ЭЛЕКТРОМЕТРИЯ – СНИЖЕНИЕ ВЫХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Становясь все более требовательным, Незнайкин хочет усовершенствовать усилитель. Он узнает, как повысить входное сопротивление почти до бесконечно большого (в схемах электрометрических усилителей) и как снизить выходное сопротивление. Попутно он обнаруживает, что оптимальное сопротивление нагрузки усилителя может очень сильно отличаться от выходного сопротивления этого усилителя.
Незнайкин – Ты научил меня, как расширить полосу пропускания усилителя в сторону высоких и в сторону низких частот, но я заметил, что ты ничего не рассказал мне об электрометрических усилителях. А это очень важно!
Входное сопротивление
Любознайкин – Я не могу сразу рассказать обо всем, но сегодня мы займемся этим вопросом. Видишь, ли, в электронике часто приходится расширять полосу пропускания усилителей, но не менее полезно повысить их входное сопротивление и снизить выходное.
Н. – Я попросил бы тебя рассказать мне, зачем и какими методами осуществляются изменения этих сопротивлений.
Л. – При работе с усилителем ты подаешь напряжение на его вход, а усиленное напряжение снимаешь с выхода. И у тебя, естественно, возникает желание, чтобы вход потреблял как можно меньший ток от источника напряжения, подлежащего усилению, следовательно, входное сопротивление должно быть высоким. Выход твоего усилителя выполняет роль источника, вырабатывающего сигнал с большим напряжением, чем поданное на вход. Для достижения хороших показателей этот источник должен вырабатывать значительный ток без существенного падения напряжения, т. е. он должен иметь небольшое внутреннее сопротивление.
|
|
|
Н. – Прекрасно, я понял. Значит, входное сопротивление определяется входной емкостью и частотой.
Л. – Да, это верно для высоких частот. Но на низких частотах входная емкость не оказывает никакого влияния, так как ее реактивное сопротивление составляет несколько миллионов мегом, получить которые ты безусловно не можешь.
Н. – Понятно, к чему ты подводишь: имеется резистор утечки, который нужно включить между сеткой и корпусом, чтобы отводить электроны, имевшие глупость остановиться на сетке. Я вижу, он включен параллельно входу. Не достаточно ли взять этот резистор с большим сопротивлением, чтобы получить высокое входное сопротивление?
Сеточные токи
Л. – Это невозможно без существенных осложнений. В самом деле, через резистор утечки приходится не только эвакуировать электроны, но и восполнять уходящие с сетки.
Н. – Как могут электроны уходить с сетки, ведь она не горячая.
Л. – Ты так думаешь, а ну‑ка встань на место сетки…
|
|
|
Н. – Сжалься, там же вакуум…
Л. – Согласен. Но представь себе сетку, находящуюся на расстоянии в несколько десятых или сотых долей миллиметра от раскаленного катода, излучающего на нее тепло: предотвратить нагрев сетки очень трудно. А кроме того, не следует забывать о возможности фотоэлектронной эмиссии с сетки.
Впрочем, эту эмиссию можно существенно уменьшить, если окрасить стеклянную колбу лампы в черный цвет (правда, все равно останется свет от катода, но он, к счастью, довольно слабый).
Н. – Это любопытные, но в общем скорее полезные явления, так как они отводят электроны с сетки, тогда как другие электроны имеют тенденцию там остаться.
Л. – Но, Незнайкин, электроны остаются на сетке только при очень малом смещении. При нормальной работе с сетки уходит значительно больше электронов, чем поступает, и к тому же этот эффект усугубляется приходом на сетку положительных зарядов, приносимых ионами.
Н. – Откуда появляются ионы? Ведь в электронной лампе господствует вакуум, иначе говоря, пустота.
Л. – В нашем мире ничто, в том числе и вакуум, несовершенно. В лампе даже при хорошем вакууме остается очень большое количество молекул газа. Под воздействием электрического поля между катодом и анодом и особенно от ударов электронов молекулы газа ионизируются. В результате появляются положительные ионы, устремляющиеся к сетке и усиливающие эффект, создаваемый эмиссией электронов. Я должен сказать тебе, что создаваемый ионами ток значительно больше тока, возникающего вследствие ухода электронов.
|
|
|
Н. – Какое обилие причин возникновения сеточных токов! И тем более любопытно, что до сих пор они мне никогда не мешали.
Л. – Надеюсь, ты не думаешь, что сеточный ток расплавит выводы сетки? В обычной лампе (возьмем в качестве примера лампу с анодным током 4 ма) сеточный ток при отрицательном смещении находится на уровне 0,01 мка или еще меньше. На резисторе утечки 1 Мом (обычно следует ставить еще меньше) падение напряжения составит всего лишь 0,01 в, и ты не сможешь его заметить. Но если бы резистор утечки имел величину 100 или 1000 Мом, то сеточный ток превратился бы в катастрофу.
Н. – Что же тогда делать?
Электрометрическая лампа
Л. – Прежде всего мы можем использовать специальные лампы с особо глубоким вакуумом, работающие для снижения ионизации с анодным напряжением всего в несколько вольт. В качестве таких ламп часто используют тетроды, но в отличие от обычных ламп роль управляющей сетки выполняет наиболее удаленная от катода сетка. Первая отталкивает ионы, потому что на ней создают небольшой положительный потенциал.
|
|
|
Впрочем, когда я говорил «катод», я должен был сказать «прямонакальный катод», ибо обычно эти лампы бывают с прямым накалом, благодаря чему удается избежать нагрева сетки. Такова конструкция электрометрических ламп, т. е. ламп, позволяющих производить измерение электрических напряжений без потребления энергии.
Н. – Так вот, наконец, что представляют собой эти знаменитые электрометрические лампы, позволяющие пользоваться резисторами утечки с большим сопротивлением. Каковы их характеристики?
Л. – В некоторых моделях удалось снизить сеточные токи примерно до 10‑15 а, т. е. до одной миллиардной доли микроампера. Но я должен тебе сказать, что прекрасные результаты можно получить и с обычными лампами, если их несколько меньше нагревать, чтобы снизить температуру сетки, и работать с небольшим анодным током. Таким способом можно легко добиться сеточного тока меньше 10‑11 а. И, наконец, стоит сказать об очень любопытном способе получения высокого входного сопротивления – использовании метода перевернутого (обращенного) триода.
Н. – Ты ставишь его ножками вверх?
Л. – Нет, я ставлю его в схему, изображенную на рис. 46. Да, я понимаю твой ужас. Управляющее напряжение подводится отрицательным полюсом к аноду, сеточный ток служит выходным, а на сетку подается положительный потенциал +U . Чем выше отрицательный потенциал анода, тем больше мешает он электронам попасть на положительную сетку, отражая их к катоду. Положительная сетка мешает ионам достичь анода, последний, будучи холодным, не испускает электронов. Таким образом удается получить псевдотриод с чудовищным входным сопротивлением.
Рис. 46. Обращенный триод. Отрицательный анод отталкивает электроны и таким образом снижает сеточный ток ig . Это – электрометрическая схема.
Н. – А его псевдохарактеристики похожи на характеристики обычного хорошего триода?
Л. – Этого только не хватало! Его характеристики похожи на характеристики электрометрического триода, иначе говоря: очень маленькая крутизна (в среднем 0,1 ма/в); малое внутреннее сопротивление (например, 2 ком); низкий коэффициент усиления (0,2).
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 244; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!