电子管基础知识教程（二） 五级管 (电子管基础知识教程(七))

一、五极管的构造在三极管的栅极和屏极之间加入另外两个电极，就构成了五极管(如图所示)。五极管除了阴极和屏极之外，还有3个栅极：第一栅极g1叫做控制栅极，简称栅极，第二栅极g2叫做帘栅极，第三栅极g3叫做抑制栅极，它们都是在两根支柱上用金属丝绕成螺旋状的。

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二、五极管帘栅极和抑制栅极的作用1．帘栅极的作用五极管中的帘栅极主要是起*作用，用来减小栅极和屏极之间跨路电容的影响。这可以用图加以说明。用一个交流电源、交流电流表和电容器组成如图所示的电路。如果在电容器的两片极板之间放人一块金属片，并且把它和电路中的K点接地，这时电路将分成以K点为公共端的两个回路，左边回路的电流表读数将为零，好像被短路了一样。其原因是电容器两块极板之间*了一块金属片后，相当于把电容器分成两个串联的电容器C1和C2，由于金属片与K点的连线把C1和电流表回路短路，这部分便没有电流流过了。从而提示我们，要避免两个回路之间由于电容耦合的影响，可以在这两个回路之间*一块金属片，并且把这块金属片接到这两个回路的公共端。而在电子管电路中，这个公共端就是阴极，而阴极通常是接地的。当然，用金属片作帘栅极实际上是行不通的，因为金属片将完全隔断阴极发*的电子，使电子不能流到屏极，电子管完全不能工作。实际上要起到*作用并不一定要用一块金属片，在电子管中再加个网状的栅极，电子可以通过网状的空隙到达屏极，同时起到*的作用。这个栅极我们称为帘栅极。用帘栅极代替金属片，虽然跨路电容的影响不会减小到零，但已能将影响减小到下会发生振荡的程度。帘栅极在电路中应该怎样连接呢?如果从*的角度考虑应该接地，但这时零电位的帘栅极将妨碍电子流向屏极，屏流会减小到不能工作的程度。为了使电子管有较大的、能够正常丁作的屏流，帘栅极必须接正电压，一般是接上比屏极电压低一些的正电压。帘栅极接地和接正电压是一对矛盾，怎样解决这个矛盾呢?我们知道跨路电容的影响是在工作频率较高时才产生的，因此*时接地是指频率较高的交流分量来说的，因而我们可以把帘栅极经过一个容量足够大的电容器接地，又同时把帘栅极接上一个直流正电压，这样帘栅极对直流通路来说是接的直流正电压，而对交流通路来说，当接地电容的容量足够大时其容抗很小，对高频分量来说相当于接地，如图所示。这个电容我们叫它帘栅极旁路电容，用Cg2来表示。如果已知屏极电压Ea、帘栅极电压Ug和帘栅极的直流电流分量Ig，则Rg2可以通过下式求出。Rg2=（Ea-Ug2）/（Ig）Cg2的电容量计算：Cg2≥3/2πfdRg2，式中fd是电2πfdRg2子管工作时的最低频率。

三、五极管抑制栅极的作用由于阴极电子的高速撞击，电子管的屏极表面均会有二次电子发*。在三极电子管中，二次电子产生的后果不明显，因为这些被撞击出来的二次电子没有别的出路，只有返回屏极。但在有帘栅极的电子管中，由于帘栅极同屏极一样相对于阴极处于高的正电位，当屏压由于动态负载变化的原因，降至比帘栅极电压还要低时，这时帘栅极就会吸收二次电子，则明显减小屏极的电流，使屏极电流电压特性曲线产生弯曲失真。为了改变这种状况，在四极管的基础上增加一个抑制栅极，其作用主要是为了消除在屏极上产生的二次电子发射的影响。其物理意义是：从阴极发*的电子受到屏极和帘栅极正电场的加速作用，以很高的速度撞击屏极，导至屏极表面的部分电子获得足够的动能而飞出屏极表面，我们把这些因撞击而飞出去的电子叫做二次电子，原来从阴极发射的电子叫*电子。当屏压从零增加时，屏流随着屏压的增加而增加，如图的0-a段所示。随着屏压的增加，将吸引更多的电子飞向屏极。屏极在电子撞击下开始发射二次电子，二次电子被比屏极电位高的帘栅极吸收，屏流随之减小，如图的a-b段所示。屏压越高，一次电子的速度越快，二次电子的数目越多，屏流因此越小。直到屏压接近帘栅压后，屏极开始把二次电子吸引回去，屏流才由减小转为增加，如图的b-c段所示。可见由于二次电子发射现象，电子管屏压与屏流的变化是不规则的，特别是在a-b段时，屏压增加时屏流反而减小，就会使被放大的信号与输入的信号极不相似，这就是失真。如果在屏极与帘栅极之间加入抑制栅极，并且与阴极相连接，即与阴极同电位，相对于屏极电位为负值，那么二次电干会被抑制栅极排斥，仍然返回屏极。抑制栅极的作用可用图来说明，从而使电子管具有较好的特性。四、五极管的特性曲线参数及其优缺点1．特性曲线在说明五极管的屏极特性曲线之前，我们先了解电子管阴极电流ik在各电极之间分配的情况。在三极管中，阴极电流ik就等于屏流ia，而在五极管中，帘栅极连接的是直流正电压，它吸收部分电子而形成帘栅流ig2，因此阴极电流是屏极电流与帘栅极电流之和，即ik=ia+ig2。五极管的屏流受到3个栅极的*，因此屏压对阴极发射的电子数量影响极微，决定屏流ia的是Ug1和Ug2，几乎与ua无关，所以ik接近于一常数。ik在屏极和帘栅极上的分配比率，则决定于屏极电压和帘栅极电压的相对大小。五极管的屏极特性曲线如图所示。

其中虚线画出的是在ug1=0．5V时的帘栅极电流ig2与ua的关系曲线，可以看出，当ua改变时，屏极电流曲线与帘栅极电流曲线是互为涨跌的。下面以ug1=0．5V时的情况加以说明。当ua=0时，ia=0，而ig2为最大，此时全部ik都流到帘栅极，当ua逐渐增加，但ua≤ug2时，电子流穿过帘栅极后又有一部分返回帘栅极，所以此时ia不是很大。当ua继续增加时，屏极吸引电子的能力增强，ia上升得很快。当ua接近Ug2最终超过Ug2以后，阴极电流ik中只有少量的电子被帘栅极直接截获，大部分都流往屏极，这时即使ua再增加，ia和ig2都几乎不变了，特性曲线的平直部分表示屏压对屏流的影响很小。从五极管的屏极特性曲线中还可以看出，ug越负，ia也越小，这是因为栅压越负，能穿过栅极到达屏极的电子数目越少的缘故。2.参数五极管的参数和二三极管一样，也是跨导、内阻和放大系数，它们的定义也和三极管相同。只是在具体到五极管的时候，再加上帘栅极电压和抑制栅极电压这两个条件。五圾管的跨导也和三极管差不多。主要区别是由于五极管的屏极受到3个栅极的*，屏压对屏流影响极小，即内阻很高。同样原因，其屏压变化对阴极电流的影响，比栅极电压变化对阴极电流的影响弱得多，根据放大系数的定义，五极管的放大系数比三极管大得多。3．优缺点五极管的主要优点是放大系数比较大，同时因为有帘栅极和抑制栅极的双重*作用，其跨路电容非常小，因此五极管可以工作于较高的频率段。五极管的缺点是它的屏极特性曲线簇在屏压较低时曲线间的间隔不均匀，用作放大器是将会引起失真。由于电子运动的不规律性，还会使五极管的屏极与帘栅极之间的电流分配，会随时间而发生不规律的波动，引起噪声。因此五极管用作放大器时，失真和噪声都比三极管大很多。