束射四极管

束射四极管又称电子注功率管，它的符号和外形见图①。束射四极管是一种具有类似于五极管的特性而在某些方面具有比五极管更为优越的性能的电子管。下面对束射四极管的工作原理、结构特点、以及应用多万面作些简单介绍。

束射四极管与由阴极、阳极、两个栅极构成的普通四极管相比，突出的优点是克服了负阻效应。所谓“负阻效应”是指在四极管阳极电压低于帘栅极电压U\(_{g2}\)时，由于阳极被来自阴极的一次电子轰击后发射的大量二次电子向帘栅极转移而造成的阳极电流下降的现象。反映在普通四极管的阳极特性曲线上呈明显下凹形，如图2所示。当普通四极管作成的放大器工作于阳极特性曲线的这段下凹部分，将会引起很大失真。因此，在普通四极管特性曲线上，可运用的线性工作范围是很小的。要解决普通四极管的负阻效应就要设法抑制阳极二次电子向帘栅极转移。为了达到这个目的，必须对这些二次电子加一个与其运动方向相反的作用力，这种作用力可由二次电子发射极（阳极）前形成一个二次电子减速电场来产生。为了形成这个二次电子减速电场，必须设法在阳极前形成一个低于阳极电位的低电位。通常这个低电位在五极管中是通过一个放在帘栅极与阳极之间的与阴极相连的抑制栅来实现的；而在束射四极管中则是利用“空间电荷效应”来产生的。所谓“空间电荷效应”是指积聚在空间的电子电荷对周围电场的影响。因为电子带的是负电荷，所以空间积聚电子的地方其电位要低一些，单位空间里积聚的电子越多，即电荷密度越大，则电位越低。所以只要增加帘栅极与阳极之间的空间电荷密度，总可以在帘栅极与阳极之间形成一个足够低的低电位。结果，那些离开阳极的二次电子将在这个低电位与阳极之间形成的二次电子减速电场的作用下逐渐减速至零，然后加速返回阳极，束射四极管就是根据这个原理而设计的。

图3是束射四极管的结构示意图，从图中可以看到构成束射四极管的电极除了阴极、控制栅极、帘栅极、阳极外，还有一个束射屏。为了保证在阳极与帘栅极空间里形成一个足够低的低电位来抑制二次电子在阳极与帘栅极间的转移，人们在束射四极管的结构设计上进行了充分的考虑，采取了以下几个措施：（1）把阴极做成椭圆形或平板形，增加阴极工作面积，以获得大的阴极发射电流。（2）把阳极与帘栅极间的距离增大，以聚集空间电荷，有利于低电位的形成。（3）把控制栅极和帘栅极做成等节距，并在装配时把两个栅极的栅丝对齐（对栅），这将使得阴极发射的电子流在穿过两个栅极栅丝间的空隙时聚束并分裂成一系列有规则的片状扇形电子束，结果既减少了帘栅极截获，又使得空间电荷分布比较均匀。（4）在阴极工作面的两侧或两侧和上下端用束射屏罩住帘栅极，防止了二次电子绕道侧面和上下端流向帘栅极。束射屏与阴极相连或接一低电位，因此在它周围造成排斥电场，迫使电子沿着束射屏所允许的方向飞往阳极。（5）阳极工作面一般相应于阴极形状做成椭圆形或平板形。近十多年来也出现了不少阳极做成多个小腔联合结构（腔状结构）的束射管。图4是某种腔状阳极的横截面图。由于这种腔状结构如同陷井那样可以捕捉大量的阳极二次电子，使离开阳极而向帘栅极转移的阳极二次电子数量显著减少。实践证明，采取以上各措施制造的束射四极管具有良好的性能。

6P12P就是具有先进结构的一种束射四极管，它的各个电极形状见图5。6P12P管的结构特点是平板形的电极工作面，腔状阳极结构，框形的束射屏。此管常用于黑白电视机中。

为了了解束射四极管的性能，我们先来看看它的阳极特性曲线。图6是束射四极管6P1的阳极特性曲线，为了便于对比用虚线画出了五极管6P14的阳极特性曲线。从图6可以看出束射四极管的阳极特性曲线有些类似于五极管，除了控制栅电压很负、阳极电流很小时曲线仍有一点儿下凹现象（曲线中AB那段）外，整个曲线上已看不到普通四极管阳极特性曲线上的那种严重下凹现象了，负阻效应显然已得到了克服。但是由于抑制二次电子转移的方式不同，束射四极管的阳极特性曲线与五极管阳极特性曲线还是有一些不同的地方，例如束射四极管的阳极特性曲线上升得比较陡，曲线转折得比较尖锐，转折处几乎成直角，而五极管的阳极特性曲线在其转折处却是一个大的圆弧，如图6中虚线所示。因此束射四极管的特性曲线上可运用的线性工作范围比相应的功率放大五极管要宽阔得多。相比之下为得到同样的功率输出，束射四极管的阳极电压就可比功率放大五极管用得低一些，这样束射四极管的效率就高了。

由于束射四极管采用“对栅”结构，它的帘栅极电流I\(_{g2}\)远比功率放大五极管为小，相比之下束射四极管帘栅极耗散的功率较低。所以采用束射四极管来制作功率放大器是比较经济的。此外束射四极管还具有较大的阳极电流Ia，较大的跨导S，较小的内阻rp等特点。

由于要“对栅”，因此束射四极管栅丝不能绕得很密，帘栅极的屏蔽作用就不如五极管的强，导致束射四极管的阳极与控制栅极间的跨路电容C\(_{ag1}\)较大，因此这种电子管不适用于高频。基于同样的理由，束射四极管的放大因数μ也不高，用作电压放大时不如五极管，这些是束射四极管的缺点。从以上分析可以得出结论：束射四极管特别适宜作低频功率放大器用。

束射四极管按阳极耗散功率的大小可分为中功率与小功率二类。属于中功率的有FU－7，FU－25，FU－29，FU－32等，属于小功率的有6P1，6P3P，6P6P，6P12P，6P13P等。电子管收音机中常用6P6P、6P1作音频功率输出。6P3P，FU－7等常用作电子管扩音机的音频功率输出。6P13P，6P12P用于电视机中作行扫描功率输出用。此外中功率的束射四极管广泛应用于无线电发射机中作振荡和功率放大用。（董湘）