Лампа 6П6С

Лампа типа 6П6С получила широкое применение благодаря тому, что она имеет удобное внешнее оформление и хорошие эксплуатационные свойства, потребляет сравнительно небольшую мощность накала, имеет достаточно продолжительный срок службы и надежна в работе. Главное же ее достоинство состоит в том, что эта лампа обладает хорошими электрическими параметрами и характеристиками: она позволяет усиливать мощность электрических колебаний низкой частоты до нескольких ватт почти без искажений при хорошем КПД оконечного каскада.

Размеры лампы 6П6С и ее цоколевка приведены на рис. 1. Лампа имеет стеклянный баллон цилиндрической формы и карболитовый октальный цоколь с шестью штырьками. Часть внутренней поверхности баллона, непосредственно окружающая электроды лампы (см. рис. 2), покрыта тонким слоем сажи; купол баллона лампы не зачернен, для того чтобы можно было наблюдать за накалом катода.

Лучевые тетроды отличаются от пентодов двумя присущими им признаками: 1) расслоением электронного потока на секторообразные лучи по числу промежутков между витками управляющей сетки и 2) подавлением вторичной эмиссии анода при помощи большого пространственного заряда, образующегося между экранной сеткой и анодом. Конструктивно лампа 6П6С выполнена так, что в ней хорошо соблюдаются оба упомянутых условия.

На рис. 2 слева показаны электроды лампы 6П6С, установленной таким образом, что плоскость траверс сеток и анода совпадает с плоскостью рисунка. Одна половина анода удалена, а часть левой стойки лучеобразующего электрода отогнута для того, чтобы была видна траверса 1 второй сетки. На фоне оксидного покрытия катода хорошо видны 40 витков второй сетки. Витки первой сетки не видны, так как они навиты в ту же (в данном случае в правую) сторону и тем же шагом, что и витки второй сетки, и прикрыты последними. Подобное устройство сеток является обязательной конструктивной особенностью лучевых тетродов.

Катод 2 лампы 6П6С - подогревный, оксидированный, овального сечения. Рабочими участками являются его широкие стороны, обращенные к свободным промежуткам между стойками лучеобразующего электрода. Изготовлен катод из листового никеля так, что шов находится на неактивной части его поверхности, обращенной к траверсе.

Витки сеток навиты из молибденовой никелированной проволоки диаметром 0,08 мм. Траверсы первой сетки выполнены из никелированной медной проволоки диаметром 1 мм, что обеспечивает хороший отвод тепла, воспринимаемого витками сетки от накаленного катода. Концы медных траверс, выступающие выше верхней пластинки слюды 3, приварены к скобке 4 из полоски черненого никеля, служащей для улучшения теплоотдачи. Отвод тепла от первой сетки имеет важное значение, так как в случае ее перегрева возникает термоэлектронная эмиссия сетки, вносящая нежелательные явления в работу лампы. При большом сопротивлении в цепи первой сетки эта эмиссия может вызнать преждевременный выход лампы из строя.

В то время как минимальное расстояние между катодом и витками первой сетки составляет всего лишь около 0,2 мм, расстояние между катодом и витками второй сетки достигает примерно 1,4 мм. Вследствие этого вторая сетка поглощает лишь незначительную часть тепла, излучаемого раскаленным катодом, и ее температура определяется в основном мощностью, выделяемой захваченными ею электронами. Небольшая термоэлектронная эмиссия второй сетки не представляет никакой опасности, поэтому эта сетка не имеет радиатора, а траверсы ее сделаны из никелевой проволоки.

Форма витков управляющей и экранирующей сеток показана на рис. 3, где дано поперечное сечение электродов лампы в натуральную величину.

Лучеобразующий электрод представляет собой две никелевые желобообразные стойки 5, форма и расположение которых показаны на рис. 2 и 3. Три поперечные канавки (подобные канавки имеются и на аноде) служат для придания желобкам жесткости.

Анод 6 состоит из двух штампованных из листового никеля половин, приваренных к жестким проволочным стойкам из марганцовистого никеля. С целью увеличения теплоотдачи, необходимой для предотвращения перегрева анода, последний зачернен.

Весь блок арматуры собран на так называемой гребешковой ножке, на которой смонтированы также две полочки газопоглотителя (геттера). Одна из этих полочек 7 видна на рис. 2. Механическая прочность конструкции лампы обеспечивается двумя впаянными в ножку жесткими стойками 8, на которых крепятся анод 6 и пластинки слюды 3. Кроме того, верхняя пластинка слюды при помощи четырех пружинок 9 опирается о стенки баллона и этим ограничивает перемещения электродов внутри него при сотрясениях лампы.

В 1950 г. было замечено, что одной из причин выхода из строя ламп 6П6С являлось ухудшёние их вакуума во время работы. Некоторая часть электронов, эмитированных катодом, вырываясь за пределы анода и ударяясь о внутренние стенки баллона, выбивала вторичные электроны, которые направлялись на анод. Такой динатронный эффект отдельных участков стеклянного баллона обычно сопровождается бледным фиолетово-розовым свечением и часто ошибочно принимается за свечение газа внутри лампы. Вследствие бомбардировки баллона первичными электронами происходило частичное разложение стекла, а также освобождение находящихся в нем примесей, что приводило к ухудшению вакуума. Металлический барий, являющийся эмиттером в оксидированных катодах, вступал в соединение с веществами, выделившимися из стекла баллона лампы, что я вызывало прогрессирующее падение эмиссии. Нанесение тонкого слоя сажи — продукта неполного сгорания метана — устраняет явление описанного динатронного эффекта и предотвращает выделение газов, оставшихся в стекле после откачки лампы.

Внешний вид лампы 6П6С изображен на рис. 2 справа. В соответствии с общими техническими условиями на баллоне лампы нанесено нестирающееся клеймо с обозначением товарного знака завода-изготовителя, типа лампы, месяца и года выпуска. Имеющееся также на баллоне клеймо контролера ОТК служит свидетельством годности лампы при выпуске с завода-изготовителя.

Эти нормы установлены в предположении, что напряжения источников тока, от которых получаются предельные напряжения, стабилизированы. Практически для питания электродов лампы можно применять источники с любой, но определенной нестабильностью напряжения. При этом напряжения на электродах должны быть установлены такие, чтобы они и выделяемая на электродах мощность при наибольшем возможном напряжении источника тока даже на короткое время не превышали указанные выше максимальные значения. Кроме того, напряжение накала не должно снижаться дальше допустимого минимума, так как при пониженной температуре эмиссионные свойства оксидированного катода ухудшаются.

В предельных нормах не дается ограничения для режима управляющей сетки; однако, чтобы не вывести лампу из строя, на эту сетку можно подавать напряжение не больше такого, при котором ее ток оказывается равным 20-30 мА.

Обратный ток первой сетки является важнейшим показателем качества лампы 6П6С, так как косвенно характеризует степень ее вакуума. Этот ток представляет собой сумму ионного и термоэлектронного токов, а также тока утечки сетки. Сравнительно с ионным током последние две составляющие обычно невелики, в особенности ток термоэлектронной эмиссии витков первой сетки, на время измерения которого напряжение накала повышают до 8 в.

Чем хуже вакуум в лампе 6П6С, тем больше происходит столкновений электронов с атомами и молекулами оставшегося в ней газа, больше образуется положительных ионов и, следовательно, большее число их попадает на отрицательно заряженную сетку, вызывая ионный сеточный ток. Однако если измеренное значение обратного тока первой сетки превышает допустимое, то это еще не свидетельствует о плохом вакууме, так как может быть и следствием большого тока утечки. С другой стороны, если обратный ток сетки находится в норме, то это служит показателем хорошего вакуума.

Измерение эмиссии катода проводится в настоящее время при соединенных вместе сетках и аноде лампы 6П6С, на которые подается постоянное напряжение 30 В. Такое измерение является в значительной степени условным: оно не дает сколько-нибудь точного представления о действительной эмиссии катода, так как последняя у оксидированных катодов непрерывно растет с увеличением напряжения. Тем не менее, оно позволяет отличить лампы с хорошо и равномерно активированным катодом от ламп с плохим катодом.

Междуэлектродные емкости лампы типа 6П6С приведены в табл. 2. Большое значение проходной емкости, достигающее 0,9 пФ, получилось вследствие того, что эта лампа, предназначенная для работы только на низких частотах, выполнена без внутренних экранов.

Иногда бывает целесообразно включать лампу 6П6С триодом, присоединив ее вторую сетку к аноду. В этом случае коэффициент усиления падает с 210 (когда тетрод находится в режиме Uа=Uэ=250 В; Uс= -12 В) до 10. Такой триод при анодном токе 50 ма имеет внутреннее сопротивление 2100 Ом и крутизну характеристики 4,75 мА/В.

Долговечность ламп 6П6С проверяется регулярно проводимыми испытаниями на срок службы в следующем режиме: напряжение накала 6,3 В, напряжение на аноде 300 В, напряжение на второй сетке 300 В, напряжение на первой сетке минус 20 В, напряжение на подогревателе (относительно катода) 180 В, сопротивление в цепи первой сетки 0,1 мОм. Критерием долговечности служит выходная мощность, величина которой не должна падать ниже 2,3 Вт до истечения 500 часов испытания.

Семейства типовых характеристик лучевого тетрода 6П6С для напряжений на экранной сетке 100, 150, 200 и 250 в приведены на третьей странице обложки этого номера журнала

Хороший лучевой тетрод или пентод, предназначенный для усиления мощности, должен иметь такие характеристики, чтобы при Uс 0 в место перехода восходящей части характеристики в пологую (так называемое колено) было расположено в области анодных напряжений, не превышающих 20—25% напряжения на экранирующей сетке. Рассматривая приведенные тетродные характеристики зависимости анодного тока от напряжения на аноде, можно заключить, что лампа 6П6С достаточно хорошо отвечает этому условию. Что касается тока экранной сетки, то, как это видно из соответствующих характеристик, он достаточно мал: в статическом режиме он составляет примерно 8—10% анодного тока. Для сравнения можно указать, что у аналогичного по назначению пентода 6Ф6С ток второй сетки равен 18—20°/о анодного тока.

В большинстве случаев, когда тетрод 6П6С работает в усилителе мощности НЧ, на его экранную сетку подается напряжение, равное анодному или даже на несколько вольт выше его (из-за падения анодного напряжения на сопротивлении первичной обмотки выходного трансформатора). Из приведенных характеристик видно, что динатронный эффект в лампе 6П6С хорошо подавлен в довольно широкой области возможного расположения динамических характеристик. При небольшом анодном токе создаваемый им пространственный заряд мал и не в состоянии подавить динатронный эффект, если напряжение на аноде заметно меньше напряжения на второй сетке. Это очень хорошо видно по форме той части кривых (см. характеристики для Uэ, равного 100, 150, 200 и 250 В), которые расположены в области малых анодных токов и малых анодных напряжений. Однако проявление динатронного эффекта в этих условиях не представляет никакой опасности, так как при работе лампы малые анодные напряжения получаются не при малых, а при больших анодных токах, когда пространственный заряд велик и динатронный эффект отсутствует, а малые анодные токи сочетаются с большими напряжениями на аноде.

В типовом режиме при Ua= Uэ = 250 В и Iа = 45 мА лампа 6П6С может отдать мощность около 4 Вт. Если требуется значительно меньшая выходная мощность, то целесообразно снизить подводимую мощность, уменьшив одновременно напряжения на аноде и экранной сетке лампы. Выбор режима для напряжений Uэ, равных 100, 150, 200 и 250 В, может быть произведен по приводимым типовым характеристикам. Если на экранной сетке потребуется установить напряжение, отличное от названных четырех значений, но лежащее в пределах 100—250 в, может быть с успехом применен метод интерполяции, а в пределах 80—100 В и 250—300 В — метод экстраполяции.

Снизить подводимую к лампе мощность можно также, уменьшив напряжение на второй сетке и сохранив неизменным анодное напряжение. В этом случае получается более высокий КДП усилителя и, кроме того, лампа 6П6С (если она включена тетродом и не охвачена отрицательной обратной связью) представляет большое сопротивление переменному току, что позволяет питать ее напряжением, отфильтрованным хуже, чем это требуется обычно. Экранная сетка и цепи питания предварительных каскадов в этом случае включаются после ячейки фильтра, дроссель в которой может быть заменен активным сопротивлением.

В таблице 3 приведено несколько режимов лампы 6П6С, используемой для усиления в классе А без токов сетки. Во всех этих режимах напряжение накала равно номинальному, т. е. 6,3 В. Вариант Ua =Uэ= 250 В и U с = -12,5 В является основным рекомендуемым режимом усиления мощности. При нем лампа 6П6С используется достаточно полно и не с предельным напряжением, что обеспечивает повышенную надежность ее работы в процессе эксплуатации.

Указанный режим как основной был подвергнут подробному исследованию. Для определения оптимального сопротивления нагрузки были установлены зависимости выходной мощности, анодного тока, тока экранной сетки и коэффициента гармоник как полного, так и по основным гармоникам. При этом на управляющую сетку подавалось синусоидальное напряжение 8,8 В эфф. Полученные зависимости показаны на графике рис. 4. В статическом режиме анодный ток исследуемой лампы составляет 45 мА. Подача на управляющую сетку синусоидального напряжения 8,8 В (амплитуда 12,5 В) вызывает увеличение анодного тока до 52 мА из-за детекторного эффекта, совершенно аналогичного процессу анодного детектирования. Введение сопротивления нагрузки в анодную цепь приводит к снижению анодного тока, причем, чем больше Rн, тем меньше становится Iа. Объясняется это тем, что с увеличением сопротивления нагрузки прямолинейнее становится динамическая характеристика лампы и в меньшей степени проявляется эффект анодного детектирования. С увеличением сопротивления нагрузки растет постоянная слагаемая тока второй сетки, так как чем больше переменное напряжение на аноде, тем меньше остаточные напряжения на аноде и тем большая часть электронного потока захватывается второй сеткой.

Если исходить из условия получения максимальной мощности, то сопротивление нагрузки следует выбрать в пределах от 6 до 7 кОм. Эта же величина сопротивления нагрузки отвечает условию минимальных суммарных нелинейных искажений. Однако если учесть, что искажения, вызываемые третьей гармоникой, ощущаются значительно сильнее искажений, создаваемых второй гармоникой, то целесообразно несколько поступиться выходной мощностью и взять сопротивление нагрузки равным 5 ком, что и принято в рекомендуемом режиме.

В большинстве случаев нагрузкой в анодной цепи лампы 6П6С служит динамический громкоговоритель, полное сопротивление которого в пределах передаваемого диапазона звуковых частот изменяется в несколько раз. Минимальное сопротивление громкоговорителя ограничивается активным сопротивлением его звуковой катушки. Наибольшим оно оказывается на резонансной частоте и на наивысшей частоте рабочего диапазона, причем эти сопротивления могут примерно в десять раз превышать минимальное.

В связи с высказанным соображением целесообразно применить выходной трансформатор с такими данными, чтобы минимальное сопротивление нагрузки в анодной цепи было равно 4 кОм.

На рис. 5 показан график зависимости выходной мощности и коэффициентов гармоник от величины переменного напряжения на сетке. Сопротивление нагрузки взято равным 4 кОм. Обращает на себя внимание резкое возрастание нелинейных искажений, когда амплитуда переменного напряжения в двухтактном начинает превышать напряжение смещения.

Применение двух ламп типа 6П6С в двухтактном усилителе мощности дает возможность увеличить отдаваемую мощность с четырех до десяти ватт при одновременном снижении нелинейных искажений. Рекомендуемые режимы для однотактной схемы Uа = Uэ = 250 В, Uс= -12,5 В и для двухтактной Uа = 315 В, Uэ = 250 В и Uc=—14,5 (рис. 6) по напряженности теплового режима лампы равноценны. В обоих случаях при отсутствии возбуждения на аноде выделяется мощность 11,2 Вт (при максимальной допустимой 13,2 Вт). При максимальном напряжении возбуждения подводимые мощности увеличиваются соответственно до 12,5 и 14,2 Вт. Однако в связи с тем, что при этом часть подводимой мощности преобразовывается в полезную мощность колебаний НЧ, которая выделяется в нагрузке, на анодах ламп рассеивается соответственно всего 8,5 и 9,2 Вт. Облегченный тепловой режим экранных сеток, на которых выделяется мощность в пределах 1 Вт при допустимых 2,2 Вт, также способствует повышению надежности действия радиоламп.

Кроме основного применения в качестве усилителя мощности НЧ, лучевой тетрод 6П6С используется в задающих генераторах и умножителях частоты радиопередающих устройств. Большая проходная емкость лампы не позволяет применять ее для усиления колебаний ВЧ. Работа лампы 6П6С на высокой частоте здесь не рассматривается.

А. Азатьян

«Радио», 1954 г. №2