Для усиления мощности электрических колебаний низкой частоты в большинстве радиоприемников и усилителей применяются лучевые тетроды типов 6ПЗС и 6П6С. Кроме этих ламп, имеются также лучевые тетроды и других типов. Лучевой тетрод типа 6П1П является оконечным в серии сетевых пальчиковых ламп. Для генераторов строчной развертки телевизоров предназначен лучевой тетрод типа 6П7С. Двойные тетроды типов ГУ-29 и ГУ-32, применяемые в двухтактных ступенях маломощных KB и УКВ передатчиков, также являются лучевыми лампами.
      Лучевые тетроды появились 17* лет тому назад в результате дальнейшего конструктивного развития пентодов. Они отличаются от пентодов двумя присущими им признаками: 1) расслоением электронного потока на секторообразные лучи (по числу промежутков между витками управляющей сетки) и 2) подавлением динатронного эффекта при помощи большого пространственного заряда, образующегося между экранной сеткой и анодом.

      Рис. 1 дает общее представление о форме и взаимном расположении электродов лучевого тетрода. Характерной особенностью ламп этого типа является наличие в них дополнительного, так называемого лучеобразующего электрода и определенное взаимное расположение витков сеток.
      Лучеобразующий электрод состоит из двух желобообразных пластин 1, расположенных между экранной сеткой 4 и анодом 5 и присоединенных внутри лампы к ее катоду 2.
      Управляющая и экранная сетки намотаны в одну и ту же сторону с одинаковым шагом и смонтированы в лампе так, что проекция каждого полувитка второй сетки на поверхность катода совпадает с проекцией соответствующего полувитка первой сетки. Другими словами, витки второй сетки находятся как бы в "тени" витков первой сетки, причем под "тенью" в данном случае имеются в виду промежутки между лучами электронов, изображенными светлыми полосами на рис. 1.

ПОДАВЛЕНИЕ ДИНАТРОННОГО ЭФФЕКТА

      Как известно, в усилителях мощности при активной анодной нагрузке в моменты наибольших положительных значений напряжения на управляющей сетке оконечной лампы получаются одновременно наибольший анодный ток и наименьшее напряжение на ее аноде. Для того чтобы оконечный каскад имел достаточно высокий КПД по анодной цепи при минимальном напряжении на аноде (называемом остаточным), равном примерно 20% напряжения на экранной сетке, лампа должна пропускать импульс тока, не менее чем в два раза превышающий допустимую величину постоянной слагаемой анодного тока.

      На рис. 2 представлено семейство характеристик обычного тетрода, при конструировании которого не принято специальных мер к подавлению динатронного эффекта. Этот тетрод не может обеспечить эффективного преобразования подводимой энергии постоянного тока в энергию колебаний НЧ. Объясняется это тем, что при такой лампе вследствие возможности возникновения динатронного эффекта нельзя допускать сравнительно большие переменные напряжения на нагрузке.
      Сущность динатронного эффекта, вызывающего деформацию характеристики тетрода, состоит в следующем. Эмитированные катодом первичные электроны во время вхождения в толщу металла анода выбивают из него другие электроны, называемые вторичными или динатронами. В том случае, когда динатронящий электрод имеет сравнительно с другими электродами лампы наивысший потенциал, вторичные электроны попадают в тормозящее электрическое поле в возвращаются обратно. Если же имеет место обратное соотношение напряжения, например, когда напряжение на экранной сетке равно 100 в, а на аноде 80 в или меньше (рис. 2), то большинство вторичных электронов анода притягивается второй сеткой, что и приводит к снижению анодного тока и увеличению тока экранной сетки.
      Одним из методов устранения вредного последствия динатронного эффекта в пентодах (перелета вторичных электронов, выбитых из анода, на экранную сетку) является помещение между анодом и экранной сеткой третьей сетки. Третья сетка, имеющая нулевой потенциал, создает вблизи анода достаточно сильное тормозящее поле и тогда, когда напряжение на аноде намного меньше напряжения на экранной сетке.
      В отличие от пентодов понижение потенциала в пространстве между экранной сеткой и анодом в лучевых тетродах достигается с помощью отрицательного заряда массы первичных электронов, находящихся на пути к аноду. Очевидно, что чем больше анодный так, тем значительнее отрицательный пространственный заряд электронов,находящихся в данный момент между экранной сеткой и анодом, тем сильнее тормозящее поле вблизи анода, вызываемое этим пространственным зарядом.
      Выше было указано, что при работе лампы на активную нагрузку наименьшее напряжение на аноде лампы получается, когда анодный ток достигает наибольшего значения. Это является чрезвычайно благоприятной особенностью, так как дает возможность подавлять динатронный эффект в упомянутых выше наиболее тяжелых для лампы условиях.
      Отрицательный пространственный заряд нужной величины получают в лучевых тетродах очень простым способом: увеличивают расстояние между второй сеткой и анодом так, чтобы в образованном ими пространстве находилось необходимое количество электронов. При этом количество электронов возрастает не только вследствие увеличения длины пути, но и главным образом из-за снижения скорости их полета.
      Как видно из рис. 1, исходящий из катода поток электронов разделяется прежде всего на две части траверсами управляющей сетки, имеющей отрицательный потенциал, и расслаивается ее витками на секторы до числу промежутков между этими витками. Такое начальное формирование электронного потока в двух взаимно перпендикулярных плоскостях имеет место и в большинстве электронных ламп других типов. Однако в них оно не служит определенной пели, в связи с чем формирование электронных лучей на этом прекращается. Так, например, в обычных пентодах витки управляющей и экранной сеток навиты с разным шагом и в большинстве случаев в разные стороны, в результате чего отдельные слои электронного потока беспорядочно разбиваются витками экранной сетки. В лучевых же тетродах получившиеся электронные лучи формируются и дальше и используются как для подавления динатронного эффекта, так и для снижения тока экранной сетей.
      Рассматривая рис. 1, можно заметить, что электроны, вылетев за витки экранной сетки, попадают под действие электрического поля не только анода, но и двух желобообразных стоек лучеобразующего электрода, находящегося под потенциалом катода. Благодаря этому устраняется возможность деформирования лучей в поперечной плоскости, что имело бы следствием значительное искривление траекторий некоторых электродов и попадание их на траверсы экранной сетки, находящейся под высоким положительным напряжением. Размеры и положение стоек лучеобразующего электрода подобраны так, что края их непосредственно смыкаются с поверхностью минимального потенциала. Благодаря этому электрическое поле в рабочей части пространства одинаково для различных ветвей электронных лучей.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА КАТОДА

      При обычном использовании пентодов и лучевых тетродов в усилителях мощности получаемый от лампы полезный эффект создается анодным током. Ток экранной сетки не выполняет никакой полезной работы и даже является вредным, потому что увеличивает как потребление энергии, так и выделение тепла внутри лампы. Поэтому эффективность работы оконечного пентода или лучевого тетрода в заметной степени определяется распределением тока катода между цепями анода и этой сетки. Формирование потока электронов в секторообразные лучи существенно изменяет токораспределение в лампе, увеличивая ток анода и уменьшая ток экранной сетки.
      Формирование лучей в продольной плоскости, в которой лежит ось катода и которая перпендикулярна плоскости траверс, показано на рис. 3.

      Остаточное напряжение на аноде взято равным 50 в. Такое напряжение получается обычно при оптимальной величине сопротивления активной нагрузки в моменты, когда максимальная амплитуда усиливаемого напряжения сводит смещение на управляющей сетке к нулю (имеется в виду работа без токов первой сетки). Именно в этих условиях, когда ток катода достигает максимального значения, необходимо пропустить поток электродов через витки второй сетки с наименьшими потерями. В левой части рис. 3 электрическое поле показано при помощи электрических силовых линий, исходящих от положительных зарядов, расположенных на экранной сетке и аноде. Заканчиваются силовые линии на отрицательных зарядах, которые находятся на катоде, управляющей сетке или в пространстве между экранной сеткой и анодом. В правой части рис. 3 это же электрическое поле изображено при помощи эквипотенциальных линий, т. е. линий, соединяющих точки равного потенциала. Каждая такая линия имеет свое численное значение потенциала. Расположение эквипотенциальных линий показывает распределение потенциала в пространстве. Как только эмитированные катодом электроны преодолевают расположенный в непосредственной близости от катода минимум потенциала, они попадают под действие сил электрического поля, изображенного на рис. 3. Движение электронов получает такое направление, что почти все они устремляются в промежутки между витками экранной сетки. Благодаря этому ток экранной сетки очень мал и создается главным образом частью тех электронов, которые не смогли преодолеть минимум потенциала между этой сеткой и анодом и повернули обратно. В среднем в лучевых тетродах ток экранной сетки в статическом режиме составляет примерно 8-10 процентов анодного тока. Для сравнения можно указать, что в аналогичных по назначению пентодах для усиления мощности ток экранной сетки составляет примерно 20 процентов анодного тока. В случав полного использования лучевого тетрода в усилителе мощности на экранную сетку подается все напряжение источника анодного питания. Таким образом, напряжение на названной сетке равно анодному или даже на несколько вольт выше его из-за падения напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора. Тем не менее, как это видно из приведенного на рис. 4 семейства типичных для лучевого тетрода характеристик, динатронный эффект хорошо подавлен в довольно широкой области возможного расположения динамической характеристики. Это важно в связи с тем, что динамическая характеристика практически представляет собой не прямую линию, а эллипс, наклон большой полуоси которого определяется величиной активного сопротивления нагрузки. Ранее было показано, что динатронный эффект подавляется при помощи пространственного заряда, создаваемого большим анодным током. При малом анодном токе пространственный заряд мал и не в состоянии подавить динатронный эффект в том случае, если напряжение на аноде заметно меньше напряжения на второй сетке. Это очень хорошо видно по форме той части кривых (рис.4), которые расположены в области малых анодных токов и малых анодных напряжений.

      Однако проявление динатронного эффекта в этих условиях не представляет никакой опасности, так как при работе лампы малые анодные напряжения получаются не при малых, а при больших анодных токах (на сетку подана амплитуда положительного полупериода), а малые анодные токи (на сетке действует амплитуда отрицательного полупериода) сочетаются с большими напряжениями на аноде, при которых динатроны не могут покинуть анод.
      Лучевые тетроды благодаря своим хорошим параметрам и характеристикам почти полностью вытеснили из сетевой радиоприемной аппаратуры оконечные пентоды. Применение отрицательной обратной связи придает лучевым тетродам свойства оконечных триодов, что позволяет снизить частотные и нелинейные искажения в несколько раз. К сожалению, производство лучевых тетродов из-за повышенных требований в отношении точности изготовления и монтажа их сеток несколько труднее, чем аналогичных по мощности нелучевых пентодов. Эти трудности производства возрастают по мере уменьшения размеров электродов, вследствие чего становится весьма затруднительным изготовлять маломощные лучевые тетроды, в особенности прямого накала, например, подобные пентоду 2П1П. Тем не менее в лампе 2П1П, так же как и в некоторых подогревных лампах (например, 6ЖЗП), применен метод подавления динатронного эффекта анода при помощи пространственного заряда (однако он не снижает тока экранной сетки). Можно полагать, что непрерывное развитие техники производства электронных ламп позволит сконструировать и маломощные лучевые тетроды, в том числе и для экономичных приемников народного потребления.
"Радио" № 1/54