Сдвоенная высокочастотная электронная лампа Советский патент 1942 года по МПК H01J21/20 

В современных радиопередающих устройствах, обычно являющихся многокаскадными, преимущественно применяются двухтактные схемы, которые имеют ряд существенных преимуществ перед обычными однотактными. Для двухтактных схем необходимо иметь в каждом каскаде две лампы, которые соединяются между собой довольно длинными проводниками, обладающими индуктивностью.

Современные генераторные лампы, применяемые в каскадах радиопередатчиков, за исключением каскада задающего генератора, являются многосеточными с экранирующей и антидинатронной сетками. Такие лампы упрощают и уменьшают размеры радиоустройства.

При работе на ультракоротковолновом диапазоне возникают больщие трудности при усилении мощности. Эти трудности обусловливаются такими явлениями, как обратная связь и прямое прохождение колебательной энергии через междуэлектродные емкости электронной лампы. Экранирующее действие соответствующих электродов в ультракоротковолновом диапазоне менее эффективно из-за наличия индуктивности выводов. Емкостной ток высокой частоты, проходя по этим выводам, вызывает на них падение напряжения, вследствие чего потенциал экранирующего электрода будет иметь переменную составляющую.

В силу последнего обстоятельства экранирующее действие электрода снижается, и между анодом и управляющей сеткой усиливается паразитная связь, нарущающая нормальную работу радиопередающего устройства.

В самих генераторных лампах больщие трудности возникают при стремлении уменьщить индуктивность выводов, улучщить экранирующее действие соответствующих электродов и устранить явления проплавления или «просасывания стеклянного баллона, вызываемые повышенными диэлектрическими потерями или попаданием быстрых электродов на поверхность стекла. Последнее явление зачастую приводит к гибели лампы ультракоротковолнового диапазона. Явлению проплавления стеклянного баллона в значительной мере способствует

№ 62038

динатрснный эффект стекла, при котором электроны, бомбардирующие то или иное место на внутренней поверхности стеклянного баллона, выбивают оттуда вторичные электроны, которые, вылетая, уносят с собой отрицательный заряд и тем самым (при динатронном коэффициенте, большем единицы) повышают потенциал места бомбардировки. Последнее же приводит к усилению и концентрированию электронной бомбардировки и, следовательно, к повышению удельной мощности, выделяющейся на стекле.

Следующей, не менее серьезной трудностью, относящейся к двухтактным лампам, является устранение перелета электронов из одной системы в соседнюю. Такой перелет может иметь место в том случае, когда на одном аноде имеется остаточное напряжение, а на другом - максимальное напряжение или близкое к нему. Потенциалы анодов в двухтактных схемах расходятся по фазе на 180°, а поэтому в сдвоенных системах с общей экранирующей сеткой и двумя отдельными катодами такой перелет электронов при некоторых условиях вполне возможен.

Часть электронов из катода первой системы, пройдя через ее управляющую сетку и общие экранирующие и антидинатронную сетки, устремляется к аноду второй системы.

Неприятности, связанные с указанным перелетом электронов, заключаются в том, что эти электроны с больщой скоростью, соответствующей потенциалу второго анода, ударяются о последний и выделяют на нем дополнительную мощность. Следствием этого являются снижение полезной мощности, дополнительное нагревание анода и уменьшение коэффициента полезного действия.

В предлагаемой сдвоенной высокочастотной электронной лампе, состоящей из двух систем, имеющих отдельные катоды, аноды, управляющие, экранирующие и антидинатронные электроды, указанные недостатки устранены.

Для ослабления влияния индуктивности выводов, находящихся внутри анодов, согласно изобретению, ближайшие к анодам электроды, например антидинатронные сетки, электрически соединены вместе при помощи симметрично расположенного дискового электрода. Дисковый электрод находится вне рабочего разрядного пространства. Этот электрод одновременно выполняет роль перемычки с ничтожно малой ;;iiдуктиШСстью и электростатического экрана, экранирующего аноды от управляющ.их электродов, например, управляюн1,их сеток. От центра лкскоЕСго электрода сделан один общий вывод, симметрично расположенный в отнсщении двух систем сдвоенной лампы.

Крслте того, предлагаемая лампа имеет еще ряд конструктивных особенностей.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 -16 изображена нредлагаемая лампа и ее детали в нескольких вариантах.

На фиг. 1 показана в перспективе сдвоенная электронная лампа, состоящая из двух систем, каждая из которых может представлять нентод. Система имеет свой отдельный катод, управляющую, экранирующую, антидннатронную сетк) и анод. Характерным для этой сдвоенной электронной лампы является наличие находящегося вне анодов / и 2 обн1,его дискового электрода 3, одновременно играющего роль силтметричной токонроводящей перемычки с ничтожной индуктивностью (благод ;ря большому периметру сечения) и электростатического экрана, находящегося вне рабочего разрядного пространства. Этот электрод электрически присоединен к двум одноименным рабочим электродам, ближайшим к анодам. Из его центра наружу сделай один общий вывод и диаметр этого электрода сделан близким к внутреннему диаметру баллона 5.

На фиг. 2, 3 показаны два варианта лампы в поперечном разрезе (с теми же обозначениями).

В силу того обстоятельства, что емкостные высокочастотные токи в двух симметричных системах при двухтактной схеме расходятся по фазе на 180°, эти токи в общем выводе дадут результирующую высокочастотной соста вляющей, равную нулю. Таким образом, индуктивность общей части вывода не будет иметь значения, -что упрощает конструирование аппаратуры.

Другой характерной особенностью описываемого электрода является наличие у него ребра 6 (закраины) цилиндрической формы, направленного к анодам (фиг. I, 5, 6). Высота Н этого ребра взята такой, чтобы заэкранировать стекло баллона от высокочастотного поля анодов. При такой закраине на баллон лампы весьма рационально надевать внеЩНий электростатический экран 7 той или иной формы, например, как это показано на фиг. 4 и 5, где схематично изображен продольный разрез лампы.

Этот экран располагается ниже верхнего края ребра 6, вследствие чего линии электрического поля (показаны пунктиром), идущие из анода, практически не будут пересекать стекла баллона за указанным ребром.

Стекло в данном случае будет разгружено от диэлектрических потерь. Если бы не было вакраи-н, то в местах 8 (фиг. 4) диэлектрические потери были особенно велики, так как внещний экран находится под нулевым потенциалом, а аноды под больщим высокочастотным потенциалом.

Дальнейщим развитием настоящего изобретения является переход к системам с еще меньшей индуктивностью выводов экранирующих электродов (сеток). Такие системы имеют смысл при дальнейщем укорочении длины волны. Схематичный вид сдвоенной .пампы, соответствующей этому варианту изобретения, показан на фиг. б. Здесь также имеются две системы с отдельными катодами, анодами /, 2 и сегками, причем в этом случае аноды с внутренней стороны имеют продольные прорези, через которые проходит продольная токопроводящая (с ничтожной индуктивностью) перемычка 9, соединяющая вдоль два электрода 10 и 11, ближайщие к анодам, находящимся внутри них. Такое соединение эффективно даже для длин волн ниже 5-6 метров, когда уже начинают заметно сказываться распределенные индуктивности самих электродов (экранирующей и антидинатронной сеток).

Продольная Перемычка электрически надежно соединяется с нижним дисковым электродом 3.

На фиг. 7 схематично показан продольный разрез лампы. Обозначения деталей на фиг., 6 и 7 те же, что и на остальных.

На фигурах 8, 9, 10 и 11 показаны поперечные разрезы различных вариантов предлагаемой лампы. Пунктирными линиями на этих фигурах изображены сетки лампы (антидинатронные, экранирующие, управляющие).

Продольная перемычка 9 одновременно является экраном, препятствующим электронам, вылетающим из катода первой системы, попадать на анод второй системы. Для усиления эффективности действия такого экрана катод каждой системы рационально делать из двух одинаковых частей 12 и 13, симметрично расположенных в отнощении продольной прорези в аноде; причем это расположение должно быть

- 3 -№ 62038

№ 62038

таково, чтобы эммитирующие части катода не были расположены непосредственно против продольной прорези. Примерное расположение частей катода изображено на фиг. 8, 9, 10, 11 и 12.

Для еще большей эффективности экрана-перегородки следует делать на ней ребра 14, расположенные против продольных прорезей, подобно тому, как это показано на фиг. 6, 9 и 12. Эти ребра применяются для улавливания отраженных и рассеянных электронов. Указанные ребра -могут быть расположены как вне, так и внутри анодов (ребра 15 на фигурах 10 и И).

Конструкция предлагаемой лампы удобна в изготовлении.

На ножке накала монтируются обе части лампы, состоящие из катодов, сеток и продольной перегородки. На эту часть конструкции легко надеваются аиоды, выводы из которых делаются вверх.

Для скрепления сеток может быть использована высокочастотная вакуумная керамика (не показанная на фигурах).

Аноды и сетки лампы могут иметь прямоугольную или .цилиндрическую форму. Предпочтительнее иметь сетки прямоугольной («плоской) формы, при которой можно 1получить большее значение крутизны характеристики. Что касается катода, то его имеет смысл делать проволочным прямого накала или подогревным прямоугольной формы.

Снаружи анод необходимо снабдить ребрами 16, что обеспечит снижение его рабочей температуры при заданной Мощности, рассеиваемой анодом (фиг. 9, 10, 11 и 12). Кроме того, соответствующим расположением ребер 17 на внутренней стороне анодов можно увеличить препятствие для электронов, пролетающих сквозь продольные прорези анодов, с тем, чтобы эти электроны не могли попасть ни на противоположный анод, ни на внутреннюю поверхность баллона.

Кроме электрода, ближайшего к аноду (антидинатронной сетки), заметное влияние на явления обратной связи и прямого прохождения может иметь и экранирующая сетка. Для нее также важно иметь возможно меньшую индуктивность выводов. В практических устройствах эта сетка, так же как и антидинатронная, при помощи конденсатора блокируется на землю с тем, чтобы потенциал по высокой частоте на ней был равен нулю. Эта задача может быть решена так, как это показано на фиг. 6 и 7. Под дисковым электродом (с закраиной), присоединенным к антидинатронной сетке, помещается другой дисковый электрод 18, примерно таких же размеров, на возможно меньшем расстоянци от первого. Емкость между этими электродами используется в качестве блокирующей. Вследствие большого периметра сечения, индуктивность такого дискового электрода ничтожна, в силу чего он хорошо выполняет роль перемычки между экранирующими сетками двух систем предлагаемой лампы. Снабжение электрода 18 закраиной в виде ребра цилиндрической формы улучшает его экранирующее действие и, кроме того, делает конструкцию более жесткой.

На фиг. 12 приведен еще один вариант предлагаемой лампы. От разобранных он отличается тем, что в нем уделено особое внимание экранирующей сетке пентода.

В конструкции лампы данного варианта приняты меры к уменьшению индуктивности выводов экранирующих сеток. Кроме того, приняты меры для костной блокировки этих сеток внутри лампы.

Сущность нового варианта заключается в том, что ближайшие к аноду сетки сделаны разрезными. Они снабжены продольными прорезями 19, расположенными против продольных прорезей 20 в анодах / и 2. Края этих прорезей двух систем при помощи продольных пластинчатых перемычек 21 и 22 (преимущественно сплошных) соответственно соединены с антидинатронными сетками.

Между перемычками 21 и 22 пропущена перемычка 23, соединяющая две экранирующие сетки 24 и 25. От этой перемычки наружу сделан вывод.

Расстояние между перемычками 21, 22 и 23, а также ллощадь их взяты такими, чтобы образованная между ними емкость была достаточна для удовлетворительного блокирующего действия в ультракоротковол-новом диапазоне.. Это делается с той целью, чтобы потенциал по ВЫСОКОЙ частоте для антидинатронных и экраиирующих сеток был близок к нулевому значению.

Следует отметить, что наружные перемычки 21 и 22 являются электрическими экранами По отношению к внутренней перемычке 23. Это очень важно, так как изменение потенциала на экранирующей сетке сильно сказывается на смещении характеристик лампы.

Изготовление разрезной сетки с продольной прорезью не составляет больщой сложности. Для этой цели из проволоки изготовляется каркас 26 (фиг. 13), имеющий две дополнительные траверсы 27 и 28, расположенные параллельно продольной прорези 30. Далее наматы,вается проволока 29 и приваривается методом электросварки. После этого между указанными дополнительными траверсами выстригаются части витков.

На фиг. 14 схематично показан поперечный разрез сдвоенного пентода, а на фиг. 15 показан общий Вид лам-пы. Внутри баллона 5 помещены две системы электродов. Цифрами / и 2 обозначены два симметрично расположенных анода, изолированных один от другого. Внутри этих анодов полузакрытого вида находится одна общая антидинатронная сетка 31.

Внутри антидинатронной сетки находятся две симметрично расположенных экранирующих сетки 24 и 25. Внутри каждой из экранируюпАих сеток находится своя управляющая сетка 32 и, соответственно, 33. Внутри каждой управляющей сетки находится свой катод 35 и 36. Антидинатронная сетка 31 смонтирована на экране 3.

Экранирующие сетки соединены продольной перемычкой 23, обладающей ничтожной индуктивностью. Эта оеремычка может быть выполнена либо в виде сплошной металлической ленты, прикрепленной (приваренной) вдоль всей сетки, либо в виде отдельных полосок или проволок. Такая продольная перемычка применяется в особенности для устра1нения вредного влияния распределенной индуктивности сами.х экранирующих сеток (не говоря об индуктивности выводов). Эта перемычка расположена в одной плоскости с той плоскостью, в которой расположены катоды двух систем сдвоенного пентода. Благодаря такому расположению значительно уменьшается поток электронов, понадающих па эту перемычку, а следовательно, и ток экранирующей сетки.

Продольная перемычка 23 проходит сквозь прорезь в специальной, перегородке 34, расположенной В плоскости симметрии и проходящей через ось лампы. Часть этой перегородки находится внутри антидинатронной сетки, а часть-снаружи последней.

Перегородка может быть электрически соединена с катодом (тогда она будет под потенциалом катода, близким к нулю), или с аптидинатронной сеткой, потенциал которой обычно делается значительно меньще потенциала экранирующей сетки. Для более эффективного действия этой перегородки в отношении устранения перелета электронов из катода одной системы к аноду другой следует наружную часть перегородки сделать несколько выходящей из края анодов. Это необходимо

- 5 -№ 62038

№ 62038- 6 -

для устранения попадания электронов ,на стекло баллона через промежуток между перегородкой и краями анодов. В этом случае перегородка действует не только в качестве механического препятствия на пути электронов, но и электрически; в силу присутствия перегородки с «изким потенциалом между краями анодов, электрическое поле у краев принимает более благоприятную форму, заставляя электроны, стремящиеся уйти в промежутки между краями анодов и перегородки, направляться к краям анодов.

Благодаря тому, что перегородка находится снаружи и внутри антидинатронной сетки, катод одной системы не «видит анода другой, поэтому перелет электронов из одной системы в другую будет совершенно устранен.

Так как потенциал перегородки низок (равен нулю или имеет небольшое положительное значение), то электронный поток к ней не будет велик; таким образом анодный ток вследствие введения этой перегородки не будет значительно уменьшен.

Анод взят по возможности более закрытой формы с тем, чтобы устранить попадание электронов на стенки баллона. Это особенно важно для ламп с анодным напряжением порядка нескольких тысяч вольт, в которых скорости электронов могут достигать больших значений.

Общая антидинатронная сетка при двух отдельных э кранирующих взята по тем соображениям, что ее роль в отношении экранирования и влияние ее самоиндукции более существенна, так как она расположена ближе к аноду и о бладает по отношению к нему большей емкостью, чем экранируюшая (вторая) сетка. По этим соображениям делать общей (вторую сетку не имеет смысла, тем более, что это дало бы плохие результаты в случае помещения внутри нее перегородки (при сложности конструкции).

Наиболее рационально такие лампы делать с так называемым плоским дном, через которое проходят стержневые выводы катодов, управляющих, экранирующих и антидинатронной сеток. Выводы анодов сделаны в верхнюю часть баллона.

Экранирующие сетки имеют один общий , присоединенный к продольной перемычке.

В силу того, что в двухтактной схеме потенциалы управляющих сеток, как и анодов, сдвинуты на 180°, на такой же угол сдвинуты переменные составляющие токов экранирующих сеток. Поэтому результирующая переменной составляющей тока основной частоты экранирующих сеток, протекающего по выводу, при полной симметрии будет равна нулю и индуктивность самого вывода не будет иметь такого существенного значения, как в обычных ультракоротковолновых пентодах.

Такая же картина наблюдается в отнощении общей антидинатронной сетки.

На. фиг. 16 для лучшего уяснения формы выполнения предлагаемой лампы по фиг. 14 и 15 показана в отдельности система экранирующих сеток, соединенных продольной перемычкой.

Предмет изобретения

1. Сдвоен ная высокочастотная электронная лампа, состоящая из двух систем, имеющих отдельные катоды, аноды, управляющие, экранирующие и антидинатроиные электроды, отличающаяся тем, что, с целью ослабления влияния индуктивности выводов, находящихся внутри :анодо,в, -ближайшие к ним электроды, например, антидинатронные сетки, электрически соединены вместе при помощи находящегося вне рабочего разрядного простра-нства симметрично расположенного дискового электрода, одновременно выполняющего роль перемычки с ничтожно малой индуктивностью и электростатического экрана, экранирующего аноды от управляющих электродов, например, управляющих сеток, причем от центра указанного электрода наружу сделан один общий вывод, симметрично .расположенный в отношении двух систем сдвоенной лампы.

2.Форма выполнения лампы то п. , отличающаяся тем, что, с целью уменьщения диаэлектрических потерь в ее изолирующей оболочке, в кольцевой части последней, находящейся против края дискового электрода, последний по краю снабжен цилиндрической формы ребром, направленным к анодам и -имеющим такую высоту, чтобы пересечь электрическое .поле между анодами и краем надетого на баллон внешнего электростатического экрана.

3.Лампа по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения влияиия распределенной индуктивности находящихся внутри анодов ближайших к ним электродов, последние соединены продольной токопроводящей с ничтожной индуктивностью перемычкой, проходящей через продольные прорези во ««утренних сторонах анодов и соединенной с дисковым электродом.

4.Форма выполнения лампы по пп. 1-3, отличающаяся тем, что продольная перемычка сделана сплошной, причем аноды, прорези в них и расположение катодов выполнены таким образом, что эта перемычка служит не только для соединения электродов, но одновременно выполняет роль экрана-перегородки, препятствующей электронам, вылетающим из катода первой системы, перелетать к аноду второй системы.

5.Форма выполнения лампы по пп. 1, 3 и 4, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности действия продольной перемычки в качестве экрана-перегородки, катод каждой из систем выполнен из двух частей, симметрично расположенных по отношению к аноду с таким расчетом, чтобы эммитирующие электроны части катода «е были расположены против продольной прорези в аноде.

6.Форма выполнения лампы по пп. 3-5, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффектитаности действия продольной перегородки, последняя снабжена ребрами, расположенными против продольных прорезей в анодах, внутри или снаружи последних.

7.Лампа по пп. 1-6, отличающаяся тем, что аноды снабжены продольными ребрами, расположенными по обеим сторонам продольных прорезей таким образом, чтобы самостоятельно или в сочетании с ребрами по продольной перегородке устранить попадание электродов на стенки баллона, либо на противоположный анод.

8.Лампа по пп. 1-7, отличающаяся тем, что под дисковым электродом, непосредственно соединенным с антидинатронными сетками, симметрично помещен второй подобный с ничтожной индуктивностью дисковый электрод, соединенный с экранирующими сетками, причем указанные дисковые электроды расположены на таком близком расстоянии и поверхности их таковы, что емкость, образованная между ними, достаточна для блокировочного действия в ультракоротковолновом диапазоне.

9.Лампа по пп. 1-8, отличающаяся тем, что сетки, ближайшие к аноду, имеют продольные прорези, находящиеся против продоль№ 62038

ных прорезей анода, края же этих прорезей первой системы при помощи сплошные пластинчатых продольных перемычек соответственно соединены € краями прорезей второй системы, -причем между двумя указанными перемычками пропущена третья Продольная перемычка, соединяющая экранирующие сетки.

4

ЬСПп

l-TV (Риги

V U

IK

/

fuilO

3 5