что это такое, принцип работы, характеристики, пентоды в защитной стенке

Содержание:

Пентод – это разновидность вакуумной электронной лампы. Особенностью является наличие специальной сетки для экранирования (отражения). Она расположена между другой сеткой и анодом и необходима для подавления динатронного эффекта. К экранированным лампам относится кроме пентода также тетрод. Рабочая частота усилителя на пентодах может быть до 1ГГц. Он отличается тем, что у него отсутствует ниспадающий участок вольт-амперной характеристики.

В статье будут разобрано подробно устройство, особенности, технические характеристики, как и для чего они используются и как именно они могут быть применены. Дополнительно в статье содержатся два видеоролика и одна научно-популярная статья по строению пентодов и вообще по устройству экранированных ламп.

Советский пентод.

История изобретения

В 1906—1908 годах Ли де Форест изобрёл первую усилительную лампу — триод[6]. Ошибочно полагая, что проводимость триода обусловлена ионным током газового разряда, изобретатель не пытался создать в баллоне своей лампы глубокий вакуум. Напротив, обнаружив, что его примитивный ртутный вакуумный насос загрязняет баллон парами ртути, Де Форест переключился на эксперименты с ртутными лампами. Австриец Роберт фон Либен разработал свою конструкцию ртутного триода с оксидным катодом, и в 1913 году довёл мощность триодного радиопередатчика до 12 Вт на волне 600 м. В том же 1913 году патент де Фореста приобрела AT&T. Работавший на корпорацию Харолд Арнолд понял, что для стабильной работы «повторителя» де Фореста необходим высокий вакуум, и в течение года довёл до серийного производства первый практический вакуумный триод — повторитель для телефонных линий.

Чайлд (1911), Ленгмюр (1913) и Шоттки (1914) разработали модель пространственного заряда — математический аппарат, описывающий поведение вакуумных ламп. Из теории следовал подтверждённый практикой вывод о том, что предельная частота усиления fпр триодного усилителя ограничена влиянием его проходной ёмкости Cac:

fпр ~ S/Cac,

где S — крутизна сеточно-анодной характеристики.

Лампами называют такие вакуумные электронные приборы, действие которых основывается на управлении потоком электронов только с помощью анода или анода и сеток. Вакуумные электронные лампы предназначены для генерирования и обработки электрических сигналов, в частности их усиления, модуляции, детектирования, преобразования частоты, выпрямления и тому подобное. Они превращают энергию источников питания в энергию выходных сигналов с помощью управления электронным потоком.

Триод оказался пригоден только для работы на звуковых частотах, длинных и средних радиоволнах. Для выхода в коротковолновой диапазон следовало радикально снизить проходную ёмкость лампы. В 1926 году Альберт Халл решил проблему, поставив между управляющей сеткой и анодом триода дополнительную экранирующую сетку. Генри Раунд (англ.)русск., работавший на Marconi (англ.)русск., первым довёл идею Халла до серийного выпуска, и в 1927 году на рынок вышли радиочастотные тетроды с проходной ёмкостью не более 0. 025 пФ.

Радиолампа.

Независимо от Халла и Раунда над многоэлектронными лампами работала группа физической лаборатории Philips (нид.)русск. под началом Жиля Хольста (нид.)русск.. В отличие от американцев, голландцев интересовали не радиочастоты, а качественное воспроизведение звуковых частот[14] и улучшение экономичности ламп. Тетрод, от природы нелинейный из-за неустранимогодинатронного эффекта, был мало пригоден для этой задачи[note 7]. Для того, чтобы подавить динатронный эффект, Бернард Теллеген поместил между экранирующей сеткой третью сетку, электрически соединённую с катодом. Эта сетка была относительно редкая и практически не влияла на первичный поток электронов от катода к аноду, но эффективно блокировала ток вторичных электронов от анода к экранирующей сетке. Раунд пришёл к той же идее в том же 1926 году, но первенство уже принадлежало Теллегену, а патент на изобретение — Philips.

Philips лицензировал производство пентодов по всему миру и вступил в стратегическое партнёрство с Bell Labs. В 1931 году серийный выпуск низкочастотных пентодов начали RCA в США и KO Vacuum Tube в Японии. В 1932 году RCA выпустила первые радиочастотные пентоды тип 57 и тип 58. Уже в начале 1932 в США массово публиковались любительские конструкции на пентодах. EMI (Великобритания) не пожелала покупать патент Теллегена, считавшийся одной из самых ценных разработок Philips, и взамен создала альтернативу пентоду — лучевой тетрод. Развитие мощных ламп разделилось на две ветви — лучевой тетрод в США и Великобритании, пентод в континентальной Европе.

Схожесть электрических свойств лучевых тетродов и мощных усилительных пентодов привела к смешению этих терминов в литературе. Одна и та же лампа может именоваться и лучевым тетродом, и пентодом — несмотря на принципиальные разницы во внутреннем устройстве этих типов ламп. Так, в справочнике Кацнельсона и Ларионова 1968 года лучевой тетрод 6П1П назван пентодом, при том, что на прилагаемом рисунке показываются несвойственные пентоду лучеобразующие пластины. В справочнике Госэнергоиздата 1955 года 6П1П названа лучевым тетродом. То же происходило и в англоязычной литературе: комбинированная лампа PCL82 (советский аналог — 6Ф3П в технической документации Thorn-EMI классифицируется как «триод — лучевой тетрод», в документации Mullard как «триод — пентод».

Что такое пентод

Пик инноваций в электровакуумной технике пришёлся на 1934 год — в этом году производители выбросили на рынок максимальное количество новых разработок[8], в том числе первые радиочастотные пентоды-жёлуди тип 954 и тип 956. Наметился переход стационарной аппаратуры с напряжений накала 2.5 В и 4 В на напряжение 6.3 В[28][29]. Продолжилось и развитие многоэлектродных и комбинированных ламп — RCA вывело на рынок гептод (пентагрид), Telefunken выпустил октод и триод-гексод[28].

В послевоенные годы пентоды развивались эволюционно. В 1950—1952 начался переход от октальных ламп к миниатюрным «пальчиковым» лампам с девятью штырьками[30][31][note 8]. В 1953 они стали стандартом НАТО, к 1958 году практически вся номенклатура массовых приёмно-усилительных ламп была выпущена в новом конструктиве,к 1960 доля металлических ламп с октальным цоколем в СССР снизилась до 20 % от общего выпуска[32]. Новые разработки оптимизировались на достижение максимального КПД, иногда в ущерб линейности (пример — EL84 (англ.)русск., проигрывавший в линейности своим предшественникам).

[stextbox id=’info’]Последнее поколение радиоламп, сверхминиатюрные нувисторы, было выпущено RCA в 1960 году[34], но не нашло массового применения за пределами ВПК. В американской нувисторной серии пентодов не было, а в СССР был выпущен пентод-нувистор 6Ж54Н. Был разработан в СССР и свой, уникальный[36] класс ламп — сверхминиатюрные стержневые лампы конструкции В. Н. Авдеева, в которых вместо традиционных витых сеток использовались жёсткие стержни, ориентированные вдоль катодов.[/stextbox]

Устройство и характеристики пентодов.

Второй путь создания между экранирующей сеткой и анодом минимума потенциала заключается в помещении между ними дополнительной сетки, на которую подается нулевой или близкий к нулю потенциал. Эта третья сетка, называемая защитной или антидинатронной, превращает лампу в пентод.  Наличие защитной сетки полностью устраняет влияние динатронного эффекта на характеристики лампы. Присутствие третьей сетки еще больше повышает внутреннее сопротивление и коэффициент усиления лампы и уменьшает проходную ёмкость. Действующее напряжение пентода о определяется следующим выражением:

Величина действующего напряжения записана для случая U_c3=0. Соотношение между проницаемость сеток обычно следующее:D₂<D₁<D₃. Особенно густая сетка (соответственно малая проницаемостьD₂) устанавливается в высокочастотных пентодах.

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Так как экранирующая сетка значительно сильнее влияет на анодный ток, чем анод, положение анодно-сеточной характеристики тетродов и пентодов зависит в основном отU_c2. Анодно-сеточные характеристики тетрода или пентода, снятые при различных напряжениях на аноде, будут близко лежать друг возле друга и веерообразно расходится, в отличие от аналогичных характеристик триода, которые при изменении U_a остаются параллельными. Причина этого в том, что увеличение U_a вызывает увеличение коэффициента токораспределенияk=J_a/J_c2. Кроме того, увеличение анодного тока в тетроде происходит так же за счет вторичной эмиссии с экранирующей сетки. Важное значение имеет тот факт, что в тетродах и пентодах анодно-сеточная характеристика расположена левее, чем в триодах, при том же U_a.

Лампы пентоды

Технические характеристики

Для пентодов так же как и для тетродов, основными характеристиками, используемыми для определения их параметров и характеристических расчетов, являются анодные J_a=f(U_a) при различных величинахU_c1и фиксированном напряжении экранирующей сеткиU_c2. К анодным характеристикам пентода предъявляются следующие требования, вытекающие из условий получения наибольшей полезной мощности при неискажённом усилении. Во-первых, для неискаженного усиления необходимо, чтобы кривые J_a=f(U_a) были в своих пологих(рабочих) участках параллельны и эквидистантны, т. е. отстояли друг от друга на одинаковое расстояние при одинаковом ΔU_c. Во-вторых, анодные характеристики пентода должны переходить из своего начального крутого участка в пологие рабочие участки при возможно меньшем значенииU_а.

Это необходимо для того, чтобы получить большее усиление напряжения и мощности полезного сигнала. Следует отметить, что пологие участки анодных характеристик пентода соответствуют не режиму насыщения, а режиму пространственного заряда, хотя внешний вид кривых J_а=f(U_a) и напоминает переход в режим насыщения. Малый наклон этих участков объясняется очень малым влиянием анодного напряжения в пентоде на анодный ток режиме прямого перехвата. Крутой же участок характеристик определяется резким изменением токораспределения между анодом и экранирующей сеткой.

При произвольно взятом нагрузочном сопротивлении из-за неэквидистантности реальных анодных характеристик могут появиться искажения усиливаемого сигнала, чем пентод в невыгодную сторону отличается от триода.  Оптимальное сопротивление нагрузки пентода лежит обычно в пределах 1/8-1/10 внутреннего сопротивления на рабочем участке. Статические параметры тетродов и пентодов те же, что и триодов: крутизнаS=ðJ_a/ðU_c1,внутреннее сопротивлениеR_i=ðU_a/ðJ_aи коэффициент усиления μ=dU_a/dU_c1приJ_a=const. Зависимость статических параметров одного из пентодов от анодного напряжения приведены на рис.3.9. Зависимость параметров пентода отU_c1похожа на аналогичную зависимость параметров триода от напряжения управляющей сетки.

Пентод

Виды конструкций

Варьируя конструкцию и размеры электродов пентода, можно получить лампы с самый разнообразными характеристиками и параметрами, благодаря чему пентод является самой распространённой лампой универсального назначения. Отметим основные особенности различных классов пентодов: высокочастотных, низкочастотных и широкополосных.

В пентодах, предназначенных для усиления высоких частот, должно быть осуществлено хорошее экранирование управлявшей сетки от анода. С этой целью экранирующую сетку делают густой и в лампе помещают специальные экраны для уменьшения ёмкости между выводами анода и управляющей сетки. Благодаря этому проходная ёмкость высокочастотных пентодов может быть уменьшена до величины порядка 0.003-0.006 пф.

У высокочастотных пентодов, предназначенных для работы в схемах с автоматической регулировкой усиления, управляющая сетка изготавливается с различной густотой намотки (т.е. различной проницаемостью) по её длине. Это приводит к тому, что в анодно-сеточной характеристике такой лампы имеются два участка с различной крутизной и коэффициентом усиления (пентоды с переменной крутизной или удлинённой характеристикой).

[stextbox id=’warning’]Крутизна высокочастотных пентодов лежит в пределах 2-10мА/В. Внутреннее сопротивление достигает нескольких мегом, а коэффициент усиления μ – 5000 и более. Анодные характеристики высокочастотных пентодов в рабочей части идут очень полого, почти параллельноU_a.[/stextbox]

Низкочастотные пентоды отличаются от высокочастотных более простой конструкцией электродов. Экранирующая сетка делается не такой густой, коэффициент усиления имеет величину от 150 до 600, а внутреннее сопротивление 20-100кОм, крутизна достигает 9-12мА/В в мощных оконечных пентодах. Для получения более левой анодно-сеточной характеристики на экранирующую сетку подают высокое напряжение: (0.75-1)U_а. Использование пентодов в выходных каскадах усилителей низкой частоты выгоднее, чем триодов, потому что пентоды требуют для «раскачки» меньшего напряжения, чем триоды. Коэффициент полезного действия усилителя мощности на пентоде выше, чем на триоде, но качество усиления вследствие искажений хуже.

Широкополосные пентоды, предназначенные для усиления в полосе частот несколько мегагерц или даже несколько десятков мегагерц, должны иметь большую крутизну и малые входную и выходные ёмкости. Необходимые параметры в широкополосных пентодах достигаются, в основном, за счет повышении крутизны до 25-35мА/В. Увеличение крутизны осуществляется за счёт уменьшения расстояния сетка-катод (до 40-50мкм), улучшения токораспределения, для чего экранирующая сетка изготавливается не слишком густой и из проволоки малого диаметра.

Измерительная схема собирается согласно рис.3.10 и цоколёвки исследуемой лампы. В работе изучаются характеристики пентода, имеющего отдельный вывод третьей сетки. Это позволяет использовать его как и в пентодном, так и в тетродном включении. В пентодном включении лампы третья сетка с помощью проводника, на схеме не показанного, соединяется с катодом, в тетродном включении – со второй сеткой.

Для исследования лучевого тетрода необходимо учесть изменение цоколёвки лампы и установить пределы измерительных приборов согласно ожидаемым токам и напряжениям в цепях анода и сеток. Поэтому предварительно следует ознакомится со всеми пунктами задания и паспортными данными используемых ламп. Подогреватели катодов исследуемых ламп питаются от источника переменного напряжения 6.3В. Анодное питание и питание экранирующей сетки осуществляется от различных источников питания для исключения взаимного влияния регулировок в этих цепях. Для изменения полярности потенциала управляющей сетки используется переключатель П.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

В процессе всех измерений необходимо следить за постоянством заданных напряжении на электродах лампы, регулируя их потенциометрами. При определении крутизны и внутреннего сопротивления изучаемых ламп воспользоваться методикой, описанной в работе № 2 для триода. Коэффициент усиления определять по формуле: μ=SR_i.

При значительных отрицательных напряжениях на управляющей сетке, что характерно для приема сильных сигналов, густые участки управляющей сетки запираются. В результате поток электронов от катода к аноду проходит только на том участке, где управляющая сетка более редкая. При этом изменение напряжения на сетке слабо влияет на изменение анодного тока, соответственно крутизна характеристики и коэффициент усиления уменьшаются.

На рис. 2.26, б изображены два семейства анодных характеристик пентода с переменной крутизной, снятые при различных напряжениях на экранирующей сетке. Нетрудно заметить, что основными особенностями этих характеристик являются их левое расположение, резкая зависимость характеристик от экранного напряжения и растянутый нижний участок. Малое расстояние между двумя характеристиками семейства свидетельствует о большом коэффициенте усиления. Помимо этого характеристики не параллельны, то есть параметры лампы не постоянны, а зависят от режима питания.

Ламповый усилитель.

Применение пентодов

Пентоды условно можно разделить на несколько групп: приемноусилительные и генераторные пентоды. В свою очередь, приемноусилительные пентоды делятся на низкочастотные и высокочастотные. Среди высокочастотных пентодов особо следует отметить широкополосные лампы. Низкочастотные приемноусилительные пентоды получили широкое распространение в усилителях мощности низкой частоты, где применяются в предварительных и оконечных каскадах. Такие пентоды работают при больших амплитудах сигналов.

Поэтому для получения левой характеристики, не обходимой для работы без сеточных токов, управляющая сетка делается редкой, а напряжение на экранирующей сетке равно анодному. При этом экранирующую сетку также делают редкой, чтобы ток экранирующей сетки не был слишком большим. Для обеспечения достаточно большой выходной мощности низкочастотные пентоды должны надежно работать при больших токах, поэтому их электроды должны рассеивать значительные мощности. Низкочастотные пентоды конструктивно отличаются от высокочастотных отсутствием добавочных экранов, поскольку вредное влияние междуэлектродной емкости на низких частотах незначительно.

Работа ламповых усилителей

Режим перехвата

При достаточно больших анодных напряжениях (не менее 10 … 50 % Uc2 в зависимости от типа ламп) часть электронов, эмитированных катодом (обычно 1/5 — 1/6 от IK), перехватывается экранирующей сеткой «на лету», формируя ток экранаIc2. Не перехваченные экраном электроны продолжают движение к аноду и формируют его ток Ia. Доля анодного тока в токе катода и коэффициент распределения Ia/Ic2 (обычно равный 4…5) медленно растут по мере роста отношения Ua/Uc2. Важно именно соотношение двух напряжений, а не их абсолютные значения. Например, в триодном включении  пентода Ua точно равно Uc2, поэтому соотношение Ia/Ic2 постоянно практически во всей рабочей области. При фиксированном Uc2 зависимость Ia от Ua близка к линейной, что эквивалентно практически постоянному, и при этом весьма высокому внутреннему сопротивлению. Чем слабее зависимость токораспределения от Ua/Uc2, тем выше внутреннее сопротивление. Крутизна управления по первой сетке в режиме перехвата зависит от Ua очень слабо: её определяют в первую очередь UC1 и Uc2 .

Режим возврата

При снижении анодного напряжения до порога в 10 … 50 % Uc2 часть электронов, ранее достигавших анода, оказывается не в состоянии преодолеть его тормозящее поле (Ua << Uc2!), которое отбрасывает их назад на экранирующую сетку. На анодной ВАХ возникает перелом. С дальнейшим снижением Ua ток анода резко падает, а ток экрана так же резко растёт. В предельном случае, когда Ua опускается до нуля, весь ток катода замыкается на экранирующую сетку. Нелинейность и нестабильность параметров в режиме возврата запретительно велики, поэтому рабочая точка пентода выбирается так, чтобы при всех возможных мгновенных значениях Ua лампа оставалась бы в режиме перехвата.

Так же как и в тетроде, бомбардировка анода электронами c энергией более 10…15 эВ порождает вторичную эмиссию с анода. Втетроде в режиме возврата вторичные электроны беспрепятственно движутся к экранирующей сетке, уменьшая ток анода. В ранних тетродах ток анода мог даже менять направление (обратный ток вторичных электронов превосходил прямой ток). В пентоде на пути от анода к экрану поставлено препятствие — третья сетка. Она не способна задержать быстрые первичные электроны, но эффективно препятствует обратному току медленных вторичных электронов. Свойственный тетродам динатронный эффект в пентодах подавлен: с ростом Ua вольт-амперные характеристики пентодов возрастают монотонно.

Три одинаковых пентода

Частотные свойства

На низких частотах (f << Fгр) коэффициент усиления пентода с активной анодной нагрузкой определяется крутизной лампы S и сопротивлением нагрузки Rн:

K = SRн

Та же формула применима и к реактивной нагрузке. При сопоставимых величинах сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления пентода Ra в формулу следует подставлять эквивалентное сопротивление генератора Rэкв = RaRн / (Ra + Rн). В области верхних частот пентод c активной нагрузкой характеризуется показателем коэффициента широкополосности (γ) — произведением частоты на коэффициент усиления, достижимый на этой частоте. Коэффициент широкополосности не зависит от активного сопротивления нагрузки, но убывает с ростом её ёмкостиСн:

γ = K Δf = S / (2π (Cвых + Свх + Сн)) [40].

Коэффициент широкополости массовых серий пентодов лежит в диапазоне от 50 до 200 МГц. Табличные значения коэффициента указываются либо для идеального случая Cн=0, либо для некоторого стандартного Cн. Для пальчиковых ламп принимается Cн=5.5 пФ, поэтому справочные значения коэффициента различаются несущественно. Для октальных ламп принимается Cн=10 пФ, поэтому их коэффициент широкополосности под нагрузкой примерно в полтора раза ниже «безнагрузочного» коэффициента.

Полезный материал: что такое полупроводниковый диод.

В пентодных усилителях без частотной коррекции коэффициент широкополосности должен превосходить верхнюю границу усиливаемых частот в 5…10 раз, в усилителях с частотной коррекцией — в 2.5…4 раза. Эта граница для самых совершенных цокольных пентодов не превышает 200 МГц. Замена активной нагрузки на узкополосный резонансный контур позволяет довести верхнюю рабочую частоту пентодов-желудей (1Ж1Ж) и отдельных пальчиковых ламп (6К1П) до 500 МГц. Дальнейшее повышение рабочей частоты одиночного каскада невозможно из-за неприемлемо высоких шумов пентодов.

Рабочую частотут широкополосного каскада можно повысить в разы, распараллелив каскад усиления и нагрузив его аноды на линию бегущей волны. Такой каскад с бегущей волной (иначе, каскад распределённого усиления) на n ламп имеет граничную частоту, в n раз превосходящую граничную частоту одиночного пентода. (в пределе до 1 ГГц). Число ламп в каскаде на практике было ограничено шестью-восемью. Ламповые каскады бегущей волны были дороги, требовали точной настройки, и потому были полностью вытеснены твердотельными усилителями СВЧ.

 

Вольт-амперные характеристики

Анодные вольт-амперные характеристики (ВАХ) маломощных пентодов близки к идеальным: резкий переход из режима возврата в режим перехвата происходит при относительно низких Ua; плоские «полки» ВАХ свидетельствуют о высоком выходном сопротивлении (6Ж32П — 2.5 МОм в номинальном режиме). Это позволяет строить на пентодах почти совершенные дифференциальные каскады и активные нагрузки (стабильные источники тока) В мощных пентодах выходное сопротивление относительно низкое, а переход в зону перехвата растянут. При малых анодных напряжениях и большом отрицательном смещении управляющей сетки наблюдается «тетродная» нелинейность полки ВАХ.

Качественный анализ ВАХ пентодов показывает, что

• Выходное сопротивление пентода (в том числе мощного низкочастотного) на практике можно считать бесконечно большим[20].
• Расчётный коэффициент усиления пентода по напряжению весьма велик (до 5000) — настолько, что его точное значение теряет практический смысл и редко нормируется производителем. Усиление каскада на НЧ определяется не этим коэффициентом, а произведением крутизны лампы на сопротивление нагрузки.
• Мгновенное значения напряжения на аноде пентода может опускаться до значений, намного меньших, чем в триодном каскаде. Поэтому при равном напряжении питания размах напряжения на выходе пентода может быть больше, чем у триода. (но меньше чем у лучевого тетрода).
• Спектр гармоник пентода содержит бо́льшую, чем в спектре триода, долю нечётных гармоник, и бо́льшую долю высших гармоник. В спектре гармоник триода доминирует вторая гармоника, а доля высших гармоник (шестой и выше) пренебрежительно мала.

Нелинейные искажения

Ухо человека терпимо к чётным гармоникам, но весьма чувствительно к призвукам нечётных гармоник, которые преобладают в спектре искажений пентода[79]. Усилители мощности НЧ на пентодах могут достигнуть приемлемого уровня слышимых искажений только при весьма низком измеряемом КНИ, который достижим только при охвате усилителя глубокой отрицательной обратной связью (ООС)]. Усилители на триодах, напротив, обеспечивают приемлемое качество звучания без использования общей обратной связи. Лучевые тетроды занимают промежуточное положение: им также необходима ООС, но их спектр искажений ближе к триодному.

В современных ламповых УНЧ начального уровня широко используются пентоды послевоенной разработки EL34 (англ.)русск. и EL84 (англ.)русск. (аналог — 6П14П). Однако в качественных музыкальных УНЧ предпочтительны довоенные триоды прямого накала, в гитарных УНЧ — довоенные же лучевые тетроды. Последнее, вероятно, — следствие исторического разделения рынка на «европейские пентоды» и «американские лучевые тетроды». Мнение о лучшей линейности ламп довоенной разработки объясняется тем, что они были оптимизированы под низкие искажения — настолько низкие, насколько позволяла технология. «Усиление было дорого» (Morgan Jones), поэтому лампы и усилители тех лет проектировались так, чтобы дать приемлемый уровень искажений минимальным числом ламп без использования обратной связи. Да и сама теория обратной связи только-только создавалась.

Электронные лампы в заводской упаковке

Удешевление ламп в 1940-е годы изменило конструкторский подход: с использованием глубокой ООС линейность лампы отошла на второй план]. Поэтому, например, классический послевоенный пальчиковый пентод EL84 (6П14П) проигрывает по искажениям довоенному лучевому тетроду 6V6 (англ.)русск. (аналог — 6П6С), хотя и превосходит его по другим параметрам, в частности, крутизне характеристики, выходной мощности. Лампы локтальной серии (англ.)русск. 1940-х годов, за исключением триода 7AF7, весьма линейны — они имеют и «довоенную» конструкцию электродов, и все преимущества цельностеклянных ламп.

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Пентоды и лучевые тетроды, предназначенные для работы в ключевом режиме, в число которых входят лампы для ЭВМ первого поколения (например, 6Ж22П), лампы для узлов строчной развёртки телевизоров (6П36С), выходные лампы для радиопередатчиков (ГУ-50) имеют высокий уровень нелинейных искажений. При разработке этих ламп ставились иные приоритеты. В цифровой технике линейность не играла никакой роли, в производстве телевизоров линейность развёртки настраивалась на конвейере индивидуально для каждого аппарата, а в радиопередатчиках применяется выходной колебательный контур, подавляющий излучение на гармониках. Несовершенство производства «строчных» ламп ранних серий порождало большой разброс коэффициента нелинейных искажений, поэтому отдельные лампы этих серий могут быть весьма линейными. С ростом культуры производства разброс параметров уменьшился — лампы позднейших «строчных» серий имеют стабильно высокие искажения.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Более подробно о пентодах можно узнать из статьи Что такое электронные лампы.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки статьи:

www.elel.ru

www.studfile.net

www.dvdexpert.ru

www.intellect.icu

www.kak-chto.info

Предыдущая

Вакуумные приборыЧто такое триоды и где они применяются

Следующая

Вакуумные приборыКак устроен магнетрон: принцип работы и применение в микроволновой печи

Многоэлектродные и специальные лампы — Устройство и работа пентода

Широкое распространение получили пятиэлектродные лампы, называемые пентодами, в которых устранен динатронный эффект.

В пентоде имеется еще одна сетка, расположенная между анодом и экранирующей сеткой. Ее называют защитной сеткой, так как она защищает лампу от возникновения динатронного эффекта. Величины, относящиеся к этой сетке, обозначают индексом g3. Встречаются также другие названия этой сетки: антидинатронная, противодинатронная, пентодная, третья. Защитная сетка обычно соединяется с катодом, т. е. имеет нулевой потенциал относительно катода и отрицательный относительно анода. Иногда на нее подается небольшое положительное или отрицательное напряжение. Однако и в этих случаях ее потенциал значительно ниже потенциала анода. В дальнейшем будет считать u_g3 = 0 Во многих пентодах соединение защитной сетки с катодом делают внутри лампы. Действие защитной сетки состоит в том, что между ней и анодом создается электрическое поле, которое тормозит, останавливает и возвращает на анод вторичные электроны, выбитые из анода. Динатронный эффект полностью исключается.

Пентоды отличаются от тетродов более высоким коэффициентом усиления, достигающим иногда нескольких тысяч. Это объясняется тем, что защитная сетка выполняет роль дополнительной экранирующей сетки. Возрастает и внутреннее сопротивление, иногда до миллионов ом. Проходная емкость еще меньше, чем у тетродов.

Выражение для действующего напряжения пентода имеет вид

u_д ≈ u_g1 + D₁u_g2 + D₁D₂u_g3 + D₁D₂D₃u_a.

(19.11)

Проницаемость пентода

D = D₁D₂D₃. (19.12)

Поскольку значение D мало, а третье слагаемое в выражении (19.11) либо равно нулю, либо очень невелико (так как D₁D₂ << 1), то действующее и запирающее напряжение выражается так же, как и для тетрода:

u_д ≈ u

_g1 + D₁u_g2 и u_{g1 зап}≈ — D₁u_g2 (19. 13)

Анодно-сеточные характеристики у пентода такие же, как у тетрода, т. е. «левые».

Закон степени трех вторых для пентода имеет вид

i_к = gu_Д^3/2, (19.14)

где катодный ток

i_к = i_a + i_g1 + i_g2 + i_g3 (19.15)

При отрицательных напряжениях управляющей сетки i_g1 = 0. Ток i_g3 учитывают лишь при u_g3 > 0. Поэтому в большинстве случаев ток катода является суммой двух токов, как и в тетроде:

i_к = i_a + i_g2. (19.16)

Защитная сетка иногда используется как вторая управляющая. Кроме того, возможно применение пентода вместо двух ламп. Тогда в одном каскаде используется триодная часть пентода (катод и первые две сетки), а в другом каскаде работает весь пентод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как работают ламповые пентоды

Ламповые тетроды

Разобрав, как работают диоды и триоды, Давайте посмотрим на трубы с несколькими сетками. Для обзора триод имеет управляющую сетку который управляет потоком электронов от катода к пластине.

катод+_решетка

Пластина обычно находится под высоким положительным напряжением, чтобы притягивать отрицательное. заряженные электроны. Сетка обычно отрицательна, чтобы дросселировать поток электронов. Напряжение сетки имеет гораздо больший контроль над током пластины, чем напряжение пластины, потому что сетка находится ближе к катоду. Его электрическое поле эффективно экранирует катод от электрического поля, исходящего от более удаленной пластины.

Тетрод расширяет эту концепцию, добавляя еще одну сетку, называемую экран , между контрольной сеткой и пластиной. Экран обычно положителен, чтобы притягивать электроны. Чистые тетроды не используются для гитарных усилителей, так что здесь типичные напряжения холостого хода для силового тетрода Eimac 4-400A, который используется для радиопередатчиков.

КатодЭкранПлитаСетка-220В+3000В0В+500В

Экран расположен ближе к катоду и поэтому оказывает большее влияние на поток электронов, чем пластина, хотя и не так сильно влияет, как сетка. Тетрод по существу делит пластину триода на две отдельные электроды:

1. Экран устанавливает положительное напряжение для притяжения электронов.
2. Пластина собирает образовавшийся поток электронов.

---

Новый! Электроника гитарного усилителя: Fender Deluxe — от передней панели телевизора до узкой панели, от коричневой до черной реверберации

---

Ламповые пентоды

Когда электроны ударяются о пластину с высокой скоростью, они часто смещают другие частицы.

электроны в процессе, известном как вторичная эмиссия . Поскольку экран обычно находится под высоким положительным напряжением, он может притягивают эти электроны, вызывая неблагоприятные эффекты. Пентод добавляет еще одну сетку, называемую подавительной сеткой , между экраном и пластиной. При подключении к катоду, как во всех гитарных усилителях, создает отталкивающее электрическое поле, подавляющее вторичное электроны и отводит их обратно к положительной пластине.

Для краткости сетка экрана и сетка подавителя называются просто экран и подавитель. В трубке с несколькими сетками слово «сетка» используется отдельно. обычно относится к управляющей сетке.

---

Электроника гитарного усилителя: основная теория — освоить основы проектирования предусилителя, усилителя мощности и блока питания.

---

Тетроды мощности луча

В силовом тетроде используются ограничивающие пучок электроды вместо третья сетка.

Поток электронов создает эффект, подобный супрессору. Концентрация отрицательного заряда отталкивает вторичные электроны обратно. к тарелке, не давая им добраться до сильно позитивного экрана.

Для гитарных усилителей подавитель или электроды, ограничивающие луч, почти не используются. всегда подключен к катоду и никогда не влияет на конструкцию перспектива. (Исключением является Traynor YGL-3/3A Mark-3, который соединяет свой 6CA7 подавители силовых ламп к источнику смещения -37,5 В постоянного тока, что делает их более эффективными в отталкивании электронов.) Чтобы уменьшить беспорядок, их обычно опускают на схемах. трубки выглядят как тетроды.

---

Основы проектирования систем гитарных усилителей — спроектируйте свой усилитель, используя структурированную профессиональную методологию.

---

Вот характеристики пластины для самого популярного пентода предусилителя, EF86, когда напряжение экрана составляет 100 В.

Каждая кривая представляет различное напряжение сетки, от -3 В вблизи оси X, до 0 В в верхней части графика. Красная точка показывает, что при напряжении пластины 250 В и напряжении сетки составляет -1,5 В, ток пластины для средней лампы составляет 2,25 мА. Для пластинчатых напряжений выше примерно 100 В кривые почти горизонтальны, что указывает на то, что напряжение пластины очень мало влияет на ток пластины. По сравнению с триодом экран взял на себя ответственность притягивая электроны к пластине. Синяя точка показывает, что когда напряжение сети уменьшается примерно до -3,5 В, пластинчатый ток не течет, и трубка находится в отсечке. Всего -3,5 В в сети может полностью нейтрализовать +100 В на экране. Как для триода, сетка имеет гораздо больший контроль над анодным током, чем более удаленная электроды.

В то время как пентоды, такие как EF86, иногда можно увидеть в предусилителях гитарных усилителей, триоды, такие как 12AX7 являются подавляющим фаворитом для задач усиления напряжения.

Триод 12AX7 имеет меньшее усиление, чем EF86, но вы получаете два триода на лампу. Пентоды и тетроды мощности луча используются почти исключительно в гитарах. усилители мощности усилителя из-за их большей эффективности в создании выходная мощность.

СЛЕДУЩАЯ СТРАНИЦА

Вакуумная лампа » Примечания по электронике

Пентодный вентиль или пентодная электровакуумная лампа имеет в общей сложности пять активных элементов внутри оболочки, а также дополнительную сетку, называемую сеткой экрана, помимо той, что используется в триоде.

---

Вакуумная трубка / термоэмиссионные клапаны Включает:
Основы Как работает трубка Вакуумные трубчатые электроды Диодный клапан/трубка Триод Тетрод Луч Тетрод Пентод Эквиваленты Штыревые соединения Системы нумерации Гнезда / основания клапанов Лампа бегущей волны

---

Пентодный вентиль или пентодная вакуумная лампа широко используются во многих усилителях. Он обеспечивает высокий уровень усиления, преодолевая «излом» кривой отклика тетродного клапана.

Преодолевая эту нелинейность, пентодный вентиль или пентодная электровакуумная лампа способны обеспечить высокий уровень производительности, необходимый во многих схемах.

EF91 Пентодный клапан/вакуумная трубка

Основы электронных ламп Pentode

Вакуумная пентодная лампа или пентодный вентиль состоит из пяти электродов — отсюда и название пентод. По порядку от центра, где расположен нагреватель, эти электроды:

• Катод:  Как и в других формах вакуумной трубки или клапана, в пентоде катод является нагревателем и испускает электроны в вакуумированную оболочку.
• Управляющая сетка:   Как и в других формах электронных ламп, в пентоде управляющая сетка обычно поддерживается отрицательной по отношению к катоду и используется для управления потоком электронов между катодом и анодом.
• Сетка экрана:   Сетка экрана работает при фиксированном положительном потенциале, но ниже потенциала анода, и обеспечивает экранирование между анодом и управляющей сеткой, что значительно улучшает производительность. Он развязан с землей с помощью конденсатора, чтобы обеспечить эффективное экранирование.
• Подавляющая сетка:   В пентодном клапане/вакуумной лампе подавительная сетка обычно находится под низким напряжением и часто подключается непосредственно к катоду. Его функция заключается в создании области более низкого напряжения между сеткой экрана и анодом. Он подавляет вторичную эмиссию, когда электроны высокой энергии, ударяющиеся об анод на высокой скорости, имеют тенденцию отскакивать. Этот эффект вызывает излом кривой отклика тетродных клапанов. Таким образом, это позволяет пентоду обеспечивать высокий коэффициент усиления наряду с возможностью работы на высоких частотах.
• Анод: Анод или пластина работают при высоком потенциале, и это электрод, к которому в конечном итоге притягиваются электроны в пентоде или любом другом вентиле.

Электроды в пентодной трубке физически расположены концентрически вокруг катода.

Схематически в символе схемы, используемом в электронных схемах, различные сетки показаны по порядку между катодом и анодом.

Символ схемы пентодного клапана, показывающий разные сетки

Цепь пентодной лампы

Типичная схема пентодной лампы или схема пентодного вентиля во многом повторяет формат схем триода и лучевого тетрода. Хотя использовались заземленная сетка и другие конфигурации, схема с общим катодом была, безусловно, наиболее широко используемой.

Типичная схема вакуумной трубки / клапана пентода

Как обычно, катод имеет резистор между ним и землей. Ток, протекающий через катод, означает, что на резисторе R2 возникает напряжение, а поскольку сетка находится под потенциалом земли из-за резистора R3, это означает, что сетка работает с требуемым отрицательным потенциалом. R2 развязан, чтобы гарантировать отсутствие сигнала на резисторе.

R4 обычно является высоким значением, часто около 100 кОм повышает потенциал сетки экрана. Он развязан с землей через C4. Это гарантирует, что он может эффективно действовать как экран между цепями анода и управляющей сетки.

Сетка подавителя нормально соединена с катодом.