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電子管束射四極管/五極管特性曲線
來源: 日期:2013-12-15 18:40:03 人氣:標(biāo)簽:
多極電子管對(duì)陰極發(fā)射電子流利用率提高,使其與三極管相比效率大為提高,同時(shí)特性也大有改觀。從多極管特性曲線上可知,束射管和五極管有以下特點(diǎn):
五極管特性曲線族見上圖,束射四極管特性曲線族見下圖。
一、板流有明顯的飽和區(qū)
由上圖、下圖可見,多極管特性和三極管大不相同, 明顯的是板流有明顯的飽和、彎曲點(diǎn),因?yàn)樵诘诙䱷艠O正電場(chǎng)的加速后,陰極發(fā)射電子絕大部分被板極吸收,在板壓一定的條件下,空間電荷的密度達(dá)到平衡,即使再提高板壓,板流的增大也極有限。所以,當(dāng)柵極電位為0v時(shí)飽和點(diǎn)板流可以認(rèn)為是該管的 大陰極電流,無論電子管工作于連續(xù)放大狀態(tài),還是脈沖狀態(tài),此板流 大值仍難以逾越,可認(rèn)為是該管 大陰極發(fā)射電流。在音頻放大a類狀態(tài),此板流是柵極電位為0v的瞬間(即輸入信號(hào)時(shí)柵負(fù)壓安全抵消的瞬時(shí))所能達(dá)到的 大值,決定了放大器輸出動(dòng)態(tài)范圍。
二、有極高的板極電阻
在板流經(jīng)過飽和點(diǎn)以后,隨板壓增高,板流變動(dòng)極小。從特性曲線看,ug(ua-ia)特性為幾條近似與x軸平行的曲線,且隨柵負(fù)壓增大曲線越接近水平線。根據(jù)前面所談ri=△ua/△ia,顯然ri極大。以上圖為例,在ugl=0v~-2v之間,當(dāng)ua從100v增大到400v,板流只從a點(diǎn)的200ma增大為b點(diǎn)的250ma,則ri=(400v-100v)/35ma=8.6kω。當(dāng)6p12p在ug=-l0v時(shí),板壓從50v增大到250v,板流只增大約15ma,ri達(dá)到13kω。
實(shí)際上,在柵負(fù)壓增壓的工作區(qū)內(nèi)阻還要增大(手冊(cè)中6f3給出ri=15k0,為ugl=-14v的值)。以上6f3、6p12p均屬輸出功率管,剛較小,對(duì)小功率電壓放大管而言,ri值常在200kω-lmω之間,高內(nèi)阻對(duì)應(yīng)用中的負(fù)面影響不能忽視。
對(duì)于音頻應(yīng)用而言,是對(duì)增益的選擇。為了得到足夠的電壓增益,對(duì)三極管而言,常選擇3~5倍的ri作為負(fù)載電阻。多極管顯然不行,即使ri只有500kω(對(duì)電、壓放大管而言為常見內(nèi)阻),若用1.5mω以上的負(fù)載電阻,其板極有效電壓也極低了。因此,多極電壓放大管常選擇ri的1/5~1,2作為負(fù)載電阻值,在此情況下常用增益計(jì)算公式增益k=μra/(ra+ri),因?yàn)?mu;極大,k仍很大,以常用6j8p為例,其跨導(dǎo)s=1.65man,ri=800kω,因此理論上u=rixs≈1320,所以即使負(fù)載電阻用200kω、增益k=μ.ra/(ra+ri),也可達(dá)到220倍。多極管的μ已與k相距甚遠(yuǎn),再用u標(biāo)志其增益已脫離實(shí)際意義,所以多極管參數(shù)中多不提供u值,也無從高μ、低μ五極管之說。
實(shí)際上,在增益計(jì)算中,k=μ.ra/(ra+ri)的分母中ra只占ri的1/5以下,把分母寫成ri誤差也極小,因此,上式可寫成k=μ.ra/ri,而μ/ri恰好為該同一管的跨導(dǎo)s,因此上式直接成為k=s.ra也誤差不大,此式也廣泛用于多極管電壓增益的算式。
三、與三極管相距甚遠(yuǎn)的線性
多極管放大的線性極差,此點(diǎn)可以從ua(ugl~-a)性曲線的彎曲度直觀地看出,其實(shí)在上圖、下圖的ugl(ua~a)曲線族上也不難發(fā)現(xiàn)。例如下圖中從ugl=0v到ugl=-25v的6條曲線中,每條曲線的柵負(fù)壓差均為-5v,但在板壓為定值(例如設(shè)ua=200v)的垂直線上,每條曲線的間隔(實(shí)際表現(xiàn)的是板壓200v時(shí)ugl變動(dòng)導(dǎo)致的板流變動(dòng))卻相差甚遠(yuǎn),且越是柵負(fù)壓值增大差距越大。同量的△ugl引起不等量的△la,說明跨導(dǎo)率的改變,根據(jù)多極管增益k=s.ri,s的改變必然形成輸出信號(hào)的幅度失真。而三極管此類變化相對(duì)小得多,讀者可從211.6sn7等特性曲線族直觀看出。
還不止于此,五極管還存在另一種由負(fù)阻效應(yīng)引起的諧波失真。由上圖可以看出,6f3的板壓在100v以下時(shí),ug和la曲線出現(xiàn)一定范圍的下凹,在曲線下凹的過程有一段處于板壓上升板流反向減少的區(qū)域(如上圖中a~b段),電壓增高電流反而減小,從電阻的概念說此電路電阻是負(fù)的,此現(xiàn)象被稱為多極管的負(fù)阻效應(yīng)。負(fù)阻效應(yīng)可以產(chǎn)生自激振蕩,在放大器中形成失真,6f3的負(fù)阻效應(yīng)不嚴(yán)重,合理選擇各極電壓即可避免。
負(fù)阻效應(yīng)在常規(guī)四極結(jié)構(gòu)中是不可避免的,其產(chǎn)生的機(jī)理源自第二柵極吸收板極濺射的二次電子,使板流減小。在負(fù)阻區(qū)當(dāng)電子高速打到板極時(shí),其動(dòng)能導(dǎo)致板極濺射出二次電子被帶正電位的第二柵所吸收形成板流減小,當(dāng)此區(qū)域內(nèi)板壓稍有升高,電子撞擊板極速度增大、二次電子增多,終至負(fù)阻效應(yīng)的形成。束射四極、五極管在第二柵極和板極之間增設(shè)了與陰極同電位的束射屏或抑制柵極,其地電位可有效排斥板極濺射的二次電子,避免負(fù)阻效應(yīng)的產(chǎn)生。在上圖中,6f3曲線區(qū)的a、b段產(chǎn)生負(fù)阻區(qū)的原因是,此曲線圈是在ug2=170v時(shí)測(cè)繪的,而在a、b段的ua,在100v以下低于ug2,ug2的正電場(chǎng)高于板極,產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)也屬必然。所以束射四極、五極管在放大狀態(tài)時(shí)不宜工作在ug2>ua的狀態(tài)。
四、ug2的嚴(yán)格選定
看來ug2在多極管中功過兼具,因而慎選ug2成為多極管應(yīng)用的關(guān)鍵,根據(jù)音頻放大器的特點(diǎn)提出以下關(guān)注點(diǎn):
1、對(duì)a類功放,板流變動(dòng)小,如選用ug2<ua的供電方式,可以用電阻降壓,旁路電容接陰極或地。如系ab類,則ug2 好和負(fù)載電流變動(dòng)小的前級(jí)共用一組供電,或采用充氣穩(wěn)壓管穩(wěn)壓供電。
2、電壓放大器ug2慣用降壓電阻供電,必須慎選板級(jí)負(fù)載電阻和ug2降壓電阻,使有效板壓ua不致低于ug2。功放輸出級(jí)應(yīng)注意初級(jí)阻抗變換的輸出變壓器,其直流電阻不宜太大,以避免使ua低于ug2。

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