Динатронный эффект

Динатронный эффект — это нежелательное явление в электровакуумных приборах (в основном в тетродах), которое заключается в вторичной электронной эмиссии с анода, приводящее к паразитному току и искажению вольт-амперной характеристики (ВАХ) лампы.

1. Физическая суть процесса

В стандартном тетроде:

Катод испускает первичные электроны (термоэлектронная эмиссия).
Электроны ускоряются полями управляющей (1-й) и экранирующей (2-й) сеток.
Электроны с большой кинетической энергией бомбардируют анод.

Начало динатронного эффекта:

Ударяя о поверхность анода, первичные электроны выбивают из него вторичные электроны.
Это явление называется вторичная электронная эмиссия. Коэффициент вторичной эмиссии (количество выбитых электронов на один упавший) зависит от материала анода и скорости первичных электронов.

Проблема возникает из-за наличия экранирующей сетки:

На экранирующей сетке также поддерживается высокий положительный потенциал (обычно меньше, чем на аноде, но всё же значительный).
Если в какой-то момент потенциал анода становится ниже, чем потенциал экранирующей сетки, вторичные электроны, выбитые с анода, будут не возвращаться на него, а притягиваться к более положительной экранирующей сетке.

Результат: Возникает паразитный ток в цепи экранирующей сетки, направленный обратно на сетку. Ток анода при этом уменьшается.

2. Визуальное проявление на Вольт-Амперной Характеристике (ВАХ)

Эффект легко увидеть на графике зависимости анодного тока (\(I_a\)) от анодного напряжения (\(U_a\)) при постоянном напряжении на сетках.

Зависимости анодного тока от анодного напряжения

Нормальный режим (справа от провала): При высоком \(U_a\) (\(U_a > U_{g2}\)) все вторичные электроны возвращаются на анод. ВАХ имеет обычный вид.
Динатронный провал (провал на графике): Когда \(U_a\) становится меньше \(U_{g2}\), вторичные электроны уходят на экранирующую сетку. Это приводит к аномальному падению анодного тока (\(I_a\)) и росту тока экранирующей сетки (\(I_{g2}\)).
Область отрицательного сопротивления: На участке провала характеристика имеет отрицательный наклон. Это означает, что рост анодного напряжения приводит к уменьшению анодного тока. Это нестабильный режим, который может вызывать самовозбуждение и сильные искажения в усилителях.

3. Методы борьбы с динатронным эффектом

Инженеры нашли несколько эффективных способов подавить этот нежелательный эффект:

1. Использование Пентода (Третья, защитная сетка)

Это самое эффективное и распространенное решение.
Между анодом и экранирующей сеткой добавляется третья сетка (anti-dynatron grid, защитная или антидинатронная).
Её соединяют внутри лампы с катодом (т.е. её потенциал близок к нулю).
Эта сетка создаёт тормозящее поле между анодом и экранирующей сеткой. Вторичные электроны, вылетающие с анода, встречают на своём пути к экранирующей сетке это отрицательное поле и возвращаются обратно на анод, не достигая экранирующей сетки.

2. Лучеобразующие электроды (в Лучевом тетроде)

Альтернативное изящное решение, использовавшееся в мощных выходных лампах.
Вместо третьей сетки используются специальные лучеобразующие электроды (соединенные с катодом), которые фокусируют поток электронов в плотные лучи (пучки).
Конструкция сеток: Витки управляющей и экранирующей сеток совмещены (находятся точно друг напротив друга). Это создает своего рода "электростатическую тень" — область с очень низким потенциалом между анодом и экранирующей сеткой.
Эта область низкого потенциала выполняет ту же роль, что и защитная сетка в пентоде: она отталкивает вторичные электроны обратно на анод.

3. Выбор материала анода

Использование материалов для анода с низким коэффициентом вторичной электронной эмиссии (например, графитирование поверхности).

4. Бывает ли динатронный эффект в других лампах?

В диодах и триодах: Эффект практически не проявляется, так как в них нет дополнительного положительного электрода (экранирующей сетки), который мог бы перехватывать вторичные электроны. Выбитые электроны в основном возвращаются на анод.
В пентодах и лучевых тетродах: Эффект успешно подавлен описанными выше методами.

Итог

Динатронный эффект — это наглядный пример того, как сложное взаимодействие физических явлений (вторичная эмиссия) создавало серьезную инженерную проблему в электронике, решение которой (пентод и лучевой тетрод) стало классическим и позволило создать высококачественные и мощные электронные приборы.