Как работает триод, управляемая радиоэлектронная лампа
Электронные лампы приобрели свои исключительно ценные свойства лишь после того, как в диод был введен третий электрод — сетка. Введение в диод сетки коренным образом изменило весь характер работы лампы и открыло перед нею огромные возможности. Сетка помещается между катодом и анодом.
Название «сетка» объясняется тем, что в первых триодах этот электрод действитель но представлял собой сетку или решетку. В дальнейшем сетку начали делать в виде проволочной спирали или винтовой линии, окружающей катод, но первоначальное название «сетка» удержалось за этим электродом до настоящего времени.
Какую роль выполняет сетка радиолампы
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.
Рис. 1. Построение триода, внутри электронной лампы.
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.
Рис. 2. Электронная лампа Бонч-Бруевича.
Сетка, как и другие электроды, имеет вывод наружу. Посмотрим, изменится ли что-либо в работе лампы, если вывод сетки присоединить к катоду. 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, то последняя начнет отталкивать летящие 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 энергией, т. е. достаточно большой скоростью.
При значительном отрицательном напряжении на сетке даже те электроны, которые обладают наибольшей скоростью, не смогут преодолеть ее отталкивающее действие и будут повернуты назад к катоду. Анодный ток прекратится. Лампа, как говорят, будет заперта.
Рис. 3. Как работает электронная лампа - триод.
Если батарею (которую мы назовем сеточной) присоединить так, чтобы сетка была заряжена положительно относительно катода, 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.
Однако по мере увеличения 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. По горизонтальной оси графика откладывается сеточное напряжение в вольтах, а по вертикальной — величина анодного тока в миллиамперах.
Точка пересечения осей, т. е. начало координат, соответствует нулевому потенциалу сетки. Вправо от нее откладывается положительное напряжение, влево — отрицательное.
Рис. 4. Лампа триод - на сетке нет заряда, показания приборов.
Рис. 5. Лампа триод - на сетке есть заряд, показания приборов.
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 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.
Рис. 6. График зависимости тока в цепи анода от напряжения на сетке радиолампы.
На приведенном для иллюстрации графике этой точке соответствует напряжение на сетке, равное — 8 в.
На графике изображена и характеристика сеточного тока, который 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.
Сетка 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 напряжение на сетке, мы тем самым заставляем анодный ток соответственно ослабляться или возрастать, причем изменения анодного тока происходят в полном соответствии с изменениями величины напряжения на сетке.
Если при этом включить в анодную цепь лампы нагрузку — некоторое сопротивление нагрузки R, 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 нагрузке.
Рис. 7. Нагрузка в анодной цепи лампы.
Но мы уже знаем, что изменения анодного тока в свою очередь имеют такую же форму, как и переменное напряжение на сетке; поэтому и форма изменения напряжения > на анодной нагрузке будет такой же.
Однако при этом изменения напряжения на анодной нагрузке будут во много раз больше по величине, потому что малые изменения напряжения на сетке создают большие изменения величины анодного тока даже при условии, что сопротивление нагрузки в анодной цепи лампы имеет достаточно большую величину.
Колебания напряжения на анодной нагрузке 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. Очевидно, что 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.
Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.