Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
выполнены по МОП-технологии. В схемах, носящих название комплементарной
МОП-логики (КМОП; Complemetary MOS, CMOS) используется чрезвычайно
большое входное сопротивление МОП-транзисторов, за счет чего достигается
выигрыш, выражающийся в потреблении исключительно малой мощности по
сравнению с эквивалентными схемами на биполярных транзисторах. Эти
вопросы обсуждаются в дальнейшем в главах 13 и 14, где рассмотрены
принцип действия и применение цифровых схем и микропроцессоров.
3
Электронные лампы и электроннолучевая трубка
3.1 Введение
Электронная лампа была первым активным (усиливающим) элементом в
электронике. Сегодня использование электронных ламп для усиления малых
сигналов выглядит устаревшим. Однако они все еще находят применение в тех
случаях, когда речь идет о больших напряжениях или о высокочастотных
сигналах большой мощности. Кроме того, у любителей музыки популярны
ламповые усилители звуковой частоты с присущими им особенностями. В
частности, плавное изменение характеристик схемы вблизи перегрузок может
создавать субъективное впечатление чистоты звука большой силы. Вот почему
инженеру в области электроники полезно иметь, по крайней мере,
элементарное представление о лампах и ламповых схемах. В этой главе
дается краткий обзор схем на электронных (вакуумных) лампах, включая
описание той из них, которая до сих пор используется очень широко, а
именно - электронно-лучевой трубки.
3.2 Термоэлектронная эмиссия
В начале 80-х годов прошлого века Томас Эдисон, занимаясь осветительными
приборами с угольной нитью накала, обратил внимание на почернение
стеклянного баллона после нескольких часов работы такого устройства.
Пытаясь перехватить хотя бы часть частиц, образующих почернение, он
запаял внутрь одной из своих ламп металлическую пластину и удивился,
обнаружив, что при подаче на эту пластину положительного напряжения
относительно нити накала в цепи течет ток. В течение последующих 20 лет
никто не знал, что ток в этом "эффекте Эдисона" обусловлен электронами,
испускаемыми нагретой нитью и улавливаемыми положительно заряженной
пластиной. Чтобы описать этот процесс теплового освобождения частиц, был
придуман термин термоионная эмиссия, а сами свободные частицы стали
48 Электронные лампы и электронно-лучевая трубка
называть термоионами. Хотя сегодня слово "ион" означает "атом, потерявший
или приобретший электрон", его первоначальное значение было много шире и
просто означало любую свободно передвигающуюся частицу (по-гречески, ион
- "идущий").
3.3 Ламповый диод
Примерно в то же время, когда Эдисон обнаружил почернение баллонов
осветительных ламп, это явление исследовал также Амброз Флеминг,
занимавшийся усовершенствованием детектора Маркони для обнаружения
радиоволн. В 1904 году он запатентовал свою "пульсирующую" лампу,
названную так по той причине, что она позволяет пропускать ток только в
одном направлении.
На рис. 3.1 показано схематическое изображение лампового диода
(двухэлектродной лампы), как теперь принято называть изобретение
Флеминга. Нить накаливания окружена свернутой в цилиндр пластиной, обычно
называемой анодом, поскольку ее потенциал, как правило, поддерживается
положительным по отношению к нити. Аналогично, нить обычно называют
катодом. На рис. 3.2 приведено обозначение диода на схемах, где явным
образом указаны катод и анод.
Рис. 3.1. Схематическое изображение лампового диода Флеминга. Катод и
анод заключены в откачанный стеклянный баллон.
Ламповый диод 49
Рис. 3.2. Условное обозначение лампового диода.
На рис. 3.3 показана вольтамперная характеристика лампового диода, причем
можно заметить, что она похожа на характеристику р-п перехода,
приведенную на рис. 1.11. В отличие от р-п перехода, в ламповом диоде
небольшой ток течет в прямом направлении при нулевом напряжении на диоде.
Это происходит потому, что нить испускает электроны, отрывающиеся от
интенсивно колеблющихся при высокой температуре атомов, и электроны имеют
при этом определенную скорость. Малая доля этих электронов достигает
анода даже в отсутствие способствующего этому электрического поля.
Рис. 3.3. Типичная вольтамперная характеристика маломощного лампового
диода.
Когда на анод подается небольшое положительное напряжение, большее число
электронов притягивается им. Однако не все электроны, эмиттиро-ванные
катодом, достигают анода, так как большое облако электронов между катодом
и анодом действует как отрицательный пространственный заряд, оказывающий
отталкивающее действие на испускаемые катодом электроны. Можно сказать,
что этот эффект торможения подобен действию обеднен-
4 Зак. 4729.
50 Электронные лампы и электронно-лучевая трубка
ного слоя в полупроводниковом р-п переходе. По мере того как на анод
подается все большее положительное напряжение, эффект пространственного
заряда ослабевает и все большее и большее число электронов достигает
анода.
Если анод сделать отрицательным относительно катода, то электроны,
