Триоды

Начавшаяся разработка многих типов диодов и опыты с ними привели вскоре к изобретению трехэлектродной лампы или триода.

Отличие новой лампы от диода состоит в применении сетчатого электрода достаточных размеров, поставленного между анодом и катодом таким образом, чтобы электронный поток мог попадать на анод лишь через отверстия сетки. Если на сетку подавать изменяющийся потенциал, то в зависимости от его величины и знака анодный ток будет меняться в пределах от нуля до тока насыщения вследствие того, что отрицательно заряженная сетка будет противодействовать прохождению электронов к аноду, а заряженная положительно — способствовать.

Если регулировать анодный ток поочередными изменениями сеточного Ес и анодного Еа напряжений таким образом, что, например, добавкой напряжения ΔЕС ток будет немного увеличен, а снижением анодного напряжения на величину ΔЕа приведен к прежнему значению, можно заметить, что ΔЕа получается всегда в несколько раз больше, чем Δ.ЕС. Это очень важное обстоятельство свидетельствует о возможности использования триода в качестве усилителя, так как, подводя к сетке лампы слабые изменяющиеся напряжения, мы обнаружим в цепи анода такой же эффект, какой можно было бы достигнуть лишь в несколько раз большими приращениями анодного напряжения.

Новую возможность регулирования анодного тока, создаваемую введением в лампу сетки, удобно учитывать с помощью ламповой характеристики нового типа. Эта характеристика называется сеточной, она представлена на рис. 36. По оси ординат здесь, как и раньше, откладываются значения анодного тока, а по оси абсцисс не анодные напряжения, а напряжения на сетке относительно катода.

На рис. 36 показаны две характеристики: одна из них снята при анодном напряжении Еа, а вторая — при увеличении этого напряжения на ΔЕа. Анодный ток, соответствующий в обоих случаях нулевому потенциалу на сетке, возрос при большем анодном напряжении на величину ΔIа. Для того чтобы снизить ток анода до его первоначального значения, с помощью напряжения на сетке, нужно изменить это напряжение на величину ΔЕс. Введенные здесь обозначения нужны для того, чтобы определить некоторые объективные величины, достаточно полно характеризующие триод и поэтому называемые его основными параметрами.

Возможность воздействовать на анодный ток изменениями как сеточного напряжения, так и анодного объясняется следующим образом.

Триоды

Рис. 36. Характеристики триода.

От положительно заряженного анода к катоду тянутся силовые линии электрического поля, часть этих линий до катода не доходит, замыкаясь на сетку, по своему потенциалу мало отличающуюся от катода. Таким образом, присутствие сетки в пространстве анод—катод ослабляет воздействие анода на электронное облачко, причем тем больше, чем гуще сетка. Сама сетка при подаче на нее различных потенциалов относительно катода создает с последним свое собственное электрическое поле, направленное против поля анода или совместно с ним, в зависимости от знака потенциала.

Электронное облачко вокруг катода теперь оказывается подверженным воздействию сразу двух полей. Сетка расположена к катоду ближе, чем анод, поэтому ее воздействие на эмитировавшие электроны должно ощущаться гораздо сильнее. Кроме того, когда сетка положительна, она как бы сталкивает с себя часть замкнувшихся на нее силовых линий анида и те начинают замыкаться на катод, а когда отрицательна, наоборот, перехватывает дополнительные линии, ранее достигавшие катода, вследствие чего анодное влияние на электронное облачко ослабляется еще более. Это углубляет изменения анодного тока, вызываемые потенциалами сетки. Таким образом, триод способен усиливать подводимые к его сеточной цепи слабые переменные напряжения. Количественная оценка этой способности возможна путем сопоставления величин ΔЕа и ΔЕС, вызывающих равные изменения Iа, причем отношение

Триоды (отвлеченное число)

называется коэффициентом усиления лампы (μ — греческая буква ,мю“).

Вторым параметром триода является крутизна его характеристики S, численно выражающая изменения анодного тока в миллиамперах, соответствующие изменению сеточного напряжения на 1 в:

Триоды

Третий и последний из основных параметров триода называется внутренним сопротивлением лампы Rl. Его величина определяется в соответствии с законом Ома из отношения

Триоды

взятого для прямолинейного участка какой-либо из характеристик при постоянном напряжении на сетке, которое может быть любым, не выходящим за пределы этого участка.

Триод можно рассматривать как генератор, который начинает вырабатывать переменный ток из энергии постоянного тока анодной батареи, как только на сетку поступит переменное напряжение. Внутреннее сопротивление лампы Ri как раз является внутренним сопротивлением такого генератора переменному току. Не следует смешивать Ri с сопротивлением промежутка лампы анод—катод постоянному току R0.

В то время, как Ri есть вполне определенная и постоянная для данного триода величина, когда он используется в предписанном режиме питания, R0 отличается полной неопределенностью, так как значения его при изменениях сеточного напряжения меняются в широких пределах даже на одной и той же характеристике.

Параметры μ S и Ri связаны между собой простым соотношением, позволяющим по двум известным величинам находить неизвестную третью:

Триоды

Триоды

Рис. 37. Схема усилительной ступени на триоде.

В справедливости этого равенства легко убедиться, если входящие в него величины заменить их выражениями через ΔEa, ΔEc  и ΔIа.

Это основное уравнение триода, применение которого иллюстрируется следующим примером.

Пример. Найти крутизну характеристики триода с R — 50 ком и μ = 20.

Решение.

Триоды

 

Сеточная характеристика триода и его параметра дают правильное представление о сравнительных достоинствах и недостатках того или иного экземпляра лампы, однако действительные условия работы радиоламп заставляют ввести понятия об усилении каскада (или ступени) и о динамических характеристиках.

Реальная схема типичного каскада усиления на триоде показана на рис. 37. Здесь Св — разделительный конденсатор выходного напряжения, Сб — блокировочный конденсатор анодной батареи, Ra — сопротивление анодной нагрузки.

Существующая в триодах емкость анод—сетка весьма вредна для высокочастотных каскадов. Ее называют паразитной, так как часто она служит причиной нарушения работы усилителей. Действие усилителя обычно характеризуется отношением

Триоды

 

Коэффициент усиления каскада k всегда меньше коэффициента усиления лампы μ, потому что из-за наличия у триода его внутреннего сопротивления Ri

Триоды

Нетрудно видеть, что с увеличением Ra значения k и μ сближаются, однако это верно лишь до Ra ≤ 3—4 Ri.

При дальнейшем увеличении Ra попадающие на анод лампы напряжения делаются столь малыми, что нормальная работа триода становится затрудненной.

Триоды

Рис. 38. Динамическая характеристика триода.

Когда в анодной цепи лампы имеется сопротивление нагрузки Ra, изменения сеточного напряжения вызывают изменение не только анодного тока, но одновременно и анодного напряжения. В этих условиях ток анода будет изменяться как бы непрерывно, переходя с одной характеристики на другую, по множеству характеристик, снятых при непрерывном ряде смежных значений анодного напряжения. Зависимость анодного тока от напряжений сетки в этом случае учитывается с помощью динамической характеристики. Построение и вид динамической характеристики приведены на рис. 38. Крутизна динамической характеристики SД всегда меньше статической SСТ и исчисляется так:

Триоды

 

Радиолампы всегда используются только в динамическом режиме, поэтому все практические расчеты усиления, крутизны и др. ведут с учетом уменьшения общего эффекта, обусловленного наличием

Триоды

Рис. 39. Иллюстрация искажающего влияния сеточных токов на форму усиливаемых колебаний.

Триоды с густыми сетками (с большими μ.) всегда имеют характеристику, смещенную вправо от нуля сеточного напряжения, это так называемые „правые" лампы. Для таких ламп бывает достаточно очень небольшого отрицательного напряжения на сетку, чтобы лампа оказалась полностью запертой. Это обстоятельство позволяет применять такие триоды лишь в первых ступенях усилителей, где усиливаемые напряжения еще невелики. Было бы заманчиво использовать прямолинейный участок характеристики и в области положительных напряжений на сетку, но делать этого нельзя из-за возникающих токов сетки и сопутствующих им искажений формы усиленного напряжения.

Вредное влияние сеточных токов иллюстрируется рис. 39. При очень больших токах сетки на нее устремляется преобладающее количество эмитированных катодом электронов, и анодный ток вместо возрастания начинает убывать. Этим усиливаемые колебания искажаются, что заставляет ограничивать степень усиления. Поиски возможностей получать большие усиления с помощью одной лампы привели к изобретению тетродов.

Смотрите также