Динатронный эффект

В 1918 года научный сотрудник General Electric Альберт Халл предложил новый тип вакуумной лампы — динатрон (англ. dynatron).[2] До своего прихода в радиотехнику Халл изучал греческую филологию и впоследствии называл свои изобретения греческими именами: динатрон, плиотрон, тиратрон, магнетрон и т. п.[3] Динатрон имел три электрода — спиральный катод прямого накала, окружающий его перфорированный цилиндр первого анода и внешний, сплошной, цилиндр второго анода. Первый анод динатрона внешне походил на сетку обычного триода («аудиона» де Фореста), но, в отличие от триода, на него следовало подавать положительное напряжение смещения. При определённом соотношении напряжений на анодах рост напряжения на втором аноде приводил к снижению тока через него. Халл предлагал использовать одиночные динатроны в качестве генераторов высокочастотных колебаний, а двойки из непосредственно-связанных динатронов — как неинвертирующие усилители.

В 1926 году тот же Халл скрестил триод и динатрон, поставив между сеткой и анодом экранирующую сетку — аналог «первого анода» из его динатрона 1918 года. В том же году Генри Раунд довёл идею, впервые выдвинутую Вальтером Шоттки (1916), до серийного выпуска — на рынок вышли первые серийные радиочастотные тетроды.[4] Новая лампа превосходила триод в области верхних частот, но при малых анодных напряжениях демонстрировала тот же «динатронный эффект», что и динатрон Халла. Отсюда альтернативное определение существительного «динатрон» — «тетрод, напряжение на аноде которого поддерживается меньшим, чем напряжение на экранирующей сетке».[5]

Работа выхода электрона из металлического анода составляет, в зависимости от материала анода, единицы электронвольт (эВ). Практически каждый электрон, падающий на анод извне с энергией более 10…15 эВ,[6] способен выбить из анода медленный вторичный электрон. В нормальных режимах работы вакуумной лампы энергия электронов, бомбардирующих анод, заведомо больше этого порога — сотни эВ в приёмно-усилительных лампах, тысячи эВ в генераторных лампах, десятки тысяч эВ в высоковольтных кенотронах.

В вакуумном диоде или триоде, на сетку которого подано отрицательное управляющее напряжение, вторичные электроны притягиваются полем анода. Вблизи анода возникает узкая зона пространственного заряда, но покинуть её электроны не в состоянии. Если же на сетку триода подать положительное напряжение, превышающее напряжение анода, то часть вторичных электронов окажется способной покинуть поле анода и устремиться к сетке. Миллиамперметр в цепи анода зафиксирует снижение анодного тока, миллиамперметр в сети сетки — возникновение сеточного тока. Обычный приёмно-усилительный триод в ходе такого эксперимента неминуемо погибнет, однако ранние триоды 1920-х годов вполне допускали такой режим.[7]

Динатронный эффект наиболее выражен в тетродах. В зависимости от соотношения напряжений на аноде и экранирующей сетке, а также от мер, принятых для подавления динатронного эффекта, он проявляется в разной степени:

Нелинейность (изломы) монотонно-возрастающей зависимости тока анода от напряжения на аноде. При малых анодных напряжениях рост анодного тока может отставать от расчётного «триодного» характера зависимости (закон Чайлда-Ленгмюра), однако при всех режимах внутреннее сопротивление остаётся положительным. Такое поведение свойственно мощным низкочастотным пентодам и лучевым тетродам. Нормальные рабочие режимы этих ламп, как правило, лежат далеко за пределами «динатронных» участков их ВАХ.	Следы динатронного эффекта в ВАХ пентода 6П14П
Отрицательное внутреннее сопротивление наблюдается в тетродах тогда, когда с ростом анодного напряжения отток вторичных электронов с анода на экранирующую сетку растёт быстрее, чем ток первичных электронов, падающих на анод. На анодной вольт-амперной характеристике наблюдается нисходящий участок. С дальнейшим ростом анодного напряжения динатронный эффект ослабляется, и ток начинает вновь возрастать. Как правило, отрицательное внутреннее сопротивление крайне нежелательно, так как может порождать самовозбуждение усилителя. В пентодах динатронный эффект подавлен достаточно сильно, отрицательное внутреннее сопротивление не наблюдается. В лучевых тетродах оно может наблюдаться при больших отрицательных смещениях на управляющей сетке и малых токах анода, см. например ВАХ лучевого тетрода КТ88.	ВАХ триода Mullard 020 при Uc=+200В
Инверсия анодного тока. В ранних тетродах 1920-х годов динатронный эффект доходил до того, что анодный ток менял направление: количество вторичных электронов, выбитых из анода и притянутых экранирующей сеткой, превосходило число электронов, испущенных катодом и долетевших до анода. С точки зрения внешнего наблюдателя, вооружённого миллиамперметром, анод превращался во второй катод. Прибор в цепи анода фиксировал ток электронов, втекающих в анод, прибор в цепи экрана фиксировал ток, превышающий ток эмиссии катода.[8] Покрытие анодов оксидами, повышающими работу выхода, устранило инверсию анодного тока, но не могло устранить участок отрицательного сопротивления.	ВАХ тетрода RCA 24А ранних серий

• Amos, Stanley et al. Newnes Dictionary of electronics. — 4-th ed.. — Oxford: Newnes / Elsevier, 1999. — 389 с. — ISBN 9780750643313.
• Sōgo Okamura. History of electron tubes. — Tokyo: Ohmsha Ltd. / IOS Press, 1994. — 233 p. — ISBN 9789051991451.
• Suits, C. G. and Laferty, J. M. Albert Wallace Hull. — Biographical memoirs (vol. 41 no. 8). — Columbia University Press, 1970. — С. 215-233. — ISBN 9780231033190.
• Батушев, В. А. Электронные приборы. — Москва: Высшая школа, 1969. — 608 с. — 90,000 экз.
• Рейх, Г. Дж. Теория и применение электронных приборов. — Ленинград: Госэнергоиздат, 1948. — 940 с. — 7,000 экз.