Физические процессы. Катод и анод работают в триоде так же, как в диоде

Катод и анод работают в триоде так же, как в диоде. В режиме объемного заряда около катода образуется потенциальный барьер. Катодный ток зависит от высоты этого барьера. Управляющее действие сетки в триоде подобно действию анода в диоде. Если изменять напряжение сетки, то изменяется высота потенциального барьера около катода. Следовательно, изменяется число электронов, преодолевающих этот барьер, т. е. катодный ток. Если напряжение сетки изменяется в положительную сторону, то барьер понижается, его преодолевает большее число электронов и катодный ток возрастает. А при изменении сеточного напряжения в отрицательную сторону барьер повышается, его преодолевает меньшее число электронов и катодный ток уменьшается.

Управление током в триоде с помощью сетки аналогично управлению током в биполярном транзисторе. В транзисторе изменение напряжения на эмиттером переходе вызывает изменение высоты потенциального барьера в этом переходе и в результате изменяется ток эмиттера. Сетка не только управляет катодным током, но и существенно изменяет действие анода. Для электрического поля, создаваемого анодным напряжением, сетка является электростатическим экраном, т. е. препятствием (при условии, что сетка соединена с катодом). Большая часть поля анода задерживается сеткой; лишь незначительная часть силовых линий поля проникает сквозь сетку и достигает потенциального барьера у катода. Таким образом, сетка экранирует катод от анода и ослабляет действие анода на потенциальный барьер около катода. Говорят, что сетка «задерживает» или «перехватывает» большую часть силовых линий электрического поля, создаваемого анодом.

Чем гуще сетка, т. е. чем больше в ней проводников, чем они толще и чем меньше просветы между ними, тем меньшая часть силовых линий поля анода проникает сквозь сетку. Кроме того, экранирующее действие сетки максимально при некотором среднем положении ее между анодом и катодом.

В диодах нормальные анодные токи получаются при анодных напряжениях, равных единицам или двум-трем десяткам вольт. Если же в диод ввести сетку, то при и_g = 0 такие же анодные токи получаются при анодных напряжениях в десятки и сотни вольт.

Сама сетка влияет на анодный ток гораздо сильнее, чем анод. Если подать на сетку напряжение, то возникающее электрическое поле сетки беспрепятственно достигает катода, так как между сеткой и катодом для поля нет препятствий. Сетка занимает «командное» положение. Она действует на электронный поток сильно, а действие анода во много раз ослаблено, вследствие того что сквозь сетку проникает лишь небольшая часть силовых линий поля анода. Было бы неправильно утверждать, что сетка действует сильнее, чем анод, только потому, что она находится ближе к катоду. Если сетку расположить около анода и она окажется лишь незначительно ближе к катоду, нежели анод, то и в этом случае она во много раз ослабляет поле анода, проникающее на катод. Следовательно, близость сетки к катоду не является главным фактором, влияющим на анодный ток.

Влияние сетки и анода на анодный ток характеризуется важнейшим параметром триода — коэффициентом усиления μ. Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение сетки действует на анодный ток сильнее, чем напряжение анода. Если триод имеет μ = 10, это значит, что сетка действует в 10 раз сильнее, чем анод. Чем гуще сетка, тем больше значение μ. При данной густоте сетки коэффициент μ имеет наибольшее значение, когда сетка занимает некоторое среднее положение между катодом и анодом. В современных триодах коэффициент μ равен единицам или десяткам.

Иногда вместо коэффициента усиления μ пользуются обратной величиной — проницаемостью D:

D = 1/ μ. (17.1)

Очевидно, что D < 1. Проницаемость показывает, какой доле действия сетки на катодный ток эквивалентно действие анода. Если, например, μ = 10, то D = 0,1. Это значит, что действие анода на катодный ток равноценно десятой доле действия сетки, т. е. влияние анода в 10 раз слабее.

Термин «проницаемость» введен немецким ученым Г. Г. Баркгаузеном, внесшим большой вклад в теорию электронных ламп, и подчеркивает роль экранирующего действия сетки. Можно сказать, что проницаемость характеризует «пропускную способность» сетки для электрического поля анода. Чем реже сетка, тем легче через нее проникает от анода к катоду электрическое поле и тем больше значение D. Зато коэффициент μ соответственно уменьшается. Не следует считать проницаемость «пропускной способностью» сетки для электронного потока. Это грубая ошибка.

При отрицательном напряжении сетки в пространстве сетка — катод отрицательный заряд сетки создает тормозящее поле, которое противодействует ускоряющему полю, проникающему от анода. Потенциальный барьер у катода повышается, и катодный ток уменьшается. При некотором отрицательном сеточном напряжении ток уменьшается до нуля, т. е. лампа «запирается». Такое напряжение сетки называют запирающим (u _gзап). Все электроны, вылетающие из катода, возвращаются на него. Если же при и_g < 0 запирания лампы еще нет, следовательно, электроны, имеющие значительные начальные скорости, преодолевают потенциальный барьер и летят к аноду.

Запирающее напряжение сетки невелико по сравнению с анодным. Например, у триода, имеющего μ = 20, при u _а = 100 В запирающее напряжение составляет — 5 В. При μ = 20 анодное напряжение 100 В по своему действию эквивалентно сеточному напряжению + 5 В. Подав на сетку u _gзап = — 5 В, можно скомпенсировать влияние анода.

Итак, сравнительно небольшое отрицательное напряжение сетки может значительно уменьшить анодный ток и даже совсем его прекратить.

Положительное сеточное напряжение создает ускоряющее поле, которое складывается с полем, проникающим от анода. Результирующее поле понижает потенциальный барьер. Число электронов, преодолевающих его, увеличивается. Возрастает и катодный ток. Часть электронов при этом притягивается к сетке, и в ее цепи возникает сеточный ток, который бесполезен, а во многих случаях вредно влияет на работу лампы. Если положительное напряжение сетки значительно меньше анодного, то сеточный ток невелик и им можно пренебречь. Чем гуще сетка и выше ее положительное напряжение, тем больше сеточный ток.

Так как сетка действует сильнее анода, то сравнительно небольшое положительное напряжение сетки вызывает значительное возрастание анодного тока. Например, пусть триод имеет μ = 20 и при напряжениях u_g = 0 и u _а = 100 В анодный ток равен 10 мА. Предположим, что для увеличения анодного тока до 20 мА надо при неизменном сеточном напряжении удвоить анодное напряжение, т. е. подать на анод 200 В. Но при μ = 20 анодному напряжению 100 В равноценно сеточное напряжение 5 В. Поэтому вместо увеличения анодного напряжения на 100 В можно подать на сетку 5 В, и тогда анодный ток возрастет до 20 мА.

Итак, увеличение положительного напряжения сетки сопровождается ростом анодного и сеточного тока.

Изменяя сеточное напряжение от отрицательного, запирающего лампу, до некоторого положительного, можно изменять анодный ток в широких пределах — от нуля до максимального значения. Таково управляющее действие сетки. Важно, что анодный ток значительно изменяется при сравнительно небольшом изменении сеточного напряжения. Нужно в μ раз большее изменение анодного напряжения, для того чтобы получить такое же изменение анодного тока. Иначе говоря, небольшое изменение сеточного напряжения равноценно в μ раз большему изменению анодного напряжения. Это основное свойство триода позволяет использовать его для усиления электрических колебаний.

Дата добавления: 2014-01-05