10

Лабораторная работа 35

ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ

Физическое обоснование эксперимента

Прежде чем приступать к выполнению работы рекомендуется ознакомиться с описанием устройства и принципом действия двухэлектродной лампы (работа 34 в данном учебном пособии).

Т

_А

_А

_А

r_С

U_A

E

_А

рехэлектродная вакуумная лампа называется триодом. В ней наряду с катодом и анодом присутствует третий управляющий электрод – сетка, расположенный вблизи катода. С его помощью можно управлять формированием объемного пространственного заряда вблизи катода и распределением падения потенциала по межэлектродному пространству. Благодаря этому триод может использоваться для усиления слабых переменных токов и напряжений. Так как сетка располагается вблизи катода, напряженность электрического поля Е между ней и катодом даже при малых разностях потенциалов между ними (Е= - grad ) может быть больше, чем между катодом и анодом. Рассмотрим работу триода, включенного в схему, изображенную на рис. 35.1.

Рис. 35.1.

Обозначения на рисунке: А – анод, С – сетка, К- катод, R_А – сопротивление, включенное в анодную цепь, Е_А – источник анодного питания, Е – падение напряжения в анодной цепи, Е_С – источник питания сетки, создающий отрицательное напряжение на ней относительно катода, U_А и U_С - напряжения между анодом и катодом и катодом и сеткой соответственно, мА – миллиамперметры, включенные в анодную и сеточную цепи. Между катодом и сеткой также может подаваться слабое переменное напряжение, которое необходимо усилить (на схеме не обозначено).

Из нагретого до достаточной температуры катода в результате термоэлектронной эмиссии вылетают электроны, которые электрическим полем увлекаются от катода к аноду и в цепи анода появляется ток. Однако, как уже указывалось, поле между сеткой и катодом может быть такой величины, что окажется достаточным для экранирования (ослабления) положительного анодного напряжения.

Поэтому между катодом и анодом необходимо рассматривать действие управляющего напряжения:

U_У = U_С + DU_А ,

где D  1 – проницаемость сетки. В общем случае величина D зависит как от величины сеточного, так и от величины анодного напряжений. Полный ток i лампе складывается из анодного тока i_А и из сеточного тока i_С. Величина i является функцией управляющего напряжения. Однако обычно сеточный ток много меньше анодного тока, поэтому можно считать анодный ток равен полному току: i_А = i.

Т

Рис. 35.2.

i_А, мА

U_A1

U_A2

U_A3

риоды могут использоваться в усилении сигналов различным образом, что связано с широким диапазоном варьирования их характеристик. Рассмотрим основные параметры, которыми характеризуется триод. Обратимся к схеме на рис. 35.1 и будем считать, что анодное напряжение не изменяется (U_А= const). Всякое изменение отрицательного напряжения между катодом и сеткой U_C вызовет соответствующее изменение анодного тока i_А. Зависимость анодного тока от сеточного напряжения называется сеточной характеристикой триода. Примеры таких характеристик приведены на рис. 35.2.

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении на сетке называется анодной характеристикой триода. Такие зависимости приведены на рис. 35.3.

Рис. 35.3.

Внутреннее уравнение триода.

Выведем уравнение, которое называется внутренним уравнением триода. В общем случае анодный ток триода зависит от двух напряжений: анодного и сеточного, которые могут изменяться одновременно, т.е. i_А = f (U_С;U_А). Тогда полный дифференциал анодного тока равен:

Перепишем это выражение следующим образом:

(35.1)

Величина:

(35.2)

называется крутизной сеточной характеристики. S – характеризует скорость изменения анодного тока при изменении потенциала сетки, при постоянном анодном напряжении.

Внутренним сопротивлением триода называется величина:

(35.3)

Знание внутреннего сопротивления, крутизны характеристики, проницаемости сетки или обратной ей величины  = 1/D необходимо для использования триодов в усилительных схемах. Для всех типов триодов они приводятся в справочниках.

Предположим, что i_А=const (если соответствующим образом подобрать противоположные по знаку изменения U_А и U_С, то di_А=0) получим:

, или Тогда: ; , так как D определяется, как

35.4

Уравнение (35.4) называется внутренним уравнением триода. Величина  называется коэффициентом усиления триода.

Усиление триодом токов и напряжений.

Слабые сигналы, требующие усиления, подаются на сетку триода. Изменение сеточного напряжения U_C вызывает изменение анодного тока на величину i_А.

По закону Ома Е = U_А + i_АR_А , где U_A – падение напряжения между катодом и анодом внутри лампы, а R_А – сопротивление в цепи анода (анодная нагрузка), Е- напряжение в анодной цепи (рис. 35.4). Анодная нагрузка постоянна, следовательно, падение напряжения на ней дается формулой

i_AR_A= Е - U_A (35.5)

Рис. 35.4.

При изменении анодного тока на величину i_А падение напряжения на анодной нагрузке изменится на величину R_Ai_A= - U_A (Е= const), т.е. оно будет равно изменению анодного напряжения, но с обратным знаком.

Изменение анодного тока может быть вызвано как изменением сеточного напряжения, так и изменением анодного напряжения. Заменим в формуле (35.1) бесконечно малые приращения di_A, dU_A и dU_C реальными изменениями этих величин i_A, U_A и U_С:

, но , следовательно: ;
	(35.6)

Если выбрать примерно линейный участок одной из анодных характеристик, для которого R_AR_i , то:

(35.7)

Из внутреннего уравнения триода (35.4) находим SR_i =1/D= и уравнение (35.7) можно переписать в виде:

;

(35.8)

В этом случае триод работает как усилитель напряжения.

Если выполняется условие R_iR_A, то уравнение (35.6) можно переписать в виде:

;

(35.9)

В этом случае триод работает как усилитель тока. Усиленный сигнал снимается с анодной нагрузки и через конденсатор подается на следующий каскад усиления.

Триод работает в статическом режиме, когда R_А = 0. Обычно характеристики триодов даются в справочниках для статического режима.

Если анодная нагрузка не равна нулю, то триод работает в динамическом режиме.