Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Электрод, используемый для управления потоком электронов в вакуумной трубке.
Electrode used to control electron flow within a vacuum tube
Контрольная сетка – это электрод, используемый в усилительных термоэлектронных лампах (вакуумных трубках), таких как триод, тетрод и пентод, для управления потоком электронов от катода к анодному (пластинчатому) электроду. Контрольная сетка обычно состоит из цилиндрического экрана или спирали из тонкой проволоки, окружающей катод, и, в свою очередь, окружена анодом. Контрольная сетка была изобретена Ли Де Форестом, который в 1906 году добавил сетку к клапану Флеминга (термионическому диоду), чтобы создать первую усиливающую вакуумную трубку – Audion (триод).
The control grid is an electrode used in amplifying thermionic valves (vacuum tubes) such as the triode, tetrode and pentode, used to control the flow of electrons from the cathode to the anode (plate) electrode. The control grid usually consists of a cylindrical screen or helix of fine wire surrounding the cathode, and is surrounded in turn by the anode. The control grid was invented by Lee De Forest, who in 1906 added a grid to the Fleming valve (thermionic diode) to create the first amplifying vacuum tube, the Audion (triode).
Операция
В вакуумной лампе горячий катод излучает отрицательно заряженные электроны, которые притягиваются и захватываются анодом, на который подается положительное напряжение от источника питания. Управляющая сетка между катодом и анодом функционирует как "затвор", регулирующий поток электронов, достигающих анода. Более отрицательное напряжение на сетке отталкивает электроны обратно к катоду, в результате чего к аноду достигает меньше электронов. Менее отрицательное или положительное напряжение на сетке позволяет большему количеству электронов проходить, увеличивая анодный ток. Любое изменение напряжения на сетке вызывает пропорциональное изменение анодного тока, поэтому, если на сетку подается изменяющееся во времени напряжение, форма сигнала анодного тока будет копией приложенного напряжения на сетке. Относительно небольшое изменение напряжения на управляющей сетке вызывает значительно большее изменение анодного тока. Присутствие резистора в анодной цепи приводит к значительному изменению напряжения на аноде. Изменение напряжения на аноде может быть намного больше, чем изменение напряжения на сетке, которое его вызвало, и таким образом лампа может усиливать сигнал, функционируя как усилитель.
In a valve, the hot cathode emits negatively charged electrons, which are attracted to and captured by the anode, which is given a positive voltage by a power supply. The control grid between the cathode and anode functions as a "gate" to control the current of electrons reaching the anode. A more negative voltage on the grid will repel the electrons back toward the cathode so fewer get through to the anode. A less negative, or positive, voltage on the grid will allow more electrons through, increasing the anode current. A given change in grid voltage causes a proportional change in plate current, so if a time varying voltage is applied to the grid, the plate current waveform will be a copy of the applied grid voltage. A relatively small variation in voltage on the control grid causes a significantly large variation in anode current. The presence of a resistor in the anode circuit causes a large variation in voltage to appear at the anode. The variation in anode voltage can be much larger than the variation in grid voltage which caused it, and thus the tube can amplify, functioning as an amplifier.
Строительство
Решетка в первом триодном клапане состояла из зигзагообразного куска проволоки, расположенного между нитью накала и анодом. Вскоре это развилось в спираль или цилиндрический экран из тонкой проволоки, помещенный между одиночной нитью накала (или, позднее, цилиндрическим катодом) и цилиндрическим анодом. Решетка обычно изготавливается из очень тонкой проволоки, способной выдерживать высокие температуры и не склонной к эмиссии электронов. Часто используется сплав молибдена с золотым покрытием. Она наматывается на мягкие медные боковые стойки, которые обжимаются поверх обмотки решетки для ее фиксации. Конструкция решетки на каркасе, появившаяся в 1950-х годах, предполагает намотку очень тонкой проволоки на жесткий штампованный металлический каркас. Это обеспечивает соблюдение очень малых допусков, позволяя разместить решетку ближе к нити накала (или катоду).
The grid in the first triode valve consisted of a zig zag piece of wire placed between the filament and the anode. This quickly evolved into a helix or cylindrical screen of fine wire placed between a single strand filament (or later, a cylindrical cathode) and a cylindrical anode. The grid is usually made of a very thin wire that can resist high temperatures and is not prone to emitting electrons itself. Molybdenum alloy with a gold plating is frequently used. It is wound on soft copper sideposts, which are swaged over the grid windings to hold them in place. A 1950s variation is the frame grid, which winds very fine wire onto a rigid stamped metal frame. This allows the holding of very close tolerances, so the grid can be placed closer to the filament (or cathode).
Влияние положения на сетке
Если расположить управляющую сетку ближе к нити/катоду относительно анода, достигается большее усиление. Степень этого усиления в технических характеристиках лампы называется коэффициентом усиления, или "mu". Это также приводит к увеличению крутизны характеристики, которая является мерой изменения анодного тока при изменении напряжения на сетке. Коэффициент шума лампы обратно пропорционален её крутизне характеристики; более высокая крутизна характеристики обычно означает меньший коэффициент шума. Низкий уровень шума может быть очень важен при проектировании радио- или телевизионного приемника.
By placing the control grid closer to the filament/cathode relative to the anode, a greater amplification results. This degree of amplification is referred to in valve data sheets as the amplification factor, or "mu". It also results in higher transconductance, which is a measure of the anode current change versus grid voltage change. The noise figure of a valve is inversely proportional to its transconductance; higher transconductance generally means lower noise figure. Lower noise can be very important when designing a radio or television receiver.
Многократные системы управления
Лампа может содержать более одной управляющей сетки. Гексод содержит две такие сетки, одну для принимаемого сигнала и одну для сигнала от местного осциллятора. Внутренняя нелинейность лампы приводит к появлению в анодной цепи не только обоих исходных сигналов, но и суммы и разности этих сигналов. Это может быть использовано в качестве преобразователя частоты в супергетеродинных приемниках.
A valve can contain more than one control grid. The hexode contains two such grids, one for a received signal and one for the signal from a local oscillator. The valve's inherent non linearity causes not only both original signals to appear in the anode circuit, but also the sum and difference of those signals. This can be exploited as a frequency changer in superheterodyne receivers.
Вариации сетки
Вариант конструкции управляющей сетки – создание спирали с переменным шагом. Это придает результирующему клапану выраженную нелинейную характеристику. Это часто используется в радиочастотных усилителях, где изменение смещения сетки изменяет крутизну и, следовательно, усиление прибора. Эта модификация обычно встречается в пентодном исполнении клапана, где она называется пентодом с переменной крутизной или пентодом с удаленным отсечением. Одним из основных ограничений триодного клапана является значительная емкость между сеткой и анодом (Cag). Феномен, известный как эффект Миллера, приводит к тому, что входная емкость усилителя является произведением Cag и коэффициента усиления клапана. Это, а также нестабильность усилителя с согласованными входом и выходом при большом Cag, может серьезно ограничить верхнюю рабочую частоту. Эти эффекты можно преодолеть добавлением экранной сетки, однако в последние годы эры электронных ламп были разработаны конструктивные решения, позволившие снизить эту "паразитарную емкость" настолько, что стало возможным использование триодов в верхнем диапазоне ультравысоких частот (VHF). Mullard EC91 работал на частотах до 250 МГц. В технической документации производителя указана анодная емкость EC91 в 2,5 пФ, что выше, чем у многих других триодов того времени, в то время как у многих триодов 1920-х годов показатели были сопоставимы, поэтому прогресса в этой области не было достигнуто. Однако ранние тетроды с экранной сеткой 1920-х годов имели Cag всего 1 или 2 фФ, примерно в тысячу раз меньше. "Современные" пентоды имеют сопоставимые значения Cag. Триоды использовались в усилителях VHF в схеме с "заземленной сеткой", которая предотвращает обратную связь по Миллеру.
A variation of the control grid is to produce the helix with a variable pitch. This gives the resultant valve a distinct non linear characteristic. This is often exploited in R. F. amplifiers where an alteration of the grid bias changes the mutual conductance and hence the gain of the device. This variation usually appears in the pentode form of the valve, where it is then called a variable mu pentode or remote cutoff pentode. One of the principal limitations of the triode valve is that there is considerable capacitance between the grid and the anode (Cag). A phenomenon known as the Miller Effect causes the input capacitance of an amplifier to be the product of Cag and amplification factor of the valve. This, and the instability of an amplifier with tuned input and output when Cag is large can severely limit the upper operating frequency. These effects can be overcome by the addition of a screen grid, however in the later years of the tube era, constructional techniques were developed that rendered this 'parasitic capacitance' so low that triodes operating in the upper very high frequency (VHF) bands became possible. The Mullard EC91 operated at up to 250 MHz. The anode grid capacitance of the EC91 is quoted in manufacturer's literature as 2.5 pF, which is higher than many other triodes of the era, while many triodes of the 1920s had figures which are strictly comparable, so there was no advance in this area. However, early screen grid tetrodes of the 1920s, have Cag of only 1 or 2 fF, around a thousand times less. 'Modern' pentodes have comparable values of Cag. Triodes were used in VHF amplifiers in 'grounded grid' configuration, a circuit arrangement which prevents Miller feedback.