ТРИОДЫ
Электронные лампы приобрели свои исключительно ценные свойства лишь после того, как в диод был введен третий электрод
— сетка. Это открыло перед электронной лампой огромные возможности. Сетка помещается между катодом и анодом.
Название «сетка» объясняется тем, что в первых конструкциях ламп она действительно представляла собой сетку или решетку
(рис. 1 и 2). В дальнейшем сетку начали делать в виде проволочной спирали, окружающей катод, но первоначальное название
«сетка» удержалось за этим электродом до настоящего времени.
Какую же роль выполняет сетка?
Работа триода, как всякой электронной лампы, основана на существовании электронного потока между катодом и анодом. Сетка
находится между этими электродами, поэтому электроны, устремляющиеся от катода к аноду, встречают ее на своем пути и сетка
управляет количеством электронов, летящих к аноду.
Разумеется, сетку нельзя рассматривать как механическое препятствие для электронов. Промежутки между витками сетки,
как бы густа она ни была, всегда будут огромны по сравнению с размерами электронов. Если, например, представить себе электрон
в виде футбольного мяча, то расстояния между витками сетки в том же масштабе будут равны расстояниям между планетами нашей
вселенной.
Сетка, как и другие электроды, имеет вывод наружу. Посмотрим, изменится ли что-либо в работе лампы, если вывод сетки
присоединить к катоду (рис. 3). При таком соединении сетка приобретает потенциал катода. Между сеткой и катодом не будет
никакого электрического поля, поэтому витки сетки окажут очень слабое действие на электроны, летящие от катода к аноду. Возможно,
что отдельные электроны, столкнувшиеся с витками сетки, застрянут на них. Но в этом случае сетка зарядится отрицательно
по отношению к катоду, и излишние электроны немедленно стекут с нее на катод по соединительному проводнику, выравнивая
таким образом потенциалы сетки и катода.
Положение резко изменится, если сообщить сетке какой-либо потенциал относительно катода. Осуществить это можно, включив;
например, между катодом и сеткой батарею.
Если батарея окажется включенной так, что сетка зарядится отрицательно (рис. 4), то последняя начнет отталкивать электроны
обратно к катоду. Если в анодную цепь лампы включен измерительный прибор, то он зарегистрирует уменьшение анодного тока.
Прорываться к аноду сквозь сетку смогут лишь те электроны, которые обладают достаточно большой скоростью.
| |
При значительном отрицательном потенциале сетки даже те электроны, которые обладают наибольшей скоростью, не смогут
преодолеть ее отталкивающее действие. Анодный ток прекратится. Лампа, как говорят, будет
заперта. Если батарею (которую мы назовем сеточной) присоединить так, чтобы сетка была заряжена положительно относительно
катода (рис. 5), то возникшее между катодом и сеткой электрическое поле станет ускорять движение электронов. В этом случае
прибор в цепи анода покажет увеличение анодного тока. Теперь смогут достигать анода и те электроны, которые при вылете из
катода обладали малой скоростью и без помощи сетки не смогли бы преодолеть путь до анода.
Чем выше положительный потенциал сетки, тем больше она способствует увеличению скорости электронов, излучаемых катодом.
В соответствии с этим возрастает и анодный ток. При этом, разумеется, некоторая часть электронов притягивается и к сетке,
но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико по сравнению с общей эмиссией катода. Подавляющее
число электронов вследствие притяжения сеткой получает столь большое ускорение, что они. проскакивают через промежутки
между ее витками и устремляются к аноду, притяжение которого еще больше ускоряет их. Лишь те электроны, которые на своем
пути сталкиваются непосредственно с витками
сетки или оказываются в непосредственной близости от них, притянутся к сетке и создадут в ее цепи ток, получивший название
сеточного тока.
В дальнейшем разность потенциалов между сеткой и катодом будем называть напряжением на сетке. Если потенциал сетки
положителен по отношению к катоду, это напряжение тоже считается положительным, а если потенциал сетки по отношению к катоду
отрицателен, то и напряжение на сетке имеет отрицательный знак. По мере увеличения положительного напряжения на сетке количество
притягиваемых ею электронов увеличивается и при большом напряжении сеточный ток может стать очень большим.
Процессы, происходящие в цепях анода и сетки трехэлектродной лампы, можно наглядно показать при помощи графика (рис.
6). По горизонтальной оси графика откладывают напряжение на сетке в вольтах, а по вертикальной — величину анодного тока
в миллиамперах. Точка пересечения осей, т. е. начало координат, соответствует нулевому потенциалу сетки. Вправо от нее откладывается
положительное напряжение на сетке, влево — отрицательное.
Для получения данных, нужных для построения графика, соберем схему, которая даст возможность изменять по желанию напряжение
на сетке при неизменном напряжении на аноде и, разумеется, при неизменном напряжении накала. Отложив на графике величины
анодного тока, соответствующие различным значениям напряжения на сетке, в виде кривой, мы получим так называемую анодно-сеточную,
или входную, характеристику триода, показывающую зависимость анодного тока лампы от величины и знака напряжения
на сетке.
При некотором отрицательном напряжении на сетке анодный ток прекращается — становится равным нулю.
Эта точка считается началом характеристики, так как достаточно самого малого уменьшения отрицательного
напряжения на сетке, чтобы анодный ток возник. На приведенном для иллюстрации графике этой точке соответствует напряжение
на сетке, равное 8 в.
На графике внизу изображена и характеристика сеточного тока. Он начинается примерно при нулевом напряжении сетки и возрастает
по мере увеличения положительного напряжения на ней. Влево от нуля, в области отрицательных напряжений на сетке, ток в ее
цепи отсутствует. Однако анодный ток в этой области имеется, и величина его зависит от значения отрицательного потенциала
сетки. При отрицательном потенциале на сетке она управляет величиной анодного тока, не потребляя никакого тока, т. е. не
потребляя энергии. Она ведет себя как электрическая заслонка, регулирующая доступ электронов к аноду лампы, но не расходующая
энергии на свою работу. Это обстоятельство вместе с уже отмеченным ранее мгновенным изменением величины анодного тока при
изменениях напряжения на сетке представляет замечательную особенность электронных ламп с сеткой, обеспечивающую им самые
разнообразные применения.
На использовании управляющего действия сетки и основана способность лампы усиливать подводимое к ней напряжение.
Увеличивая или уменьшая отрицательное напряжение на сетке, мы тем самым заставляем анодный
ток соответственно ослабляться или возрастать. Если в анодную цепь лампы включить резистор (сопротивление)
R (рис.
7), то анодный ток, проходя по нему, будет создавать на нем падение напряжения. Любое увеличение или уменьшение анодного
тока приведет к изменению величины падения напряжения на резисторе. Кривая, по которой изменяется анодный ток, имеет такую
же форму, как и переменное напряжение на сетке; поэтому и форма изменения напряжения на резисторе будет такой же. Однако
при этом изменения напряжения на резисторе будут во много раз больше по величине, потому что малые изменения напряжения
на сетке создают большие изменения величины анодного тока даже при условии, что резистор в анодной цепи лампы имеет достаточно
большое сопротивление.
Колебания напряжения на резисторе будут представлять собой как бы увеличенную фотографию колебаний напряжения на сетке.
Наклон характеристики у различных ламп неодинаков. У одних характеристика идет круче, у других — более полого. Чем круче
поднимается характеристика, тем сильнее будут сказываться изменения сеточного напряжения на величине анодного тока и, следовательно,
тем больше будет усиление лампы.
Из этого можно сделать вывод, что чем круче характеристика лампы, тем большими усилительными способностями она обладает.
У нас выпускались раньше и выпускаются в последнее время разные типы триодов. Широко применялись триоды 6С5С и 6С4С; теперь
выпускаются триоды 6С1П, 6С2П, 6СЗП, 6СЗБ, 6С6Б, 6С7Б и др.
ПАРАМЕТРЫ ТРИОДОВ
Для оценки ламп и для их сравнения пользуются специальными числовыми показателями, носящими название параметров.
То свойство лампы, о котором мы только что говорили, называется крутизной характеристики или просто крутизной.
Этот параметр показывает, насколько круто поднимается анодно-сеточная характеристика лампы, т. е. насколько резко изменяется
величина анодного тока при изменениях напряжения на сетке.
Крутизна характеристики обозначается буквой S и выражается в миллиамперах на вольт (ма/в). Физически крутизна
характеристики показывает, на сколько миллиампер изменяется анодный ток лампы при изменении напряжения на ее сетке на 1
в. Для определения графическим способом крутизны характеристики надо построить на ней прямоугольный треугольник, гипотенузой
которого служит исследуемый участок характеристики, а катетами — линии, параллельные горизонтальной и вертикальной осям
графика (рис. 1).
В таком треугольнике горизонтальный катет показывает величину изменения напряжения на сетке, а вертикальный — соответствующее
изменение величины анодного тока лампы. Обозначим анодный ток символом /а, а напряжение на сетке — символом Uc.
Как принято в физике и технике, греческая буква
Δ — дельта, стоящая перед обозначением какой-нибудь физической величины,
обозначает небольшое увеличение, называемое приращением этой величины.
На нашем рисунке вертикальный катет определяет величину приращения анодного тока, т. е.
Δ Iа, а горизонтальный
катет — соответственно Δ Uс. Взяв отношение Δ Iа/ΔUс, т. е.
приращение анодного тока (миллиамперы) I
приращение напряжения на сетке (вольты)
мы получим значение крутизны характеристики (ма/в). Если, например, изменение напряжения на сетке на 2 в приводит
к изменению анодного тока на 3 ма, то крутизна характеристики
Если бы характеристика лампы представляла собой прямую линию, то крутизна, измеренная в разных ее точках, была бы одинаковой.
В действительности же начальная (нижняя) часть характеристики более полога, чем остальная. Обычно лампа ставится в такие
условия работы или, как часто говорят, в такой режим, при котором ее анодный ток изменяется в процессе работы только в пределах
прямолинейной части характеристики. Поэтому, как правило, крутизну характеристики определяют именно для прямолинейного участка.
Крутизна характеристики зависит от конструкции лампы: крутизна тем больше, чем ближе сетка к катоду и чем больше эмиссия
катода.
Характеристика, которую мы рассмотрели, получена при анодном напряжении
Uа = 100 в. Если снять
характеристику при более высоком анодном напряжении, например при 150 в, то она расположится на графике выше первой,
потому что увеличение анодного напряжения приводит к возрастанию анодного тока.
Характеристики одной и той же лампы, снятые при разных анодных напряжениях, идут почти параллельно друг к другу, причем
характеристики, снятые при более высоком анодном напряжении, располагаются выше и левее, а снятые при более низком — ниже
и правее.
Ряд характеристик, снятых при разных анодных напряжениях, называют семейством характеристик.
Из характеристик видно, что есть две возможности влиять на величину анодного тока триода: изменяя напряжение либо на
его аноде, либо на сетке. При этом для одинаковых изменений анодного тока нужны неодинаковые изменения анодного или сеточного
напряжения.
Чтобы уяснить себе связь между этими величинами, сделаем такое построение. Проведем мысленно через семейство характеристик
лампы (рис. 2) вертикальную прямую аб, соответствующую отрицательному напряжению на сетке —4 в. Точки в,
г и д, в которых эта прямая пересечет характеристики, будут указывать величину анодного тока при одном и том же
напряжении на сетке, но при разных анодных напряжениях.
Увеличение напряжения на аноде и на сетке, как мы знаем, приводит к увеличению анодного тока. Но анод расположен дальше
от катода, чем сетка, поэтому он притягивает электроны слабее. Для увеличения анодного тока на одну и ту же величину требуется
гораздо меньшее изменение напряжения на сетке, чем на аноде. У лампы, характеристики которой показаны выше, изменение напряжения
на сетке на 3 в (с — 4 до — 1.в) вызывает изменение анодного тока на 3 ма. Если же напряжение на сетке оставить неизменным,
равным —4 в, то для того чтобы анодный ток возрос на те же 3 ма, потребуется повышение анодного напряжения
на 60 в (со 150 до 210 в). Если для увеличения анодного тока на 3 ма потребовалось в 20 раз большее увеличение анодного
напряжения по сравнению с сеточным (анодное на 60 в, а сеточное на 3 в), то можно сказать, что действие сетки на величину
анодного тока в 20 раз сильнее действия анода.
Число, показывающее, во сколько- раз сетка действует на анодный ток сильнее, чем
анод, называется коэффициентом усиления лампы и обозначается греческой буквой
µ (мю).
Математически это можно написать так:
Чем гуще сетка, тем сильнее любое изменение ее напряжения будет воздействовать на поток электронов, летящих от катода
к аноду, тем больше коэффициент усиления.
Третьим параметром лампы является ее внутреннее сопротивление. Согласно закону Ома:
сопротивление = напряжение / ток
или, пользуясь буквенными обозначениями,
По этой формуле можно по анодному напряжению лампы и соответствующему этому Напряжению анодному току вычислить сопротивление
лампы. Но найденная величина будет сопротивлением лампы постоянному току. Электронная лампа чаще всего используется для усиления
переменных напряжений. При этом надо знать, как изменяется анодный ток
при изменениях анодного напряжения,
поскольку именно это определяет величину напряжения на резисторе анодной нагрузки.
При напряжении на сетке 4 в и анодном напряжении 150 в анодный ток равен 4 ма. При повышении анодного напряжения
до 210 в анодный ток возрастает до 7 ма. Следовательно,
при изменении анодного напряжения на 60 в произошло изменение анодного тока на 3 ма. Представляет интерес именно
величина, показывающая соотношение между изменениями анодного напряжения и
анодного тока, называемое внутренним сопротивлением
лампы:
внутреннее сопротивление = изменение анодного напряжения / изменение анодного тока
Если ΔIa выражено в амперах, а ΔUa— в вольтах, то Ri
будет в Омах; если же ΔIa выразить в миллиамперах, а ΔUa опять в вольтах, то Ri получится в
Килоомах.
В нашем примере изменение анодного напряжения на 60 в сопровождалось изменением анодного тока на 3 ма, значит,
внутреннее сопротивление лампы
Параметры лампы — крутизна характеристики, коэффициент усиления и внутреннее сопротивление — являются исходными для
расчетов аппаратуры, в которой применяют электронные лампы.
Между указанными тремя параметрами триода существует легко запоминаемая зависимость:
крутизна характеристики х внутреннее сопротивление / коэффициент усиления =
1.
или
Усилительное действие лампы всегда тем лучше, чем больше крутизна ее характеристики.
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
|