Электронная лампа

Электронная лампа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА, содержащая бипотенциальный катод с'чередующи-' мися эмиттирующими и неэмитгирующими участками, управляющую и^экранную сетки из стержней, совмещенных, с неэмиттирующими участками, и камерный анод, камеры которого имеют глубину больше их ширины, отличанэщаяся тем, что, с целью снижения уровня нелинейных искажений и остаточного напряжения анода, электрических потерь в режиме молчания и габаритных размеров, отношение ширины неэмиттирующих участков к ортогональной проекции поперечного сечения стержня управляющей сетки на неэмиттирующий участок выбрано в пределах 1,0-2,0 отношение глубины профиля катода к расстоянию между змиттирующими участками и управляющей сеткой - в пределах 0,02-0,2, отношение расстояния между управляющей и экранной сетками к расстоянию между управляющей сеткой и эмиттирующими участками - в пределах 0,9-1.4, отношение расстояния между эмиттирующими участками катода и экранной сеткой к расстоянию между экранной сеткой и торцевой поверхностью ребер камеры -^ в пределах 0,2-0,6.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 J 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Д

О

Ql

О ()

ОО (21) 1821338/25 (22) 16.08.72 (46) 30.10.91. Бюл. ¹ 40 (72) В,А.Клевцов, P.Ë.Ñåìåíîâ и Г.Ф.Белов (53) 621.385.44(088.8) (54)(57) ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА, содержащая бипотенциальный катод с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками, управляющую и экранную сетки из стержней, совмещенных. с неэмиттирующими участками, и камерный анод, камеры которого имеют глубину больше их ширины, о т л и ч а io щ а я с я тем, что, с целью снижения уровня нелинейных искажений и остаточного напряжения анода, электрических потерь в режиме молчания и габаритИзобретение относится к конструированию электронных ламп с малым уровнем нелинейных искажений.

Известны электронные лампы, в частности тетроды, имеющие бипотенциальный катод с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками; управляющую и экранную сетки, выполненные из стержней, совмещенных с неэмиттирующими участками катода, и анод.

Указанный тип конструкции электронных ламп принципиально позволяет достигнуть малого уровня нелинейных искажений.

Однако в известных электронных лампах данного типа малый уровень нелинейных искажений не обеспечивается в комплексе с такими важнейшими параметрами, как высокое значение КПД (g) по анодной цепи; малое значение остаточного напряжения анода (Чс,ст); малое значение отношения мощности, рассеиваемой на аноде,!Ж „495968 А1 ных размеров, отношение ширины неэмиттирующих участков к ортогональной проекции поперечного сечения стержня управляющей сетки на неэмиттирующий участок выбрано в пределах 1,0 — 2,0 отношение глубины профиля катода к расстоянию между эмиттирующими участками и управляющей сеткой — в пределах 0,02 — 0,2, отношение расстояния между управляющей и экранной сетками к расстоянию между управляющей сеткой и эмиттирующими участками — в пределах 0,9-1,4, отношение расстояния между эмиттирующими участками катода и экранной сеткой к расстоянию между экранной сеткой и торцевой поверхностью ребер камеры - в пределах 0,2-0,6. в режиме молчания Р 0, к максимальному значению Р» колебательной мощности (Р 0/Р») и малые габаритные размеры.

Так, например, наилучший известный тип тетрода с бипотенциальным катодом отличается малыми габаритными размерами, пониженным значением параметра Рао/P» =

0,65 — 0,7, но обеспечивает уровень нелинейных искажений всего лишь минус 31 дб, биост = (450 — 500) в и т/ = 55%.

Между тем достижение указанного комплекса параметров (высокое значение ц, малые значения Част, нелинейных искажений, Pgp/P» и габаритных размеров), например в генераторных лампах, предназначенных для усиления однополосного сигнала в. радиотехнических устройствах с резонансным усилением, и в усилителях распределенного усиления, является необходимым условием для дальнейшего совершенствования радиопередающей

495968

30

55 аппаратуры данного типа. При этом позиции электронных ламп по сравнению с транзисторами на данном уровне мощности становятся более прочными.

Цель изобретения — снижение уровня нелинейных искажений, остаточного напряжения анода, электрических потерь в режиме молчания и габаритных размеров лампы, Поставленная цель достигается тем, что в электронной лампе, включающей катод с чередующимися эмиттирующими и неэмиттирующими участками, управляющую и экранную сетки, выполненные из стержней, совмещенных с неэмиттирующими участками, камерный анод, камеры которого имеют глубину больше их ширины, отношение ширины неэмиттирующих участков к ортогональной проекции поперечного сечения стержня управляющей сетки на неэмиттирующий участок выбрано в пределах 1,0-2,0, отношение глубины профиля катода к расстоянию между эмиттирующими участками и управляющей сеткой в пределах 0,02 — 0,2, отношение расстояния между управляющей и экранной сетками к расстоянию между управляющей сеткой и эмиттирующими участками в пределах 0 9 — 1,4, отношение расстояния между эмиттирующими участками катода и экранной сеткой к расстоянию между экранной сеткой и торцевой поверхностью ребер камеры — в пределах 0,2 — 0,6, Изобретение поясняется фиг.1 — 3.

На фиг.1 изображен частичный профильный разрез электронной лампы, выполненной в соответствии с изобретением; на фиг.2 представлено поперечное сечение

"ячейки" электронно-оптической системы, возможный вариант воплощения изобретения; на фиг.3 — сравнительные динамические анодно-сеточные характеристики.

Электронная лампа, показанная на фиг.1, включает B себя бипотенциальный катод 1 с чередующимися 2 и неэмиттирующими 3 участками, управляющую сетку 4, выполненную из стержней 5, экранную сетку. 6, выполненную из стержней 7, и камерный анод 8.

Внутри катода 1 размещен подогреватель 9. Электроды расположены коаксиально. На внутренней поверхности цилиндрического анода 8 расположены кольцевые камеры 10, образованные ребрами 11. Часть внутренней поверхности анода, расположенная между кольцевыми ребрами 11, образует дно 12 камер 10 и составляет активную поверхность анода 8.

Поверхности ребер 11, обращенные в каждую из камер 10, образуют боковые стенки

13. Узкие поверхности кольцевых ребер 11, обрас„енные к катоду 1, образуют торцевые поверхности 14 и ребер 11.

На бипотенциальном катоде 1 предусмотрены неэмиттирующие кольцевые пояски 15 и на стержнях 5 управляющей сетки

4 — кольцевые пояски 16, расположенные в местах нормальной проекции каждого ребра 11 анода.8 соответственно на катод 1 и на управляющую сетку 4 и служащие для направления электронного потока на дно 12 каждой камеры 10 анода 8.

На фиг.2 представлено схематично поперечное сечение "ячейки" электронно-оптической системы (возможный вариант воплощения изобретения), в которой управляющая сетка выполнена из стержней круглого сечения, а экранная сетка — из стержней прямоугольного сечения.

На фиг.2 использованы следующие обозначения: Al — ширина неэмиттирующих участков катода, а — расстояние от эмиттирующих участков до неэмиттирующих участков или глубина профиля катода; xg>k— расстояние от эмиттирующих участков до управляющей сетки; b — ортогональная проекция поперечного сечения стержня управляющей сетки на неэмиттирующий участок;

Р— шаг стержней управляющей сетки; х9192 — расстояние между управляющей и экранной сетками; xgza — расстояние между экранной сеткой и торцевой поверхностью ребер камер анода; Xkgz — расстояние между эмиттирующими участками катода и экранной сетки; 17 — электронный поток, Междуэлектродные расстояния xg>k, xg,1gz, хцга, хК9г — "горячие", т.е. соответствуют расстояниям между электродами в электронной лампе в процессе ее работы.

На фиг.3 представлены сравнительные динамические анодносеточные характеристики генераторных тетродов с бипотенциальным катодом в нормированном виде: 18 — для случая (0,45 и невысокой стеxg

"Хвост" характеристики для каждого случая обозначен; 18 — аЬ; 19 — cd, 20 — ef.

В соответствии с предложением для электронно-оптической системы генераторного тетрода с бипотенциальным катодом и камерным анодом выбраны следующие соотношения

xg>k m

p1 b

= 0,45: 1,0; — = 1,0 . 2.0;

495968

xg1k xg1k

= 0,02: 0,2. — =0,9: 1,4; — =0,2: 0,6

xkgg хЯга

В комплексе значения выбранных в соответствии с указанными пределами соотношений являются достаточными для обеспечения трех факторов, являющихся необходимыми для достижения малого уровня нелинейных искажений, параметра "0

Рао/Р» и биост, 1) определенной степени равномерности электрического поля у поверхности катода; 2) определенной степени фокусировки электронного потока в прикатодной области; 3) определенной степени подавления вторично-эмиссионного обмена между экранной сеткой и анодом. Выбор — =0,9: 1,4 при — =0,45: 1,0 обусх919г xg1k

xgk р ловливает степень равномерности электриче- 20 ского поля у катода, достаточную для достижения уровня нелинейных искажений порядка минус(40-45) дб во всем диапазоне изменения входного сигнала (Р» = 0-Ркеах) р30

25 и = 0,6-0,7.

Pk

При выборе < 0,9 равномерность

Х91яг х91к электрического поля у поверхности катода за счет неидентичного проникновения потенциала экранной сетки в прикатодную область нарушается в такой степени, что уровень нелинейных искажений становится . хуже минус 40 дб и > 0,6. Механизм 35

Pk физических явлений, приводящих к ухудшению формы динамической анодно-сеточной характеристики, в данном случае идентичен случаю выбора — < 0,45 и отражен на 40

xg1k

Р1 фиг.3 (позиция 18). При выборе — > 1,4 х919г

xg1k будет уменьшаться значение анодного тока без заметногоулучшения какого-либо из па- 45 раметров лампы, что при заданном уровне колебательной мошности потребует увЬличения ее габаритных размеров.

Оптимальная степень фокусировки электронного потока в прикатодной области 50 и технологичности изготовления ламп достигается при выборе отношений — = 1,0m

2,0 и = 0,02 — 0,2.

xg1k 55

При выборе параметра — < 1,0; во-nepm вых, будет уменьшаться фокусирующее влияние неэмиттирующих участков катода, имеющее место — за счет контактной разности потенциалов между неэмиттирующими и эмиттирующими участками, на электронные пучки ячеек электронно-оптической системы лампы, что приведет к ухудшению фокусировки первичных электронов, к перехвату их экранной сеткой и, в конечном счете — к ухудшению уровня нелинейных искажений, и, во-вторых, — к технологическим трудностям, связанным с совмещением стержней сеток и неэмиттирующих участков при монтаже лампы.

При выборе параметра — > 2,0 необхоm

b димо увеличивать габаритные размеры лампы, так как уменьшение рабочей поверхности катода (эмиттирующих участков) приводит к снижению уровня тока, отбираемого с катода.

Выбор отношения глубины профиля а катода к расстоянию между эмиттирующими участками и управляющей сеткой xg1k в пределах 0,02 — 0,2 продиктован следующими соображениями. В генераторных лампах с оксидным катодом объемный заряд находится на расстоянии до 25 мк от эмиттирующей поверхности. Установлено, что при использовании оксидного бипотенциального катода в генераторных тетродах уже при а = 0 обеспечивается эффективная фокусировка первичных электронов и уровень нелинейных искажений достигает значений порядка минус 45 дб. Однако целесообразно выбирать а не менее 0,02 xg1k, так как при этом обеспечивается большая степень подавления эмиссии из подвитковых участков и фокусировки первичного электронного потока, а следовательно, меньше уровни токов управляющей и экранной сеток.

Меньший уровень тока управляющей сетки позволяет использовать в качестве режима линейного усиления мощности не только режим усиления класса АВ1, но и режим усиления класса АВг, пр!п этом будет обеспечиваться лучшее использование лампы Ro мощности.

Важное значение имеет также то, что при — > 0,02 обеспечивается меньший а

xg1k уровень мощности, рассеиваемой на аноде в режиме молчания, так как оптимальная

"рабочая точка" лампы, соответствующая минимальным значениям комбинационных составляющих третьего и пятого порядков, характеризующих уровень нелинейных искажений, смещается при этом в область больших значений смещения, т.е. меньших значений тока покоя. При увеличении отношения к до значений 0,1-0,2 ток покоя, а х91

495968 соответствующий оптимальнрй "рабочей точке", уменьшается, однако при этом "запирающее" влияние неэмиттирущих участков на эмиттирующие участки увеличивается — и анодный ток уменьшает- 5 ся, т.е. для обеспечения заданного уровня анодного тока или колебательной мощности необходимо увеличить габаритные размеры лампы.

В связи с этим значение к целесоа 10

xg> образно увеличивать более 0,2. Определенная степень подавления вторично-эмиссионного обмена междуэкранной сеткой и анодом, не. обходимая для достижения малого уровня 15 нелинейных искажений при малых значениях Чоот = 0,3 Vga обеспечивается при выборе в пределах 0,2 — 0,6, При этом наилучшие результаты достигаются при наличии фокусирующих элемен- 20 тов на управляющей сетке и/или неэмиттирующих зон на катоде, расположенных в местах нормальной проекции каждого ребра камер анода, и выбором глубины каждой камеры анода., большей их ширины..25 хкя2

Выбор в пределах 0,2 — 0,6 обесxgga печивает практическое отсутствие объемного заряда в промежутке "экранная сетка-анод", а следовательно — полное про- 30 хождение первичного электронного потока в камеры анода. Указанные конструктивные особенности электронно-оптической системы лампы обеспечивают практически полное прохождение первичного электронного потока на дно каждой из камер и улавливание вторичных электронов стенками камер, чем достигается высокая степень подавления динатронного эффекта анода, а следовательно, хорошее токораспределение в 40 лампе по экранной сетке и малый уровень динатронного эффекта экранной сетки.

Данное обстоятельство позволяет достигнуть малого уровня нелинейных искажений (порядка минус 40 — 45 дб) и рао

=0,5 — 0,6 во всем диапазоне возможноPk

ro изменения коэффициента использования лампы по анодному напряжению g = C,B—

0,95, т.е. включая область малых значений

V0c = 0,3 Ч92, обеспечивающих КГ)Д по анодной цепи r порядка 70 .

При работе электронной лампы, выполненной в соответствии с изобретением, при любом уровне входного сигнала на управляющей сетке (Vg = 0-Vgmax) у поверхности катода создается равномерное электрическое поле, причем имеет место также фокусировка электронного потока в прикэтодной области, наиболее эффективно проявляющая себя при малых значениях действующего потенциала в плоскости управляющей сетки, т.е. в области "хвоста" характеристики,.

Результатом этого комплексного воздействия на электронный поток 17 является, как показано на фиг,3, существенное снижение удельного веса "хвоста" характеристики по сравнению с известными конструкциями (cd

Pk

Как видно из фиг,3, верхний участок характеристики (линейная часть) также улучшается за счет улучшения токораспределения по экранной сетке, и, таким образом, динамическая анодно-сеточная характеристика лампы приобретает форму, необходимую для достижения малого уровня нелинейных искажений и высоких энергетических показателей в режимах линейного усиления мощности.

На фиг.1 представлен возможный вариант выполнения изобретения, который характеризуется наличием элементов для направления электронного потока на дно камер на катоде и управляющей сетке, а также выполнением стержней управляющей сетки из проволоки круглого сечения и стержней экранной сетки из плющеной проволоки прямоугольного сечения, Однако возможно указанные элементы располагать только на катоде или только на управляющей сетке, а также выполнять стержни управляющей сетки с прямоугольным сечением.

Генераторные тетроды с допустимой мощностью рассеяния на аноде 600 вт, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают уровень нелинейных искажений минус 45 — 50 дб, paî

= 0,5-0,6 при уровне 4с = 100-150 в.

Pk

Габаритные размеры тетродов в 1,3 раза меньше габаритных размеров лучших зарубежных и отечественных приборов данного типа.

495968

N4F Р&лмуа.

Редактор Е,Гириинская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор G.Кундрик

Заказ 4631 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101