Inleiding in de elektronica

Inleiding in de elektronica

Citation for published version (APA):

Steffelaar, M. (1965). Inleiding in de elektronica.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1965

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

door

Ir. M. Steffelaar

0 - 2

Alle grafieken van buizen zijn overgenomen uit: Philips Electron Tube Manual

De fi guren i . 1 , 1 • 2 , 1 •

3 ,

1 •

4 ,

1 •

9 ,

1 • 11 , 1 • 1 2 , 1 • 1

3 ,

1 • 1

4,

1 • 1

5

en

4.

20 zijn overgenomen uit het

Philips Technisch Tijdschrif~. Figuur 1.10 is overgenomen uit, het

;

Electronic Application Bulletin.

De figuren

1.5,

1.6, 1.7, 1.8, 1.16 zijn. overgenomen uit

Grondslagen van de radiobuizentechniek door Ir.

J.

Deketh. Uitga.ve N.V. Centrex

De schrijver dankt hierbij de N.V. Centrex voor de toEstemming om

boven-•

vermelde. figuren op te nemen, en voor het beschikbaar stellen van de originele foto' s. ·

Niets uit deze uitgave mag.warden vermenigvuldigd en/of opanb~r gemaakt door middel van druk, fotocopie, microfilm of opwelke andere wijze ook, zon-der voorafgaande schriftelijke toestemming van de schri'jver.

Inhoud dee 1 I I.

§

7

De triode. Constructie. Werking van de triode. De grafieken. De steilheid

s.

De inwendige weerstand R .• De versterkingsfactor µ. Bepaling van S, ti.

1 1

en µ uit de grafieken. Formule van Barkhausen. De triodevergelijking.

Ver-gelijking der forrnules. Vervangingsscherna's. Repetitievragen. Opgaven. §

e

De tetrode, penthode en heptode. De versterking. De secundaire emissie. De

penthode. De triodevergelijking. De scherrnroosterstroorn. Stroomoveiname. Regelpenthode. Beam-power tetrode. De heptode. Repetitievragen. Opgaven.

g

9

Slektronenstraalbuizen. Inleiding. Het kanon en de focussering. De

deflec-tie. Ilet scherrn. Repetitievragen.

§

10 Gasbuizen. Gasdiode. ~hyratron. Stabilisatiebuizen. Repetitievragen.

Opga-ven.

§

11 Buiscapaciteiten. Norrenclatuur. Het Millereffect. Repetitievragen.

§ 12 Audioversterkers. Grafische benadering. Rekenkundige benadering. Berekening

met vervangingsschema's. Automatische negatieve roosterspanning. Kathode ontkoppeling. Cascadeschakeling. Frequentiegrenzen. Triode en penthode-versterkers. Repetitievragen. Opgaven.

§

13 Verrnogensversterking. Inleiding. Penthode eindversterking. Triode

eindver-sterking. Repetitievragen. Opgaven.

§

14 Geli.jkspanningsversterking. Directe koppeling zonder negatiefspanning.

Di-recte koppeling met negatiefspanning. Drift. Verschilversterkers. Verster-kers met trilleromvormer. Repetitievragen. Opgaven.

§ 15 8nkele triode schakelingen, Kathodebasisschakeling. Anodebasisschakeling.

Roosterbasisschakeling. De cascade. De afkapper. Repetitievragen. Opgaven. Appendix.

C. De theorema's van Thevenin en Norton. Tekenafspraken. De theorema's.

Op-gaven.

E. Reeksen van Mac Laurin en T~ylor. Inleiding. De reeks van Mac Laurin.

Op-gaven. De reeks van Taylor. Toepassingen. Reststelling. Lirnieten. Regel van l'Hopital. Opgaven. Partiele differentiaal quotienten. Taylorreeks voor functies van twee onafhankelijk variabelen. Opgaven.

I. Enkele onderdelen. Vaste weerstanden. Potentiometers. Condensatoren. De

norrnale reeks. Diversen. Repetitievragen.

7 -

1

§

7

De triode. Construe tie.

Wanneer we de anode van een diode vervangen door een rooster, ach ter di t rooster een plaat opstellen en deze plaat verbinden met een aansluitpen, is een triode ontstaan. De plaat is de anode van deze triode. Het rooster van de triode wordt praktisch steeds op een negatieve potentiaal ten opzichte van de kathode gehouden, zodat de stroom van rooster naar kathode verwaarloosbaar klein is. De anode van de triode wordt steeds op een vrij hoge potentiaal geplaatst

(50-550

Volt). ~fanneer deze anode nu s troorn voert zal elektrische energie gedissipeerd worden, evenals dit bij de diode het geval was. De anode moet de ontstane warmte kunnen afvoeren.

Gloeidraad en kathode van een triode zijn precies gelijk aan die van een diode. Voor omroepontvangers worden steeds indirecte verhitte oxyde kathode's gebruikt. Alle constructie-details welke voor de diode gelden, zijn ook van belang voor de triode. De roosters warden gemaakt van molybdeendraad. Men wik-kel t daartoe een spiraal op twee roosterbalkjes. Soms warden deze balkjes na het wikkelen van elkaar af getrokken. Men spreekt dan van een spanrooster, orndat de roosterdraden nu gespannen zijn. In buizen met spanroosters kan de kathode-roosterafstand kleiner gekozen worden dan bij normale buizen. Men kan daardoor buizen met uitzonderlijke eigenschappen maken. (Opgave 7,1).

Werking vap. de triode.

In de triode wordt de anodestroom bepaald door de spanningen: U van het

g

stuurrooster en U van de anode (beide ten opzichte van de kathode). a

I = I (U , U ) 7/1

a a g a

terwijl voor de diode gold:

I = I (U )

7/2

a a a

Deze laatste betrekking is voor het ruimbeladingsgebied bekend:

I = A. U

3/

2

7/i

a a

De

triode wordt voornamelijk in het ruimbelading-sgebied gebruikt. In het

ver-zadigingsgebied mag een buis met oxyde kathode niet komen, en de stromen in het aanloopstroomgebied ·.z.i jn voor de meeste toepassingen alleen een storend neven-effect.

vie Vo'agen ons nu af hoe de funktie 7/1 er uitziet. Daartoe vergelijken we een triode met een diode. De diode heeft een anode op de plaats waar de triode het stuurrooster heeft. Overigens zijn de buizen identiek. We regelen nu de buizen af op dezelfde stroom. In die toestand zal de veldsterkte vlak bij de kathode in beide buizen gelijk zijn. Deze veldsterkte bepaal t immers de stroom

die de buis voert. Imuers de kathodestroom is gelijk aan de anodestroom. Men noemt nu de spanning van de anode van de diode de "stuurspanning" van de triode.

Daar het verband tussen I en U U rekend is, moeten we nu alleen nog vinden

a a s

hoe de stuurspanning U samenhangt met de rooster en anodespanning in de triode. s

De eenvoudigste aanname daartoe is een lineair verband: U = U + DU

s g a

7/

A

De anode staat veel verder van de kathode dan het rooster. De invloed van Ua op de anodestroom zal daarom kleiner zijn dan de invloed van het rooster. D zal daarom kleiner dan een zijn. D wordt de "durchgriff" van de triode genoemd. Voor de gezochte formule vinden we

I

a AU

3/

2

₌

_{A (U}

+ DU )

3/

2

s g a

7/2.

Aan deze formule wordt redelijk goed voldaan. Het blijkt dat de durchgriff een goed constante grootheid is, welke maar weinig van de andere afhangt. Zo zou D

nog belangrijk van de stroom I kunnen afhangen; hoewel enige afhankelijkheid

a

wel aanwezig is, kan men D als de "meest constante" grootheid van een triode beschouwen. De durchgriff wordt bepaald door de constructie van rooster en anode. Men kan aantonen dat

cak

D =

-C-gk

7/§.

waarin Cak de anode-kathode capaciteit is en Cgk de rooster-kathode capaciteit. Uit

7/6

blijkt dat D dus een constante is welke niet of nauwelijks afhangt van het ingestelde punt (U , U , I ). (Opgave 7,2).

g a a

De grafieken.

In het voorgaande is een formule voor de a.nodestroom als functie van U en a U langs theoretische weg gevonden. Men kan ook het verband I (u , U )

vast-g a g a

leggen in een grafiek. Daarbij kan men een I - U grafiekenschaar tekenen met

a g

U als parameter, echter ook een I - U grafiekenschaar met U als parameter.

a a a g

Beide wordt gedaan. In

7,4

en

7.5

zijn deze beide grafieken gegeven voor de dubbeltriode ECC82. Deze grafieken kan men bepalen met behulp van schakeling 7.1 voorzover niet de toelaatbare anode-dissipatie wordt overschreden. Voor dat deel der grafieken waarvoor dit wel het geval is moet deze statische meetmetho-de vervangen warmeetmetho-den door een dynamische. Bij meetmetho-de dynamische meetmethomeetmetho-den wordt de maximaal toelaatbare anode-dissipatie slechts een zo korte tijd overschreden dat dit geen te grote opwarming der anode tot gevolg heeft.

In grafiek

7.5

is de lijn van de toelaatbare anode-dissipatie getekend. \:/anneer de buis is ingesteld op een punt van het I -U -vlak dat boven deze lijn

7 - 3

+

+

7.1

ligt, wordt de toelaatbare anode-dissipatie van 2,75 Watt overschreden. De lij-nen van gelijke anode-dissipatie W hebben als formule:

a I

.u

w

a a a

7/1

w

of I __.§.. a

u

7/8 a

hierin is W en constante. De kromme lijn welke door 7/8 wordt voorgesteld heet a

een hyperbool, De vorm van deze lijn wordt niet door de buis bepaald. De geko-zen waarde W is p~rameter. Ook deze wordt niet door de buis bepaald. Van de

a

grafiekenbundel 7/8 wordt in de buizenboeken steeds slechts een getekend.

Daar-voor is W

=

W gekozen. W wordt wel door de buis bepaald.

a a max a max

Wanneer een I -U grafiekenbundel gegeven is met U als parameter, is de

a g a

gehele functie I (U , U ) bekend. De I -U grafieken met U als parameter

kun-a g a a a g

nen dus worden afgeleid. Omgekeerd zal de I -U grafiekenbundel met U als

pa-a g a

rameter volgen uit de I -U grafiekenschaar met U als parameter.

a a g

Kan men aan deze grafieken zien dat voor een triode de formule 7/5 geldt? Dit is inderdaad het geval. Immers als voor U eert 50 Volt hogere waarde wordt

a

gekozen in 7/5, zal toch dezelfde U weer ontstaan, nu echter voor een U welke

s g

D.50 Volt kleiner is. De vorm der grafieken blijft hetzelfde; wanneer U hoger a

gekozen wordt schuift de I -U grafiek alleen. naar links. In 7.2 is dit

duide-a g

lijk te zien. Dit zelfde geldt ook voor de I -U grafieken. Deze schuiven naar a a

links wanneer U toeneemt. In 7,3 ziet men dat deze regel minder goed. opgaat g

dan voor 7.2 het geval was. De roosterspanning.U waarbij I = o wordt,noemt

gr a

men de "afknijpspanning." Het gebied tussen U en U = o heet de

:;;:;J:OLE TR~ODE a coefficient d'amplification eleve

DOP~ELTRIODE mit grossem Verstarkunesfa~tor

Heating ;.ndirect

supply

by A.C. or D,C;; $Bries cir parallel ,Chautfage: indirect par C .• A. OU C.C.; alimen,tation eerie

ou paralHl,e

Heizung indirekt .durch Wechsel-oder GlEiichstrom;

Se-rien- oder Parallelspeisung ·

Vr If Pins Broohes Stifte 'Tli1llensions in mm Dimensions en mm Abmessungen in mm

·~

k f fc f k1 6,3 v 300mA1) 9'-(4+5)

l:ias.e, culot; 'Sockel: CapRcitance;;i ·Capaci tes ~pazitaten Cg , ·= 1, 6 pF Ca = 0,4·6 pF Ca.g = 1. 7 pF Cgt· < 0,15 pF Caa' < Ca'g.< Cag' < Cgg' < 1,2 pF o, 1 pF 0,1 pF o, 01 pF 12,6 v 150 m.A1) Pins Broe hes 4-5 Stifte· ,. NQVAL. Cg' 1,6 pF Ca' o, 34 .pr' Ca' g' = 1 , 7 pF c·g'f < O, 15 pF

1 _{)In case of series supply a current-iimi ting tlevice mu.st}

'be i:lserted in the heater circuit for limiting the

current when switching on.

En cas d'alimentation ·serie il• faut utiliscr un limi-·teur ae courant pour limiter le courant pres de la mise

en circuit.

Dei Serienspei·sung muss ein Strombegrenzer verwendet

werden, dami t der Heizstrom beim Einscl;lal ten begrenzt·

wird. · '{ • L,

tcc-s2

°' ~

~ <;!,. c:i ~

...

... -1-1-_._.-W-W'-J..~~ ... .._._.,_,_._,_ ~~' 'rl"''l.++++++-f-R,,H4--l-+-l-1'o.1-J-•+~-l-l-0 LO C\iJ

~

t I \ I>-C> ~-~ ,

-

. _' ' . _'· '

..

~ ~ ~ LO _<::>o _C) '.'\J

·~II~~~~~~~f$f:f~~~~~~~tt~~~tt~~~~~~~~~~~~!'-1 -

5

te van de triod~. Het punt U , I = o heet afknijppunt. Uit

7/5

zien we dat gr a

I _a = o als

u

_g

=

u

_{gr = - DU a}

7/9

Deze f oit'Illule gaat slechts bij benadering op. (Opgave

7,3; 7,12

t/m

7,15).

De steilheid.

s.

In

7.5

is een

I

- U

gra£jek

a g getekend• Wanneer we aan deze buis een roos ..

terspanning van

-3

volt toevoeren zal er een stroom van

5

mA

ga.an lopen, als U

=

a

250

Volt. Wanneer U . in de buurt' van _g

-3

volt varieert, zal I _a in de buurt van

5

mA varieren. Het punt P loopt langs de grafiek P ... T~Q. Wanneer nu de spannings-variaties rond de

-3

volt klein zijn, zal slechts een kleine fout gema.a.ktworden, door P niet over de kromme, maar over de raaklijn aan de kromme in het punt. P te laten lopen. Deze raa.klijn heeft eenhelling S welke de steilheid in het "werk-punt" P wordt genoemd.

s

~ [:~ag~·

-3V

U _a

=

constant Uit de wiskunde kennen we de formula

dy=f.dx tiU dUi' '" g .. I a

t

6! a ----+

u

_g

7/jQ

Hierin is f het differentiaalquotient;, dx. is hetzelfde: als t.x. (Zie

7.6).

Daar-uit volgt dat dy niet 6y is, maar de aangroeiing tot de raaklijn gemeten.

y

1

f).X

..,x

dx

<

•

1.§.

Wanneer we deze regel toepassen op de I _a - U grafiek dan is dus:

g

= constant

dI _a

=

SdU mits U _{g a}

1/

11

Nu is het niet dia welke in de. elektronika belangrijk is, maar 6Ia' gemeten dus tot de kromme I

a

Daarom wordt met

- U • Voor 61 bestaat echter niet zo'n eenvoudige formule.

g a

dI gewerkt. Het verschil tussen dI en 6I is gering als 6U

a a a g

klein is. Van deze veronderstelling zullen we in eerste instantie steeds uitgaan. Men is gewend de variaties rond I en U , dus dI en dU met een kleine

let-a g a g

ter te schrijven. Dus

i _a Su mits U =constant

g a

7/12

(Opgave

7,4

en 7~6)

De inwendige weerstand

R .•

l.

Wanneer de anodespanning varieert met. 6U _a bij constante roosterspanning, zal

I

varieren met 6I • Het instelpunt

P

in 7,7 loopt over de

I -

U grafiek.

a a a a

Wanneer we nu weer de helling van de raaklijn bepalen kan dI berekend warden:

a dI

-~~a1

a aj

u

_g of dU dI a a

~

dla U g constant • dU a constant

7/U

7/14

I

I

Men noemt R. ~ l

[:~:1

u

g

7 - 7

llU a .. dU ~

7.1

= constant dI a

U =-2V

g llI a

__

___, .... u

a

7/12

de inwendige weerstand van de triode in het werkpunt P. We vinden dui:, als we weer dI a i , dU a a

=

u schrijven: a i a u a

R.

l

7/16

Oak hier zou niet dI maar. llI moeten warden bepaald. De formule voor llI is

a a a

echter zoveel ingewikkelder dat we in eerste benadering. stellen dI ~ llI •

Rier-a a

aan is voor kleine dU met voldoende benadering voldaan. (Opgave

7,5; 7,17J

a

7,239 7,24

en

7,25).

De versterkingsfactor µ.

De grootheid

µ

~

Lim -

r~ua:l

~ _l~g]

llU

g~

o

Lliu

gj Ia = constant

l

J

I = constant

a

7/11.

wordt de versterkingsfactor genoemd. Het ongenoemde getal µ blijkt gelijk te

zijn aan de grootste spanningsversterking welke met de triode ooit bereikt kan warden. We zullen dit later aantonen. (Opgave

7,6).

Bepaling van S, R. en µ ui t de grafieken. ---i

7.§_

I a

l

.. u

g

In 7, 8 zijn twee U = constant krommen getekend in een I -U vlak. We

be-a a g

schouwen de kleine driehoek ABC.

Uit de figuur zien we dat

s

= a _c 7/18 ua2 - u

R.=

a1 l a 7/19 ua2

- u

_a1 µ

₌

c 7/20 Daar de parameter bekende opvatten, u bij a zodat de dus

krornmen is bijgeschreven moet men ook deze als een alle drie de grootheden uit de I -U _a grafieken

kun-g

nen worden bepaald met de formules 7/181 7/19 en 7/20. Ook uit de I -U

grafie-a a

ken met U als parameter kunnen S,

R.

en µ warden bepaald door overeenkomstige

g l

formules. Natuurlijk vindt men alleen de juiste waarden voor het werkpunt A als ua₂-ua₁ enc, dus ook a an b klein gekozen worden. (Opgaven 717; 7118 en 7,19).

Formule van Ba.rkhausen.

Uit de formules 7/18, 7/19 en 7/20 zien we dat geldt:

µ = SR. 7/~

l

een formule welke het eerst is geformuleerd. door Barkhausen. Deze formule k.w1

SR.D

=

1 1

1 -

9

omdat D

=

1_ _µ 7/22

7/il

Deze laatste formule wordt gevonden als voor een triode de µ berekend wordt door 7/17 toe te passen op

715,

waarbij dus la als een Constante wordt beschouwd. (Opgave

7

18;

7,20

en 7,21)o

De triodevergelijking.

Wanneer van een triode het rooster u in spanning verandert, en de

anode-g

spanning blijft constant, is de anodestroom-verandering volgens

7/12

i = ~u

a1 g

7/24

Wanneer van een triode de anode u in spanning verandert, en de rooster-1

spanning blijft constant is de anodestroom-verandering volgens 7/16:

7/25

Hoe groot is nu de anodestroom-verandering wanneer de roosterspanning met

u en de anodespanning mot u verandert? We veronderstellen nu dat de waarde

g a

i _a = i _a 1 + i _a 2 7/26

voor de werkelijk optredende anodestroom-verandering een goede benadering vormt. Daarbij moet in gedachte warden gehouden dat

7/24

en

7/25

ook slechts benaderde

formules zijn, welke alleen voor kleine u on u opgaan. Ingevuld levert dit

g a de vergelijking~ i

=

Su + a g u a

R.

1

7/'ll.

Deze vergelijking wordt de triodevergelijking genoemd. Men kan wiskundig aan-tonen dat de benadering steeds gerechtvaardigd is, als men u en u maar

vol-g a

doende klein kiesto Opgave

7,9.

Vergelijking der formules.

Voor de triode hebben we nu twee formules afgeleid. Formule

7/5

en formule

7/27

I A (U + DU )

3/

2 a g a

7/

!i.

u i :o Su + ....§:

7/'fl

a g R. 1

De eerste formule is berekend op grond van een physisch gedachten-experiment. De gevonden waarden bleken aardig met het experiment overeen te komen. De tweede formule is ontstaan uit een wiskundige beschouwing rond de vergelijking 7/1.

I

Behalve het en U voor, a

7/27

alleen te van S en gelden.

verschil in afkomst is er ook verschil in vorm. In

7/5

komen I , U _{a g} in 7/27 i , u en u • Verder is

7/5

steeds bij benadering geldig,

a g a

voor kleine waarden van i , u en u • Bovendien is in

7/27

de

groot-a g a

R. afhankelijk van het gekozen instelpunt P9 terwijl A en D algemeen L

Niettegenstaande de vele voordelen welke

7/5

biedt boven 7/27, wordt de laatste steeds gebruikt 9 want deze formule is lineair. In lineaire versterkers

maken U en U juist steeds min of meer kleine variaties rond het werkpunt. De

g a

formule biedt dus voor versterkers een goed en eenvoudig uitgangspunt. Voor buizen wordt daarom veelal een geschikt werkpunt P opgegeven. Ook S en

Rt

in dit punt worden in de buizenboeken vermeld. (Opgave 7,10).

Vervangingsschema's. i a a + k u a i a + a k u a

Wanneer we het rooster van een triode op een spanningsbron u aansluiten kunnen

~ g

we twee aansluitingen a en k beschouwen als een tweepool. De tweepool

7.9

kan nu volgens het theorema van Norton ook worden beschouwd als de parallelschake-ling van een stroombron r

1 en een weerstand R1 parallel, zoals 7.10 toont. Daar-bij moet r

1 gelijk de kortsluitstroom worden gekozen. Uais bij kortsluiting van

de klemmen a en k constant, dus u = o. Uit de triodevergelijking volgt dan a

i = Su • Dus r

1 moet~Su gekozen worden. Voor R1 moet men de weerstand kiezen

a g g

welke tussen de klemmen a en k wordt gemeten als de bronnen nul worden gesteld. Uit

7.9

zien we dat deze weerstand gelijk is aan:

ua dUa ldUal

ia dla U

=

constant = ldral u

=

o

g g

Vol-gens 7/15 is dit gelijk aan R .• Vandaar ook de naarn R. voor 7/15. Blijkbaar

1 1

7 -

11

Wannee-r we op

7

.11 brontransformatie toepassen wordt

7

.12 gevonden. Deze ()

schakeling kan ook worden gevonden door op

7.9

het Theorema van Thevemin toe

te passen. Su g i .---() +

l

R.

J. u a µu g R. l. i a + u a

Voor de spanningsbron moet een spanning worden gekozen gelijk Su .R .. Dit is

ge-g l.

lijk µu volgens de formule van Barkhausen. Bij vele berekeningen kan men van

g

deze vervangingsschema's een goed gebruik maken. Men kan. echter ook gebruik ma-ken van de triodevergelijking. Deze volgt immers direct uit beide schema's, en geldt dus ook voor beide.

Het toepassen van vervangingsschema.1 _{s houdt steeds in dat men de beschouwde}

tweepool als lineair beschouwt. Dus voor schakelingen, waar een lineaire benade-ring der anodestroom verantwoord is, kan een vervangingsschema worden gebruikt. Indien de formule

7/5

geldt en

7/27

niet, kan geen vervangingsschema worden

op-gesteld. Vele berekeningen worden niet meer uitvoerbaar, als

7/5

moet worden

toegepast.

Ui t schema

7.

12 leest men direct af dat µ de grootste versterking is welke ooit met de buis kan worden verkregen. Immers, als tussen de klemmen een belas-tingsweerstand wordt aangesloten zal de klemspanning dalen. Onbelast dus de hoogste uitgangsspanning µu .• Dus een "spanningsversterking" µ.

g

In schema

7.9

zijn op de triode alleen de wisselspanningen u en u

aange-g a

sloten. Wanneer men een triode zo aansluit, dus zonder gelijkspanning zal de

schakeling niet werken. Men kan nu

7.9

opvatten als een vereenvoudigde

schake-ling waarbij de gelijkspanningen U en U , niet getekend zijn, maar wel

aan-go ao

wezig verondersteld.worden. De volledige schakeling toont dan

7.13.

De

schake-lingen

7.9

en

7.13

warden ook gelijkwaardig indien men in

7.9

een triode denkt welk°' in het werkpu.nt U =O en U =o dus ook I =o, dezelfde steilheid en

in-go ao ao

u

go +

-

,

...

,,,

+

-;- u

: ao _..__

-a6+

u k a

- u

_g ~

ua

1·1.i

1·1.!

De lineaire benadering gaat voor de reeele triode alleen op als u en u _{g a} klein zijn. Veel berekeningen aan triode's warden echter uitgevoerd alsof ~eza lineariteit voor alle waarden van u en u opgaat. Dit is het geval indien de

g a

grafieken rechte lijnen. zouden zijn,. zoals in.

7. 14

is getekend. Dan z·ijn S en R 1

in elk punt hetzelfde, dus ook in

P

en O, zoals bij

7.9

was verondersteld. Er zij op gewezen, dat de spanningsbronnen

U

en

U

voor de

wisselspan-go ao

ningen als kortsluitingen. moeten warden opgevat. Wisselstromen wekken dus in de spanningsbronnen geen wisselspanning op. De klemspanning der bronnen blijft, ongeacht de stroom. gelijk aa.n U resp. U • ( Opgave

7,

11 en

7,

22).

go ao

Repetitievragen.

7,

1 Vertel iets over de constructie. van. een triode; over de potentialen waarop de. elektroden plegen te.worden. gehouden; omtrent de dissipatie, de gloei-draad en kathode; over de constructie-materialen. Waartoe dient een span-rooster?

Wat wordt bedoeld met I ·I (U ,U )? Bespreek het begrip stuursp&lllling, en. a a g a

leidt met behulp hiervan een1 formule voor I _a af. Welk verba.nd bestaat er tussen D en de. buiscapaciteiten?

Welke grafiekenbundels worden doorgaans goegeYen. om

I (U ,U )

vast te leg-a g a

gen? Teken een schakeling om deze grafieken. statisch te meten. Wat verstaat men onder. een dynamische. meetmethode? Bespreek de dissipatielijn in de

I -U

_{a a} grafiek. Hoe. ziet men uit deze grafieken dat de afgeleide formule. voor I. (U _{a a}

,u )

_g inderdaad redelijk goed. is? Wat is de. roosterruimte, en. wat _. de afknijpspa.nning

u·

van een triode? Welke betrekking bestaat er tussen

gr

U

en

U ?

7 -

13

7,4. Wat bedoelt men met de steilheid S van een triode? Waarvan hangt S af? Wat bedoelt men met de inwendige weerstand R. van een triode? Wat is het

].

werkpunt?

Wat is de definitieformule voor µ, en wat blijkt aan µ gelijk te zijn? Hoe bepaalt men S, µen

E.

uit een grafiekenbundel?

].

Geef de afleiding voor de formule van Barkhausen, en voor D.

Geef de afleiding van de triodevergelijking en bespreek de beperkingen. 7,10 Vergelijk de formules voor I en i welke zijn afgeleid,

a a

7,11 Bespreek de twee vervangingsschema's voor de triode. Bereken hiermede de maximaal bereikbare spanningsversterking. Geef aan hoe geidealiseerde tri-ode grafieken er uitzien.

Opgaven.

7,12 Teken in 7,4 lijnen voor U = 135V en U = 225V. Gebruik hiertoe de gegevens

a a

van 7. 5.

7,13 Teken in 7,5 lijnen voor U = -1V en U = -7V. Gebruik hiertoe de gegevens

g g

van 7 .4.

7' 14 Bereken uit 7,4 D voor

u

_a 25ov, 200V, 17ov en 100V. Gebruik formule 7 / 9. 7' 15 Bereken uit 7,5 D voor

u

_g = -2, -4, -6, -8 en -10V. Gebruik de punten

waar-voor I = o. a

7' 16 Construeer een U -U grafiek uit 7.5 voor l = 5,10 en 15

mA.

Verklaar het

a g a

resultaat.

2.

7,17 Teken in 7,5 lijnen voor Wa= 1 ,

2 en 2W.

7' 18 Bepaal S voor U = 25ov U

=

-5, -10, -15V uit 7.4.

a g

7' 19 Bepaal R. voor U = -12V U

=

300, 250, 200V uit 7.5.

i g a

7,20 Bepaal µ voor I = 5

mA

U = O, -4, -BV uit 7.5.

a g

7,21 Bepaal µ voor I = 5

mA

U = 250, 200, 100V uit 7,4,

a a

7,22 Bepaal D voor de punten uit 7,18. Gebruik hiertoe D voor de punten uit 7,19. Gebruik hiertoa 7,24 Teken de geidealiseerde I -U en I -U grafieken

a a a g 7,23 Bepaal 7.4 7,4 voor en 7.5 naar keuze. en 7.5 naar keuze. de EEC82. Gebruik de gegevens van het werkpunt zoals deze in 7.6 zijn opgegeven voor

u

_a = 25ov. 7,25 Teken in K 1 lijnen voor U = 175 Ven U = 225 V.

a a Gebruik de gegevens van

K 2. (Zie appendix

J).

7,26 Bepaal uit K 1 de R. en S voor U

=

250V U = -1 en U =-o,5v.

i a g g

§ 8. De tetrode, penthode e~ heptode. De versterking.

In de vorige paragraaf bleek de spanningsversterking van een triode hoog-stens µ te kunnen zijn. Als men de µ groot wil maken, kan dit gebeuren door of S, of R. groot te ma.ken. Immers µ

=

S.R .• Nu kan S groot gemaakt worden door een

1 1

fijnmazig rooster op korte afstand van de kathode te nemen. Deze afstanden kan men niet steeds maar verkleinen; de techniek stelt hier grenzen. Men kan echter

R. vergroten door het aanbrengen van een extra rooster tussen de anode en het 1

eerste rooster. Men noemt dit rooster het schermrooster, en het reeds aanwezige rooster heet in zulk een "tetrode" het stuurrooster. Dit schermrooster wordt op een constante, positieve potentiaal ten opzichte van de kathode geplaatst, bij-voorbeeld + 150 Volt. Dit rooster heeft een "afschermende" werking. De anode-potentiaal krijgt een veel geringere invloed op de veldsterkten in de buurt van de kathode. Daardoor zal de invloed van de anodespanning op de kathodestroom, veel kleiner worden door het tussenplaatsen van dit schermrooster. Dus

8/1 constant

wordt veel groter.

De kathodestroom zal nu niet meer geheel naar de anode toegaan. Een deel der elektronen komt op het schermrooster terecht. Dit kan omstreeks 20°/o be-dragen. Daardoor wordt de steilheid der buis dus 20 °/o kleiner.

Ook wanneer Ua lager is dan ug

2 zullen de elektronen welke door het scherm-rooster heen zijn, doorgaan. naar de anode. De elektronen keren dus niet meer terug om naar het schermrooster te gaan. Ook niet wanneer de anodespanning be-langrijk lager is dan de schermroosterspanning. De oorzaak hiervar, is dat de elektronen een grote srelheid hebben, gericht naar de anode toe. Een elektron dat in de ruimte tussen schermrooster en anode is, zonder zulk een snelheid zal wel naar het schermrooster gaan, als. U <u is. De elektronen welke echter van

a g

de kathode afkomstig zijn, hebben allen een grote snelheid en zullen, eenmaal tussen scherm, en anode gekomen, doorgaan naar de anode. (Opgave 8,1).

De secundaire emissie.

Wanneer de anodespanning voldoende hoog is zullen de elektronen welke op de anode vallen, secundaire elektronen vrij ma.ken. Wanneer nu in de buurt van de anode een veldsterkte heerst, welke deze langzame secundaire. elektronen weer terug drijft naar de anode, zal van het bestaan van deze secundaire emissie niets gemerkt warden. In een triode is na het Epstein minimum e in 8.1 steeds

0 8 - 2

u

t

0

--

---+-'

e i ! a k a k _{g1 g2 a}

8.£

I

I I I I

'

I I I I I I I 0 - - -I I I I __ J_ __ I e 1, 1e2 k g1 g2 8 •

.4.

a 8._2

een versnellende veldsterkte in de richting van de anode aanwezig. In een te-trode zal

echter U a

optreden,

dit ook het geval zijn als U ) U

2 is, zoals 8.2 toont. Wanneer

a g

<(

ug

2 is, kan een remmende veldsterkte tussen schermrooster en anode Deze si tuatie is in 8.

3

getekend. Dan worden de secundaire elektronen versneld in de richting van het schermrooster. Hierdoor zal de a.nodestroom kleiner zijn, en de schermroosterstroom groter, dan zonder secundaire elektro-nen het geval zou zijn geweest. Wanneer de anodespanning U zeer laag wordt, zal

a

de secundaire emissie-coefficient

b

tot ver beneden een dalen. Voor zeer kleine U dus geen noemenswaardige invloed der secundaire emissie.

a I a

t

kromme er lijn

3

als 1 8 •

.£

---•i.u

_a

de grafiek van een tetrode getekend. De lijn 1 geeft aan hoe de I -U

a a

ui tziet voor secundair emissie-coefficient

d

=

o; lijn 2 als

&=

O,

7

en

b

1

~5

is. In dit laatste geval ka.n I dus zelfs negatief worden.

De tetrode kan in het gebied waar last ondervonden wordt van de secundaire emissie, niet worden gebruikt als versterker. Men heeft, door het aanbrengen van een geaard derde rooster, de invloed der secundaire emissie weten te elimineren. Deze "penthode" heeft de tetrode bijna geheel verdrongen.

Voor

8.6

is in het gebied waar Ua ligt tussen Ua₁ en Ua

2 de inwendige weerstand H.. l. dU a

\fil)

a U g₁ en U g₂ constant

negatief. Net behulp van een negatieve weerstand kan men versterkers en genera-toren maken. Hoewel dit niet wordt toegepast, is dit ook met de tetrode mogelijk

gebleken. (Dynatronschakeling). (Opgave

8,2).

De penthode.

Het derde rooster g

3

in de penthode wordt rem, keer. of vangrooster ge~

noemd. Wanneer dit rooster met de kathode wordt verbonden gaat de potentia.al-kromme tussen schermrooster en anode doorhangen, zoals in

8.4

en

8.5

is gete-kend. Daardoor heerst bij de anode, ook als Ua

<:

U g

2 is, een veldsterkte welke de elektronen in de richting van de anode versnelt. De secundaire elektronen verlaten de anode steeds met zeer kleine snelheden, Zij worden door dit veld teruggedreven naar de anode. Als alle secundaire elektronen teruggedreven wor-den naar de anode, hebben ze geen merkbare invloed op. de spanningen en stromen van het uitwendig circuit. De I -U grafiek van de penthode heeft daarom de

a a

vorm van kromme.

1

in

8.6.

(Opgave

8,3; 8,11

t/m

8,18).

De triode vergelijking.

De grootheden S, R. en µ hebben voor de tetrode en penthode dezelfde be-l.

tekenis als voor de triode; daarbij moet echter extra worden vermeld, dat ug 2 steeds constant gehouden wordt op een. aangegeven waarde. Het instelpunt van een triode was bepa.ald door U en U ; van een tetrode en penthode moet men opgeven

g a

Ug1 ' Ug2 en. Ua. Bij de penthode wordt ug

₃

steeds gelijk nul gekozen. De triode vergelijking was wiskundig afgeleid uit

I

_a

=

I

_a

(U , U )

_{g a}

8/3

Voor de tetrode geldt

8/4

Wanneer men echter. ug

2 als een constante beschouwt gaat

8/4

weer over in

8/3.

Dan geldt de triode vergelijking dus ook voor de tetrode.

i a u Su + __§:. g

R.

l.

8/

.2.

8 -

4

Voor de penthode kan voor

8/5

een benadering worden gegeven, door de Ri oneindig groat te stellen. Formule

8/5

gaat dan over in

i Su

a g

8/§.

Aa.n deze formule wordt slechts bij benadering voldaan.

u

=300

v

a

•u

g I I a a

t

t

_ug2=250

v

-1

v

!--~~~~~~~~~~~~~~-- -2

v

-3V

- - - -4

v

8 • .2_

u

_a

In 808 en 8.9 zijn de geidealiseerde grafieken van een penthode getekend. Dit zijn dus rechte lijnen. In

8.8

is U

2 als parameter gekozen en niet U ,

om-g a

dat de anodespanning toch geen invloed uitoefent op de anodestroom, in dit ide-ale geval. Oak in de gemeten krommen wordt ug

2 als fiekenschaar gebruikt, hoewel dan wel de gebruikte dan voor de gehele bundel hetzelfde. In

8.8

is dit

parameter in de I -U gra-a g

U wordt opgegeven. Deze is a

daarom oak gedaan, hoewel opgave hier onnodig is. Uit de figuur 8.9 kan dus niet 8.8 warden afgeleid. Voor gemeten grafieken kan de I -U grafiekenbundel oak niet uit de I -U

a a a g

grafiekenbundel warden gevonden. In het ideale geval 8.8 en 8.9 is dit wel mogelijk. Dit is dus een kenmerkend verschil met de triode-grafieken. (Opgave

8,4).

De schermroosterstroom.

De schermroosters warden meestal zo gekozen. dat 15 - 20 °/o der kathode-stroom op het scherm terechtkomt. Deze elektronen botsen tegen het scherm en de vrijgekomen energie wordt gedissipeerd. De schermroosterdissipatie is evenals de anodedissipatie aan een maximum gebonden. De warmte. moet door het scherm kunnen worden afgevoerd. Deze warmte-afvoer is voor het schermrooster veel moei-lijker dan voor de anode, omdat het uitstralend oppervlak zoveel kleiner is en het scherm is geplaatst tussen de roodgestookte ka thode en de warme anode. Voor-al bij buizen voor grate stromen tracht men daarom de schermroosterstroom te

beperken door de schermroosterdraden te wikkelen in de schaduw van de stuurroos-terdraden. In 8.10 is dit schernatisch aangegeven. Door deze maatregel kan de rg

2 een factor twee kleiner worden, dus 7-10 °/o van de anodestroom. Men verge-lijke EL82 en EL81. De laatste heeft het scherrnrooster in de schaduw van het stuurrooster gewikkeld.(Opgave 8,5). a Stroomovername. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 g1 k 8 • ..l.Q. 0 0 0 0 ₀ 0 _{0 0} 0 0 0 0 0 _{0 0} 0 0 0 0 0 _{0 0} 0 0 g1 g2 g3 a

Wanneer de anodespanning te laag wordt, dus ver beneden de schermrooster-spanning daalt, zal de stroom niet meer naar de anode gaan, maar geheel of goed-deels naar het schermrooster. Men spreekt van stroom-overname. Het punt waar de s+,room-overname inzet heet de "knie". In

9

.4 ziet men dat di t gebied begint bij U

=

50 Volt. Naarmate U verder daalt, daalt I en stijgt I

2• De

schermstro-a a a g

men kunnen hier zo sterk toenemen dat de toelaatbare schermdissipatie wordt overschreden. Het scherm gaat rood of wit gloeiend staan. Hierdoor kan nog ge-bonden gas uit het schermrooster-draad vrijkomen waardoor het vacuum kan worden verknoeid. Een penthode. mag dus niet gedurig worden gebruikt bij een te lage U .• Wanneer door een mankement de anodeleiding. losraakt gaat veelal de buis

ka-a

pot. In dit stroom-overname-gebied mag de buis wel korte tijd verkeren. Als de

toelaatbare schermrooster~dissipatie maar niet wordt overschreden. Van de

stroom-overname wordt in niet lineaire schakelingen een veelvuldig gebruik ge-maakt. De figuren 8.11, 8.12, 8.13 en 8.14 geven een beeld van penthode grafie-ken. (Opgave 8,6; 8,10 t/m 8,13).

Regelpenthode.

De grafiek 1 van 8.15 geldt voor een penthode met een stuurrooster met kleine spoed. De grafiek 2 van 8.15 geld t voor een stuurrooster met grove spoed.

Bovendien heeft penthode een tweemaal zo groot kathode oppervlak als penthode

2. Wanneer deze twee penthodes parallel geplaatst worden,ontstaat de penthode-grafiek 3. Het is mogelijk deze twee buizen in een ballon onder te brengen.

25 i

a fff.'t+-i-6--':j+j.:f ,_,

~1-0V

' _ ...,H.24

L Fl-~ ;-t.i...c..; '

(mA)t+++~

j - , , -

~..+

.

1+J.1 1

Hti

T F80 .J-""Ps4 -tt-!-t,-r-7 ·:+rr \ \\ · ·r-r- ,

,-20,

;±f~h.c+i-

'

i±l-_~

1

,-G._

..

,,+ ·

1-l, Pen_tode "111-t·-l.

4

- ...+ ,

ITT~

,

:-++~+

~2

17ovr:ntrttt++m+i=m::.tt1

Ti~

_qJ:::!ll

t".-Ll

i:'--t:E1-:J::i

_{+' 'T}

~I\·

t -

:t+

_{_, ---++-...;}

'-:i:,

±rt,-~

_I

H--:r·

_{- , ,} ...!....;... ._ _{_w.._c.l __} -i-+-i ;HTtrn +

.

.

:~~

H--t+i-+ '

I ' ++l I _, ' I -.1 ! I

15~i-

• '._ f YI'+ i Tt -1- - ....

-~

....;..J...:_ . ·1-R

., ;;::t!J'+#flHj "

r

.

c

i.J . I·-. 1t~Ttt:

··+ -

I

i -]±·-W l - 1.

mt+t+J=Jm:fttttj--i..w

I

'"" ii

.~t~J_.-_f Jli:t:~.f_1i+-

+_.

H-_lH:..

:~

11i111

i I I llffiE

en

~

2V

IOp

:~

_r :::t-;=; _!;..k°'H. j _iU-t

~T--,-'.j_

_jci

Tf~-T'

.:'

rl '

_"'

I • _-t-h ' _-++ 1';..

~·

·nni:+~-1-t

_{'-+-L Ci'-'+ .... -±-t+Jttttlt:u.fl1=t.x1 +:.1 t111P1::t1:t: t1l::J110}I 1_1:-1-l

~

l/:Jt'-

_;;-·J:tj_.lj p:.1 '-_ITT · +F H-" ._W_

~

-

j , :

.ff-,-~

+r . .

i l :iH-tih ; . . j '

i~..,tt~ffi:~. m1~+1-l~' -~~lt--+~H~-

·i...;.'+t-

~~· rllil~

.; + t-t· • _il:J_.j_J

~

. I ,- H . - - l" 5 ,,-r-1·1,llii+!-...; _j_j _.,....

1-;l-~.

-+- '

+

:11

~~

1-h++~

~

_ ·. -t

~

I - 'TI T • 'T 1 l , k-L

-°]·~ T +-++-1-1-+++-l-+-i--! I I I I : I I I I I I I I I I 11 I I I I I I~ :-TQT+.J'CW.t-1-L.J.1.l.I I I i 11-l I I I ~m:f17i-r1H·1 I i-1-'+H++ C ~~±:ti:r±ttti-"+-H-r+tt t+++++-H 'h-1++++++-i+H 0 50 100 150 ' 2()0 250 1ni~~-L'

li-t'l-c::;:n '

" I 1·

H+t

~r: ) I I

R=

v,: -- -c-- _,_. gt- - -H--+~

--ov

I I 1~-...._.,...,_, ' ~I ""'i'-L.L"J__..:~:;~.,._!

t-rf;

~-tfff

or+ rrt

~

-OOm~-~4~

~v ·1V 4V I I f-~· I i I I I 0 100 200 300 400 500 ~ V} 600 'i:l t""' ' co w CJ) J'·-~-_l I

f-+

I_ ,. I .D~l . l·l·-1 I TIJ...l_;<;!:,

--...,....,,,,rrio::t:pJ-Rr-1

TT i I , i J , ' I i ..1 I . I I .i.:... , I I I l I I I ::1. ;

l':'I

H+

' '

' ' ' ' ' ' '

'

lJ ' I • '

'++-~

: : J I I 1 I

+•-

++~

I I _ !- -l'-t-

.-+tt

~

<::I'

I I I I n J__,__L

ri·r-~

l I -

~~

I . I I I I ,

~...

I I I I -

rm

I i !J + O; ' . , , 1

u--

,,

' ' ' ' l '

n

p:::

-±±

_1:1 ' ' I _I _J_

++-~--H-+

I

i - I :

' ,

.

1:

' '

I I

,

,

I 1 --, -j '

'

'

_,

'

'

"

'

-r -;-- -r

i ' ' ' ' ' ' "

-~

1 I J I I I 1 I 1_1 1 I

~

I I

\t - ' ' : : ' ,, ' ' : ' ' ' ' ' '

-I I I I ' I I -

111:

! I I -. " -

'

'

'

-

:

.

.

'

'

''

I

~

1. 1- ' u_ ' ' ' . . - '

'!.• '

lm .

*-rt- ' LI ' . I o ' . ' l

-' -' - -' -'

_r:-,

_{·' ' '}

_'

_{: '}

l

'

'

'

H~"c-

·--~

, . -

"-- "

'

-

-'

'

'

'

"

'

'

~

_'

k !+ , ' .U ' l ' ' · ' '

H+~

p;

0 \

~-+F+·T

' "'

L • I ' ' ' ' ' ' ' \I 1-'I

~L:..t-

....

-~~r-·

I I I j I I -¥' ' 1 ' ' "

IT~d~-,'

' • '

I<~,,

'-'-'-- , ' ' ' l{, I

"" '" 'a

, __

•-og,._,,,,,,

' ' ' ' ' ' ' '

" ' " , N , ,

z.-, '

'

~

'

'Of/ ' ' ' ' ' ' ' ' ' ")ct ' ' ' ' ' ' - ' ' -- , . ' '.-.... ' ' l 1 '

~

-r.·;., I

tt~-

-

-

' '

u+

'

T '

'

' ' -" N! _J.' 1'.I I f I -l--t-~ l ' / I "'\

-t'

I " I _l I I I C">Ll.LJ. ... I ' ~

-

'"ti. (""} l'.rj. co 0

~"Z

: ' ....

~,,

'

''

'

' ' "

-=-' 0 ~

r~ ~

CD ...__ 0 O'( _Ul

ia

6nA

u

1,5 1-•-L ~ ~ I ._.__~

.

' 10 ~' ~ -+--'!-m

.

ro-, I-

.

.

.

~ L... _5 L 0 0 II w ' ~ II I-. I 1 l I l I !

-

~ -' l.i I I _,_ -I I I 50 ~ilJi I ; I I .., I'~ Pentode>

1'-:£

l.92-100V ._,

,.

' ·,

""

,,

..

~.

--~ , ... i"'

...

~,' ' I• L~L -~ 100 150 J.... I ~ ~ 'IR043aJ +~A F tJO 3-9-'54 i I . I f I

t -' I I

-

t -I ' ~,-ov

-0.5V I

i1Y

I I I . 1.5V T I I 2Vi ~~ 2,5V I I i 0-. "tj (") l<tj_ 200 Va(il) ... 250

~

8.15 --1)1o•

u

_g I a

l

I

!

~

I

I

I

I

~

I

I

0

I

I 0 I

I

~

!

i

~

---1-- ' -

0 --0

o

I

0 I

I

0

I

I 0 I

I

0

I

I

~

I

I

~

I

0

~

I

I

---'--1---0

I

I

I

0 k 8.16 1 2

In 8.16 is de gebruikelijke constructie getekend: ongeveer 1/3 deel

van

de to-tale lengte van het stuurrooster heeft de dubbele spoed. De buis die zo is ont-staan wordt een regelpenthode genoemd. Uit 8.15 zien we dat de steilheid van deze buis 8terk van het werkpunt afhangt. De steilheid van deze buis kan du8

geregeld warden door U te regelen. Wanneer het signaal klein is zal geen

ern-go

8tige vervorming ontstaan door de grote kromming. De durchgriff is voor het fijnmazige rooster veel kleiner dan voor het wijdmazige. Daardoor verandert ook de µ als de U wordt veranderd. Men spreekt daarom ook wel van variabel µ

bui-go

zen. Ook de naam staart-buis wordt gebruikt, omdat de I -U grafiek zulk een a g

duidelijke staart vertoont.

Regelpenthode's warden in radio-ontvangers,gebruikt om de versterking au-tomatisch te kunnen regelen. Men heeft met regelpenthode's 8Chakelingen ge-maakt waardoor het geluidsvolume dat de ontvanger afgeeft, maar heel weinig van de 8terkte van het antenne-signaal afh.3.!lgt. De figuren 8.17 en 8.18 tonen enkele grafieken van een regelpenthode. (Opgaven 8,7 en 8,14).

Beam-power ~~trode.

De enige t~trode welke nog in gebruik. is, is een eindbuis waarin de elek-tronen in een bundel warden 8amengedrongen. In 8.19 zorgen de geaarde schermen 8₁ en 8₂ hiervoor. Overal in het gebied. waar elektronen op de anode vallen, heerst een veldsterkte welke de elektronen in de richting van de anode versnelt, ook als ua<:ug₂ is. Aan de randen der elektronenbundels is dit door de invloed

EBF 89

_, la

1-+++-1-++--1.+--i-l--l-l--·l---l-I~

(µA)

s.17

a - s

8.18

der schermen. ln het midden ontstaat een potentiaal minimum door de J.nvloed der - - - - ' - - a

a

negatieve ruimtelading. Deze ruimtelading moet daarvoor voldoende groat zijn. Vandaar dat deze methode alleen kan warden toegepast voor buizen welke veel stroom voeren. Dus voor eindbuizen, voor groat vermogen. Bij eindbuizen is de koeling.van het schermrooster steeds een probleem. Beampower tetroden warden daarom steeds uitgevoerd met scherrnroosterdraden die gewikkeld zijn in de scha-duw der stuurroosterdraden.

Het ontbreken van een remrooster is hier een voordeel. De roosterdraden van g

3

verstrooien een deel der elektronen, welke op g2 terecht kunnen komen. Door het ontbreken van g

3

is daarom de scherrnroosterstroom extra klein. (Opgave 8,8).

De heptode.

Hoewel vele elektronika-problemen met behulp van diode's, triode's en pen-thode's kunnen warden opgelost, zijn er in de loop der jaren nog vele andere buistypen voor speciale doeleinden ontwikkeld. Een van deze buizen is de hep-tode; deze buis wordt in alle omroepontvangers toegepast als mengbuis.

De heptode is een buis met twee stuurroosters. De anodestroom hangt af van de spanning van beide roosters. Beide roosters wordt een negatieve potentiaal gegeven, zodat er geen stuurroosterstromen optreden. In 8.20 is het potentiaal-verloop getekend•

u

_a

I

0 k f f 8.20

_8.£1.

De roosters g₁ en g

3

zijn de. twee stuurroosters. Verder. zijn g2 en g

₄

bei-de schermroosters welke altijd op bei-dezelfbei-de potentiaal warbei-den aangesloten. Ten-slotte volgt nog het remrooster g

5

•

De invloed van g

1, g2 en g

₅

komt overeen met de drie penthode-roosters. We fil')eten dus alleen nog de werking. van. g

3

en g

4

verklaren .•

Daartoe beschouwen we eerst 8.20. Na het schermrooster g

2 komt weer een fijnmazig stuurrooster g

3

dat even beneden kathode-potentiaal staat. Daardoor

zal de potentiaal t·1ssen g

2 en g

₄

sterk dalen. Een deel der elektronen zal het potentiaal-minimum e₂ kunnen passeren, de. anderen keren terug naar g

2• De frac-tie van de totale elektronenstroom welke e

8 - 10

van de potentiaal van g

3

•

De

elektronen welke e2 passeren zullen goeddeels de anode bereiken. Het potentiaal-verloop t~ssen e

2 en de anode is immers precies eender als in een penthode. Rooster g₁ heeft weer een afschermende werking. De potentiaal van g

3

bepaalt welk deel naar g2 gaat en welk naar de anode. De anode-potentiaal heeft hierop nauwelijks invloed, door de aan-wezigheid van g

4

•

Men noemt daarom de sturing van g

5

stroomverdelings-stu-ring, in tegenstellin·g tot de stroomdichtheidssturing van g

1• Het laatste rooster g

5

is weer een remrooster om de secundaire elektronen welke op de

anode ontstaan, naar de a.node terug te drijven.

u

₉₁

s

u,.,

=

100

V

Ua:

200V ..,_~~--~~--+-~~+-... ,_.,,.-112

Ia..

mA

'l

L_ ...

~;;;;;;;±=:=:::±::::::Jo

_, -'I -2 0 -8

•

_---1••

_{ui, .}

vol-': 8.22

---r---r--..,· ,,

ut

2 =

ut"

=

100

v

Ua.

=

.aooV

~---r--r--r---.12

I

. a•

·A

'f

8.li

De figuren 8.22 en 8.23 tonen de

(I ,

U 1, U 3) grafieken;iri 8.22 is a g g

ug3

parameter, in

e.23

is

ug1

parameter. ~e steilheid van het eerste stuur-rooster is veel grater dan van het tweede. Men sluit daarom steeds op g

1 het kleinste signaal aan. Men ziet dat het "afknijppunt11

, dat is het punt

wa.a.rbij juist geen stroom meer loopt in 8.~2 onafhankelijk; is van U

3

en in . g

8.23 onafhankelijk van

ug

₁• Dit is uit de buisconstructie oak wel begrijpe-lijk. Immers als g₁ de stroom blokkeert is er voor g

3

niets meer te verdelen.

Anderzijds als g

3

alle elektronen naar g2 terugstuurt zal dit nauwelijks af-hankelijk zijn van het aantal elektronen dat bij e

2 arriveert. Alleen als de stromen zo groat zijn dat de ruimtela.ding een duidelijke rol gaat spelen zal bij 8. 23 een beinvloeding ·van het afknijppunt door U _{g1 merk"!:Ja.ar zijn. Bij}

8.22 blijkt oak dan het afknijppunt onafhankelijk vq.n ug

3

is.

Heptoden warden gebruikt .in mengschakelingen. we komen hierop later terug. (Opgave

8,9).

Repetitievragen.

8,1 'vJaarom werd uit de triode de tetrode geconstrueerd? Maa.k duidelijk dat de tetrode hogere µ en R. heeft dan de triode. \.faarom gaan in een tetrode niet

].

alle elektronen naar het schermrooster, als de anodespanning lager is dan

de schermroosterspanning? Hoe groat is I ₂/I omstreeks?

g a

8,2 Bespreek de oorza.ken en gevolgen der secundaire emissie, in de buis en in de grafiek van de buis. Bespreek het "dynatron."

8,3 Bespreek het nut en de werking van het derde rooster. Noem drie gebruike-lijke namen ervoor.

8,4 In hoeverre geldt de triodevergelijking ook voor een penthode? Hoe kan deze vergelijking warden benaderd? Hoe zijn de geidealiseerde penthode-grafieken!'

Waarom kan uit een I -U grafiekenschaar, niet een I -U grafiekenschaar

a g a a

warden af ge le id?

8,5 Hoe kan de grootte der schermroosterstroom warden beperkt? Wanneer is dit van belang en waarom?

8,6 Wat verstaat men onder stroom-overname? Verklaar het woord. Welke gevaren zijn verbonden aan het gebied der stroom-overname?

8,7 Verklaar de grafieken, de constructie en de werking van een regelpenthode. Waar wordt deze toegepast?

8,8 Bespreek constructie en werking der beam-power tetrode.

8,9 Waartoe wordt de heptode gebruikt; wat is het typische kenmerk van de heptode? Teken de U-x grafiek in de buis. Wat is stroomverdelingssturing en wat dichtheidssturing? Teken de I -U

1 en I -U ₃ grafieken. Bespreek de

a g a g

ligging der afknijppunten, met en zonder ruimtelading. Opgaven.

8' 10 Bepaal

s

en Ri voor u _a 200

v,

u

_{g -3}

_v'

_ug2 170

V

voor de PL 83 uit 8. 14.

8' 11 Als 8, 10, ech ter voor U = -1

v,

u = 20

v.

g a

8, 12 Bepaal S, R. en µ voor u = _{170 v' u g1} = _{-2 v,ug}

2 170

V

voor de PCF 80

]. a

uit 8. 11 en 8 .13.

8' 13 Als 8,12 echter voor u _a = 10

v'

u g1 = -1

v

_ug2 = 100

v.

8, 14 Bepaal S als functie van u g1 voor de EBF 89 voor vg₂ = 250 V ui t 8. 17. 8' 1 5 Als 8' 10' echter uit K 9 voor de EL 84 (Zie appendix J) •

8,16 Als 8' 15' echter voor U = -7 u 80 v.

g a

8'17 Als 8' 12' echter uit K 9 voor de EL 84. 8, 18 Als 8' 14, echter uit K 8 voor de EL 84.

9 -

1

§ 9

Elektronenstraalbuizen.

Inleiding.

In meetapparatuur en televisie-ontva.ngers worden elektronenbuizen ge-bruikt, waarin snelle elektronen tot een sla.nke bundel, de

"elektronen-straal," ~ijn verenigd.

Daze buizen bezitten een elektronenkanon, d;;l.t de elektronenstraal produ-ceert. In 9.1 en

9.2

is dit kanon geheel links getekend. Uit het kanon ge-komen, passeren de elektronen eerst een focusseersysteem en daarna een de-flectiesysteem. Hat focusseersysteem zorgt dat alle elektronen op dezelfde plaats op het scherm komen. De deflectie-inrichting dient om de elektronen-straal te kunnen afbuigen. Daardoor verplaatst het punt waar de bundel het scherm treft. Op di t scherm is een stof aangebracht, ( "een fosfor"), welke

.

licht geeft als er snelle elektronen op vallen. Wanneer het lichtgevende punt (de "stip"), door de deflectie-inrichting snel over het scherm wordt bewogen, bijvoorbeeld in een cirkelvormige baan, zal men met het oog een stilstaande cirkel waarnemen, a.ls deze cirkel tenminste 25 ma.al per seconde wordt doorlopen. Dit is een gevolg van de traagheid van het oog. (Opgave 9,1).

Het kanon en de focussering_.

Het elektronenkanon bezit een oxyde-kathode, welke door een gloeidraad op ~e vereiste temperatuur wordt gebracht. Om deze kathode is een bus met een gaatje geplaatst, de "wehnelt cylinder". In 9.1 is deze met g aangegeven, _,, omdat deze cylinder een werking heeft als een stuurrooster. Na de wehnelt cylinder volgen enkele cylindrische a.~ode's A₁ en A

2• De wehnelt cylinder wordt aan een negatieve, de anode's worden aan een positieve potentiaal

gelegd. Een van de anode's in 9,1 wordt een zodanige potentiaal gegeven dat de elektronenbundel Een goed focus in S heeft. Men maakt daarom wel onderscheid tussen versnellings- en focusseer-anode, De vorm der anode's is zodanig gekozen dat er een lenswerking optreedt, waardoor deze focussering mogelijk is. De po-tentiaal der wehnelt cylinder bepaalt de grootte der elektronenstroom in de bundel. De helderheid van het licht dat het punt S geeft kan dus worden geregeld door de potentiaal van de wehnelt cylinder, Deze "z modulatie" wordt niet alleen in televisiebuizen, maar ook in oscillograafbuizen toegepast (voor straalonder-drukking tijdens de terugslag),

In oudere televisiebuizen wordt rnagnetische in plaats van elektrische focussering gebruikt. In 9.2 is daarorn een focusseerspoel getekend. Daar elek-trische focussering goedkoper en beter bleek te zijn, wordt deze magnetische methode niet rneer toegepast. (Opgave 9,2),

De deflectie,

Wanneer een elektron zich beweegt in een elektrisch veld, dat loodrecht op zijn bewegingsrichting staat, zal het elektron een paraboolbaan beschrijven.

(9.3),

Wanneer de elektronenbundel zich daarom beweegt door een elektrisch veld,

loodrecht gericht op de bundel, zal de bundel van richting veranderen. Een der-gelijk veld bestaat tussen de platen van een geladen condensator. Deflectie der elektronenbundel kan dus worden bereikt, door deze bundel tussen twee metalen platen, welke op verschillende potentiaal staan, door te laten lopen. In os-cillograafbuizen zijn daarom twee stel "deflectieplaten" aangebracht. Wanneer tussen deze platen een spanning wordt gezet ontstaat deflectie in x richting voor de platen welke liggen in een. vertikaal vlak (D

2 en D2

1

) , en deflectie in

de y richting voor de platen, welke liggen in een horizontaal vlak (D

1 en D1 '). Men berekent dat de grootte van deze deflectie evenredig is met de aangelegde spanning, en omgekeerd evenredig met de versnellingsspanning der elektronen. Lage versnellingsspanningen leveren dus een grote deflectie-gevoeligheid. Ech-ter ook weinig lichtsEch-terkte. Om ook bij lage versnellingsspanning nog voldoende licht te kunnen krijgen, past men "naversnelling'' toe. De elektronen worden in een buis met naversnelling, na de deflectie nogmaals versneld. Langs deze.weg blijkt het mogelijk gevoelige buizen met voldoende lichtsterkte en redelijk focus te maken9 mits de deflectiehoeken klein zijn. Voor deflectie over grote

hoeken is deze elektrische deflectie niet geschikt. Dan. blijkt echter de mag-netische deflectie goede resultaten op te leveren. Naversnelling wordt dan niet toegepast. De elektronenbundel zal deflecteren als een hornogeen rnagneetveld

wordt gepasseerd.

(9.4).

De elektronen ondervinden in dit magneetveld een

9 - 3

I + H

---

---

_---

---I

K=evH

9.4

Daardoor zal een cirkelbeweging ontstaan. De bundel verandert hierdoor van richting. Het is mogelijk gebleken tot hoeken van

55

graden goede deflectie en focus eigenschappen te verwezenlijken. In televisie-buizen is dit van belang, omdat bij grote deflectiehoeken, de buislengte klein kan worden. Daar de

de-flectie-gevoeligheid bij magnetische deflectie evenredig is met

1/Vv ,

is een

a

hoge versnellingsspanning minder bezwaarlijk dan bij elektrische deflectie. Magnetische deflectie is wegens de grote zelfinductie der deflectiespoelen niet

geschikt voor toepassing in een oscillograaf (Opgave

9,3).

Het scherm .•

Er zijn tal van stoffen welke als fosfor kunnen dienst doen op het scherm van. een elektronenstraalbuis. De kleur van het uitgezonden licht, de

nalicht-tijd en het rendement zijn bepalend voor de keuze. Ook de secundaire

emissie-coefficient

6

is van belang. De fosforen zijn isolatoren; wanneer op een

iso-lator. een snel elektron valt zal secundaire emissie optreden. De secundaire elektronen hebben direkt na hun ontstaan, steeds zeer weinig snelheid. De ting. van de elektrische veldsterkte vlak bij het scherm bepaalt daarom de rich-ting welke de secundaire elektronen uit zullen gaan. Zij kunnen naar het scherm terugkeren of zich ervandaan bewegen. In het eerste geval. wordt het scherm negatief opgeladen. Wanneer de secundaire elektronen zich van het scherm af bewegen zal het scherm negatief worden opgeladen als &<'1 is, en positief als

b

>

1 is.

In

9.5

is

&

als funktie van de energie der primaire elektronen uitgezet.

Wanneer een isolatie-materiaal met deze

~

- U kromme wordt gebombadeerd met

elektronen, zal het oppervlak zich instellen op: a) kathode~potentiaal als

u<u

1 is. (kathode stabilisatie).

b) op collectorpotentiaal als

u

1

(u<u

2 (collector stabilisatie). c) op

u2

als

u

>

u2

is.

0 I

---1----9.5

1

I

u

c

- -..

~

... u

Met collectorpotentiaal U wordt bedoeld de hoogste potentiaal welke in c

de buurt van het scherm aanwezig is. Deze potentiaal is bij televisiebuizen ge-lijk aan de potentiaal van de laatste anode van het elektronenkanon. Oscillos-coopbuizen zijn voorzien van een geleidende ring rond het scherm, welke op de hoogste naversnellingsspanning staat. Die spanning is in dat geval

U .

De

gege-c ven regels zijn als volgt in te zien.

a) Als de elektronenenergie ligt tussen nul en

u

₁ elektronvolt zal, per primair elektron meer negatieve lading naar het scherm toe, dan er vandaan worden getransporteerd. De potentiaal zal dalen. Lager.dan nul volt zal de potenti-aal echter niet kunnen warden, want dan botsen de primaire elektronen niet meer op het scherm, maar worden reeds voor de botsing afgeremd en terugge-dreven.

b) Wanneer het scherm precies collectorpotentiaal heeft zullen de secundaire elektronen op de collector terecht komen, omdat hun snelheid bij het ont-staan, gericht is van het scherm af. Wanneer hierdoor het scherm potentiaal tot iets boven de collectorspanning toeneemt, zal een remmend veld in de buurt van het scherm ontstaan, dat zo groot is dat voor elk primair elektron

juist een elektron het scherm weer verlaat. Dan is een stabiele toestand ontstaano

c) Wanneer

u>u

₂

is zal

£

(1

zijn, dus het scherm zal zich negatief opladen de schermpotentiaal hoger is dan

u

2• Daardoo~ daalt de schermpotentiaal.

als De secundaire elektronen zullen allen naar de collector gaan, welke een hoger potentiaal heeft dan het scherm. Toch blijft het scherm zich negatief op-laden, daar

b

<1. Pas als de schermpotentiaal gelijk

u

2 is, is een stabiele toestand ingetreden. Er gaan dan evenveel elektronen naar het scherm toe als