Электронная лампа Советский патент 1991 года по МПК H01J21/00 

Изобретение 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, выполненное 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 (rj) по анодной цепи; малое значение остаточного напряжения анода (Vocr); малое значение отношения мощности, рассеиваемой на аноде

в режиме молчания Рао, к максимальному значению Рк колебательной мощности (Рао/Рк) и мал-bie габаритные размеры.

Так, например, наилучший известный тип тетрода с бипотенциальным катодом отличается малыми габаритными размерами, пониженным значением параметра Рао/Рк 0.65-0,7, но обеспечивает уровень нелинейных искажений всего лишь минус 31 дб, VcpcT (450-500) в и ; 55%.

Между тем достижение указанного комплекса параметров (высокое значение rj . малые значения VOCT, нелинейных искажений, Рао/Рк 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

аппаратурь 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 эмигрирующими 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 иуправляющей сеткой в пределах 0,02-0,2, отношение расстояния между управляющей и экранной сетками х 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.З - сравнительные динамические анодно-сеточные характеристики.

Электронная лампа, показанная на фиг.1, включает в себя бипотенциальнь1й 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 В 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,

обраи;енные к катоду 1. образуют торцевые поверхности 14 и ребер 11.

На бипотенциальном катоде 1 предусмотрены неэмиттирующие кольцевь1е 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: m - ширина неэмиттирующих участков катода, а - расстояние от эмиттирукзщих участков до неэмиттирующих участков или глубина профиля катода; xgik расстояние от эмиттирующих участков до

управляющей сетки; b - ортогональная проекция поперечного сечения стержня управляющей сетки на неэмиттирующий участок; Pi - шаг стержней управляющей сетки; xgig2 - расстояние между управляющей и

экранной сетками; хдаа - расстояние между экранной сеткой и торцевой поверхностью ребер камер анода; Xkg2 - расстояние между эмиттирующими участками катода и экранной сетки; 17 - электронный поток.

Междуэлектродные расстояния xgik, xg.ig2, xg2a, xkg2 - горячие, т.е. соответствуют расстояниям электродами в электронной лампе в процессе ее работы. На фиг.З представлены сравнительные

динамические анодносеточные характеристики генераторных тетродов с бипотенциальным катодом в нормированном виде; 18 xgiK

0,45 и невысокой стедля случая

Р1

пени подавления вторично-эмиссионного обмена между экранной сеткой и анодом; 19 - для электронной лампы, выполненной в соответствии с изобретением; 20 - теоретическая неискажающая характеристика.

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

0,45; 1,0; - 1,0:2,0; 0,02:0.,9:1.4; xk92 n -ПК -°2-° 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 Рао/Рк и VOCT: 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,,45:1.0 обусХу1КРловливает степень равномерности электрического поля у катода, достаточную для достижения уровня нелинейных искажений порядка минус (40-45) дб во всем диапазоне изменения входного сигнала (Рк 0-Рктах) .. РЭо 0.6-0,7. 0,9 равномерность При выборе электрического поля у поверхности катода за счет неидентичного проникновения потенциала экранной сетки в прикатодную область нарушается в такой степени, что уровень нелинейных искажений становится 2 0,6. Механизм хуже минус 40 дб и физических явлений, приводящих к ухудшению формы динамической анодно-сеточной характеристики, в данном случае идентичен случаю выбора -§- 0,45 и отражен на фиг.З (позиция 18). При выборе будет уменьшаться значение анодного тока без заметногоулучшения какого-либо из параметров лампы, что при заданном уровне колебательной мош,ности потребует увеличения ее габаритных размеров. Оптимальная степень фокусировки электронного потока в прикатодной области и технологичности изготовления ламп достигается при выборе отношений -т- 1,0 0,02-0,2. При выборе параметра -:- 1,0; во-первых, будет уменьшаться фокусирующее влияние неэмиттирующих участков катода, имеющее мейто - 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 необходимо 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 xgik 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 О обеспечивается эффективная фокусировка первичных электронов и уровень нелинейных искажений достигает значений порядка минус 45 дб. Однако целесообразно выбирать а не менее 0.02 xgik, 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 ABi, но и режим усиления класса АВ2. при этом будет обеспечиваться лучшее использование лдмпы по мощности. Важное значение имеет также то, что при ,- 0,02 обеспечивается меньший xgik 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 отноадо значений 0,1-0,2 ток покоя.

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

а

В связи с этим значение

целесоxgik

образно увеличивать более 0,2. Определенная степень подавления вторично-эмиссионного обмена между экранной сеткой и анодом, необходимая для достижения малого уровня нелинейных искажений при малых значениях VOCT 0,3 Vg2 обеспечивается при выборе в пределах 0,2-0,6.

При этом наилучшие результаты достигаются при наличии фокусирующих элементов 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. xkg2

в пределах 0,2-0,6 обесВыбор

хд2а

печивает практическое отсутствие объемного заряда в промежутке экранная :сетка-анод, а следовательно - полное про: 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 улавлива;ние вторичных электронов стенками камер, ;чем достигается высокая степень подавления динатронного эффекта анода, а следовательно, хорошее токораспределение в 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

,5-0,6 во всем диапазоне возможноPk

ГО изменения коэффициента использования лампы по анодному напряжению 0,80,95, т.е. включая область малых значений VOCT 0,3 Vg2, обеспечивающих КПЩ по анодной цепи ;; 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, электроннрго 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.З, существенное снижение удельного веса хвоста характеристики по сравнению с известными конструкциями

() и уменьшение степени функции, аппроксимирующей данный участок характеристики, чем достигается значительное приближение характеристики к виду неискажающей, - и малые значения уровня

„, рао

нелинейных искажении и -- .

Pk

Как видно из фиг.З, 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,

- 0,5-0,6 при уровне VOCT 100-150 в. Pk

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

фa.i ///////// /hy /ГКУК,

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА, содержащая бипотенциальный катод с'чередующи-' мися эмиттирующими и неэмитгирующими участками, управляющую и^экранную сетки из стержней, совмещенных, с неэмиттирую- щими 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 неэмит- тирующих 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.