Уявімо собі електровакуумний прилад з плоским еміттіруєт катодом, плоским анодом і з третім електродом – дротяної гратами (сіткою), розміщеної між катодом і анодом у вакуумі (рис. 8-11, а). Напруга на аноді щодо катода позначимо Ua, а напруга на сітці щодо катода Uз. Сітка введена для того, щоб за допомогою невеликих змін напруги Uc здійснювати значні зміни анодного струму Iа. Інакше кажучи, сітка призначена служити електродом, який управляє анодним струмом.

Лампа з трьома електродами називається тріодом. Вона може застосовуватися для посилення і для генерації коливань.

Електрони, які рухаються від катода до анода, взагалі мають можливість пролітати між стрижнями сітки. Але кількість електронів, що пролітають крізь сітку за секунду, істотно залежить від напруги на сітці. Якщо воно негативно по відношенню до катода, то сітка надає гальмує вплив на рух електронів,

Рис. 8-11. Роль сітки в тріоді.

а – Умовний вид електродів; б – Траєкторії електронів при різних величинах негативної напруги на сітці.

створюючи на їх шляху відштовхуючий бар'єр. Можна встановити таку величину негативного напруги на сітці, при якій у районі від катода прискорююче поле анода зникне, а при подальшому підвищенні негативного сіткової напруги полі поблизу катода зробиться гальмуючим і анодний струм припиниться. У цьому випадку говорять, що на сітку подано «замикає» напруга.

Якщо ж на сітку включено позитивне по відношенню до катода напруга, то в просторі між сіткою і катодом напруженість прискорюючого поля підвищується, і це призводить до збільшення анодного струму. Отже, зміною напруги на сітці можна змінити анодний струм від нуля до найбільшої досяжною величини.

На рис. 8-11, б зображені траєкторії електронів, що виходять із зони просторового заряду перпендикулярно поверхні катода, при позитивному напрузі на аноді і негативному на сітці. Лівий малюнок відповідає невеликому негативному напрузі на сітці (тут показані тільки два сусідніх стрижня сітки). Електрони, що почали свій рух прямолінійно, далі відхиляються негативно зараженими стрижнями сітки і відхиляються тим більше, чим ближче до стрижня повинна проходити початкова траєкторія електрона. В деякій області за сіткою траєкторії електронів перехрещуються, або, як прийнято говорити, електронний потік фокусується, а потім йде розбіжним пучком до поверхні анода. Правий малюнок відповідає значному мінусової напруги на сітці. Електрони не можуть пролітати бар'єр, створений електричним полем сітки, і повертаються до катода; анодний струм відсутній.

При позитивному напрузі на сітці не тільки збільшується струм анода, але частина електронів, що рухаються від катода може перехоплюватися сіткою. Отже, струм буде існувати не тільки в ланцюзі анода, але і в ланцюзі сітки (сітковий струм). Зазвичай сітковий струм корисної роботи не виконує.

Реальні типи тріодів мають сітку у вигляді циліндричної спіралі і анод у вигляді круглого або плоского циліндра. Фізичні процеси в таких тріодах схожі з описаними вище, але в кругло-циліндричних конструкціях електричне поле і траєкторії електронів спрямовані по радіусах циліндрів.

Широким застосуванням користуються подвійні тріоди. Обидва тріода, змонтовані в одному балоні, працюють або в одному і тому ж каскаді апаратури, або виконують різні функції. Для приймачів зручні також поєднання тріода з подвійним діодом в загальному балоні.

Як було показано, струми анодної і сіткової ланцюгів тріода залежать від напруги на аноді і на сітці (якщо вважати, що напруга напруження встановлено нормальним для даної лампи, що забезпечує

 

 

Рис. 8-12. Схема виміру напруг і струмів в анодному і сіткової ланцюгах тріода.

необхідну емісію катода). Кількісну оцінку цих залежностей наочно представляють нам характеристики тріода.

Головною характеристикою є графік залежності величини анодного струму від напруги на сітці при постійній напрузі на аноді. Це – сіткова характеристика анодного струму (або коротше, анодно-сіткова характеристика). На рис. 8-12 показані ланцюга анодного та сіткового струмів і ланцюг розжарення тріода. Міліамперметри тa дозволяють відраховувати струм анодного ланцюга /а і струм сіткової ланцюга Iз. Вольтметри V вимірюють відповідно анодна і сіткове напруги і напруга напруження. У ланцюзі катода ток Iдо є, очевидно, арифметичною сумою анодного та сіткового струмів (IДо = Iа + Iз), Які розгалужуються в загальній точці 0. Тому і цінуй катода окремий прилад для вимірювання струму не потрібно. Для більшої наочності анодна і сіткова ланцюга показані потовщеними лініями.

Встановивши нормальне напруга напруження Uн і вказане в паспорті лампи анодна напруга Uа, Будемо змінювати напругу на сітці Uc від негативних значень через нуль і далі в області

позитивних значень. Таку регулювання в принципі можна здійснювати перестановкою сіткового дроти по відводів від елементів батареї. Практично зручніше застосувати дільник напруги (потенціометр), який не показаний на рис. 8-12, щоб зберегти наочність схеми. При кожному значенні напруги на сітці будемо відзначати величину анодного струму.

При значному негативному напрузі на сітці струм /а відсутня, тому що електрони відштовхуються сіткою назад до катода '. Зменшуючи поступово негативне сіткове напругу, ми зауважимо, що в ланцюзі анода з'явиться струм, який буде наростати спочатку повільно, а потім швидше. Це свідчить про здатність позитивного анодної напруги подолати дію негативної напруги на сітці, якщо сіткове напруга зробилося значно менше анодного за абсолютною величиною.

Дійшовши до нульової напруги на сітці і змінивши полярність сіткової батареї Бз, будемо підвищувати сіткове напругу в поклади-

Рис. 8-13. Характеристики тріода,

а – Анодно-сіткова характеристика для лампи з вольфрамовим катодом; б – Анодно-сіткова характеристика для підсилювальної малопотужної лампи з подогревним катодом; в – характеристики анодного та сіткового струмів по напрузі

на сітці.

тельной області. Ми виявимо подальше зростання анодного струму. Якби випробувана лампа мала чисто вольфрамовий катод, то при підвищенні позитивного сіткового напруги зростання анодного струму сповільнився б, а далі зовсім припинився. Це відповідало б режиму насичення.

Графік, який зображає отриману залежність, і називається сіткової характеристикою анодного струму (рис. 8-13, а). Струм насичення IS (При нормальному напруженні) характеризує властивості лампи з вольфрамовим катодом. Однак найбільш важливим (робочим) ділянкою характеристики є крутий (практично прямолінійний) її ділянку.

В лампі з активованим (наприклад, з оксидним) катодом не можна виявити струму насичення, тому що струм емісії зростає за рахунок додаткового нагріву активуючого покриття анодним струмом. Тому в своїй верхньої частини характеристика обмежується величиною анодного струму, безпечного для катода. Примірна характеристика для малопотужного тріода з подогревним катодом дана на рис. 8-13, б. Ця характеристика подібно попередній має нижній згин в області негативних напруг на сітці.

Другою характеристикою тріода є графік залежності величини сіткового струму від напруги на сітці при постійному анодній напрузі. Як ми знаємо, струм в ланцюзі сітки з'являється тільки при позитивних напругах на неї, коли частина електронного потоку «перехоплюється» проводами сітки. Природно, що струм, спрямований назустріч руху електронів, тече в проводах від катода до сітки, а в лампі – від сітки до катода (див. рис. 8-12). При невеликих позитивних сіткових напругах струм сітки незначний – він становить частки або одиниці відсотків від анодного струму. Але в міру підвищення позитивного напруги на сітці збільшується число електронів, перехоплюваних нею. Сітковий струм стає порівнянним з анодним. При порівняно низькому анодній напрузі можливий перерозподіл потоку електронів, яке призводить до збільшення сіткового струму за рахунок зменшення анодного, якщо позитивне напруга на сітці стає вище, ніж на аноді.

На рис. 8-13, в показана характеристика струму сітки спільно з характеристикою анодного струму при низькому анодній напрузі і при зміні сіткової напруги у великих межах. Слід врахувати, що зняття характеристики в таких межах може привести до псування лампи, тому що при великому струмі сітки її провідники сильно нагріваються електронним бомбардуванням. Ще раз нагадаємо, що в більшості випадків струм сітки не виконує в апаратурі позитивних завдань, а витрата потужності на нагрівання сітки шкідливий.

Тепер розглянемо, як відображається на процесах в лампі і на її характеристиках зміна анодного напруги. Після зняття характеристики, показаної, наприклад, на рис. 8-13, б, збільшимо анодна напруга і знову знімемо характеристику анодного струму по сіткового напрузі. При підвищеній напрузі на аноді зросте сила тяжіння до нього електронів, а тому гальмує дію негативно зарядженої сітки долається успішніше. Отже, характеристика анодного струму розпочнеться лівіше, тобто при більшій негативній напрузі на сітці, а всі подальші значення анодного струму будуть вище колишніх при рівних сіткових напругах,

На рис. 8-14, а зображені характеристики анодного струму по сіткового напрузі, зняті при Uа – 60, 120, 180 і 240 в. У першому наближенні всі ці характеристики різняться лише розташуванням в координатних осях: при рівному кроці анодної напруги кожна наступна характеристика виходить (правда, наближено) як результат зсуву вліво попередньої на одну і ту ж величину.

Тут же (нижче) зображені характеристики струму сітки, зняті при анодних напругах Ua = 60 і 120 в. Природно, що при більшому значенні Uа струм сітки виявляється меншим для одних і тих же сіткових напруг (при більшій силі тяжіння з боку анода менша частина потоку електронів перехоплюється сіткою).

Група характеристик, знятих при різних значеннях постійної напруги, називається сімейством характеристик. На рис. 8-14, а було представлено сімейство характеристик анодного струму (а також сімейство характеристик сіткового струму) по сіткового напрузі при заданих щоразу постійних анодних напругах. Ще раз підкреслимо, що основні (круті) ділянки характеристик анодного струму практично наближаються до прямих ліній, і важливість цього факту буде роз'яснена надалі,

Але властивості лампи можна вивчати і на іншого роду характеристиках, що представляють собою залежності анодного струму від анодної напруги при заданому для кожної характеристики сітковому напрузі. Характеристики цього типу коротко називаються просто анодними.

Повертаючись до схеми на рис. 8-12 і встановивши в ній незмінне напруга на сітці, рівне нулю (Uc – 0), будемо збільшувати анодна напруга від нуля до великих позитивних значень. Ми знімемо характеристику, і принципово, і практично схожу з характеристикою діода (рис. 8-14, б). Дійсно, при Uа = 0 струм дорівнює нулю, бо анод не простягає електронів. Значить, починається характеристика з початку координат і, маючи нижній вигнутий ділянку, йде далі практично прямолінійно.

Якщо на сітку буде подано негативне постійна напруга (Uc <0), то характеристика анодного струму по анодному

Рис. 8-14. Сімействі характеристик тріоді.

а – Характеристики анодного та сіткового струмів по сіткового напрузі при різних напругах на аноді; б – Характерна ики анодного струму по анодному напрузі при різних напругах на сітці.

напрузі почнеться не з початку координат, а правіше, адже в цьому випадку необхідно подати на анод позитивний напругу, достатню для подолання гальмівної дії сітки. Чим більше негативне сіткове напруга, тим значніше зрушення характеристики вправо (див. рис. 8-14, б).

Якщо на сітці встановлений відносно катода постійний позитивний потенціал, то характеристика анодного струму розташовується лівіше основною. Початок таких характеристик теж збігається з початком координат, але при цьому початкова ділянка виявляється опуклим. Цей різкий підйом пояснюється перерозподілом електронів між позитивною сіткою і анодом: при дуже низькому анодній напрузі електрони, що пролетіли крізь сітку, потрапляють в гальмує полі між сіткою і анодом і утворюють між сіткою і анодом другий об'ємний заряд. При підвищенні ж анодної напруги струм анода зростає різко за рахунок електронів цього об'ємного заряду, який зникає, а також за рахунок різкого зменшення струму сітки.

На рис. 8-14, б штрих-пунктиром обмежена область допустимих режимів використання лампи по нагріванню анода. Ця лінія з'єднує точки, відповідні допустимої потужності розсіювання на аноді (Pа = UаIа). Для лампи, представленої своїми характеристиками на малюнку, допустима потужність складає тільки 2 Вт

Миттєві (імпульсні) значення потужності можуть перевищувати цю величину, так як анод «остигає» між імпульсами.

Родини характеристик, які ми розглянули, називаються сімействами статичних характеристик, так як вони знімаються при постійних напругах на електродах. Сімейство характеристик дає достатньо повне уявлення про властивості тріода. Проте бажано ці властивості висловити цифрами. Такими кількісними виразами властивостей тріода служать його параметри.

Тріод призначений п першу чергу для посилення сигналів. Посилення в тріоді можливо завдяки тому, що сітка розташована між анодом і катодом і тому частково екранує катод від прямого впливу поля анода. Власне ж поле сітки впливає на просторовий заряд безперешкодно. Параметр, що показує, у скільки разів сильніше зміна сіткового напруги діє на величину анодного струму, ніж така ж зміна анодної напруги, називається коефіцієнтом усі-

(8-11)

Крутизна динамічної характеристики, отже, ока-ни опиняються менше, ніж крутизна статичної характеристики тієї ж лампи, до того ж тим менше, чим більше навантажувальний опір Rн в порівнянні з Ri.

На рис. 8-18 показано сімейство статичних характеристик. Оригінальний режим визначається положенням точки т на тій характеристиці, яка відповідає постійному зсуві Uc0 на сітці і напрузі на аноді Uа0 = EаIа0Rн.

При змінах сіткового напруги в ту й іншу сторони від Uс0 анодний струм змінюється по динамічній характеристиці, крутизна якої відповідає формулі (8-11) і яка зображена на рис. 8-18 потовщеною лінією. Зауважимо, що зліва починається динамічна характеристика разом зі статичною, відповідної Ua = Eа, Де Eа – Повна напруга анодної батареї. Справа ж, в області позитивних сіткових напруг, динамічна характеристика може мати зниження внаслідок малих залишкових напружень на аноді (див. рис. 8-13, в).

Побудова, виконане на рис. 8-18, відноситься до лампи, навантаженої активним опором RH, величину якого ми вважаємо однаковою як для постійного, так і для змінного струму анодного. У тих випадках, коли навантажувальний опір містить реактивності, побудова динамічної характеристики може мати ті чи інші особливості.

225