Трехэлектродная лампа (триод)

Лекция №26

Тема: Двухэлектродные и трехэлектродные лампы, их применение

План

1.История изобретения и производства.

2. Двухэлектродная лампа

3. Характеристика и параметрпы диода

4. Трехэлектродная лампа

5. Характеристика и параметры триода

Электронная лампа, радиолампа - электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счет управления интенсивностью потока электронов, движущихся в вакууме или разреженном газе между электродами.

Радиолампы массово использовались в ХХ веке как активные элементы электронной аппаратуры (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т. п.). В настоящее время практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Иногда еще применяются в мощных высокочастотных передатчиках и аудиотехнике.

Рис.1. Электронная лампа

Изобретение электронной лампы напрямую связано с развитием техники освещения. В начале 80-х годов XIX века знаменитый американский изобретатель Эдисон занимался усовершенствованием лампы накаливания. Одним из ее недостатков было постепенное уменьшение световой отдачи из-за потускнения баллона вследствие появления темного пятна на внутренней стороне стекла. Исследуя в 1883 году причины этого эффекта, Эдисон заметил, что часто на потускневшем стекле баллона в плоскости петли нити оставалась светлая, почти незатемненная полоса, причем эта полоса всегда оказывалась с той стороны лампы, где находился положительный ввод накальной цепи.

Дело выглядело так, будто часть угольной нити накала, примыкающая к отрицательному вводу, испускала из себя мельчайшие материальные частицы. Пролетая мимо положительной стороны нити, они покрывали внутреннюю сторону стеклянного баллона всюду, за исключением той линии на поверхности стекла, которая как бы заслонялась положительной стороной нити. Картина этого явления стала более очевидна, когда Эдисон ввел внутрь стеклянного баллона небольшую металлическую пластину, расположив ее между вводами нити накала. Соединив эту пластинку через гальванометр с положительным электродом нити, можно было наблюдать текущий через пространство внутри баллона электрический ток.

Рис. 2. Опыт Эдисона

Эдисон предположил, что поток угольных частичек, испускаемых отрицательной стороной нити, делает часть пути между нитью и введенной им пластинкой проводящим, и установил, что поток этот пропорционален степени накала нити, или, другими словами, световой мощи самой лампы. На этом, собственно, и заканчивается исследование Эдисона. Американский изобретатель не мог тогда и представить, на пороге какого величайшего научного открытия он стоял. Прошло почти 20 лет, прежде чем наблюдавшееся Эдисоном явление получило свое правильное всестороннее объяснение.

Оказалось, что при сильном нагревании нити лампы, помещенной в вакуум, она начинает испускать в окружающее пространство электроны. Этот процесс получил название термоэлектронной эмиссии, и его можно рассматривать как испарение электронов из материала нити. Мысль о возможности практического использования "эффекта Эдисона" впервые пришла в голову английскому ученому Флемингу, который в 1904 году создал основанный на этом принципе детектор, получивший название "двухэлектродной трубки", или "диода" Флеминга.

Лампа Флеминга представляла собой обычный стеклянный баллон, заполненный разреженным газом. Внутри баллона помещалась нить накала вместе с охватывавшим ее металлическим цилиндром. Нагретый электрод лампы непрерывно испускал электроны, которые образовывали вокруг него "электронное облако". Чем выше была температура электрода, тем выше оказывалась плотность электронного облака. При подключении электродов лампы к источнику тока между ними возникало электрическое поле. Если положительный полюс источника соединяли с холодным электродом (анодом), а отрицательный - с нагретым (катодом), то под действием электрического поля электроны частично покидали электронное облако и устремлялись к холодному электроду. Таким образом между катодом и анодом устанавливался электрический ток. При противоположном включении источника отрицательно заряженный анод отталкивал от себя электроны, а положительно заряженный катод - притягивал. В этом случае электрического тока не возникало. То есть диод Флеминга обладал ярко выраженной односторонней проводимостью.

Рис.3. Двухэлектродная лампа Флеминга в приемной цепи: а – стеклянный баллон; b – угольная нить; с – алюминиевый цилиндр; d – впаянные платиновые проволочки для крепления цилиндра; ef – выводы; h – батарея; j – провода; к – вторичная обмотка; l – гальванометр; m – первичная обмотка; n – воздушные провода

Будучи включенной в приемную схему, лампа действовала подобно выпрямителю, пропуская ток в одном направлении и не пропуская в обратном, и могла служить таким образом волноуказателем – детектором. Для некоторого повышения чувствительности лампы подавался соответствующим образом подобранный положительный потенциал. В принципе приемная схема с лампой Флеминга почти ничем не отличалась от других радиосхем того времени. Она уступала в чувствительности схеме с детектором магнитного типа, но обладала несравненно большей надежностью.

Дальнейшим выдающимся достижением в области совершенствования и технического применения электронной лампы стало изобретение в 1907 году американским инженером Де Форестом лампы, содержащей дополнительный третий электрод. Этот третий электрод был назван изобретателем «сеткой», а сама лампа – «аудином», но в практике за ней закрепилось другое название – «триод». Третий электрод, как это видно уже из его названия, был не сплошным и мог пропускать электроны, летевшие от катода к аноду. Когда между сеткой и катодом включался источник напряжения, между этими электродами возникало электрическое поле, сильно влияющее на количество электронов, достигающих анода, то есть на силу тока, текущего через лампу (силу анодного тока). При уменьшении напряжения, подаваемого на сетку, сила анодного тока уменьшалась, при увеличении – возрастала. Если на сетку подавали отрицательное напряжение, анодный ток вообще прекращался – лампа оказывалась «запертой».

Замечательное свойство триода состояло в том, что управляющий ток мог быть во много раз меньше основного – ничтожные изменения напряжения между сеткой и катодом вызывали довольно значительные изменения анодного тока. Последнее обстоятельство позволяло использовать лампу для усиления малых переменных напряжений и открывало перед ней необычайно широкие возможности для практического применения. Появление трехэлектродной лампы повлекло за собой быструю эволюцию радиоприемных схем, так как возникла возможность в десятки и сотни раз усиливать принимаемый сигнал. Многократно возросла чувствительность приемников. Одна из ранних схем лампового приемника была предложена уже в 1907 году тем же Де Форестом.

Рис.4. Простейший ламповый радиотелеграф

Между антенной и заземлением здесь включен контур LC, на зажимах которого возникает переменное напряжение высокой частоты, образовавшееся под действием энергии, полученной из антенны. Это напряжение подавалось на сетку лампы и управляло колебаниями анодного тока. Таким образом, в анодной цепи получались усиленные колебания принимаемого сигнала, которые могли приводить в движение мембрану телефона, включенного в ту же цепь.

Первая трехэлектродная лампа-аудин Де Фореста имела множество недостатков. Расположение электродов в ней было таким, что большая часть электронного потока попадала не на анод, а на стеклянный баллон. Управляющее влияние сетки оказывалось недостаточным. Лампа была плохо откачана и содержала значительное число молекул газа. Они ионизировались и непрерывно бомбардировали нить накала, оказывая на нее разрушительное воздействие.

В 1910 году немецкий инженер Либен создал усовершенствованную электронную лампу-триод, в которой сетка была выполнена в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, деля его на две части. В нижней части лампы находилась нить накала, в верхней – анод. Такое расположение сетки позволяло усиливать ее управляющее действие, так как через нее проходил весь электронный поток. Анод в этой лампе имел форму прутика или спирали из алюминиевой проволоки, а катодом служила платиновая нить. Особое внимание Либен обратил на увеличение эмиссионных свойств лампы. В этих целях впервые было предложено покрывать нить накала тонким слоем окисла кальция или бария. Кроме того, в баллон вводились ртутные пары, которые создавали дополнительную ионизацию и увеличивали тем самым катодный ток.

Рис.5. Лампа Либена: R – ламповый баллон; K – катод; A – анод; P – вспомогательный электрод, деливший баллон на две части и игравший роль сетки

Итак, электронная лампа сначала вошла в обиход в качестве детектора, потом – усилителя. Но ведущее место в радиотехнике она завоевала только после того, как была обнаружена возможность использовать ее для генерирования незатухающих электрических колебаний. Самый первый ламповый генератор создал в 1913 году замечательный немецкий радиотехник Мейсснер. На основе триода Либена он построил также первый в мире радиотелефонный передатчик и в июне 1913 года осуществил радиотелефонную связь между Науэном и Берлином на расстоянии 36 км.

Рис.6. Простейшая схема лампового генератора

Ламповый генератор содержал колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора C. Если такой конденсатор зарядить, то в контуре возникают затухающие колебания. Чтобы колебания не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

Следовательно, энергия от источника постоянного напряжения должна периодически поступать в контур. С этой целью в электрическую цепь колебательного контура включали ламповый триод, так что колебания с контура подавались на его сетку. В анодную цепь лампы включалась катушка Lc, индуктивно связанная с катушкой L колебательного контура. В момент включения схемы ток от батареи, постепенно нарастая, движется через триод и катушку Lc. При этом по закону электромагнитной индукции в катушке L будет находиться электрический ток, который заряжает конденсатор C. Напряжение с пластин конденсатора, как это видно из схемы, подается на катод и сетку. При включении положительно заряженная пластина конденсатора соединяется с сеткой, то есть заряжает ее положительно, что способствует росту тока, проходящего через катушку Lc. Это будет продолжаться до тех пор, пока анодный ток не достигнет максимума (ведь ток в лампе определяется количеством электронов, испаряемых с катода, а их число не может быть беспредельно - возрастая до какого-то максимума, этот ток уже больше не увеличивается при росте сеточного напряжения). Когда это произойдет, через катушку Lc потечет постоянный ток.

Поскольку индуктивная связь осуществляется только при переменном токе, в катушке L тока не будет. В связи с этим конденсатор начнет разряжаться. Положительный заряд сетки, следовательно, будет уменьшаться, а это немедленно скажется на величине анодного тока - он тоже будет уменьшаться. Следовательно, и ток через катушку Lc будет убывающим, что создаст в катушке L ток противоположного направления. Поэтому, когда конденсатор C окажется разряженным, уменьшающийся ток через Lc будет по-прежнему индуктировать ток в катушке L, вследствие чего пластины конденсатора будут заряжаться, но в противоположном направлении, так что на пластине, связанной с сеткой, будет накапливаться отрицательный заряд. Это вызовет в конце концов полное прекращение анодного тока - протекание тока через катушку L вновь прекратится, и конденсатор начнет разряжаться. Вследствие этого отрицательный заряд на сетке будет все меньше и меньше, снова появится анодный ток, который будет возрастать. Так весь процесс повторится сначала. Из этого описания видно, что через сетку лампы будет протекать переменный ток, частота которого равна собственной частоте колебательного контура LC. Но эти колебания будут не затухающими, а постоянными, поскольку они поддерживаются путем постоянного добавления энергии батареи через катушку Lc, индуктивно связанную с катушкой L.

Изобретение лампового генератора позволило сделать важный шаг в технике радиосвязи - кроме передачи телеграфных сигналов, состоявших из коротких и более продолжительных импульсов, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь - то есть передача с помощью электромагнитных волн человеческой речи и музыки. Может показаться, что радиотелефонная связь не имеет в себе ничего сложного. В самом дела, звуковые колебания с помощью микрофона легко преобразуются в электрические. Почему бы, усилив их и подав в антенну, не передавать на расстояние речь и музыку точно так же, как передавался до этого код Морзе?

Однако в действительности такой способ передачи неосуществим, так как через антенну хорошо излучаются только мощные колебания высокой частоты. А медленные колебания звуковой частоты возбуждают в пространстве настолько слабые электромагнитные волны, что принять их нет никакой возможности. Поэтому до создания ламповых генераторов, вырабатывающих колебания высокой частоты, радиотелефонная связь представлялась чрезвычайно сложным делом. Для передачи звука эти колебания изменяют или, как говорят, модулируют с помощью колебаний низкой (звуковой) частоты. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания генератора и низкочастотные от микрофона накладываются друг на друга и таким образом подаются в антенну.

Рис.7.Модуляция сигнала в радиотелефоне: сверху - высокочастотные сигналы генератора, посередине - низкочастотные колебания от микрофона, внизу - модулированные колебания

Модуляция может происходить разными способами. Например, микрофон включается в цепь антенны. Так как сопротивление микрофона меняется под действием звуковых волн, ток в антенне будет в свою очередь меняться; иначе говоря, вместо колебаний с постоянной амплитудой, мы будем иметь колебания с изменяющейся амплитудой - модулированный ток высокой частоты.

Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо произвести обратный процесс - из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты - или, говоря другими словами, произвести детектирование сигнала.

Детектирование осуществлялось с помощью вакуумного диода. Диод, как уже говорилось, пропускал ток только в одном направлении, превращая переменный ток в пульсирующий. Этот пульсирующий ток сглаживался с помощью фильтра. Простейшим фильтром мог быть конденсатор, подключенный параллельно с телефонной трубкой.

Рис.8. Простейший радиопередатчик, состоящий из лампового генератора и микрофона (М - микрофон)

Рис.9. Простейшая схема радиоприемника

Работа фильтра происходила так. В тот момент времени, когда диод пропускал ток, часть его ответвлялась в конденсатор и заряжала его. В промежутках между импульсами, когда диод оказывался заперт, конденсатор разряжался на трубку. Поэтому в интервале между импульсами ток протекал через трубку в ту же сторону, что и сам импульс. Каждый следующий импульс подзаряжал конденсатор. Благодаря этому через трубку протекал ток звуковой частоты, форма которого почти полностью воспроизводила форму низкочастотного сигнала на передающей станции. После усиления электрические колебания низкой частоты превращались в звук; Простейший детекторный приемник состоит из колебательного контура, связанного с антенной, и присоединенной к контуру цепи, состоящей из детектора и телефона.

Первые электронные лампы были еще очень несовершенны. Но в 1915 году Лэнгмюр и Гедэ предложили эффективный способ откачки ламп до очень малых давлений, благодаря чему на смену ионным лампам пришли вакуумные. Это подняло электронную технику на значительно более высокий уровень.

ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА (ДИОД)

На принципе термоэлектронной эмиссии основана работа электронных ламп. Электронная лампа, имеющая два электрода — Катод и анод, называется двухэлектродной или диодом.

Основными деталями двухэлектродной электронной лампы являются катод и анод, укрепленные в стеклянном или металлическом баллоне, из которого выкачан воздух.

Катод, служащий источником электронов, в простейшем виде представляет собой нить из тугоплавкого металла, обычно вольфрама.

Пропуская по катоду электрический ток, можно накалить его до высокой температуры и тогда из его поверхности в вакуум будут вылетать электроны, образуя вокруг катода электронное облачко (пространственный заряд).

Чтобы катод, изготовленный из вольфрама, испускал нужное для работы электронной лампы количество электронов, он должен быть нагрет до 2000° С. Для поддержания такой высокой температуры по нити накала приходится пропускать ток значительной

Рис.10. Катоды электронных ламп а) прямого накала, б) косвенного накала: 1-никеливая трубка, 2- катод, 3- нить накала

силы. Поэтому электронные лампы с вольфрамовым (металлическим) катодом потребляют большую мощность и являются в этом отношении неэкономичными.

Более экономичны активированные металлические катоды. Они представляют собой нить из вольфрама, молибдена или никелевый цилиндр, покрытый тонкой пленкой окиси щелочноземельного металла бария и т. п. Активированные катоды применяют в большинстве электронных ламп; рабочая температура этих катодов 700— 900° С.

Катоды, у которых поверхность самой нити накала являете! источником электронов (рис. 10, а), называются катодами прямого накала. Недостатком таких катодов является то, что накал ниш можно осуществить только от источника постоянного тока и нельзя применять переменный ток. При питании этого катода переменные током из-за малой тепловой инерции катода прямого накала его температура изменяется с удвоенной частотой переменного тока, что приводит к непостоянству потока электронов, а следовательно и тока, протекающего через лампу. По этой причине чаще применяют катоды косвенного накала — подогревные катоды.

Катод косвенного накала (рис. 10, б) представляет собой никелевую трубочку, поверхность которой покрыта тонким слоем оксида, способного испускать электроны при сравнительно низкой температуре. Внутри трубочки находится покрытая изолирующим; слоем вольфрамовая нить накала (подогреватель), по которой пропускают электрический ток. Нагретая током нить накала подогревает активированный оксидный катод и из него вылетают электроны.

По сравнению с катодами прямого накала катоды косвенного лакала (подогревные) обладают большой тепловой инерцией. Из-за этого электронная лампа с таким катодом начинает работать не сразу, а через 1—2 мин после включения, т. е. после предварительного нагрева. Питание подогревных катодов осуществляется переменным током.

Вокруг катода электронной лампы на некотором расстоянии от него помещается металлический анод, в простейшем виде это цилиндр. Материалами для изготовления анодов являются тугоплавкие металлы — никель, молибден и тантал. Применение таких тугоплавких металлов вызвано тем, что при работе электронных ламп аноды сильно разогреваются.

Анод, как и нить накала, укреплен внутри лампы и соединен с металлическими штырьками цоколя (рис. 11, а), изготовленного из изоляционного материала. Электроды лампы различного типа соединяются со штырьками цоколя определенным образом. Схему соединения электродов ламп со штырьками называют цоколевкой (рис. 11, б). Счет штырьков ведется по часовой стрелке от направляющего ключа, если Ша лампу смотреть со стороны цоколя, повернув его к себе.

Включение электронной лампы в схему осуществляется через ламповую панель, изготовленную из изоляционного материала. При установке штырьков цоколя электронной лампы в отверстия панели электроды лампы через лепестки соединяются с цепью.

Для работы электронной лампы, как уже указывалось, необходимо накалить ее нить. Для этого в простейшем случае нить соединяют с батареей, которую называют батареей накала Бн. Ко второму электроду лампы (аноду) присоединяют другую батарею так, чтобы она своим положительным электродом соединялась с анодом лампы, а отрицательным — с нитью накала (рис. 12, а). Эта батарея называется анодной батареей Ба, При таком включении батареи анод заряжен положительно по отношению к катоду 11 между ними возникает электрическое поле. Когда нить накала нагревается, из катода начнут вылетать электроны, несущие отрицательный электрический заряд. Эти электроны будут притягиваться положительно заряженным анодом и под действием сил поля пролетать расстояние между катодом и анодом по цепи: катод — анод — сопротивление — миллиамперметр — анодная батарея - катод. Направление тока в цепи, как мы условились считать, будет обратным направлению движения электронов. Эту цепь называют анодной цепью лампы.

Если полюсы анодной батареи переключить (к аноду лампы присоединить минус анодной батареи, а к нити накала — плюс), то отрицательно заряженный анод оттолкнет вылетевшие из нити электроны назад на катод и в анодной цепи тока не возникнет (рис. 12, б). Стрелка миллиамперметра останется у нулевого деления.

Таким образом, электронная лампа (диод) проводит ток только в одном направлении — от анода к катоду при наличии положительного заряда на аноде по отношению к катоду.

Свойство двухэлектродной лампы пропускать ток в одном направлении используется для выпрямления переменного тока в постоянный.

ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ ДИОДА

Ток в цепи анода лампы зависит от температуры накала нити, т. е. от количества электронов, вылетающих из катода в единицу времени, а также от напряжения на аноде. Если положительное напряжение на аноде мало, то он притягивает небольшое количество электронов и ток в анодной цепи имеет малое значение. С повышением напряжения на аноде ток в цепи увеличивается.

График, показывающий зависимость величины анодного тока от приложенного к аноду напряжения при неизменном токе накала называется анодной характеристикой двухэлектродной лампы (рис. 13).

Кривая (рис. 13) показывает, как изменяется сила анодного тока при изменении величины анодного напряжения и неизменной силе тока накала нити.

Как видно на графике, ток в лампе при увеличении напряжения на аноде возрастает при некотором положительном напряжении на аноде ток в его цепи достигает наибольшей величины. Дальнейшее повышение напряжения на аноде не вызывает роста тока.

Эта наибольшая величина тока в лампе называется током насыщения. Однако у ламп с оксидным катодом явление насыщения мало заметно.

Диоды разных типов отличаются своими параметрами и характеристиками. К основным параметрам диода относятся: напряжение накала Uн ток накала Iн, ток эмиссии Iэ, анодное напряжение Uа. Кроме того, диоды различаются по крутизне их характеристики. Чем быстрее нарастает анодный ток диода при увеличении анодного напряжения, тем больше крутизна характеристики диода. Крутизну обозначают S она показывает, на сколько миллиампер увеличивается сила анодного тока диода при повышении анодного напряжения на 1 в:

где ∆Ia— изменение силы анодного тока,

∆Ua — изменение анодного напряжения.

Так, если крутизна диода S —3 ма/в, то это значит, что при увеличении анодного напряжения на 1 в сила анодного тока возрастет на 3 ма.

К параметрам, которыми характеризуется диод, относится также величина его внутреннего сопротивления переменному току. Внутреннее сопротивление диода не постоянно, а зависит от величины и полярности анодного напряжения, приложенного к диоду. Например, когда к аноду приложено отрицательное напряжение, его внутреннее сопротивление практически бесконечно велико и ток через диод не проходит. Наименьшим внутренним сопротивлением диод обладает в пределах средней прямолинейной части Характеристики, где крутизна имеет наибольшее значение. В нижней части характеристики и в верхней части внутреннее сопротивление лампы увеличивается.

Внутреннее сопротивление лампы обозначается Я;. Оно равна отношению изменения анодного напряжения (∆Ua) к соответствующему изменению анодного тока:

Весьма важным параметром, характеризующим каждую лампу, является величина допустимой мощности рассеяния на аноде. Электроны под влиянием напряжения, приложенного к аноду, развивают большую скорость и поэтому со значительной силой ударяются в него. При этом анод, нагреваясь, может раскалиться и даже расплавиться. Чем больше анодное напряжение, тем больше скорость электронов. Чем больше ток, проходящий через диод, тем большее число электронов одновременно ударяет в анод. Поэтому количество тепла, выделяемого на аноде, зависит от анодного напряжения и анодного тока. Произведение этих двух величин равно мощности рассеяния на аноде:

Выделение тепла на аноде — бесполезная, но неизбежная потеря мощности. При очень сильном нагревании анода лампа выходит из строя. Ввиду этого мощность рассеяния не должна превышать не. которую допустимую для данного типа лампы величину.

ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА (ТРИОД)

Электронная лампа, имеющая три электрода, называется триодом. Устройство одного из типов триода показано на рис. 14.

Триод отличается от диода тем, что между его катодом и анодом находится третий электрод, выполненный в виде проволочной спирали, который называется сеткой. Анод, сетка и катод присоединяются, как и у диода, к штырькам цоколя лампы.

По своему расположению сетка мешает или помогает электронам, вылетевшим с катода, достигнуть анода. Между сеткой и катодом включается напряжение, которое называется сеточным напряжением U_c.

Когда напряжение на сетке триода равно нулю (рис. 15, а), лампа работает как диод. Приложенное между сеткой и катодом напряжение Uс создает дополнительное электрическое поле, воздействующее на летящие от катода к аноду электроны. Если это напряжение отрицательно, то вылетающие из катода электроны оказываются под действием притягивающей силы положительно заряженного анода и отталкивающей силы отрицательно заряженной сетки. Если отрицательное напряжение на сетке мало, то ее отталкивающая сила, действующая на электроны, невелика, поэтому сравнительно большая часть электронов пролетает через сетку к аноду.

Однако с увеличением отрицательного напряжения на сетке отталкивающая сила электрического поля, действующая на электроны, возрастает. Вследствие этого сквозь сетку к аноду пролетает меньшее число электронов и анодный ток уменьшается. Роль отрицательно заряженной сетки подобна роли регулируемого сопротивления в электрической цепи.

При некотором значении отрицательного напряжения на сетка величина ее отталкивающей силы становится настолько большой, что ни один электрон не в состоянии пролететь сквозь сетку к аноду; анодный ток становится равным нулю. В этих условиях лампа «заперта» (рис. 15, б).

Если к сетке приложить не отрицательное, а положительное напряжение (рис. 15, в), то на электроны будут действовать две одинаково направленные силы: электрического поля анода и положительного заряда сетки. Большая часть электронов, пролетевших сквозь сетку, достигнет анода, но значительная часть их притянется на сетку и образует сеточный ток. Этот ток весьма нежелателен, так как он вызывает вредный нагрев сетки и уменьшает силу анодного тока. По этим причинам в большинстве электронных устройств во время работы триода потенциал сетки должен оставаться отрицательным.

Сетка находится ближе к катоду, чем анод; поэтому изменение напряжения на ней значительно сильнее влияет на величину анодного тока, чем такое же изменение напряжения на аноде. Это позволяет путем небольшого изменения сеточного напряжения U_c значительно изменять силу анодного тока.

Таким образом, посредством изменения напряжения, подаваемого на сетку, можно управлять силой тока в анодной цепи лампы. Поэтому сетку называют управляющей.

Из сказанного следует, что триод изменяет свое сопротивление в зависимости от величины (и знака) напряжения, подаваемого на _сетку. Это значит, что трехэлектродная лампа может служить безынерционным регулируемым сопротивлением.

ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ ТРИОДА

Важнейшей характеристикой триода является анодно-сеточная (рис. 16, а). Она представляет собой график зависимости анодного тока от напряжения на сетке при неизменном напряжении на аноде лампы.

По вертикали отложена сила анодного тока при различных напряжениях на сетке, причем анодное напряжение поддерживается постоянным. С изменением сеточного напряжения от отрицательного значения до нуля сила анодного тока возрастает от нуля до определенной величины. Вместе с тем, чем выше напряжение на аноде, тем больше сила анодного тока при данном напряжении на сетке.

К основным параметрам триода относятся крутизна характеристики, внутреннее сопротивление и коэффициент усиления.

Крутизна, т. е. угол наклона характеристики триода, показывает, на сколько миллиампер изменяется сила анодного тока при изменении напряжения на сетке на 1 в и постоянном анодном напряжении:

где ∆Iа — изменение силы анодного тока, ма,

∆Uc — изменение напряжения на сетке, в,

S — крутизна характеристики триода, ма/в.

Для определения крутизны характеристики графическим способом надо построить на ней прямоугольный треугольник, гипотенузой которого является интересующий нас участок характеристики. Катетами этого треугольника являются линии, параллельные осям графика. Горизонтальный катет показывает величину изменений напряжения на сетке ∆Uс, а вертикальный — изменение анодного тока I∆Iа. Разделив числа, соответствующие этим отрезкам ∆Ua и ∆Iа, найдем крутизну характеристики на заданном участке.

Пример. Изменение напряжения на сетке триода на 2 в приводит к изменения анодного тока на 10 ма. Определить крутизну характеристики.

Решение.

Характеристики триода, снятые при различных напряжениях на аноде лампы, располагаются на графике почти параллельно одна относительно другой. Однако, как видно из рис. 16, б, характеристика триода, снятая при большем напряжении на аноде, располагается выше и левее, а снятые при более низком напряжении — ниже.

Такая группа характеристик называется семейством анодно-сеточных характеристик.

Параметром, характеризующим усилительные свойства триода является коэффициент усиления.

Близко расположенная к катоду сетка воздействует на электроны гораздо сильнее, чем далеко расположенный анод. Поэтому изменить анодный ток на некоторую определенную величину молено либо соответствующим изменением анодного напряжения, либо во много раз меньшим изменением напряжения на сетке.

Коэффициент усиления лампы μ определяется отношением изменения анодного напряжения к изменению напряжения на сетке при постоянном анодном токе:

Пример. В лампе, в которой для изменения анодного тока на 2 ма необходимо либо изменить анодное напряжение на 18 в, либо сеточное напряжение на 0,3 в. Определить коэффициент усиления.

Решение.

В данном случае можно сказать, что напряжение на сетке воздействует на вылетающие из катода электроны в 60 раз сильнее анодного напряжения.

Коэффициент усиления триодов лежит в пределах 4—100.

Внутреннее сопротивление триодов имеет различную величину и измеряется в зависимости от рабочего режима триода. Современные триоды обладают внутренним сопротивлением 1000—100 000 ом. Так, если в лампе при изменении анодного напряжения на 10 в анодный ток изменяется на 2 ма (0, 002 а), то внутреннее сопротивление такой лампы, определяемое путем деления изменения напряжения на изменение силы тока, равно:

Величину внутреннего сопротивления лампы можно определить по семейству характеристик.

На рис. 16, б видно, что при напряжении на сетке Uc=0 и анодном напряжении 100 в анодный ток равен 10 ма (нижняя характеристика). При анодном напряжении Uа=150 в анодный ток равен 18 ма, следовательно, при изменении анодного напряжения ∆Uа= 1=150—100=50 в анодный ток изменился ∆Iа= 18—10 = 8 ма (0,008 а).

Внутреннее сопротивление лампы

Для триодов разных типов требуется различное напряжение накала Uн и анодное напряжение Uа. Триоды также отличаются по величине мощности рассеяния на аноде Ра.

Межэлектродной емкостью называется емкость, образованная близко расположенными друг к другу электродами триода, которые разделены диэлектриком —вакуумом.

В триоде образуется межэлектродная емкость между анодом и сеткой (С_а-с) между катодом и сеткой и между анодом и катодом. Величина этих емкостей составляет 2—10 пф. Эти емкости являются нежелательными и их называют паразитными. Особенно вредной является межэлектродная емкость между анодом и сеткой С_а-с (рис. 17), так как через эту емкость осуществляется паразитная связь между анодом и цепью сетки.

Когда на управляющую сетку триода не подаются сигналы, подлежащие усилению, емкость С_а-с заряжается до уровня напряжения, действующего между анодом и сеткой лампы.

При подаче усиливаемого сигнала на сетку триода изменяется напряжение на аноде и при этом емкость С_а-с будет заряжаться или разряжаться. Цепь заряда этой емкости такая: + Eа, Ra, Са-с, Re, земля. Цепь разряда этой емкости будет: +Са-с, анод, катод, Rc, - C_a-c.

Как видно из схемы, заряд и разряд емкости протекает через >сопротивление Rc и на нем создается напряжение, которое приложено к управляющей сетке наряду с напряжением усиливаемого сигнала. Таким образом, любое изменение анодного напряжения будет оказывать влияние через межэлектродную емкость Са-с на цепь сетки, что может привести к самовозбуждению усилителя и искажению усиливаемых сигналов.

Паразитная связь анод —сетка особенно сильно проявляется при подведении к сетке триода сигналов высокой частоты, так как емкостное сопротивление С_а-с с повышением частоты уменьшается