Триоды

Трехэлектродная лампа, или триод, кроме анода и катода имеет третий, расположенный между ними, электрод — управляющую сетку. Конструктивно сетка обычно выполняется в виде спирали.

Изменяя потенциал сетки, можно управлять электронным потоком внутри электровакуумного прибора. Так, если на сетку подать значительный отрицательный потенциал относительно катода, то электроны, вылетевшие из раюгретого катода, несмотря на наличие положительного потенциала на аноде, не смогут преодолеть оттал кивающее действие со стороны сетки. Они останутся в промежутке между сеткой и катодом, образуя пространственный заряд. По этой причине ток в анодной цепи лампы будет отсутствовать. При незначительном положительном потенциале сетки вылетевшие из катода электроны попадают в ускоряющее электрическое поле, что создает условия для их движения к аноду.

В этом случае сетка способствует увеличению анодного тока. Часть электронов будет, кроме того, индуктировать заряд на самой сетке, и в ее цепи также появится ток. Схема для исследования триода представлена на рис. 15. С помощью этой схемы можно изменить напряжение накала реостатом Р и осуществлять контроль напряжения па кала вольтметром V2. Потенциометром П, изменяют анодное напряжение, величину которого устанавливают по вольтметру V3. Двухполюсный переключатель К2 в положении 1 обеспечивает подачу отрицательного напряжении на сетку, а в положении 2 — подачу на сетку положительного напряжения.

Заданное напряжение на сетке устанавливают потенциометром П2 по показаниям вольт-метра V1. Миллиамперметры мА1 и мА2 позволяют измерять токи соответственно в цепях управляющей сетки и анода. Рис. 15. Схема для снятия характеристик триода.

• Распределение потенциала в триоде
• Статические характеристики триода
• Параметры триода
• Динамические характеристики триода

Триоды можно применять в схемах, работающих на низких и высоких частотах, а также и в специальных схемах на сверхвысоких частотах. В области усиления сверхвысоких частот их применение, однако, ограничено из-за значительной емкости С_ас. Триоды можно использовать как для усиления напряжения, так и для усиления мощности.

Для усиления напряжения выпускаются специальные триоды с высоким коэффициентом усиления μ, величина которого у современных триодов находится в пределах от 30 до 100. Получение большого μ обеспечивается применением сравнительно густой управляющей сетки. Внутреннее сопротивление R_i составляет величину порядка нескольких десятков килоом и доходит до 100 ком. Крутизна характеристики S невелика и составляет примерно —5 ма/в.

Лампы с большим коэффициентом μ имеют так называемое правое расположение анодно-сеточных характеристик, т. е. большая часть этих характеристик лежит в области положительных напряжений на управляющей сетке. При этом рабочий участок динамической одно-сеточной характеристики для отрицательных напряжений на сетке невелик.

В случаях, когда необходимо изменять напряжение управляющей сетке в широких пределах, не допуская при этом появления сеточного тока, применяют лампы так с называемым  левым расположением характеристик, для которых величина μ мала.

В радиоэлектронной аппаратуре широкое распространение получили двойные  триоды, представляют собой электровакуумный прибор, в баллоне которого помещены два идентичных, независимых друг от друга триода.  Использование двойных триодов обеспечивает большую идентичность их параметров, уменьшает число ламп и габариты аппаратуры, ее вес и стоимость. Для усиления напряжения низкой (звуковой) частоты более широко применяются пальчиковые двойные триоды 6Н1П, 6Н2П, 6Н17Б. На этих частотах для усиления малых мощностей используют триоды типа 6Н7С, 6Н6П,1Н3С, а для усиления средних и больших мощностей — триоды, имеющие мощные катоды и специальные аноды, обеспечивающие рассеивание на них значительной мощности.

Для усиления мощности высокой частоты применяются генераторные триоды. Аноды и сетки генераторных ламп обычно выполняются из тугоплавких материалов (тантала и молибдена). На аноды подается напряжение, измеряемое сотнями и тысячами вольт; анодные токи достигают десятков ампер, а мощность, рассеиваемая на аноде, доходит до нескольких десятков киловатт.

Мощные генераторные лампы всегда работают со значительными токами управляющей сетки. Это накладывает отпечаток на ее конструктивное оформление: управляющая сетка должна обеспечить рассеяние на ней значительной мощности. В мощных генераторных триодах используют воздушное принудительное и водяное охлаждение анодов.

Мощные и сверхмощные электронные лампы, обеспечивающие величину мощности в нагрузке порядка нескольких сот киловатт, часто имеют разборную конструкцию, позволяющую производить замену катода, который наиболее часто выходит из строя. Такие лампы снабжены специальной автоматической установкой, обеспечивающей высокий  вакуум.

Триоды имеют ряд недостатков, которые ограничивают возможность использования их в схемах усилителей и генераторов на различных частотах.

Коэффициент усиления μ у триодов мал (обычно не более ста). Это вызвано тем, что управляющая сетка недостаточно экранирует катод от воздействия электрического поля анода. Густой управляющую сетку делать нельзя, так как незначительные отрицательные потенциалы на ней уже вызовут запирание лампы и большая часть анодно-сеточной характеристики окажется расположенной в области положительных напряжений на управляющей сетке.

Междуэлектродные емкости триода Сас, Сск,Сак (рис. 26) достигают больших значений (в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков пикофарад), что затрудняет использование триодов на высоких частотах. Рис. 26. Влияние междуэлектродных емкостей на работу триода.

Наиболее вредное влияние на работу триода оказывает емкость С_ас. Если на вход триода, в анодную цепь которого включено сопротивление R_а, включить возбудитель с переменным напряжением и_с, как показано на рис. 26, то между анодом и катодом появится переменное напряжение, равное μ_дu_с. Это напряжение приложено к эквивалентному емкостному делителю, состоящему из междуэлектродных емкостей С_ас и С_ск. Через делитель пойдет ток, который на емкости Сск создаст переменное напряжение u'_с. Если U'_с = U_с по величине и по фазе, то схема при отключенном возбудителе будет продолжать работать. В этом случае говорят, что «схема из режима  усиления  перешла врежим самовозбуждения». Чем больше емкость С_ас, тем большая часть напряжения μ_дu_с поступит обратно в цепь сетки и тем вероятнее самовозбуждение.

Ток через емкость С_ас определяется отношением

Так как увеличение напряжения на управляющей сетке на u_с в вызывает уменьшение напряжения на аноде триода на μ_дu_с в, то u_ас = u_с + μ_дu_с = (1 + μ_д) u_с. Тогда выражение для тока через емкость C_ас можно записать в следующем виде:

                  (40)

Произведение C_ас (1 + μ_д) имеет размерность емкости. В сумме с емкостью C_ск эта емкость образует входную динамическую емкость триода

С_вх.лин = С_ас (1+μ_д) + С_ск.

Входная динамическая емкость триода дополнительно нагружает возбудитель, так как через нее течет емкостный ток возбудителя, который создает падение напряжения на внутреннем сопротивлении возбудителя и уменьшает амплитуду входного сигнала.

Выходная емкость триода С_ак шунтирует сопротивление нагрузки R_а, уменьшает его величину, снижает динамический коэффициент усиления.

В триоде, кроме того, вредно сказывается вторичная электронная эмиссия с проводников сетки. Вторичной электронной эмиссией называется явление выхода электронов из твердого тела вследствие бомбардировки его первичными электронами. Рис. 27, а поясняет влияние вторичной эмиссии на ход анодно-сеточной характеристики. При малых положительных потенциалах сетки имеет место режим перехвата, когда часть электронов попадает на сетку, не достигая анода (появляется сеточный ток Ic). Рост анодного тока замедляется и линейность сеточной характеристики нарушается. По мере увеличения положительного потенциала сетки скорости электронов, бомбардирующих сетку, возрастают и, когда они достигают величины примерно 10 эв, возникает вторичная электронная эмиссия.

Вторичные электроны покидают поверхность сетки и под воздействием ускоряющего электрического поля анода устремляются к нему, образуя в цепи сетка—анод ток I'_с (рис. 27, б). При этом ток в цепи анода I_а станет больше, так как в одном направлении с ним протекает ток I'_с. При дальнейшем увеличении положительного потенциала сетки ток I'с может оказаться больше сеточного тока I_с и поэтому ток в сеточной цепи потечет в противоположном направлении (изменит знак, см. рис. 27, а), причем ток в цепи анода может стать больше тока насыщения (участок в—г). По мере приближения величины напряжения на сетке к значению напряжения на аноде действие ускоряющего электрического поля анода уменьшается, сеточный ток Iс вновь начинает расти, а анодный — падать. Описанное явление носит название динатронного эффекта сетки, а ток I_с — динатронного тока сетки.

Динатронный эффект особенно опасен в мощных триодах, где увеличение анодного тока сетки приводит к резкому увеличению мощности, рассеиваемой на аноде триода.

Динатронный эффект, как и значительные междуэлектродные емкости триода, ограничивает использование триодов в схемах усилителей мощности, особенно на высоких частотах.

Рис. 27. Зависимость анодного и сеточного токов от напряжения на управляющей сетке (а) и распределение токов в триоде (б) при наличии вторичной электронной эмиссии.