ТРИОДЫ

August 8, 2011 by admin Комментировать »

Представим себе электровакуумный прибор с плоским эмитти­рующим катодом, плоским анодом и с третьим электродом — прово­лочной решеткой (сеткой), помещенной между катодом и анодом в вакууме (рис. 8-11, а). Напряжение на аноде относительно катода обозначим Ua, а напряжение на сетке относительно катода Uс. Сетка введена для того, чтобы с помощью небольших изменений напряжения Uc осуществлять значительные изменения анодного тока Iа. Иначе говоря, сетка предназначена служить электродом, который управляет анодным током.

Лампа с тремя электродами называется триодом. Она может применяться для усиления и для генерации колебаний.

Электроны, движущиеся от катода к аноду, вообще имеют воз­можность пролетать между стержнями сетки. Но количество электро­нов, пролетающих сквозь сетку за секунду, существенно зависит от напряжения на сетке. Если оно отрицательно по отношению к катоду, то сетка оказывает тормозящее влияние на движение электронов,

Рис. 8-11. Роль сетки в триоде.

а — условный вид электродов; б — траектории электронов при раз­ных величинах отрицательного напряжения на сетке.

создавая на их пути отталкивающий барьер. Можно установить такую величину отрицательного напряжения на сетке, при которой вблизи от катода ускоряющее поле анода исчезнет, а при дальнейшем повышении отрицательного сеточного напряжения поле близ катода сделается тормозящим и анодный ток прекратится. В этом случае говорят, что на сетку подано «запирающее» напряжение.

Если же на сетку включено положительное по отношению к ка­тоду напряжение, то в пространстве между сеткой и катодом напря­женность ускоряющего поля повышается, и это приводит к увеличению анодного тока. Следовательно, изменением напряжения на сетке можно изменить анодный ток от нуля до наибольшей достижимой величины.

На рис. 8-11, б изображены траектории электронов, выходящих из зоны пространственного заряда перпендикулярно поверхности катода, при положительном напряжении на аноде и отрицательном на сетке. Левый рисунок соответствует небольшому отрицательному напряжению на сетке (здесь показаны только два соседних стержня сетки). Электроны, начавшие свое движение прямолинейно, далее отклоняются отрицательно зараженными стержнями сетки и откло­няются тем более, чем ближе к стержню должна проходить начальная траектория электрона. В некоторой области за сеткой траектории электронов перекрещиваются, или, как принято говорить, электрон­ный поток фокусируется, а затем идет расходящим  пучком к поверх­ности анода. Правый рисунок соответствует значительному отрица­тельному напряжению на сетке. Электроны не могут пролетать барьер, созданный электрическим полем сетки, и возвращаются к катоду; анодный ток отсутствует.

При положительном напряжении на сетке не только увеличи­вается ток анода, но часть электронов, движущихся от катоду может перехватываться сеткой. Следовательно, ток будет существовать не только в цепи анода, но и в цепи сетки (сеточный ток). Обычно сеточный ток полезной работы не выполняет.

Реальные типы триодов имеют сетку в виде цилиндрической спирали и анод в виде круглого или плоского цилиндра. Физические процессы в таких триодах сходны с описанными выше; но в кругло-цилиндрических конструкциях электрическое поле и траектории электронов направлены по радиусам цилиндров.

Широким применением пользуются двойные триоды. Оба триода, смонтированные в одном баллоне, работают либо в одном и том же каскаде аппаратуры, либо выполняют разные функции. Для приемников удобны также сочетания триода с двойным диодом в общем баллоне.

Как было показано, токи анодной и сеточной цепей триода зави­сят от напряжений на аноде и на сетке (если считать, что напряжение накала установлено нормальным для данной лампы, обеспечивающим

 

 

Рис. 8-12. Схема измерения напряжений и токов в анод­ной и сеточной цепях триода.

требуемую эмиссию катода). Количественную оценку этих зависимо­стей наглядно представляют нам характеристики триода.

Главной характеристикой является график зависимости вели­чины анодного тока от напряжения на сетке при постоянном напря­жении на аноде. Это — сеточная характеристика анодного тока (или короче, анодно-сеточная характеристика). На рис. 8-12 показаны цепи анодного и сеточного токов и цепь накала триода. Миллиамперметры тA позволяют отсчитывать ток анодной цепи /а и ток сеточной цепи Iс. Вольтметры V измеряют соответственно анод­ное и сеточное напряжения и напряжение накала. В цепи катода ток Iк является, очевидно, арифметической суммой анодного и сеточ­ного токов (IК = Iа + Iс), которые разветвляются в общей точке 0. Поэтому и цени катода отдельный прибор для измерения тока не тре­буется. Для большей наглядности анодная и сеточная цепи показаны утолщенными линиями.

Установив нормальное напряжение накала Uн и указанное в пас­порте лампы анодное напряжение Uа, будем изменять напряжение на сетке Uc от отрицательных значений через нуль и далее в области

положительных значений. Такую регулировку в принципе можно осуществлять перестановкой сеточного провода по отводам от эле­ментов батареи. Практически удобнее применить делитель напряже­ния (потенциометр), который не показан на рис. 8-12, чтобы сохранить наглядность схемы. При каждом значении напряжения на сетке будем отмечать величину анодного тока.

При значительном отрицательном напряжении на сетке ток /а отсутствует, так как электроны отталкиваются сеткой назад к катоду’. Уменьшая постепенно отрицательное сеточное напряжение, мы заме­тим, что в цепи анода появится ток, который будет нарастать вначале медленно, а затем быстрее. Это свидетельствует о способности поло­жительного анодного напряжения преодолеть действие отрицательного напряжения на сетке, если сеточное напряжение сделалось значительно меньше анодного по абсолютной величине.

Дойдя до нулевого напряжения на сетке и изменив полярность сеточной батареи Бс, будем повышать сеточное напряжение в положи-

Рис. 8-13. Характеристики триода,

а — анодно-сеточная характеристика для лампы с вольфрамовым катодом; б — анодно-сеточная характеристика для усилительной маломощной лампы с подо­гревным катодом; в — характеристики анодного и сеточного токов по напряжению

на сетке.

тельной области. Мы обнаружим дальнейший рост анодного тока. Если бы испытуемая лампа имела чисто вольфрамовый катод, то при повышении положительного сеточного напряжения рост анодного тока замедлился бы, а далее совсем прекратился. Это соответствовало бы режиму насыщения.

График, изображающий полученную зависимость, и называется сеточной характеристикой анодного тока (рис. 8-13, а). Ток насыще­ния IS (при нормальном накале) характеризует свойства лампы с вольфрамовым катодом. Однако наиболее важным (рабочим) участ­ком характеристики является крутой (практически прямолинейный) ее участок.

В лампе с активированным (например, с оксидным) катодом нельзя обнаружить тока насыщения, так как ток эмиссии возрастает за счет дополнительного нагрева активирующего покрытия анодным током. Поэтому в своей верхней части характеристика ограничивается величиной анодного тока, безопасного для катода. Примерная харак­теристика для маломощного триода с подогревным катодом дана на рис. 8-13, б. Эта характеристика подобно предыдущей имеет ниж­ний сгиб в области отрицательных напряжений на сетке.

Второй характеристикой триода является график зависимости величины сеточного тока от напряжения на сетке при постоянном анодном напряжении. Как мы знаем, ток в цепи сетки появляется только при положительных напряжениях на ней, когда часть электрон­ного потока «перехватывается» проводами сетки. Естественно, что ток, направленный навстречу движению электронов, течет в проводах от катода к сетке, а в лампе — от сетки к катоду (см. рис. 8-12). При небольших положительных сеточных напряжениях ток сетки незначителен — он составляет доли или единицы процентов от анод­ного тока. Но по мере повышения положительного напряжения на сетке увеличивается число электронов, перехватываемых ею. Сеточ­ный ток становится соизмеримым с анодным. При сравнительно низком анодном напряжении возможно перераспределение потока электронов, которое приводит к увеличению сеточного тока за счет уменьшения анодного, если положительное напряжение на сетке становится выше, чем на аноде.

На рис. 8-13, в показана характеристика тока сетки совместно с характеристикой анодного тока при низком анодном напряжении и при изменении сеточного напряжения в больших пределах. Следует учесть, что снятие характеристики в таких пределах может привести к порче лампы, так как при большом токе сетки ее проводники сильно нагреваются электронной бомбардировкой. Еще раз напомним, что в большинстве случаев ток сетки не выполняет в аппаратуре положи­тельных задач, а расход мощности на нагревание сетки вреден.

Теперь рассмотрим, как отражается на процессах в лампе и на ее характеристиках изменение анодного напряжения. После снятия характеристики, показанной, например, на рис. 8-13, б, увеличим анодное напряжение и вновь снимем характеристику анодного тока по сеточному напряжению. При повышенном напряжении на аноде возрастет сила притяжения к нему электронов, а потому тормозящее действие отрицательно заряженной сетки преодолевается успешнее. Следовательно, характеристика анодного тока начнется левее, т. е. при большем отрицательном напряжении на сетке, а все дальнейшие значения анодного тока будут выше прежних при равных сеточных напряжениях,

На рис. 8-14, а изображены характеристики анодного тока по сеточному напряжению, снятые при Uа — 60, 120, 180 и 240 в. В пер­вом приближении все эти характеристики различаются лишь распо­ложением в координатных осях: при равном шаге анодного напряже­ния каждая последующая характеристика получается (правда, при­ближенно) как результат сдвига влево предыдущей на одну и ту же величину.

Здесь же (ниже) изображены характеристики тока сетки, снятые при анодных напряжениях Ua = 60 и 120 в. Естественно, что при большем значении Uа ток сетки оказывается меньшим для одних и тех же сеточных напряжений (при большей силе притяжения со сто­роны анода меньшая часть потока электронов перехватывается сеткой).

Группа характеристик, снятых при разных значениях постоян­ного напряжения, называется семейством характери­стик. На рис. 8-14, а было представлено семейство характеристик анодного тока (а также семейство характеристик сеточного тока) по сеточному напряжению при заданных каждый раз постоянных анод­ных напряжениях. Еще раз подчеркнем, что основные (крутые) участки характеристик анодного тока практически приближаются к прямым линиям, и важность этого факта будет разъяснена в даль­нейшем,

Но свойства лампы можно изучать и на другого рода характери­стиках, представляющих собой зависимости анодного тока от анод­ного напряжения при заданном для каждой характеристики сеточном напряжении. Характеристики этого типа кратко называются просто анодными.

Возвращаясь к схеме на рис. 8-12 и установив в ней неизменное напряжение на сетке, равное нулю (Uc — 0), будем увеличивать анодное напряжение от нуля до больших положительных значений. Мы снимем характеристику, и принципиально, и практически сход­ную с характеристикой диода (рис. 8-14, б). Действительно, при Uа = 0 ток равен нулю, ибо анод не протягивает электронов. Значит, начинается характеристика из начала координат и, имея нижний изогнутый участок, идет далее практически прямолинейно.

Если на сетку будет подано отрицательное постоянное напря­жение (Uc < 0), то характеристика анодного тока по анодному

Рис. 8-14. Семействе  характеристик  триоде.

а — характеристики анодного и сеточного токов по сеточному напряже­нию при разных напряжениях на аноде; б — характерна ики анодного тока по анодному напряжению при разных напряжениях на сетке.

напряжению начнется не из начала координат, а правее; ведь в этом случае необходимо подать на анод положительное напряжение, достаточное для преодоления тормозящего действия сетки. Чем больше отрицательное сеточное напряжение, тем значительнее сдвиг харак­теристики вправо (см. рис. 8-14, б).

Если на сетке установлен относительно катода постоянный положительный потенциал, то характеристика анодного тока рас­полагается левее основной. Начало таких характеристик тоже сов­падает с началом координат, но при этом начальный участок ока­зывается выпуклым. Этот резкий подъем объясняется перераспределе­нием электронов между положительной сеткой и анодом: при очень низком анодном напряжении электроны, пролетевшие сквозь сетку, попадают в тормозящее поле между сеткой и анодом и образуют между сеткой и анодом второй объемный заряд. При повышении же анодного напряжения ток анода растет резко за счет электронов этого объемного заряда, который исчезает, а также за счет резкого уменьшения тока сетки.

На рис. 8-14, б штрих-пунктиром ограничена область допустимых режимов использования лампы по нагреву анода. Эта линия соеди­няет точки, соответствующие допустимой мощности рассеяния на аноде (Pа = UаIа). Для лампы, представленной своими характеристи­ками на рисунке, допустимая мощность составляет только 2 вт.

Мгновенные (импульсные) значения мощности могут превышать эту величину, так как анод «остывает» между импульсами.

Семейства характеристик, которые мы рассмотрели, называются семействами статических характеристик, так как они сни­маются при постоянных напряжениях на электродах. Семейство харак­теристик дает достаточно полное представление о свойствах триода. Однако желательно эти свойства выразить цифрами. Такими коли­чественными выражениями свойств триода служат его парамет­ры.

Триод предназначен п первую очередь для усиления сигналов. Усиление в триоде возможно благодаря тому, что сетка расположена между анодом и катодом и потому частично экранирует катод от прямого воздействия поля анода. Собственное же поле сетки воздей­ствует на пространственный заряд беспрепятственно. Параметр, показывающий, во сколько раз сильнее изменение сеточного напря­жения действует на величину анодного тока, чем такое же изменение анодного напряжения, называется коэффициентом уси-

(8-11)

Крутизна динамической характеристики, следовательно, ока-зывается меньше, чем крутизна статической характеристики той же лампы, и притом тем меньше, чем больше нагрузочное сопротивле­ние Rн в сравнении с Ri.

На рис. 8-18 показано семейство статических характеристик. Исходный режим определяется положением точки т на той характе­ристике, которая соответствует постоянному смещению Uc0 на сетке и напряжению на аноде Uа0 = EаIа0Rн.

При изменениях сеточного напряжения в ту и другую стороны от Uс0 анодный ток меняется по динамической характеристике, кру­тизна которой соответствует формуле (8-11) и которая изображена на рис. 8-18 утолщенной линией. Заметим, что слева начинается динамическая характеристика вместе со статической, соответствующей Ua = Eа, где Eа — полное напряжение анодной батареи. Справа же, в области положительных сеточных напряжений, динамическая характеристика может иметь снижение вследствие малых остаточ­ных напряжений на аноде (см. рис. 8-13, в).

Построение, выполненное на рис. 8-18, относится к лампе, нагру­женной активным сопротивлением RH, величину которого мы счи­таем одинаковой как для постоянного, так и для переменного анод­ного тока. В тех случаях, когда нагрузочное сопротивление содержит реактивности, построение динамической характеристики может иметь те или иные особенности.

225

Оставить комментарий