2072

При обратном напряжении Uак ток через диод протекать не может, так как анод не подвергнут нагреву и отсутствует электронное облако вблизи его поверхности. В этом одно из преимуществ электровакуумного диода перед полупроводниковыми.

10.4. Вакуумный триод: устройство и принцип действия, параметры и характеристики

Триодом называют трехэлектродную лампу, имеющую катод, анод и управляющую сетку. В триодах применяют в основном катоды косвенного накала (оксидные катоды). Анод может иметь цилиндрическую или плоскую форму. Анод изготавливается из никеля и имеет в некоторых случаях ребра для лучшей теплоотдачи. С этой же целью аноды делают черненными, покрывая слоем графита. Катод размещают внутри анода (рис. 10.4, а).

Сетку выполняют в виде проволочной спирали и помещают между катодом и анодом как можно ближе к катоду, чтобы усилить управляющее действие сетки на ток анода.

Анод, катод и сетка приварены к проводникам, которые впаяны в стеклянную ножку. Всю конструкцию помещают в стеклянный, керамический или металлический баллон с пластмассовым цоколем, который имеет штырьки, служащие внешними выводами. Из баллона выкачивают воздух, доводя давление до 0,01 – 0,1 Па. Условное графическое и позиционное обозначение триода в схемах приведено на рис. 10.4, б.

б

Выводы

a

Рис. 10.4. Конструкция триода (а) и условное графическое и позиционное обозначение триода и двойного триода в схемах (б)

122

Схема включения триода в режиме усиления сигнала содержит цепи накала, анода и сетки (рис. 10.5). Обычно для питания цепи накала применяют переменный ток. Действующее значение напряжения накала Uн чаще всего равно 6,3 В, а в малых лампах (пальчиковой серии) – до 1 В. В схемах прецизионных усилителей постоянного тока цепь накала питают постоянным током.

+

Рис. 10.5. Схема включения триода в режиме усиления сигнала uвх

В цепь анода включают источник постоянной ЭДС Еа и нагрузку с сопротивлением Rн. В цепи сетки последовательно включены источники входного сигнала uвх (t) и ЭДС смещения Есм .

Управление током анода ia осуществляется путем изменения напряжения между сеткой и катодом Uск .

1. Предположим, что сетка и анод имеют нулевой потенциал относительно катода: Uск =Uак = 0, а нить накала подключена к источнику напряжения Uн . В этом случае вблизи поверхности катода в вакууме так же, как и в диоде, возникает электронное облако с отрицательным зарядом, которое вызывает тормозящее действие на электроны, покидающие катод. Поэтому в цепи анода ток не протекает.

2. При подключении в цепь анода источника ЭДС Еа и заземленной сетке (Uск = 0) в цепи анода будет протекать ток. Этому способствует ускоряющее электрическое поле, возникающее между анодом и катодом.

С ростом напряжения Uак ток анода Ia будет расти до тех пор, пока не достигнет величины тока насыщения Is, как в обычном диоде. При этом заряд электронного облака рассасывается, т.е. становится равным нулю.

3. Если Uак > 0 и напряжение на сетке Uск > 0, то между сеткой и катодом создается дополнительное ускоряющее электрическое поле. Это спо-

123

собствует дополнительному увеличению Ia, если Ia<Is, и вызывает появление тока сетки Ic.

4. Если же Uак > 0, а напряжение на сетке Uск < 0, то результирующее ускоряющее электрическое поле в промежутке между сеткой и катодом ослабляется. Это приводит к уменьшению тока анода. При определенном значении напряжения на сетке Uск = Uскз ток анода станет равным нулю, т.е. произойдет запирание лампы в связи с тем, что результирующее поле в промежутке «сетка – катод» станет не ускоряющим, а тормозящим для электронов, выходящих с катода. Можно условно считать, что результирующее поле в промежутке «сетка – катод» создается одним электродом, размещенным на месте сетки, напряжение которого

где D – коэффициент, называемый проницаемостью лампы и характеризующий степень влияния анодного напряжения на ток анода. Тогда зависимость анодного тока от напряжения Up будет такая же, как и в обычном

диоде. А для диода при Up 0 ток анода равен нулю. Из (10.1) видно, что при Up = 0, Uск < 0 и Uак > 0 величина D определяется выражением

D Uск Uак при Ia= 0.

Следовательно, для определения D при заданном значении Uак необходимо увеличить Uск до тех пор, пока Ia не станет равным нулю. Отношение сеточного напряжения запирания Uскз к напряжению Uак есть ве-

личина D. Обычно D 1. Влияние напряжения Uск на ток анода велико в связи с тем, что сетка расположена очень близко от катода.

Изменяя в небольших пределах Uск , можно в довольно больших пределах изменить ток анода и падение напряжения на сопротивлении нагрузки Rн анодной цепи, т.е. усиливать по напряжению электрический сигнал, поданный в цепь сетки (см. рис. 10.5). Обычно триоды работают при некотором начальном отрицательном напряжении смещения Есм . Положительное напряжение сетки относительно катода не допускается, чтобы исключить возможность появления сеточного тока. Поэтому обычно Ic≈ 0, и триоды обладают очень большим входным сопротивлением.

Статические характеристики электровакуумного триода

Как следует из вышеизложенного, анодный ток зависит от напряжений Uак и Uск . Кроме того, ток анода зависит от температуры катода или от

124

Ia= f Uc при Uа= const.

На рис. 10.6 показана схема для снятия этих характеристик, а на рис. 10.7 – семейство анодных и анодно-сеточных характеристик. В точке запирания лампы можно определить ее проницаемость D.

При Uа = 100 В Uсзап = – 5,5 В (рис. 10.7, б). Следовательно,

D Uсзап Ua = 5,5 / 100 = 0,055.

Параметры триода

Основными параметрами триода являются крутизна анодно-сеточной характеристики S, внутреннее сопротивление триода Ri, статический коэффициент усиления по напряжению μ.

Крутизна S Ia Uc при Uа= const. Она определяет наклон анодносеточной характеристики, измеряется в миллиамперах на вольт. Ее можно определить либо из анодно-сеточных, либо из анодных характеристик. Внутреннее сопротивление Ri определяется из анодных характеристик:

Коэффициент усиления μ показывает отношение приращения напряжения на аноде к вызвавшему его приращению напряжения на сетке при неизменном значении тока анода:

Ua Uc при Ia= const.

Для определения всех трех параметров в выбранной точке на семействе анодных характеристик строят прямоугольный треугольник ABC так, чтобы его вершины лежали на соседних характеристиках, катеты были параллельны осям, а гипотенузой служил отрезок характеристики. Из этого треугольника получаем (рис. 10.8)

S Ia Uc Ia Uc4 Uc3 ;

Ri Ua Ia ; Ua Uc4 Uc3 .

Основные параметры триода связаны между собой очевидным отношением

SRi .

Эти параметры можно определить также из анодно-сеточных характеристик. Вспомогательными параметрами триода являются:

- проницаемость D 1 Uc Ua при Ia= const;

126

область «сетка – катод». Поэтому величина запирающего сеточного напряжения в тетроде в основном зависит от напряжения на экранной сетке (рис. 10.10, а). Анодная характеристика тетрода имеет провал тока. Если одновременно с анодной характеристикой снимать зависимость тока экранирующей сетки Iэ от напряжения Uа, то получается кривая, показанная пунктиром (рис. 10.10, б).

Рис. 10.10. Анодно-сеточная (а) и анодная характеристики тетрода (б)

Это объясняется следующим образом. При Uа= 0 все электроны, прошедшие через управляющую сетку, попадают на экранирующую сетку, которая имеет положительный потенциал относительно катода. Поэтому при Uа= 0 ток Iэ имеет наибольшее значение. При увеличении Uа, пока Uа<Uэ , растет анодный ток Ia (участок 1), ток экранирующей сетки уменьшается, так как часть электронов попадает на анод. Дальнейшее увеличение Uа приводит к увеличению энергии электронов, попадающих на анод, и к появлению вторичной эмиссии электронов с анода. Для них электрическое поле экранирующей сетки является ускоряющим, пока Uа<Uэ . В результате анодный ток уменьшается, а ток экранирующей сетки нарастает (участок 2). При Uа≥Uэ вторичные электроны с анода не доходят до экранной сетки, так как на них начинает действовать тормозящее поле анода, и снова возвращаются на анод, вызывая рост тока Ia (участок 3). Явление перехода вторичных электронов с анода на экранирующую сетку называется динатронным эффектом. Участок 4 анодной характеристики является рабочим для тетрода.

Для устранения динатронного эффекта в промежуток между анодом и экранной сеткой вводится еще одна сетка. Такая лампа называется пентодом.

128

Основные параметры пентода те же, что у триода, но их определяют при постоянном напряжении на экранирующей сетке Uэ . Пентоды имеют

высокий статический коэффициент усиления по напряжению μ = 1 6103, малую проходную емкость Cca = 0,003 – 0,006 пФ и большое внутреннее сопротивление Ri = 0,8 – 2,5 МОм.

11. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Электронно-оптические приборы преобразуют электрическую энергию в энергию светового излучения. К ним, в частности, относятся электроннолучевые трубки.

11.1. Электронно-лучевая трубка с электростатическим управлением лучом

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) предназначена для преобразования электрического сигнала в оптическое изображение, которое получают на специальном экране с люминесцирующим слоем, светящимся под действием падающего на него сфокусированного электронного луча. Перемещение электронного луча по экрану вызывает перемещение светящегося пятна. ЭЛТ применяют для визуального отображения информации в виде цифр, букв, графиков и т.д.

Особую группу составляют осциллографические трубки, предназначенные для наблюдения электрических сигналов. Здесь ЭЛТ представляет собой стеклянную колбу вытянутой формы с экраном (рис. 11.1). В колбе помещены электронный прожектор, отклоняющая система и люминесцирующий экран.

Электронный прожектор создает поток электронов, ускоряет их, фокусирует в узкий пучок, направленный по оси трубки, а также позволяет управлять интенсивностью свечения экрана (количеством электронов в пучке). Прожектор состоит из катода косвенного накала 1, управляющего электрода 2 и двух или трех анодов 3, ускоряющих и фокусирующих электроны в луче.

Управляющий электрод, называемый модулятором, имеет форму цилиндра с отверстием в центре торца и расположен вокруг катода. На него подается отрицательное напряжение (несколько десятков вольт) относительно катода. Электроны с катода движутся под действием ускоряющего поля первого анода А1 сквозь отверстие в торце управляющего электрода УЭ (рис. 11.1, а). Количество электронов в пучке, проходящем через это отверстие, зависит от напряжения УЭ. Чем больше отрицательное напряжение УЭ, тем меньше ток пучка и яркость сечения экрана в точке падения луча.

130