электродов лампы, изменение токораспределения, ионизация остатков газа в лампе и др.

Наибольшие шумы в диоде возникают из-за дробового эффекта. С поверхности катода в различные, но равные отрезки времени вылетает случайное неодинаковое число электронов. Число электронов п, достигающих анода, колеблется во времени вокруг некоторой средней величины

И =-

(8-62)

Флюктуациониую составляющую можно представить в виде совокупности очень коротких импульсов тока, вызванных, например, попаданием иа анод одного или нескольких лишних электронов. Диапазон частот, охватываемый спектром такой последовательности, чрезвычайно широк и практически простирается от очень низких до сверхвысоких частот.

Анодная цепь лампы даже в случае чисто активной небольшой по величине нагрузки обладает хотя и значительной, но все же конечной полосой пропускания Af, определяемой емкостью Са.к, сопротивлением и другими факторами. Поэтому из бесконечно широкого- в идеальном случае спектра флюйтуационной составляющей в анодной цепн лампы выделяется лишь его часть, определяемая полосой Af.

При наличии пространственного заряда флюктуации анодного тока несколько уменьшаются. Пространственный заряд как бы сглаживает флюктуации тока h, что в выражении для среднего квадрата флюктуации определяется коэффициентом депрессии F:

где /е - ток эмиссии с катода; е- заряд электрона; т- некоторый интервал времени, по которому усредняется величина п.

Если за время Т на анод прибыло п электронов, то отклонение анодного тока за этот отрезок времени определится как

е (й - п) т

(8-63)

Метод гармонического анализа флюктуирующих величин позволяет найти выражение для среднего квадрата флюктуации насыщенного анодного тока:

=2./ А/.

Г= 0,644

2йГк5

eh

(8-65)

(8-66)

здесь

. - постоянная Больцмана; ,

Гк - абсолютная температура катода;

S - крутизна характеристики диода.

В многоэлектродных лампах, помимошу-мов дробового эффекта, значительную долю составляют шумы, обусловленные случайным характером разделения электронов потока между анодом и положительно заряженными сетками, т. е. токораспределение м, а также вторичной эмиссией с поверхности электродов. Существенное влияние на величину флюктуации тока может оказывать также вторичная эмиссия вследствие случайного характера ее, т. е. флюктуации коэффициента вторичной эмиссии.

Полное выражение, определяющее флюктуации анодного тока в многоэлектродных лампах, имеет вид:

(8-67)

(8-64)

здесь k - коэффициент токораспределения.

В обычных приемио-усилительных лампах шумы, вызванные вторичной эмиссией.