Триоды — принцип работы, устрйство и разновидности

Как работает устройство

Давайте воспользуемся нашим самодельным диодом, поместим сетку между катодом и анодом примерно такой же формы, как это было в первых конструкциях радиоламп. Бери триод. Прикрепим к электродам тлеющую и анодную батареи.

Мы включим миллиамперметр в цепь анода, чтобы следить за любыми изменениями тока в этой цепи. Временно подключим сетку с проводником к катоду. В этом случае сетка, имеющая нулевое напряжение по отношению к катоду, почти не влияет на анодный ток: анодный ток будет примерно таким же, как у диода.

Проводник, замыкающий сетку, удаляем к катоду, а между ними подключаем батарею с небольшим напряжением, но так, чтобы ее отрицательный полюс был подключен к катоду, а положительный — к сетке.

Эту батарею будем называть сетевой батареей и обозначать БС. Теперь сетка находится под положительным напряжением относительно катода. Она стала как бы вторым анодом. Образовалась новая схема — сетка, состоящая из участка сетки — катода, аккумуляторной БС и соединительных проводов.

Имея положительный заряд, сетка притягивает к себе электроны. Но набравшие скорость электроны будут захвачены притяжением анодного напряжения выше, чем у сетки. В результате анодный ток будет больше, чем при непосредственном подключении сетки к катоду.

Такого же увеличения анодного тока можно было бы добиться увеличением анодного напряжения, но для этого в анодную батарею пришлось бы добавить в несколько раз больше элементов, чем имеет сеточная батарея.

Если вы добавите еще две или три ячейки в сетевую батарею и, таким образом, увеличите напряжение сетки, анодный ток увеличится еще больше. Это означает, что положительное напряжение на сетке помогает аноду притягивать электроны, способствуя росту анодного тока.

С увеличением положительного напряжения на сетке увеличивается анодный ток лампы, но одновременно увеличивается и ток сетки. Может случиться так, что при достаточно большом напряжении в сети ток в цепи будет больше анодного. Это связано с тем, что сетка, находясь ближе к нити накала, сильнее притягивает к себе электроны, чем внешний анод.

В этом случае эмитированные нитью электроны будут так разделены между сеткой и анодом, что большая их часть попадет на сетку. Это явление очень нежелательно для работы лампы – она может испортиться.

Теперь поменяем полюса батареи Bs так, чтобы на сетке было отрицательное напряжение по отношению к катоду. Посмотрим на стрелку миллиамперметра. Он покажет значительно меньший анодный ток, чем в предыдущем эксперименте.

Почему ток анода резко упал? На пути электронов появился отрицательно заряженный электрод, препятствующий их движению к аноду, отталкивающий электроны обратно к катоду.

Часть электронов с наибольшей скоростью все равно будет «прыгать» через отверстия в сетке и достигать анода, но их количество будет во много раз меньше, чем при положительном напряжении на сетке. Это объясняет сильное ослабление анодного тока.

Полупроводниковый триод представляет собой пластину из кремния или германия, состоящую из трех областей. Две крайние области всегда имеют один и тот же тип проводимости, а средняя – противоположную проводимость.

Триоды, у которых средняя область имеет электронную проводимость, сокращенно называются триодами типа p-n-p; триоды, у которых центральная область имеет дырочную проводимость, являются триодами n-p-n-типа.

По мере увеличения отрицательного заряда на сетке ее отталкивающее действие на электроны будет увеличиваться, а анодный ток будет уменьшаться. А при каком-то достаточно большом отрицательном напряжении на сетке не позволит пройти к аноду ни одному электрону — ток анода исчезнет совсем.

Поэтому отрицательное напряжение в сети «закрывает» лампу. Изменение напряжения в сети в несколько раз сильнее влияет на анодный ток, чем такое же изменение напряжения на аноде лампы.

Сетка управляет потоком электронов, летящих от катода к аноду лампы. Вот почему ss называется менеджером. Это свойство триода используется для усиления электрических колебаний. На участок сетки — катод лампы, то есть на цепь сети, подается переменное напряжение Uc, которое необходимо усилить.

Источником этого напряжения может быть детекторный приемник, микрофон или аудиомагнитофон. Анодная нагрузка, резистор Ra, включена в анодную цепь лампы. Пока в цепи сети нет переменного напряжения, в цепи анода протекает неизменяющийся по величине ток Ia, соответствующий нулевому напряжению в сети.

Это среднее значение тока анода — ток покоя. Но в цепи сети стало действовать переменное напряжение (на графиках — участок ab).

Теперь сеть периодически заряжается то положительно, то отрицательно, и анодный ток начинает колебаться: при положительном напряжении в сети он увеличивается, при отрицательном — уменьшается. Чем сильнее изменяется напряжение на сетке, тем больше амплитуда колебаний анодного тока.

При этом на зажимах анодной нагрузки Rд появляется переменная составляющая напряжения, которую можно подать в сетевую цепь другой аналогичной лампы и вновь ею усилить.

Если в цепь сети подать напряжение звуковой частоты, например от детекторного приемника, а в цепь анода вместо резистора Ra подключить наушники, то напряжение, усиленное лампой, заставит телефоны звучать во много раз громче, чем при подключен к приемнику детектора.

Какое усиление может дать лампа? Это зависит от конструкции, особенно от плотности и положения сетки по отношению к катоду. Чем толще и ближе сетка к катоду, тем сильнее влияние напряжения на поток электронов внутри лампы, тем значительнее колебания анодного тока и, следовательно, лампа дает большее усиление.

Выпускаемые нашей промышленностью триоды в зависимости от назначения имеют разные усилительные свойства. Одни из них могут обеспечить усиление в двадцать-тридцать раз, другие позволяют усилить напряжение в сотни и даже тысячи раз

Пока я говорил здесь о триоде, вы, вероятно, ненароком сравнили его с биполярным транзистором. Катод лампы фактически напоминает эмиттер, анод — коллектор, а управляющая сетка — базу транзистора. По своим функциям эти электроды очень похожи, но, как вы убедились, физические процессы, происходящие в трехэлектродной лампе и транзисторе, нельзя назвать одинаковыми.

В твердом теле биполярного транзистора работают отрицательные и положительные носители тока, а в вакууме электронной лампы только отрицательные электроны. Другое дело полевой транзистор, в канале, где ток формируется только положительными зарядами (в p-канале) или только отрицательными зарядами (в n-канале).

Полевой транзистор по своим свойствам подобен электронной лампе. Поэтому по функциональным задачам катод лампы можно сравнить с истоком, анод со стоком, а сетку с затвором полевого транзистора.

Параметры триодов

Помимо достаточно очевидных предельных значений напряжений, токов, мощности, в справочниках по лампам приведены и другие важные параметры:

• крутизна
• усиление
• высокочастотные параметры (например, межэлектродные емкости)
• внутреннее сопротивление
• другие возможности

Иногда список параметров меньше, иногда больше. Все зависит от справочника и назначения светильника.

Крутизна

Мы уже встречались с термином крутизны диода в предыдущей статье. Однако для триода крутизна определяется как отношение увеличения анодного тока к увеличению линейного напряжения, а не к увеличению анодного напряжения. При постоянном анодном напряжении

S = ∆ia / ∆uc

Крутизна зависит от режима работы лампы и ее конструкции.

Зависимость крутизны лампы 6Н1П от режима работы лампы (штриховые линии). Из энциклопедий Зависимость крутизны лампы 6Н1П от режима работы лампы (штриховые линии). Из каталогов

На крутизну существенно влияет расстояние от сетки до катода. Чем он меньше, тем больше влияние сетки на высоту потенциального барьера.

Для лампы 6Н1П в инструкции указана крутизна крутизны 4,5 мА/В, при номинальном напряжении накала, анодном напряжении 250 В и сопротивлении в катодной цепи 600 Ом.

Внутреннее сопротивление

Характеризует влияние анодного напряжения на анодный ток при постоянном сетевом напряжении.

Ri = ∆ua / ∆ia

У триодов внутреннее сопротивление обычно составляет от единиц до десятков кОм. В энциклопедиях этот параметр не всегда дается (явно).

Как я уже говорил в предыдущих статьях, внутреннее сопротивление — это дифференциальное сопротивление. И его не следует путать с сопротивлением постоянному току.

Графически Ri можно определить по характеристикам анод-сетка. Внутреннее сопротивление зависит от режима работы лампы и конструктивных особенностей. Таким образом, Ri увеличивается с уменьшением напряжения на аноде и на сетке. И уменьшается с уменьшением расстояния между сеткой и катодом.

Коэффициент усиления

С этой настройкой мы уже сталкивались сегодня, но очень кратко. Теперь пришло время рассмотреть их более подробно.

Коэффициент усиления равен отношению между эквивалентными изменениями анодного и сетевого напряжения по влиянию на анодный ток.

μ = ∆ua / ∆uc

в этом случае изменения анодного и сетевого напряжения должны вызывать одинаковое изменение анодного тока.

Выигрыш можно выразить через крутизну и внутреннее сопротивление (пропущу промежуточную математику)

μ = S Ri

А теперь мы можем рассчитать внутреннее сопротивление лампы 6Н1П, так как для нее в справочнике дан коэффициент усиления 35. При тех же условиях, для которых указана крутизна. Получаем, что Ri=7,8 кОм. Поезда находятся именно в тех пределах, о которых я говорил.

Математически коэффициент усиления представляет собой абсолютную величину отношения таких изменений анодного и сетевого напряжения, которые компенсируют друг друга (уравновешивают их влияние на анодный ток).

Влияние сетки на процессы в триоде

Изолированная сетка не представляет практического интереса. Так что посмотрим, что будет при разных напряжениях на сетке относительно катода. По аналогии с анодным напряжением напряжение сетки относительно катода называется напряжением сетки.

Объемный заряд, уже упомянутый и в первой, и во второй статье цикла (кратко, без подробностей), создает потенциальный барьер на катоде. И электронам приходится преодолевать этот барьер. Напряжение на сетке изменяет высоту потенциального барьера, а значит, и количество электронов, способных преодолеть этот барьер. То есть сетка изменяет катодный ток.

Отрицательное линейное напряжение увеличивает потенциальный барьер (уменьшает катодный ток), а положительное понижает его (увеличивает катодный ток).

Электрическое поле в триоде при нулевом сетевом напряжении (сеть подключена к катоду). Иллюстрация моего электрического поля в триоде при нулевом сетевом напряжении (сеть подключена к катоду). Моя иллюстрация

Если потенциал сетки равен потенциалу катода, то большинство силовых линий в поле анода замкнуты на сетку, так как она расположена ближе к аноду, чем к катоду. Однако часть анодного поля все же достигает катода.

Какая часть поля достигает катода, также зависит от шага решетки и ее положения в пространстве между анодом и катодом.

При нулевом сетевом напряжении поле между катодом и сеткой ускоряет электроны. Но это поле гораздо слабее того, которое создавало бы анод при отсутствии сетки. Поле между сеткой и анодом ускоряет электроны, которым удалось пробить сетку.

По мере увеличения отрицательного потенциала на сетке все меньше и меньше силовых линий от анодного поля достигают катода. И поле между катодом и сеткой становится тормозящим для электронов. И все меньше и меньше электронов может преодолеть сетку и добраться до анода. Это приводит к уменьшению анодного тока.

При некотором отрицательном напряжении на сетке электроны не смогут преодолеть сетку и достичь анода. Анодный ток снижается до нуля. Триод полностью закрыт.

При увеличении положительного потенциала на сетке поле между катодом и сеткой становится ускоряющим для электронов. А количество силовых линий в анодном поле, замыкающихся на сетке, уменьшается. Это приводит к увеличению числа электронов, которые могут преодолеть сетку и достичь анода. Анодный ток увеличивается.

Ток сетки

При положительном напряжении на сетке часть электронов, испускаемых катодом, притягивается к сетке и создает сеточный ток. В большинстве случаев появление веб-потока нежелательно. Поэтому в большинстве случаев работа ламп при положительном сетевом напряжении не используется.

Однако даже нулевое сетевое напряжение не гарантирует отсутствие сетевого питания. Некоторые электроны могут преодолевать даже тормозящее поле сетки при отрицательном (слегка отрицательном) сеточном напряжении и создавать сеточный ток.

Однако при отрицательном сетевом напряжении сетевой ток будет очень мал, а значит, его можно практически не учитывать. Однако всегда необходимо предусмотреть путь для протекания сетевого тока.

Таким образом, ток триодекатода будет суммой тока сети и тока анода

ic=ia+ic

Поскольку работа триода с положительным сеточным напряжением используется редко, я не буду рассматривать этот вопрос более подробно. Таким образом, как режим перехвата, так и режим возврата останутся за рамками этой статьи.

Влияние плотности (шага) сетки

Если вы внимательно посмотрите на последнюю иллюстрацию, то увидите, что сетка не создает непрерывного однородного поля. Каждый виток сетки формирует свой «островок» поля, причем неравномерно. А поля сетки — это суперпозиция полей витков сетки.

Поэтому плотность сетки и ее положение между анодом и катодом оказывают большое влияние на параметры лампы.

Это также используется в лампах с переменным наклоном, где сетка непостоянна. Обычно в таких светильниках сетка имеет крупный шаг посередине и более мелкий ближе к краям. Возможно, в одной из статей я немного коснусь ламп с переменным наклоном.

Проницаемость и усиление

Для действия, воспроизводимого сеткой, мы можем ввести понятие проницаемости сетки. Проницаемость D показывает, какая доля влияния сетки на катодный ток эквивалентна влиянию анода.

Д < 1

Проницаемость D характеризует проницаемость сетки к анодному полю. Однако было бы грубой ошибкой рассматривать проницаемость D как пропускную способность сети для потока электронов.

Например, если D=0,1, то влияние анода на ток катода в 10 раз слабее, чем сетки.

Однако чаще встречается величина, обратная проницаемости, коэффициент усиления μ.

μ = 1/D

Коэффициент усиления μ показывает, во сколько раз сетевое напряжение действует на анодный ток сильнее, чем анодное напряжение.

Помимо прочего коэффициент усиления позволяет определить запирающее сетевое напряжение. Таким образом, для проницаемости D=0,1 коэффициент усиления равен µ=10. Если анодное напряжение равно 150 В, напряжение закрытия сетки составит -15 В.

Действующее напряжение и закон 3/2

Рассмотрим подробнее формулу ik = ia + ic, которую я привел выше. И давайте вспомним закон 3/2, о котором я кратко рассказывал в предыдущей статье. С помощью всего этого попробуем обосновать, либо опровергнуть мой пример с расчетом запирающего сетевого напряжения.

Для этого заменяем наш триод эквивалентным диодом, где на месте сетки находится анод. При определенном напряжении на аноде эквивалентного диода, называемом действующим напряжением, анодный ток диода будет равен катодному току триода.

В связи с ограничениями Дзен, не позволяющими использовать мелкие графические фрагменты, я приведу все формулы на одном изображении

Определение запирающего напряжения триода. Иллюстрация к моему Определение запирающего напряжения триода. Моя иллюстрация

Действующее напряжение будет равно сеточному напряжению триода плюс анодное напряжение с учетом магнитной проницаемости.

Эта формула приблизительная, поэтому не учитывает все факторы. Но нам и этой точности достаточно. Мы не можем просто добавить напряжение сетки к анодному напряжению, так как сетка гасит влияние анода, который отвечает за проницаемость.

Нам нужен только закон 3/2, чтобы выразить катодный ток через напряжения. А то, что для триодов этот закон весьма и весьма приблизителен, значения не имеет.

Замкнутому триоду соответствует катодный ток, равный 0. Так как коэффициент g (мы с ним встречались в предыдущей статье) не может быть равен нулю, расчет запирающего напряжения не представляет сложности.

Теперь вы можете видеть, что пример напряжения блокировки был правильным.

Читайте также: Что такое триггер Шмидта

Характеристики триода (не параметры!)

Для диода была важна только одна характеристика — анод. Он однозначно определял зависимость анодного и катодного токов от анодного напряжения. Кроме температуры катода, конечно.

С триодом дело обстоит несколько сложнее. Здесь электродные токи являются функциями одновременно двух напряжений — сетки и анода. Поэтому нам нужен целый набор свойств.

Для удобства отображения графиков на плоскости одно из напряжений считается постоянным, а другое изменяется.

Если зафиксировать анодное напряжение и изменить напряжение сетки, то мы получим анодно-сеточные характеристики (зависимость анодного тока от напряжения сетки) и сеточные характеристики (зависимость тока сетки от напряжения сетки). При этом каждое значение анодного напряжения будет иметь свою характеристику (кривую).

Если мы зафиксируем напряжение сетки и изменим напряжение анода, мы получим характеристику сетки-анода и характеристику анода.

Анодно-сеточные и сеточные характеристики

Посмотрим, как меняются токи электродов триода при изменении линейного напряжения и фиксированном анодном напряжении. При этом я также покажу влияние технологии изготовления катода.

Анодная сетка и сеточные характеристики триода с пленочным металлическим катодом. Моя иллюстрация Анодная сетка и сеточные характеристики триода с пленочным металлическим катодом. Моя иллюстрация

Пленочный металлический катод, как вы помните, не имеет ярко выраженного эффекта Шоттки. Поэтому насыщение триода с таким катодом более выражено. Просто увеличение напряжения на сетке не упирается в ограничение коэффициента излучения катода.

На иллюстрации я отметил несколько точек (цифры в кружочках). Точка 1 соответствует запертой лампе. В реальных лампах для выключения требуется большее количество отрицательного напряжения на сетке, чем обеспечивает ранее рассмотренная формула. Я сразу сказал, что он не совсем точен и не учитывает всех факторов.

Между точками 1 и 2 анодный ток увеличивается. Однако эта часть не является линейной.

Между точками 2 и 3 анодный ток увеличивается почти линейно с сетевым напряжением.

Когда напряжение в сети становится положительным, ток сетки также увеличивается. Следовательно, ток катода будет увеличиваться быстрее, чем ток анода.

В точке 3 начнет проявляться нелинейный рост тока катода по мере приближения катода к пределу излучательной способности.

В точке 4 достигнут предел излучательной способности катода. Поскольку влияние эффекта Шоттки невелико, анодный ток начинает уменьшаться, так как большая часть эмитированных с катода электронов захватывается сеткой.

А при достаточно большом напряжении на сетке ток может даже превышать анодный.

Анодная сетка и сеточные характеристики триода с оксидным катодом. Моя иллюстрация Анодная сетка и характеристика сетки триода с оксидным катодом. Моя иллюстрация

Для ламп с оксидным (активированным) катодом достаточно выражен эффект Шоттки. Поэтому коэффициент излучения катода не имеет столь выраженного ограничения. Поэтому во многих случаях даже столь резкого падения анодного тока не происходит.

Но если сетка достаточно толстая, то при значительных положительных напряжениях на ней картина становится похожей на картину металлического катода.

При больших положительных напряжениях сети обычно работают генераторы и лампы-вспышки. И в этом цикле я рассматриваю только классические усилители приема. Такие лампы очень редко работают при положительном сетевом напряжении.

Поэтому анодно-сеточные характеристики в справочнике к ним иногда приводятся только при отрицательных напряжениях сетки. А свойства сетки можно вообще не указывать. Вот пример для лампы 6Н1П

Анодно-сеточные характеристики лампы 6Н1П. Слева для фиксированных анодных напряжений, справа для фиксированных сопротивлений анодной нагрузки. Из энциклопедии Анодно-сеточные характеристики лампы 6Н1П. Слева для фиксированных анодных напряжений, справа для фиксированных сопротивлений анодной нагрузки. Из каталогов

Справа вы можете увидеть, как могут выглядеть характеристики анод-сетка в справочнике. В нем указано не напряжение на аноде, а сопротивление анодной нагрузки (в данном случае для напряжения питания анода 250 В). Естественно, в этом случае кривые будут выглядеть иначе, так как изменится и напряжение на аноде.

Анодные и сеточно-анодные характеристики

Тип анодной характеристики нам уже известен по диоду. Сетевой ток должен уменьшаться с ростом напряжения на аноде.

Анодная и сеточно-анодная характеристики триода. Иллюстрация моих анодных и сеточно-анодных характеристик триода. Моя иллюстрация

Однако для триода форма кривой анодного тока в зависимости от напряжения на аноде может заметно меняться. В частности, при больших положительных напряжениях сетки насыщение начинает сказываться на анодном токе из-за ограничения излучательной способности катода.

Сетка-анодная характеристика обычных приемно-усилительных ламп приводится не всегда. Причина уже называлась не раз — эти лампы очень редко работают при положительном сетевом напряжении.

В качестве примера приведу анодные характеристики лампы 6Н1П

Характеристики анода лампы 6Н1П. Из энциклопедии Анодные характеристики лампы 6Н1П. Из каталогов

Вакуумные триоды: устройство и принцип действия

Вакуумный трио

д имеет три электрода: катод, сетку и анод. С помощью сетки осуществляется электростатический контроль анодного тока, поэтому такая сетка называется управляющей. Анодное напряжение всегда положительное, а напряжение сетки может быть положительным или отрицательным. Анодный и сеточный токи протекают через анод и сетку. Сумма этих токов равна току катода. В маломощных лампах приемника-усилителя сеть часто работает с отрицательным напряжением. Da = 0 и в триоде протекает только анодный ток.

Картина электрического поля в триоде из-за наличия витков сетки со своим потенциалом, отличным от потенциала поля, в котором расположена сетка, очень сложна. Получить точное аналитическое выражение для поля невозможно. Поэтому для уточнения картины поля моделируют лампу и экспериментально определяют потенциал в разных сечениях с помощью электролитических ванн.

Рабочий потенциал электрода. Токи в триоде при постоянной температуре катода зависят от напряжений на аноде и сетке:  Частные зависимости и могут быть представлены графически статическими свойствами. Однако практический интерес представляет получение приближенного аналитического выражения для этих зависимостей. Для этого вводится понятие эффективного потенциала электрода.

Эффективным потенциалом электрода называется эквивалентный потенциал воображаемой сплошной поверхности, находящейся на месте данного электрода, который определяет такую ​​же напряженность электрического поля в рассматриваемой области межэлектродного пространства, как и определяемая в этой области всеми электродами электрода действительная единица при заданных электродных потенциалах.

Применительно к триоду эта общая формулировка означает следующее. Влияние напряжения сетки и анода на ток катода можно заменить влиянием напряжения — тока. Это эффективное напряжение (измеряемое от катода) может быть приложено к твердому электроду, расположенному в любом месте в пространстве между катодом и анодом триода.

Для каждого места в помещении рабочее напряжение будет иметь определенное значение. Однако с практической точки зрения удобнее всего вместо триодной сетки поставить сплошной электрод.

Тогда реальный триод с напряжениями и на его электродах заменяется эквивалентным диодом, анод которого ставится вместо триодной сетки, а анодный потенциал эквивалентного диода равен потенциалу, действующему в области сетки.

Условием эквивалентности диода триоду является равенство их катодных токов. Для выполнения этого равенства необходимо равенство зарядов, индуцированных на их катодах соответствующими напряжениями. При равных зарядах напряженность поля на катодах, а следовательно, и число вылетевших из них электронов будут одинаковыми.

Заряд на катоде реального триода равен , где — емкость зазора сетка-катод, — емкость между анодом и катодом. Заряд на катоде эквивалентного диода, где — емкость анод-катод эквивалентного диода. Проницаемость сетки триода оценивает сравнительное влияние полей анода и сетки на катодный ток.

Чем толще сетка, тем ниже проницаемость и тем меньше анодное напряжение влияет на анодный ток через сетку. Если считать сетку сплошной поверхностью, то анодное поле не может проникнуть к катоду и проницаемость равна нулю. Если сетка разреженная, ее проницаемость высокая. Проницаемость всегда меньше единицы и в практических конструкциях триодов лежит в пределах 0,01

Проницаемость сетки лампы показывает, какую долю анодного напряжения необходимо приложить к аноду эквивалентного диода, чтобы результирующее поле оставалось неизменным.

Например, примем, что анодное напряжение = 100 В, а плотность сетки такова, что проницаемость D = 0,01. Da = = 1 В, то есть анодное напряжение ослабляется в 100 раз и 100 В анодного напряжения, преобразованного в сеточное, действует на катод так же, как один вольт сетевого напряжения. Понятие рабочего напряжения облегчает оценку физических процессов и свойств триода.

Статические характеристики триода. Для удобства общая зависимость разбита на четыре частных уравнения, являющихся свойствами триода:

• at = const – выходная (анодная) характеристика;
• at = const – входная (сетевая) характеристика;

• at = const – прямая передаточная характеристика (анод-сетка);
• at = const – характеристика обратной связи (сетка-анод).

Желательно иметь общие названия характеристик триода и транзистора. В скобках указаны исторически сложившиеся названия характеристик ламп. При работе триода с отрицательным напряжением на управляющей сетке ток сетки равен нулю и две характеристики — входная и обратная — отсутствуют. При этом триод оценивается только по характеристикам прямой передачи и выхода.

Схема триода позволяет регулировать напряжение в необходимых пределах и добиваться сетевого напряжения разного знака без коммутации.

Характеристику следует снимать, изменяя значения сетевого и анодного токов от нуля до максимального и , что при заданных напряжениях соответствует максимально допустимой мощности, рассеиваемой на сетке и на аноде. При достижении этих значений тока характеризацию необходимо прекратить во избежание перегрева электродов.

Выходные характеристики (анодные)

Выходные характеристики триода являются наиболее важными. Их чаще всего используют для расчетов, особенно для графического определения режима и рабочих параметров при больших амплитудах сигналов, охватывающих значительную часть характеристики. Семейство средних выходных характеристик триода, снятых при различных постоянных напряжениях на управляющей сетке.

Выходные характеристики в основном подчиняются закону степени трех секунд. Характеристики, снятые при отрицательных напряжениях в сети, сдвинуты вправо от начала координат. Анодный ток отображается при значениях анодного напряжения, отличающихся от нуля.

И чем больше отрицательное напряжение приложено к сетке, тем больше изменение свойств. При отрицательных напряжениях сетки ток сетки отсутствует, а ток анода равен току катода.

Очевидно, что анодный ток появится, когда совместное действие отрицательного напряжения сетки и положительного напряжения анода создаст положительное рабочее напряжение. В этом случае, например для точки а, характеристическое напряжение сдвига можно определить, приравняв действующее напряжение к нулю.

Характеристики при отрицательных напряжениях сетки и малых значениях анодного тока имеют значительную кривизну и выпуклы к оси абсцисс, а при больших токах практически прямолинейны. В прямолинейной части свойства, взятые при разных значениях, примерно параллельны друг другу.

При положительных напряжениях характеристика начинается от начала координат, резко возрастает на начальном участке, а затем идет прямо и параллельно характеристике при отрицательных. Их кривизна меняется, а выпуклость поворачивается к оси у.

Сильный рост анодного тока объясняется перераспределением токов в лампе между сеткой и анодом. Если на сетке есть положительное напряжение, возникает сеточный электронный ток.

Ток может быть значительным, несмотря на то, что напряжение мало. Одни электроны при малых анодных напряжениях падают с катода на витки сетки, другие пропускают витки сетки, но теряют скорость в тормозящем поле между ним и анодом, так как анодное напряжение меньше напряжения сетки, а вернуться в сетку.

Также электроны, летящие рядом с катушкой, притягиваются ею к сетке. Они имеют криволинейную траекторию и попадают в соседние повороты. Электроны, движущиеся в середине межспинового пространства, одинаково притягиваются к обеим обмоткам сетки.

Поэтому их путь прямолинейный, и когда они потеряют скорость, то дойдут до анода. Такой режим распределения тока называется режимом возврата электрона в сетку или просто режимом возврата.

Если теперь увеличить анодное напряжение, то при поле между анодом и сеткой поле между анодом и сеткой из тормозящего перейдет в ускоряющее, а электроны, вылетевшие через витки в сетке, падают на анод. Этот режим тока называется режимом перехвата электронов сеткой или, сокращенно, режимом перехвата.

Анодный ток начинает увеличиваться, а ток сетки из-за этого падает. Это перераспределение потоков. «Переключение» электронов с сетки на анод при повышении напряжения происходит не внезапно, а плавно.

Работа устройства

В условиях работы триода к левому слою приложено прямое постоянное напряжение, а к правому — обратное. Под действием электрического поля большая часть электронов из левой n-области, преодолевая p-n-переход, попадает в очень узкую центральную p-область. Здесь большая часть электронов продолжает двигаться в сторону второго перехода.

При приближении к ней электроны попадают в электрическое поле, создаваемое внешним положительным напряжением батареи Uк. Под действием этого поля электроны быстро втягиваются в правую n-область, что вызывает увеличение тока в цепи этой батареи, так как сопротивление второго перехода сильно уменьшается.

По мере увеличения напряжения батареи Ue число электронов, перемещающихся из левой области в центральную, будет увеличиваться, и, следовательно, количество электронов, перемещающихся из центральной области вправо, также будет увеличиваться.

Каждая из трех областей в полупроводниковом триоде имеет свое название: левая область, которая эмитирует (эмитирует) электроны — носители заряда, называется эмиттером Е; правая область, собирающая носители заряда, — это коллектор К, а средняя область — база или база В. В какой-то мере можно предположить, что эмиттер имеет то же назначение, что и катод, коллектор — анод, а основание – управляющая сетка трехэлектродной лампы.

Если в цепь эмиттера включить переменное напряжение Uc (рис. 222), оно добавит к напряжению батареи Ue и изменит ток эмиттера. В результате через переход левый — эмиттер будет протекать не постоянный, а пульсирующий электрический ток.

Изменение тока в эмиттерной цепи ΔIe вызовет изменение тока в коллекторной цепи ΔIk. Но так как не все высланные эмиттером электроны достигают коллектора, а небольшая их часть рекомбинирует, т.е заполняет определенное количество отверстий в центральной части триода (базе), то изменение силы тока в коллекторная цепь будет.

ΔIk будет несколько меньше, чем в эмиттерной схеме. На практике ток коллектора составляет 98 — 99% от тока эмиттера.

Поскольку к эмиттерному (левому) np-переходу приложено напряжение в прямом направлении, этот переход имеет малое сопротивление. Правый коллекторный p — n переход, к которому приложено напряжение в обратном направлении, имеет большое сопротивление.

По этой причине напряжение, прикладываемое к эмиттеру, обычно очень мало (порядка десятых долей вольта), а напряжение, прикладываемое к коллектору, может быть весьма большим (порядка десятков вольт).

Изменение тока в цепи, создаваемое малым напряжением Uэ, вызывает почти такое же изменение тока в коллекторной цепи, где действует значительно большее напряжение Uк. В результате триод усиливает мощность

На вход трансформатора подается усиленный сигнал. Вторичная обмотка трансформатора включена в эмиттерную цепь, а для ограничения тока введено сопротивление. В коллекторную цепь (на выходе триода) включена нагрузка Rн. Батарея Ue подключена в прямом направлении, поэтому эмиттерный n-p-переход имеет низкое сопротивление.

Аккумулятор Uk подключен в обратном направлении, поэтому сопротивление коллекторного n — p перехода имеет значительную величину. Сопротивление нагрузки Rn при подходящем выборе напряжения батареи Uk может быть достаточно большим по сравнению с сопротивлением на входе усилителя.

Триод будет усиливать мощность подаваемого сигнала, так как мощность, подаваемая на вход (Pin = Ie2 Rin), меньше полезной мощности сигнала на выходе, т.е в нагрузку (Pn = Ik2 Rn).
В связи с тем, что база рассматриваемого триода является общей для эмиттерной и коллекторной цепей, такая схема включения называется схемой с общей базой.

При использовании этой схемы выходной ток — ток коллектора почти равен току эмиттера — входному току, поэтому при включении триода по обычной базовой схеме происходит не усиление по току, а усиление по мощности и напряжению имеет место.

Кроме этой схемы для включения полупроводниковых триодов используются еще две схемы: схема с общим (заземленным) эмиттером и схема с общим коллектором. В схеме с общим эмиттером усиленный сигнал подается на клеммы «Вход» между базой и эмиттером, а усиленное напряжение снимается с нагрузочного резистора.В этой схеме эмиттер является общим электродом для входа и выхода схемы триода.

Габаритные размеры триода Батарея Uб обеспечивает подачу постоянного напряжения на базу, а батарея Uк подает напряжение на коллектор триода. Особенностью этой триодной схемы включения является ее способность обеспечивать усиление по току и высокое усиление по мощности (до 10 000 раз), что определяет ее широкое применение.

Усиленное напряжение снимается с нагрузочного резистора Rn, подключенного к зажимам «Выход» — между эмиттером и землей. В этой схеме коллектор является общим электродом для входной и выходной цепей триода.

Цепь с заземленным коллектором в основном используется в первом каскаде входного усилителя. Это связано с тем, что схема имеет высокое входное сопротивление и не может обеспечить усиление сигнала по напряжению больше единицы.

Важными параметрами для полупроводниковых триодов являются ток, напряжение и коэффициент усиления по мощности. Коэффициент усиления по току для схемы с общей базой обозначается буквой α, а для схемы с общим эмиттером – буквой β.