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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:標簽:
多極電子管對陰極發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:
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
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,因為在第二柵極正電場的加速后,陰極發射電子絕大部分被板極吸收,在板壓一定的條件下,空間電荷的密度達到平衡,即使再提高板壓,板流的增大也極有限。所以,當柵極電位為0v時飽和點板流可以認為是該管的 大陰極電流,無論電子管工作于連續放大狀態,還是脈沖狀態,此板流 大值仍難以逾越,可認為是該管 大陰極發射電流。在音頻放大a類狀態,此板流是柵極電位為0v的瞬間(即輸入信號時柵負壓安全抵消的瞬時)所能達到的 大值,決定了放大器輸出動態范圍。
二、有極高的板極電阻
在板流經過飽和點以后,隨板壓增高,板流變動極小。從特性曲線看,ug(ua-ia)特性為幾條近似與x軸平行的曲線,且隨柵負壓增大曲線越接近水平線。根據前面所談ri=△ua/△ia,顯然ri極大。以上圖為例,在ugl=0v~-2v之間,當ua從100v增大到400v,板流只從a點的200ma增大為b點的250ma,則ri=(400v-100v)/35ma=8.6kω。當6p12p在ug=-l0v時,板壓從50v增大到250v,板流只增大約15ma,ri達到13kω。
實際上,在柵負壓增壓的工作區內阻還要增大(手冊中6f3給出ri=15k0,為ugl=-14v的值)。以上6f3、6p12p均屬輸出功率管,剛較小,對小功率電壓放大管而言,ri值常在200kω-lmω之間,高內阻對應用中的負面影響不能忽視。
對于音頻應用而言,是對增益的選擇。為了得到足夠的電壓增益,對三極管而言,常選擇3~5倍的ri作為負載電阻。多極管顯然不行,即使ri只有500kω(對電、壓放大管而言為常見內阻),若用1.5mω以上的負載電阻,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作為負載電阻值,在此情況下常用增益計算公式增益k=μra/(ra+ri),因為μ極大,k仍很大,以常用6j8p為例,其跨導s=1.65man,ri=800kω,因此理論上u=rixs≈1320,所以即使負載電阻用200kω、增益k=μ.ra/(ra+ri),也可達到220倍。多極管的μ已與k相距甚遠,再用u標志其增益已脫離實際意義,所以多極管參數中多不提供u值,也無從高μ、低μ五極管之說。
實際上,在增益計算中,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、與三極管相距甚遠的線性
多極管放大的線性極差,此點可以從ua(ugl~-a)性曲線的彎曲度直觀地看出,其實在上圖、下圖的ugl(ua~a)曲線族上也不難發現。例如下圖中從ugl=0v到ugl=-25v的6條曲線中,每條曲線的柵負壓差均為-5v,但在板壓為定值(例如設ua=200v)的垂直線上,每條曲線的間隔(實際表現的是板壓200v時ugl變動導致的板流變動)卻相差甚遠,且越是柵負壓值增大差距越大。同量的△ugl引起不等量的△la,說明跨導率的改變,根據多極管增益k=s.ri,s的改變必然形成輸出信號的幅度失真。而三極管此類變化相對小得多,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阻效應引起的諧波失真。由上圖可以看出,6f3的板壓在100v以下時,ug和la曲線出現一定范圍的下凹,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的,此現象被稱為多極管的負阻效應。負阻效應可以產生自激振蕩,在放大器中形成失真,6f3的負阻效應不嚴重,合理選擇各極電壓即可避免。
負阻效應在常規四極結構中是不可避免的,其產生的機理源自第二柵極吸收板極濺射的二次電子,使板流減小。在負阻區當電子高速打到板極時,其動能導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,當此區域內板壓稍有升高,電子撞擊板極速度增大、二次電子增多,終至負阻效應的形成。束射四極、五極管在第二柵極和板極之間增設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,避免負阻效應的產生。在上圖中,6f3曲線區的a、b段產生負阻區的原因是,此曲線圈是在ug2=170v時測繪的,而在a、b段的ua,在100v以下低于ug2,ug2的正電場高于板極,產生負阻效應也屬必然。所以束射四極、五極管在放大狀態時不宜工作在ug2>ua的狀態。
四、ug2的嚴格選定
看來ug2在多極管中功過兼具,因而慎選ug2成為多極管應用的關鍵,根據音頻放大器的特點提出以下關注點:
1、對a類功放,板流變動小,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 好和負載電流變動小的前級共用一組供電,或采用充氣穩壓管穩壓供電。
2、電壓放大器ug2慣用降壓電阻供電,必須慎選板級負載電阻和ug2降壓電阻,使有效板壓ua不致低于ug2。功放輸出級應注意初級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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