Широкое распространение получили пятиэлектродные лампы, называемые пентодами, в которых устранен динатронный эффект.
В пентоде имеется еще одна сетка, расположенная между анодом и экранирующей сеткой. Ее называют защитной сеткой, так как она защищает лампу от возникновения динатронного эффекта. Величины, относящиеся к этой сетке, обозначают индексом g3. Встречаются также другие названия этой сетки: антидинатронная, противодинатронная, пентодная, третья. Защитная сетка обычно соединяется с катодом, т. е. имеет нулевой потенциал относительно катода и отрицательный относительно анода. Иногда на нее подается небольшое положительное или отрицательное напряжение. Однако и в этих случаях ее потенциал значительно ниже потенциала анода. В дальнейшем будет считать ug3 = 0 Во многих пентодах соединение защитной сетки с катодом делают внутри лампы. Действие защитной сетки состоит в том, что между ней и анодом создается электрическое поле, которое тормозит, останавливает и возвращает на анод вторичные электроны, выбитые из анода. Динатронный эффект полностью исключается.
Пентоды отличаются от тетродов более высоким коэффициентом усиления, достигающим иногда нескольких тысяч. Это объясняется тем, что защитная сетка выполняет роль дополнительной экранирующей сетки. Возрастает и внутреннее сопротивление, иногда до миллионов Ом. Проходная емкость еще меньше, чем у тетродов.
Рисунок 1.Пентод: а — с защитной сеткой, выведенной наружу; б — с защитной сеткой, соединенной с катодом внутри лампы; в — конструкция высокочастотного пентода 6Ж7; 1 — изолятор; 2— вывод управляющей сетки; 3— металлический баллон; 4 — катод; 5 — анод; 6 — защитная сетка; 7 управляющая сетка; 8 — экранирующая сетка; цоколь
Особенность схем включения тетродов и пентодов — цепь экранирующей сетки. Напряжение этой сетки в пентодах может быть любым, так как динатронный эффект уничтожен. В маломощных каскадах оно обычно небольшое (20-50 % анодного напряжения), так как при усилении слабых колебаний не требуется большой анодный ток. В более мощных каскадах анодный ток должен быть больше и Ug2 0берется выше, устанавливают даже Ug2 0 = Ea Питание экранирующей сетки от отдельного источника иногда применяется в мощных каскадах.
В маломощных и многоламповых устройствах такой способ невыгоден. Но его достоинство - постоянство напряжения Ug20. Напряжение Ug2 0 можно подавать также от анодного источника.
Рисунок 2. Схемы включения пентода с питанием экранирующей сетки через понижающий резистор (а) и с помощью делителя (б).
Наиболее распространена подача напряжения на экранирующую сетку через понижающий (гасящий) резистор Rg2 сопротивлением от единиц до сотен кОм (рис. 2, а). В этой схеме
Ug2 0 = Ea - I g2 0 Rg2.
Недостаток рассмотренного способа состоит в том, что напряжение Ug2 0 изменяется при изменении режима лампы. Если изменяется напряжение накала, анода или управляющей сетки, то изменится ток I g2 0. Тогда изменится падение напряжения на Rg2, а следователь-но, и напряжение экранирующей сетки.
Более высокую стабильность напряжения экранирующей сетки дает делитель напряжения, состоящий из двух резисторов R1 и R2, соединенных последовательно (рис. 2, б). Через эти резисторы проходит ток делителя Iдел. Напряжение, создаваемое им на резисторе R1 подается на экранирующую сетку. Схема с делителем менее экономична, так как бесполезно расходуется ток Iдел. Чем больше ток Iдел по сравнению с током I g2 0, тем стабильнее напряжение Ug2 0, но зато больше потери энергии в самом делителе.
Расчет сопротивлений R1 и R2 делают по формулам
R1 = Ug2 0 / Iдел
и R2 = (Eа - Ug2 0 ) (I g2 0 + Iдел).
Для уменьшения проходной емкости экранирующую сетку соединяют с катодом через конденсатор достаточно большой емкости. Сопротивление этого конденсатора должно быть малым. Для токов высокой частоты достаточна емкость в тысячи или десятки тысяч пикофарад, а при низкой частоте емкость составляет десятые доли микрофарада. Такой конденсатор практически создает короткое замыкание для переменного тока.
Рисунок 3. Межэлектродные емкости в тетроде.
Если этого конденсатора нет, то переменный ток может проходить из цепи управляющей сетки в анодную цепь через емкости Cg2-g1 и Ca-g2 (рис. 3). А при наличии конденсатора переменный ток из сеточной цепи пройдет через емкость Cg2-g1, а далее у него два пути: первый — через емкость Cg2 с очень малым сопротивлением, второй — через емкость Ca-g2, сопротивление которой велико, а затем через нагрузку, имеющую также большое сопротивление. Почти весь ток идет по первому пути, а по второму ответвляется ничтожная часть тока. Таким образом, экранирующая сетка с конденсатором Cg2устраняет емкостную связь между анодной и сеточной цепями.
Строим семейство анодных характеристик лампы 6Ж32П по данным таблицы задания (в пакете Excel):
Рисунок 4. Семейство анодных характеристик лампы 6Ж32П.
Определяем параметры лампы для заданной точки Uc1 = -1B, Ua= 200B.
Крутизна S характеризует управляющее действие сетки, т. е. влияние сеточного напряжения на анодный ток.
Крутизна S определяется при постоянном Uа= 200В, как отношение приращения тока анода ∆Ia = 5.95 – 4.64 = 1.31мА к приращению напряжения на сетке ∆Uc1 = -0.5 – (-1) = 0.5B.
Крутизна S=∆Ia / ∆Uc1 = 1,31/0,5=2,62мА/В.
Внутреннее сопротивление Ri характеризует влияние анодного напряжения на анодный ток, т. е. является сопротивлением между анодом и катодом для переменного (изменяющегося) анодного тока.
Внутреннее сопротивление Ri определяется при постоянном Uс1= -1В, как отношение приращения напряжения на аноде ∆Uа= 200 – 80 = 120В к приращению тока анода ∆Ia = 4.64 – 4,5 = 0,14мА.
Внутреннее сопротивление Ri = ∆Uа/∆Ia = 120/0,14*10-3=857,1кОм.
Коэффициент усиления μ определяется как произведение крутизны S на Внутреннее сопротивление Ri :
μ = S* Ri = 2,62*10-3*857,1*103 = 2245,7
Математически коэффициент усиления есть абсолютное значение отношения таких изменений анодного и сеточного напряжения, которые компенсируют друг друга, т. е. уравновешивают свое действие на анодный ток.
Если, например, увеличение анодного напряжения на Δиa дает возрастание тока на Δia, то для компенсации такого изменения тока надо уменьшить его на то же значение Δia. Для этого требуется увеличить в отрицательную сторону сеточное напряжение на Δug. Таким образом, изменения Δua и Δug,компенсирующие друг друга, должны быть разных знаков. Но отрицательное значение μ не имеет смысла. Поэтому формулу для μ пишут так:
μ = | Δua / Δug | или μ = - Δua / Δug при ia = const.
Эти формулы показывают, что для сохранения анодного тока постоянным надо изменить напряжение анода и сетки в разные стороны и при этом Δua должно быть в μ раз больше, чем Δug.
Обозначение лампы 6Ж32П расшифровывается следующим образом:
6 – округленное напряжение питания катода 6,3В;
Ж – означает экранированный пентод с короткой характеристикой;
32 – порядковый номер разработки данной лампы;
П - говорит о конструктивном исполнении ламы и означает пальчиковая с диаметром баллона 19 или 22,5мм.
Устройство полевого транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа показано на рис. 5. Он представляет собой монокристалл полупроводника; обычно кремния, где создана электропроводность какого-либо типа, в рассматриваемом случае p-типа. В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа (в нашем случае n-типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния 
) толщиной порядка 
, а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемого подложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.
Рисунок 5. Структура полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа.
Если в отсутствии напряжения на затворе приложить между истоком и стоком напряжение 
любой полярности, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через подложку ток не потечет, так как один из p-n-переходов будет находится под действием обратного напряжения.
При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока, а следовательно и кристалла, в канале возникает поперечное электрическое поле, которое будет выталкивать электроны из области канала в основание. Канал обедняется основными носителями – электронами, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем меньше этот ток. Такой режим называется режимом обеднения.
При подаче на затвор положительного напряжения, относительно истока, направление поперечного электрического поля изменится на противоположное, и оно будет, наоборот, притягивать электроны из областей истока и стока, а также из кристалла полупроводника. Проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает. Такой режим называется режимом обогащения.
Рассмотренный транзистор, таким образом, может работать как в режиме обеднения, так и режиме обогащения токопроводящего канала, что иллюстрируют его выходные характеристики (рис. 6, а) и характеристика управления (передаточная характеристика) (рис. 6, б).
Выходные характеристики МДП-транзистора подобны выходным характеристикам полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения от нуля, сначала действует закон Ома и ток растет практически прямо пропорционально напряжению, а затем при некотором напряжении канал начинает сужаться, в большей мере возле стока, т. к. на p-n-переходе между каналом и кристаллом увеличивается обратное напряжение, область этого перехода, обедненная носителями, расширяется, и сопротивление канала увеличивается. В результате этого ток стока испытывает два взаимно противоположных процесса и остается практически постоянным до такого напряжения при котором наступает электрический пробой.
Рисунок 6. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа
Если кристалл полупроводника полевого транзистора имеет электропроводность n-типа, токопроводящий канал должен быть p-типа. При этом полярность напряжений необходимо изменить на противоположную.
Полевые транзисторы со встроенным каналом на электрических схемах изображают условными графическими обозначениями, приведенными на рис. 7.
Рисунок 7. Условные графические обозначения МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа (а) и p-типа (б).
Схема усилительного каскада для включения общий исток (ОИ) показана на рис. 8.
Рисунок 8. Каскад ОИ.
Выше уже говорилось, что МДП-транзистор со встроенным каналом может работать как с положительным, так и с отрицательным напряжением смещения на затворе. Поэтому в данной схеме применен способ подачи смещения от делителя R1-R2, что позволяет реализовать данный режим.
Функции элементов, входящих в эту схему:
Резистор Rг учитывает сопротивление источника сигнала. Конденсаторы С1 и С 2 являются разделительными. Резисторы R1и R2 образуют делитель, определяющий напряжение смещения затвора. Резистор R и является цепью отрицательной обратной связи. Резистор Rс является нагрузкой в цепи стока и задает ток покоя (рабочую точку).
По выходным характеристикам МДП транзистора можно определить крутизну S.
Крутизна S характеризует управляющее действие напряжения затвор - исток, т. е. влияние входного напряжения на ток стока. Крутизна S характеризует усилительные свойства транзистора, измеряется в мА/В для маломощных или А/В для мощных приборов.
Крутизна S определяется при постоянном напряжении сток-исток Uси= const, как отношение приращения тока стока ∆Iс к приращению напряжения затвор-исток ∆Uзи:
S=∆Iс / ∆Uзи.
Приращения тока стока и напряжения затвор-исток определяют по выходным характеристикам, как показано на рис. 9.
Рисунок 9. Определение приращений тока стока и напряжения затвор-исток.
Амплитудные ограничители используются для ограничения амплитуды импульсов, селекции импульсов по амплитуде, фиксации уровня сигналов и для решения других подобных задач.
Основным элементом диодных ограничителей является полупроводниковый диод, который может находиться в открытом или закрытом состоянии в зависимости от уровней напряжений на его аноде и катоде. С целью упрощения анализа работы различных схем диодных ограничителей предположим, что прямое и обратное сопротивления диода постоянны по величине. При анализе работы схемы в связи с нелинейными свойствами диода необходимо учитывать интервалы открытого или закрытого состояния диода. Диод будет открыт, если напряжение на аноде больше, чем на катоде, и закрыт при напряжении на аноде меньше, чем на катоде. Переход диода из одного состояния в другое будет про-
исходить в моменты времени, когда эти напряжения становятся равными. Для упрощения анализа допустим, что прямое сопротивление диода мало по сравнению с другими сопротивлениями схемы, его можно принять равным нулю, а обратное сопротивление диода велико, поэтому можно считать, что Roбp-->∞.
Прямое и обратное сопротивления диода можно не учитывать в расчетах. Допустим также, что внутреннее сопротивление источника сигнала мало, его можно приближенно считать равным нулю.
Схема параллельного диодного ограничителя с порогом ограничения cнизу изображена на рис. 10. Временные диаграммы работы ограничителя показаны на рис. 11.
Рисунок 10. Параллельный диодный ограничитель с порогом ограничения снизу.
Рисунок 11. Временная диаграмма процессов в параллельном диодном
ограничителе с порогом ограничения снизу.
При указанной полярности напряжения смещения Е и полярности включения диода происходит следующее: напряжение смещения Е поддерживает диод в закрытом состоянии, кроме интервалов времени, когда входной сигнал, имеющий отрицательную амплитуду, превышает напряжение смещения и открывает диод.
Применение смещающего напряжения дает возможность производить ограничение отрицательной или положительной полуволны синусоидальных колебаний. Полярность включения Е определяет вид ограничения – сверху или снизу, а величина Е - уровень.
Включив параллельно две ветви из диода и источника смещения можно регулировать уровень ограничения сверху и снизу (рис. 12).
Рисунок 12. Двухсторонний ограничитель.
Развитие в 60-70-вых годах прошлого столетия авиационной техники, появление
ракетно-космической и электронно-вычислительной техники привели к необходимости
существенного улучшения таких важных эксплуатационных характеристик
радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры как малые габариты и вес,
малая рассеиваемая мощность, высокие быстродействие и надёжность.
Поэтому в эти годы проводятся интенсивные работы по миниатюризации
радиокомпонентов, используемых в аппаратуре. Это привело к созданию технологии интегральных микросхем, позволяющей решить поставленные задачи.
Дальнейшее уменьшение размеров и веса электронной аппаратуры привело к микроминиатюризации ее элементов. Это потребовало разработки и применения новой технологии изготовления микроэлементов схем, новых конструкций, объединяющих эти
микроэлементы в микромодули, а также новых методов конструирования электронных устройств.
С появлением транзисторов и печатного монтажа — размеры электронной аппаратуры уменьшились, а плотность монтажа возросла. Однако возрастающая сложность электронных систем требовала дальнейшего увеличения количества элементов, а следовательно, их миниатюризации.
Так появились модули — элементарные узлы электронной аппаратуры, выполняющие определенные функции. На типовых модулях, выпускаемых промышленностью, можно построить блоки различных устройств, что сокращает время их разработки и производства, снижает стоимость аппаратуры и повышает ее надежность.
Модуль представляет собой конструктивно законченную функциональную часть схемы, а серия модулей различного назначения должна иметь единое конструктивное исполнение, чтобыиз них легко собиралось все устройство.
Микромодуль — это миниатюрный модуль, представляющий собой законченный функциональный и конструктивный блок радиоэлектронной аппаратуры (усилитель, генератор и т. д.) или набор элементов. Он появился на первом этапе микроминиатюриза-ции электронных устройств. Микромодуль собирается из микроэлементов, которые представляют собой микроминиатюрные радиодетали, укрепленные каждая на микроплате определенной формы. Наиболее удобная конструкция микромодуля —
этажерочная (рис. 13).
Рисунок 13. Конструкция этажерочного модуля: а — микроплата; б — принцип сборки; в — микроэлементы; г — готовый модуль; R — резистор; С — конденсатор; L - катушка индуктивности; D — Диод.; Т — транзистор.
Однако главным направлением развития электроники в 21 веке будет наноэлектроника. Этот термин определяет не столько размеры элементов электронного устройства, сколько идеологию построения наноэлектронного устройства. Здесь предполагается использова-ние новых материалов и новых принципов конструирования и технологии изделий.
При переходе размеров в нанометровую область начинают сказываться квантово-механические эффекты на межфазных границах материалов.
Нанотехнологии открывают практически неограниченные возможности построения как планарных, так и объемных структур, позволяющих создавать на подложке электронные элементы размерами порядка атомарных. Теоретически быстродействие таких элементов может составлять величину порядка 1012 и даже 1013 с, а высочайшая степень интеграции наноэлектронных структур позволяет реализовать запоминающие устройства со сверхвысокой плотностью записи информации порядка 1010 бит/мм2 , что на три
порядка превосходит возможности современных лазерных дисков.
Расшифровка марок микросхем:
1) К157УД1:
К – микросхема общего (не военного) применения;
157 – порядковый номер серии микросхем (номер разработки серии микросхем примерно одного функционального назначения в данном случае это аналоговые микросхемы для бытовой радиоаппаратуры);
УД – выполняемая функция, в данном случае это операционный усилитель;
1 – порядковый номер разработки в серии.
Кратко: К157УД1 это мощный, высоковольтный операционный усилитель.
2) К155ЛА3:
К – микросхема общего (не военного) применения;
155 – порядковый номер серии микросхем (номер разработки серии микросхем примерно одного функционального назначения, в данном случае это цифровые ТТЛ микросхемы);
ЛА – выполняемая функция, в данном случае это логические элементы с функцией И-НЕ;
3 – порядковый номер разработки в серии, в данном случае уточняется выполняемая функция - 2И-НЕ.
Светодиодом называется полупроводниковый прибор, в котором происходит
непосредственное преобразование электрической энергии в энергию светового излучения.
На рис. 14 представлена структура маломощного и мощного светодиодов.
Рисунок 14. Конструкция светодиода.
Конструкция типичного светодиода, используемого в качестве источника излучения, показана на рис. 14. Кристалл полупроводника с соответствующими выводами помещают в коваровый или керамический баллон, верхняя часть которого заканчивается стеклянной (или из эпоксидной смолы) линзой. С помощью линзы излучение приобретает заданную направленность.
Принцип действия. При прямом включении основные носители заряда переходят через p-n переход и там рекомбинируют. Рекомбинация связана с выделением энергии. Для большинства полупроводниковых материалов это энергия тепловая. Однако у полупроводников, выполненных на основе карбида кремния (SiC), галлия (Ga), мышьяка (As) и некоторых других материалов, рекомбинация является излучательной — энергия рекомбинации выделяется в виде квантов излучения - фотонов.
Поэтому у таких полупроводников прохождение через р — n-переход тока в прямом направлении сопровождается некогерентным оптическим излучением определенного спектрального состава. Для некоторых типов на основе арсенида галлия ширина запрещённой зоны ΔW достаточно велика, и длина волны лежит в видимой части спектра.
Есть светодиоды, излучающие в инфракрасной части спектра.
При обратном включении через p-n переход переходят неосновные носители заряда в область, где они становятся основными. Рекомбинация и свечение светодиода отсутствуют.
Основные характеристики:
а) Яркостная характеристика (люкс-амперная) – это зависимость яркости свечения от прямого тока через светодиод В=f(Iпр).
Начальный участок этой характеристики нелинейный: при
токе меньше порогового Iпор яркость свечения очень мала и медленно возрастает с увеличением тока.
б) Спектральная характеристика – это зависимость мощности излучения от длины волны
Pu=f(λ).
Длина волны, на которой светодиод дает максимум излучения, зависит от материала: для светодиодов на основе фосфида галлия, дающих красное и красно-оранжевое свечение, максимум соответствует длине волны 0,68 мкм; для светодиодов, дающих зеленое свечение — 0,54 мкм.
в) диаграмма направленности излучения, из которой важное значение имеет ширина диаграммы направленности.
г) Другие параметры: яркость свечения при максимальном прямом токе;
полная мощность излучения Pu. max, вольт-амперная характеристика аналогичная обычному диоду.
Литература.
1. , Федосеева электроники и микроэлектроники: Учебник. — М.: Искусство, 1990. — 240 с.
2. Коваленко микроэлектроники : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / , М. Д. Петропавловский. М. : Издательский центр «Академия», 20с.
3. Электронные приборы. Учебник для вузов/, , и др. Под ред. . М.: Энергоатом-издат,19с.
4. Прянишников : Полный курс лекций / . – СПб. : Корона, 2004. – 416 с.
5. Адаменко ламповых усилителей низкой частоты. . - М.: НТ Пресс, 20с.
