Потенциала коллектора

Газотроном называют двухэлектродную лампу с оксидным термокатодом, баллон которой заполнен инертным газом или парами ртути при давлении 0,001 -т- 0,5 мм рт. ст. Газотрон является вентильным прибором, пропускающим большие (до десятков ампер) токи в одном направлении. Устройство газотронов показано на 2.9, а, б. Напряжение накала выбирают не более 5 в, так как вследствие малого потенциала ионизации (например, для ртути ?Аюн = Ю,4 в) при большем значении UH возможно зажигание дуги между концами нити накала. Время разогрева катода колеблется в пределах от 2 ч- 3 мин в газотронах малой мощности до 40 мин в газотронах большой мощности. Аноды изготовляют из никеля или графита. В маломощных газотронах открытой конструкции ( 2.9, а) катод 2 изготовляют в виде вольфрамовой оксидированной спирали, а анод 1 — в виде никелевого диска, вывод которого сделан в верхней части баллона.

В некоторых случаях какое-то требование к контактам является столь важным, что приходится выбирать материал, обладающий заведомо плохими свойствами в отношении других требований. Примером может служить выбор контактного материала для вакуумных выключателей, где требуется возможно меньшая скорость испарения металла, возможно меньшее содержание газов, способность выдерживать высокие температуры отжига, являющегося необходимой технологической операцией для снятия внутренних механических напряжений. Такими свойствами обладает только вольфрам, который, однако, имеет высокую твердость и малую электропроводность, что вызывает необходимость создания большого контактного нажатия. Кроме того, применение вольфрама связано с тем, что из-за высокого потенциала ионизации вакуумная дуга на вольфрамовых контактах гаснет значительно раньше прохождения тока через нуль и на вольфрамовых контактах возникает срез тока, увеличивающий перенапряжения при коммутации. Однако специфические требования к вакуумным материалам предопределяют использование вольфрама или метал-

Найденные экспериментально значения эффективных сечений перезарядки Quo в функции от скорости ионов yUp показывает кривая, приведенная для паров ртути на 1-9, а [Л. 4]. При больших скоростях ионов Qno стремится к некоторому пределу, зависящему от потенциала ионизации газа С/{. Этот предел может быть найден по теоретической зависимости [Л. 5]:

Начало развитию разряда кладут электроны, уходящие под действием положительного поля к аноду. После приобретения ими энергии, достигающей потенциала ионизации газа, электроны ионизируют атомы либо молекулы газа. Ионы, возникающие в результате ионизации, появляются вначале в непосредственной близости к аноду, где происходит наиболее интенсивная ионизация газа. Компенсируя вначале объемный заряд электронов вблизи анода, ионы изменяют ход кривой потенциалов. В последующие моменты времени он определяется кривой 2 на 3-18, б. Появление участка малого наклона вблизи анода приводит к смещению в направлении к катоду участка большей крутизны в кривой потенциалов, куда и переходит область более интенсивной ионизации газа. В этой области вскоре также компенсируется объемный заряд электронов положительными ионами. Движение области скомпенсированного объемного заряда продолжается до приближения фронта компенсации к катоду на расстояние, примерно равное среднему ионизационному пробегу электронов Kel. На этом участке формируется катодная часть разряда. До приближения фронта компенсации к катодной части разряда отрицательное поле в облаке задерживает значительную часть электронного потока, выходящего из катода, в связи с чем анодный ток нарастает достаточно медленно.

4. Тетроды, в которых между управляющей сеткой и катодом имеется дополнительная сетка, называемая катодной. Назначение этой сетки — уменьшение пространственного заряда вблизи катода, благодаря чему лампа работает при пониженном напряжении на аноде. Примером тетрода с катодной сеткой может служить так называемая электрометрическая лампа. В ней для уменьшения отрицательного тока управляющей сетки за счет составляющей ионного тока анодное напряжение снижено до величины, меньшей наинизшего потенциала ионизации остаточного газа, что составляет единицы вольт. Катодная сетка в этом случае позволяет создать условия для протекания анодного тока.

Для того чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с некоторой определенной скоростью, зависящей от разности потенциалов на длине его свободного пробега. Поэтому обычно указывается не скорость движения электрона, а то минимальное значение разности потенциалов, какое необходимо иметь на длине свободного пробега, чтобы электрон к концу пути приобрел необходимую скорость. Эта разность потенциалов носит название потенциала ионизации.

Однако если непосредственная фотоионизация в разрядах незначительна, то ее роль может быть существенной при ступенчатой ионизации. Потенциал возбуждения много меньше потенциала ионизации, поэтому вполне возможным представляется возбуждение атомов фотонами с последующим отрывом возбужденного электрона ударом свободного электрона или другого фотона.

Особой формой разряда является дуговой разряд в приборах с накаливаемым катодом. В них дуговой разряд возникает при небольших напряжениях на электродах, так как катод разогревается не ионами, а посторонним источником напряжения. Такой разряд, называемый низковольтной дугой, используется в газотронах и тиратронах. Низковольтная дуга может возникать при потенциале анода, меньше потенциала ионизации или даже потенциала возбуждения. В первом случае низковольтную дугу называют нормальной, а во втором случае — аномальной.

Наименьшая энергия, которой должен обладать электрон, чтобы произвести ионизацию, измеряется величиной потенциала ионизации. Значения потенциалов ионизации газов, применяемых в ионных приборах, колеблятся от 10,4 В для ртути до 21,5 В для аргона, значения потенциалов возбуждения — от 4,86 В для ртути, до 16,56 В для аргона.

Дуговой разряд характеризуется малым падением напряжения между электродами (катодом и анодом) и большими токами через прибор. Небольшие напряжения обусловлены тем, что катод разогревается не ионами, как в приборе с холодным катодом, а посторонним источником. тока. Низковольтная дуга может возникать при потенциале анода, меньшем потенциала ионизации, — нормальная дуга или даже потенциала возбуждения — аномальная дуга. Дуговой разряд, реализуемый в приборах, может быть самостоятельным (газотроны, игнитроны и др.) и несамостоятельным (тиратроны).

Особой формой разряда является дуговой разряд в приборах с накаливаемым катодом. В них дуговой разряд возникает при небольших напряжениях на электродах, так как катод разогревается не ионами, а посторонним источником напряжения. Такой разряд, называемый низковольтной дугой, используется в газотронах и тиратронах. Низковольтная дуга может возникать при потенциале анода, меньше потенциала ионизации или даже потенциала возбуждения. В первом случае низковольтную дугу называют нормальной, а во втором случае — аномальной.

Возрастание тока коллектора ведет к понижению потенциала коллектора относительно общей точки усилителя и поэтому

этих случаях используют транзисторные ключи. На 8.13, а приведена схема ключа на биполярном транзисторе. Входная (управляющая) цепь здесь отделена от выходной (управляемой) цепи. Ключ мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером. Однако транзистор работает в ключевом режиме, характеризуемом двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой А! на выходных характеристиках транзистора; его называют режимом отсечки. В режиме отсечки ток базы /б=0, коллекторный ток /Ki равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение UK—UKi^EK ( 8.13, б). Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы. Второе состояние определяется точкой А 2 и называется режимом насыщения. Он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы определяется в основном сопротивлением резистора /?б и I(,^ = UBJR^, поскольку сопротивление открытого эмиттерного перехода мало. Коллекторный переход также открыт, и ток коллектора IK^EJRK, а коллекторное напряжение i/K2»0. Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится воздействием положительного входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение выходного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называют инвертирующим (инвертором). В рассмотренном транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения, стабильны и почти не зависят от температуры.

Потенциометр 470 ом позволяет изменять в пределах ±10% выходное напряжение выпрямителя, снимаемое с контактов 8в и 8а. Например, перемещением движка потенциометра 470 вниз снижают отрицательный потенциал базы правого транзистора МП25Б, что приводит к уменьшению его коллекторного тока и увеличению отрицательного потенциала коллектора и базы транзистора МП25Б регулирующей схемы. Сопротивление выходной цепи составного транзистора уменьшается и напряжение на выходе стабилизатора увеличивается. Унифицированный блок питания БПС 24/1 питается от сети переменного тока 220 в (50 гц) +10 — 15% (+1—2 гц).

На VIII. 14, д в качестве ТУ применен п — р — /г-транзистор, вследствие чего ток базы /Б.Р является одновременно и током /к.у. Это исключает дестабилизирующее действие за счет разного знака приростов этих токов, как это было в схеме на VI II. 14, г. Одновременно значительно ослабляется прямое воздействие напряжения i/BX на ток базы /Б.Р, так как ток /к.у = /Б.Р почти не зависит от потенциала коллектора, создаваемого Um, и определяется током базы ТУ.

На резисторе RQ создается напряжение 0,5—0,6 В, обеспечивающее фиксацию потенциала коллектора относительно потенциала базы, т. е. напряжение UR будет сохранять потенциал коллектора всегда положительным (0,2 В), что характеризует состояние ТК на границе насыщения. При отпирании транзистора диод будет закрыт до тех пор, пока ?/Вых(7) не станет меньше Uк на 0,3—0,4В (падение напряжения на открытом диоде). Тогда диод открывается и дальнейшее приращение коллекторного тока идет только через диод V, ток базы при этом уменьшается на величину тока диода /д ( 5.6, б).

Параметры цепи должны быть выбраны так, чтобы при увеличении коллекторного тока и, следовательно, увеличении потенциала коллектора потенциал базы ( 20.3) уменьшался. Иными словами, напряжения на коллекторе и на базе должны находиться в проти-вофазе. Это и есть условие баланса фаз. Покажем

Если, например, несколько уменьшится ток /Ki, то это приведет к уменьшению потенциала на коллекторе Т\. А так как напряжение на конденсаторе Ci не может измениться мгновенно, то отрицательный скачок напряжения на коллекторе 7\ передается на участок база — эмиттер транзистора Т». Это вызовет увеличение тока коллектора iK2 и, следовательно, повышение потенциала коллектора 7Y Повышение потенциала коллектора Тч через конденсатор С2 передается на базу Т( и ток <к1 еще больше уменьшается и т. д. Данный процесс нарастает лавинообразно, тем более что

Рассмотрим принцип действия триггера. Предположим в триггере записано Q = 0, 6 = 1. При подаче входных сигналов, например, в виде J[ = J2 = -^3=1 и Ki=K2 = K^=0 запись 1 в триггер производится в следующей последовательности. Тактовый импульс положительной полярности, поступающий на вход С, во-первых, запирает транзисторы Т\4 и Т^ и тем самым отключает вспомогательный триггер от главного, во-вторых, разблокирует многоэмиттерные транзисторы Ту и Туй- Так как на всех эмиттерах Т20 действует повышенный потенциал (Ji = /2 = J} — 1, С --= 1, и так как в триггере был записан 0, то и на эмиттере, соединенном с инверсным входом, Q = = 1), то Туд переходит в инверсную активную область и своим коллекторным током отпирает транзистор Т&. По мере понижения потенциала коллектора Т\д увеличивается ток эмиттера Ги и соответственно ток его коллектора уменьшается, 'что приводит к запиранию инвертора Гц. Повышение потенциала коллектора Т ц способствует уменьшению тока эмиттера Tie и увеличению тока его коллектора, отпирающего инвертор на Tig. В схеме начинает действовать регенеративная обратная связь, которая приводит к перебросу главного триггера в новое состояние, при котором транзисторы Г^, Tn оказываются открытыми, а Гц, Т12 закрытыми.

Характерной чертой УПТ является также дрейф нуля — самопроизвольное изменение выходного сигнала при Д[/вх=0. Причинами возникновения дрейфа могут быть нестабильность источников питания усилителей и в особенности изменение параметров полупроводниковых приборов и других элементов схемы в результате изменения температуры или старения элементов. Например, в схеме 2.9, а при увеличении ЭДС источника питания Ещ это изменение ДЕ через делитель RiR2 будет передано на базу транзистора, вызовет увеличение базового тока и снижение потенциала коллектора. Поскольку в схеме с ОЭ /CiOl, это изменение AL/к может быть значительно больше, чем Д?. На нагрузке появится отрицательное приращение выходного напряжения — сигнал дрейфа.

Схема с ОБ. В такой схеме значение тока коллектора близко к значению тока эмиттера, т. е. усиления по току не происходит. Однако II этом случае имеется усиление по напряжению и, следовательно, по мощности. Покажем это. В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, его потенциальный барьер высок, поэтому инжекция дырок из коллектора в базу невозможна. Чтобы инжекция не происходила и при включении в коллекторную цепь ]эезистора нагрузки с высоким сопротивлением RK, необходимо, чтобы при этом не изменился знак потенциала коллектора.

Пусть триггер ( 20.4, а) находится в таком устойчивом состоянии, когда транзистор Tt открыт, а транзистор Т2 закрыт. Если на базу открытого транзистора подать запускающий импульс положительной полярности, то за некоторый очень малый промежуток времени транзистор Ti выйдет из режима насыщения и перейдет в активный режим. При этом ток базы, а следовательно, и коллектора транзистора TI (I'KI) уменьшится, что вызовет изменение потенциала коллектора ФК, = uKi = — Ек + Кк,г'К1, он станет более отрицательным. Отрицательный скачок напряжения на коллекторе вызовет примерно такой же скачок напряжения на базе закрытого транзистора Т2 и под действием изменившегося на его базе напряжения Т2 из режима отсечки перейдет в активный режим. Таким образом, за очень малый промежуток оба транзистора оказываются в активном режиме, в котором они обладают усилительными свойствами.