Шумы в электронных лампах вызываются различными явлениями: дробовым эффектом, фликкер-эффектом или эффектом мерцания, флуктуациями процесса токораспределения и др.

Дробовым эффектом назьшаются флуктуации количества электронов, эмиттируемых катодом. Дробовой шум является основным шумом диода, работающего в режиме насьпцения. Среднеквадратическое значение тока, вызванного дробовым шумом, пропорционально значе-нию анодного тока

ш,др = 2е/аА/. (10.1)

Дробовой шум равномерно распределен по спектру частот, а мощность шума пропорциональна полосе частот Д/, в которой он измеряется, независимо от того, в какой частотной области эта полоса вьщеля-ется.

Способность генерировать равномерный по спектру шум, интенсивность которого определяется только значением тока, используется в специальных диодах, назьшаемых шумовыми диодами. Omi имеют термоэлектронный катод, обеспечивающий четко выраженный режим насьпцения катодного тока. Для перехода в режим насыщения на диоды подают напряжеьше, превышающее 100 В, поэтому аноды должны рассеивать мощность около 5-6 Вт. Шумовые диоды применяются как генераторы шума в измерительных радиотехнических устройствах.

При работе лампы в режиме объемного заряда дробовой шум будет меньше, чем в режиме насыщения, что объясняется влиянием объемного заряда на амплитуду флуктуации тока. Увеличение в коротком отрезке времени тока эмиссии приводит к росту плотности объемного заряда, а следовательно, к увеличеьшю глубины минимума потенциала у катода. Поэтому приращение анодного тока будет существенно меньше, чем тока эмиссии. Влияете объемного заряда в выражении для дробового шума учитьшается коэффициентом депрессии

Т.др = 2е4ГД/; = 1,29 - , (10.2)

где - термодинамическая температура катода; - коэффициент депрессии приемно-усилительных ламп, обычно он лежит в пределах 0,1-0,2.

В многоэлектродных лампах к дробовым шумам добавляются шумы, обусловленные флуктуациями процесса токораспределения. Среднеквадратическое значение шумового тока за счет токораспределения определяется выражением

-г, „ Vc2 . .

На шзких частотах проявляется фликкер-эффект - флуктуации тока эмиссии из-за случайных сравнительно медленных изменений работы выхода катода. Значеше фликкер-шума можно найти из эмпирической формулы

Тш.ф = AlJAflf, (10.3)

где А - экспериментально определяемая константа; Аг = О -2.

На частотах, превышающих один килогерц, фликкер-шум в отличие от дробового можно не принимать во внимание.

Для возможности сравнения собственных шумов электронных ламп с напряжением сигнала шумы пересчитьшают во входную сеточную цепь. Лампу при этом считают идеальным нешумящим прибором, в сеточной цепи которого находится эквивалентный генератор шума. Усиленные лампой шумы этого генератора дают в анодной цепи флуктуации, равные собственным шумам реальной лампы. Для триода, работающего в режиме объемного заряда, ЭДС эквивалентного генератора шума можно найти

"ш,экв = %ш,др/5 = ypMflS. (10.4)

При анализе шумовых свойств ламп обычно пользуются понятием эквивалентного шумового сопротивления. Известно, что хаотическое тепловое движение носителей заряда приводит к появлению на активном сопротивлении R флуктуации напряжения, среднеквадратическое значение которого определяется формулой Найквиста

Ъ1к = AkTRAf. (10.5)

Мощность тепловых шумов имеет такое же равномерное распределение по спектру, как дробовые шумы анодного тока лампы. Под эквивалентным шумовым сопротивлением лампы поьшмают такое активное сопротивление 7?ш,экв> которое, находась в сеточной цепи нешумящей лампы, создает за счет своих тепловых шумов в анодной цепи шумовой ток, равный собственным шумам реальной лампы.

Приняв i,3KB =4? из (10.4) и (10.5) при R = 7?и,,экв. получим выражение для эквивалентного шумового сопротивления триода

ш,экв= ikf (10.6)

Подставив (10.2) в (10.6) и приняв =1100 К, Г = 293 К, получим ш.экв 2,5/S. (10.7)

Эквивалентное шумовое сопротивление пентода с учетом шумов за счет токораспределения находится из выражения

2.5 /а / 8/е2

(10.8)

Из (10.7) и (10.8) видно, что для снижения эквивалентного шумового сопротивлеьшя электронных ламп необходимо, прежде всего, увеличивать крутизну анодно-сеточной характеристики. В многоэлектродных лампах к снижению шумов приводам также увеличение коэффициента тoкopacпpeдeлeшя, т. е. уменьшение доли тока второй сетки в катодном токе лампы. Экpaшpyющaя сетка в малошумящих лампах должна быть редкой. Для малошумящих ламп, работающих во входных каскадах усилителей низких частот, принимаются меры к снижению фликкер-шумов путем повышения однородности материала катода. Эквивалентное шумовое сопротивление ламп с низким уровнем шума удалось снизить до 100-200 Ом.

На уровень шумов электронной лампы влияет электрический режим. Поэтому рабочую точку выбирают на участке анодно-сеточной характеристики, имеющем наибольшую крутизну. Для увеличения коэффициента токораспределения используется пониженное напряжение на экранирующей сетке, при этом не должны существенно ухудшаться другие параметры лампы. i

10.2. ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ ЛАМПЫ

При рассмотрении физических процессов в электронных лампах в гл. 7, 8 условно считалось, что при отрицательном напряжении сетки ток в сеточной цепи отсутствует. Практически в цепи сетки всегда протекает ток, который при отрицательном напряжении сетки очень мал по сравнению с токами в цепях положительно заряженных электродов. Однако в некоторых случаях даже очень слабый сеточный ток может оказьшать влияние на работу лампы.

Рассмотрим природу тока сетки при подаче на нее отрицательного напряжения. Сеточный ток является суммой нескольких токов, имеющих различную причину вoзшкнoвeния (рис. 10.1).

При малых отрицательных нaпpяжeшяx в цепи сетки протекает ток за счет электронов с катода, энергия которых достаточна для преодоления тормозящего поля сетки (кривая 7). Он назьшается прямым током сетки и направлен от сетки к катоду. Остальные токи сетки протекают в противоположном направлении, и их сумма носит название обратного тока сетки. Компонентами обратного сеточного тока являются токи утечки по изоляции между электродами сетка-катод (кривая 2) и сетка-анод (кривая 5).

Разгоняясь в поле анода, электроны производят ионизацию молекул остаточных газов. Положительные ионы движутся к сетке, имеющей наиболее низкий потенциал из всех электродов. Ионы получают