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电子管的结构和工作原理与特点
 
文章编号:
100830130813
文章分类: 电路 电子元件
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关 键 词: 电子管
文章来源:
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摘 要:
电子管的持征是具有密封的玻璃(或金属等)管壳,内部的电子在真空状态下工作。它具有耐压高、耐过载、耐辐射、受环境温度影响小等优点...

  电于管历史悠久,从问世至今已有—百多年的发展史。电子管的持征是具有密封的玻璃(或金属等)管壳,内部的电子在真空状态下工作。它具有耐压高、耐过载、耐辐射、受环境温度影响小等优点。

  虽然有些电子管已逐步被半导体器件所淘汰.但它的某些优良特性仍是目前的半导体所难以匹敌的,因此,电子管至今仍有很多应用,它在电子技术中还占有一定的地位。

电子管的结构和工作原理

  电子管主要由灯丝、阴极、栅极、阳极、金属件(如吊丝、弹簧、引出线、管针、支杆)和消气剂、云母片、玻璃壳等部分组成。

  阴极:阴极的作用是发射电子。它的结构有两种形式:一种是直热式,在灯丝上徐上一层氧化钡或氧化锈等氧化物,以增强电子发射能力.灯丝就是阴极,直接接通电源。另一种是旁热式,在灯丝外面套上一个涂有同样氧化物的金属套管作阴极,直热式和旁热式的阴极如图1所示。灯丝接通电源,从而使阴极受热而发射电子。直热式阴极较旁热式阴极经济,而且预热时间短。旁热式阴极优点是机械强度高,而且可以用交流电加热。对灯丝的材料除要求能耐高温外,还要求化学性能稳定,蒸发少,因此常用钨丝做灯丝,用镍等作套管。

图1 电子管阴极

  栅极:栅极的作用是控制从阴极发射到阳极的电子流。栅极是用一种较细的金属丝、绕在两个支架杆上构成网栅状。有如栅栏,所以叫栅极,如图2所示。其中散热片是为了降低栅极温度,云母片用来固定各电极。用作栅极的材料,要求有较高的机械强度,不易变形,熔点高,蒸发少,化学性能稳定,容易导热等等。符合上述要求的材料有镍、钼、钨及其合金,最常用的是钼丝。

图2 电子管的栅极

  阳极:阳极又称板极或屏极,它的任务是接收阴极发射来的电子而获得阳极电流。为了更好地把阴极发射的电子接收下来,常把阳极做成扁圆形,包围着阴极。如图3所示。由于受阴极的热辐射,阳极温度很高,所以对阳极材料除要求有良好的导电性能及机械强度外,还要有良好的导热性能。通常阳极材料多用镍片,但也有用复铝铁皮。

图3 电子管的阳极

  只有阴极和阳极的电子管称为二极管,在三极管的阳极和阴极之间加装几个电极(栅极)就成了多极管,如若加装一个电极就为三极管,加装两个电极成为四极管(常称为束射管),加装三个电极成为五极管。这些多极管的主要用途是收信放大、检波、振荡、变频、混频、调制、解调等。

1、三极管

  (1)三极管的放大作用

  三极管的电路符号如图4所示。栅极用符号g表示,栅极具有控制阳极电流ia的作用,由于栅极与阴极之间的距离较阳极与阴极间的距离近得多,所以栅极对阴极发射电子的影响也较阳极的影响大很多。即是说,栅极控制电子的能力要比阳极大得多。栅压ug有少量的变化,就能引起阳极电流ia发生较大的变化,这就是三极管具有放大作用的原因。

图4 电子三极管的电路符号

  (2)三极管的参数

  ①跨导。跨导的定义是:在阳极电压ua保持不变时,栅压ug在其—工作点上变化一个增量△ug,将引起阳极流ia相应地变化—个增量△ia,比值△ua/△ig 称跨导,用符号S表示,即:

跨导具有电导的性质,其物理意义是:在阳压固定不变的条件下,当栅压变化1V时,阳流变化了多少毫安。它表明栅压控制阳流的能力。跨导越大,栅压控制阳记的能力就越强。电子管的跨导可以从已知的阳栅特性曲线簇上求出。特性曲线的不同部分的跨导值是不—祥的。曲线越陡(即斜率越大),跨导就越大。所以在特性曲线的直线部分,跨导最大,而且各点跨导差不多相同。因此,电子管手册中给出的跨导,都是指直线部分的跨导值。—般三极管的跨导值约为2~10(mA/V)。

  ②内阻。内阻的定义是:在栅压保持不变时,阳压ua在某—工作点上变化—个增量△ua,将引起阳流相应地变化一个增量△ia,比值△ua/△ia称为内阻,用符号Ri表示,即:

  

当ia为毫安,ua为伏时,则Ri为千欧。内阻的物理意义是:在栅压保持不变的条件下,阳流变化1mA,阳压需要变化多少伏。这表明了阳极对阳流的控制能力。内阻越小,阳压控制阳流的能力就越强。内阻也可以从阳极特性曲线上求出,由于电子管的阳极特性曲线不是直线,所以曲线上各点的内阻值也不相同,曲线越陡(即斜率越大)时,内阻越小,曲线越平直(即斜率越小)则内阻越大。—般三极管的内阻值为500Ω~100kΩ之间。

  ②放大系数。放大系数的定义是:阳压变化—个增量△ug,为了保持阳流ia不变,栅压ug必须相应地变化—个△ug,△ua与△ug比值的绝对值,称为放大系数,用符号μ表示,即

  

放大系数没有单位。它表明栅压对阳流的影响比阳压对阳流的影响大多少倍。—般三极管的放大系数在5~100之间。

  ④三个参数之间的关系。电子管的三个参数S、Ri和μ三者之间有—定的关系,这个关系可用下式求得:根据Ri的定义:Ri=△ua/△ia,因为增量△ua与△ia一定是同符号的,所以

  

又根据S的定义:S==△ia/△ug,增量△ia与△ug也是同符号的,所以

  

把Ri与S相乘可得

  

则μ可以写成:μ=RiS。这个方程称为电子管的内部方程。它表示电子管的三个参数之间的相互关系,即放大系数等于内阻与跨导的乘积。

2、四极管

  (1)四极管的结构特点

  束射四极管主要用作功率放大。它和三极管所不同的是多了一个叫做帘栅极g2和束射屏。其电路符如图5所示。

图5 电子四极管电路符号

  束射管是利用帘栅极和阳极之间的空间电荷来克服二次电子转移的影响。为了做到这一点,就要求帘栅极和阳极之间有均匀而密集的电子流。因此,束射管在结构上必须采取措施。

  束射管的结构特点是:

  ①阴极做成矩形,有相当大的发射面积,阴极与栅极之间的间距也相当均匀。由阴极发射出来的电子流很大,而且也很均匀。

  ②栅极相帘栅极在单位长度上绕的圈数相等,层数对得很准,排列的位置也很整齐,从而形成对栅。这样,—方面可以减少帘栅极电流,从而减少帘栅极上的功率损耗和温度,增加流向阳极电子数目,使输出功率增大。另一方面实现电子流在栅丝间成束形射出,使帘栅极与阳极问获得密集而均匀的空间电荷,形成最低电位。

  ③帘栅极和阳极间的距离相当宽阔,使这个区域内的空间电荷增多。

  ④帘栅极和阳极之间的两侧装置了—对由金属片做成的束射屏,它和阴极连在一起。它的作用是防止阳极上的二次电子从各个栅极支柱的两侧绕道转移向帘栅极,使电子流更加集中地向中间密集发射。从而消除了二次电子转移产生负阻效应的影响。

  (2)四极管的用途

  束射四极管的特点是当栅极上输入一个较小的电压,可以在阳极上得到较大的输出功串Po,而且工作在特性曲线较宽的水平部分上,失真小,耗电少,因此用于甲类或乙类音频功率放大,能保证有足够的音量。所以四极管常常作为功率放大级,以推动扬声器。

  除了以上介绍的电子管外,还有五极管和七极管、孪生电子管和复合电子管,这里就不详述了。 

 
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