Сетка, электронная лампа. Сетка — электрод электронной лампы, находящийся в потоке электронов между анодом и катодом и не перекрывающий его полностью. По назнач

ⓘ Сетка (электронная лампа)

Сетка — электрод электронной лампы, находящийся в потоке электронов между анодом и катодом и не перекрывающий его полностью.

По назначению разделяются на:

• Управляющая сетка — регулирует поток электронов в соответствии с напряжением входного сигнала, обеспечивает усилительные свойства лампы.
• Катодная сетка — в лампах с низким анодным напряжением, например предназначенных для автомобильных радиоприёмников с питанием от сети 12 вольт, устанавливается между катодом и управляющей сеткой, дополнительно ускоряет испускаемые катодом электроны.
• Антидинатронная сетка — подавляет динатронный эффект, улавливает электроны, выбитые из анода вторичной эмиссией.
• Экранирующая сетка — уменьшает ёмкость промежутка между анодом и управляющей сеткой, что позволяет предотвратить самовозбуждение, повысить коэффициент усиления и увеличить предельную частоту усиления. Применяется в тетродах, пентодах и более сложных лампах.

В некоторых случаях предназначение сеток может быть изменено создателем аппаратуры, например тетрод или пентод можно использовать как триод с катодной сеткой, катодную сетку применять в качестве управляющей, экранирующая сетка может играть роль анода в «виртуальном» триоде в составе тетрода или пентода в генераторе с электронной связью и т. п.

В самых ранних лампах сетки действительно имели вид плоской сетки, сплетённой из металлических проволок отсюда и название; всё ещё применяются в некоторых высокочастотных лампах. Чаще всего сетка представляет собой редкую проволочную спираль, навитую на специальных стойках траверсах вокруг катода. Особый случай — стержневые лампы, где роль сеток выполняют пары тонких стержней, расположенных вдоль катода. Система таких «сеток» регулирует электронный поток, не столько задерживая его, сколько фокусируя, то есть работает, как электростатическая линза.

Многоэлектродные и специальные лампы — Устройство и работа тетрода

Четырехэлектродные лампы, или тетроды, имеют вторую сетку, называемую экранирующей или экранной и расположенную между управляющей сеткой и анодом. Назначение экранирующей сетки — повышение коэффициента усиления μ и внутреннего сопротивления R_iа также уменьшение проходной емкости С_а-g. Для величин, относящихся к экранирующей сетке, принят индекс g2, а к управляющей сетке,— g1.

Если экранирующая сетка соединена с катодом, то она экранирует катод и управляющую сетку от действия анода, «перехватывая» большую часть силовых линий электрического поля анода. Ослабление поля анода экранирующей сеткой учитывается проницаемостью этой сетки D₂.

Часть силовых линий, проникших через экранирующую сетку, далее «перехватывается» управляющей сеткой. Ослабление поля управляющей сеткой зависит от ее проницаемости D₁. Таким образом, сквозь обе сетки от анода к потенциальному барьеру около катода проникает ничтожная часть силовых линий. Она характеризуется произведением проницаемостей сеток, которое называется проницаемостью тетрода D:

D = D₁D₂. (19.1)

Величина D показывает, какую долю воздействия напряжения управляющей сетки на катодный ток составляет воздействие напряжения анода. Например, если D = 0,01, это означает, что изменение анодного напряжения на 1 В влияет в 100 раз меньше, нежели такое же изменение сеточного напряжения.

Приближенно проницаемость — величина, обратная коэффициенту усиления:

μ ≈ 1/D = 1/( D₁D₂). (19.2)

Если через экранирующую сетку проникает 2% всех электрических силовых линий, выходящих из анода, а управляющая сетка пропускает 10% из этих двух процентов, то до катода дойдет лишь 0,2 % всех силовых линий. Действие анода на потенциальный барьер у катода ослабляется в 500 раз, т. е. коэффициент усиления лампы приближенно равен 500.

Коэффициент усиления тетрода может составлять несколько сотен. Внутреннее сопротивление также достигает сотен килоом.

Итак, с помощью двух сеток повышается коэффициент усиления и внутреннее сопротивление. Рассмотрим действующее напряжение тетрода. Совместное действие напряжений анода, экранирующей и управляющей сетки заменяется влиянием действующего напряжения U_Д, приложенного к аноду эквивалентного диода, если этот анод поставить на место управляющей сетки:

U_Д≈ U_g1+ D₁U_g2+ D₁D₂U_a. (19.3)

Формула эта показывает, что действие экранирующей сетки ослабляется только управляющей сеткой (U_g2умножается на D₁), а действие анода ослаблено обеими сетками (U_a умножается на D₁D₂).

Теперь можно выразить закон степени трех вторых для тетрода:

i_к= gU_Д^3/2, (19.4)

где коэффициент g зависит от геометрических размеров электродов.

Катодный ток в тетроде является суммой всех токов:

i_к= i_a+ i_g2+ i_g1 (19.5)

При отрицательном напряжении управляющей сетки i_g1 = 0 и

i_к= i_a+ i_g2 (19. 6)

На экранирующую сетку подается положительное напряжение, составляющее 20 — 50% анодного. Оно понижает потенциальный барьер у катода. Анод через две сетки очень слабо действует на потенциальный барьер. Если напряжение экранирующей сетки равно нулю, а на управляющей сетке напряжение отрицательное, результирующее поле на участке управляющая сетка — катод будет тормозящим. Действующее напряжение отрицательно, и барьер у катода настолько высок, что электроны его не преодолевают. Следовательно, при U_g2= 0 лампа заперта. Например, U_g1= -3 В, U_g2= 0, U_a= 300 В, D = 0,002. Тогда U_Д = -3 + 0,002-300= -3 + 0,6 = = -2,4 В.

Ток экранирующей сетки i_g2создается электронами, которые попадают на эту сетку. Если напряжение анода выше, чем напряжение экранирующей сетки, ток i_g2значительно меньше анодного, так как основная масса электронов с большой скоростью пролетает сквозь экранирующую сетку.

В выражении (19.3) слагаемое D₁D₂U_aможно не учитывать, так как D₁D_{2<< 1:}

U_Д≈U_g1+ D₁U_g2. (19.7)

Чтобы запереть лампу, надо иметь U_Д= 0. Тогда i_к = 0. Из равенства (19.7) найдем сеточное напряжение, запирающее лампу:

U_g1зап ≈ — D₁U_g2. (19.8)

Так как управляющая сетка негустая, а напряжение U_g2довольно. велико, то запирающее напряжение большое, т. е. анодно-сеточные характеристики получаются «левыми». Если D₁= 0,10, D₂= 0,02 и U_a= 250 В, то при U_g2= 100 В запирающее напряжение U_g1зап ≈ — 0,1· 100 = —10 В, а с учетом влияния анода U_g1зап= -0,1 • 100-0,002 • 250 = —10 —0,5 = —10,5 В. Значительный участок анодно-сеточной характеристики от 0 до —10 В расположен в области отрицательных сеточных напряжений. А для триода, имеющего D = 0,002 и U_a= 250 В, получим U_gзап= — 0,5 В, т. е. характеристика будет «правой».

Рис. 19.1. Эквивалентная схема, показываю-щая уменьшение проходной емкости с по-мощью экранирующей сетки

Рассмотрим по упрощенной эквивалентной схеме (рис. 19.1) уменьшение проходной емкости С_a-g1за счет экранирующей сетки. Источники питания исключены, так как схема рассматривается только для емкостного переменного тока. Без экранирующей сетки сеточная и анодная цепи были бы связаны через проходную емкость С_a-g1. Если введена экранирующая сетка С₂, соединенная с катодом, то для емкостного тока имеются два пути. Первый — от сетки С₂через провод, соединяющий эту сетку с катодом, обратно в, источник колебаний. Второй — от сетки С₂через емкость между этой сеткой и анодом, а затем через нагрузку R_Hобратно в источник. Второй путь имеет сопротивление во много раз больше, чем первый. Поэтому почти весь емкостный ток i_gпройдет по первому пути. Емкостная связь между сеточной и анодной цепями почти полностью устранена.

Если, например, сквозь экранирующую сетку проходит 2 % силовых линий, выходящих из анода, то взаимодействие между зарядами анода и управляющей сетки ослабляется в 50 раз и во столько же раз уменьшается емкость С_a-g1. Чем гуще экранирующая сетка, тем в большей степени уменьшается проходная емкость.

Так как силовые линии электрического поля частично проникают от анода к управляющей сетке не через экранирующую сетку, а обходным путем, то проходная емкость несколько увеличивается. Ее уменьшают, применяя металлические экраны, перехватывающие силовые линии поля. На рис. 19.2 показан вариант конструкции тетрода. Анод для наглядности разрезан. Проходная емкость создается также между проводами анода и управляющей сетки. Для ее уменьшения выводы анода и управляющей сетки разносят дальше друг от друга. Вывод анода протягивают на верх баллона, а вывод управляющей сетки — на цоколь (или наоборот). Экранирование анодной цепи от сеточной производят и вне лампы, в схеме.

Рис. 19.2. Конструкция тетрода 1 — вывод анода; 2 — экран; 3 — катод; 4 — управляющая сетка; 5 — анод; 6 — экранирующая сетка; 7 — экран

Рис. 19.3. Токи в тетроде при динатронном эффекте

Недостаток тетрода — динатронный эффект («провал» в характеристике). Электроны, ударяя в анод, выбивают из него вторичные электроны. В диодах и триодах это не вызывает последствий, так как вторичные электроны, вылетевшие из анода, возвращаются на него. Ведь анод имеет наибольший положительный потенциал.

В тетроде вторичная эмиссия анода не играет роли, если напряжение экранирующей сетки меньше напряжения анода. При этом условии вторичные электроны возвращаются на анод. Если же тетрод работает с нагрузкой, то при увеличении анодного тока напряжение анода в некоторые моменты может стать меньше напряжения экранирующей сетки. Тогда вторичные электроны анода притягиваются к экранирующей сетке. Возникает ток вторичных электронов, направленный противоположно току первичных электронов. Общий анодный ток уменьшается, а ток экранирующей сетки увеличивается. Это и есть динатронный эффект анода. На рис. 19.3 показаны потоки электронов, соответствующие току i_aI первичных электронов, попадающих на анод, току экранирующей сетки i_g2I, образованному первичными электронами, и току вторичных электронов i_II летящих с анода на экранирующую сетку. Результирующие токи

i_a= i_aI — i_II и i_g2= i_g2I+ i_II(19.9)

He следует отождествлять динатронный эффект со вторичной эмиссией, которая является необходимым, но недостаточным условием для возникновения динатронного эффекта. Второе условие заключается в том, что напряжение анода должно быть ниже напряжения экранирующей сетки. Если вторичная эмиссия есть, но второе условие не выполняется, динатронного эффекта не будет.

Если повышать анодное напряжение, когда оно значительно, меньше напряжения экранирующей сетки, то за счет увеличения тока вторичных электронов анодный ток уменьшается. В этом режиме внутреннее сопротивление тетрода отрицательно, так как положительному приращению Δu_а соответствует отрицательное приращение Δi_а:

R_i= Δu_а/ Δi_а< 0. (19.10)

Прибор с отрицательным сопротивлением может работать в качестве генератора.

Динатронный эффект в тетроде вреден, так как из-за него создаются сильные искажения при усилении. Невыгодно и то, что ток экранирующей сетки больше полезного анодного тока. Может также возникнуть нежелательная паразитная генерация колебаний. Для исключения динатронного эффекта постоянное напряжение экранирующей сетки всегда должно быть меньше анодного напряжения.

Ламповый триод, управляющий электрод, управляющая сетка

Вакуумный триод 6Н9С
(двойной)

Ламповый триод — это радиолампа, имеющая три электрода. Для того, чтобы иметь возможность усиливать колебания, нужно иметь возможность каким-либо образом управлять током анода радиолампы с помощью внешнего маломощного источника сигнала. Именно этот сигнал и будет в последствии усиливаться. А чтобы управлять током анода, решили ввести в диод, между катодом и анодом, дополнительный электрод, который выполнен в виде спирали или сетки.

Включение лампового триода

Включение лампового триода

Чтобы понять как работает триод, соберём схему. В схеме имеется: источник накала катода Е_н, анодный источник Е_а, а также источник Е_с, который включен в сеточную цепь лампы. Как всегда, между катодом и анодом создаётся электрическое поле. Это поле теперь создаётся не только от влияния напряжения на аноде, но и от напряжения на сетке.

Часть поля анода проникает к катоду через отверстия в сетке. Поэтому возле катода друг на друга накладываются два поля — анодное и сеточное. Действие этого результирующего поля определяет величину анодного тока, т.е. количество охваченных им электронов. Увеличивая положительное напряжение на сетке, мы будем усиливать общее поле. В следствие этого будет увеличиваться и анодный ток. А если мы будет увеличивать отрицательное напряжение на сетке, то общее поле будет ослабевать и ток анода будет уменьшаться. Вот так сетка управляет током анода.

Более близкое расположение сетки к катоду, позволяет сеточному напряжению создавать бОльшую напряжённость возле катода, чем напряжение между катодом и анодом. Другой факт — анодное поле не полностью проникает через сетку, а поле сетки достигает катода целиком. Соединив эти два факта можно сказать, что сеточное напряжение влияет на ток анода значительно сильнее чем анодное. Это свойство радиолампы и позволяет применять её в качестве усилительного элемента.

Можно в довольно широких пределах изменять ток анода радиолампы, подавая на её сетку различное (как правило отрицательное) напряжение. В триоде сетка является управляющим электродом и поэтому получила название управляющей сетки.

Трехэлектродные лампы — Физические процессы

принцип работы, схемы и т.д.

Триод — электронная лампа с тремя элементами, которыми являются: катод, анод и управляющая сетка. Управляющей сеткой является тонкий металлический провод, обычно никель, молибден или железо, который окружает катод.

Схема триода в разрезе

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия триода

Когда триод проводит ток, электроны, двигаясь от катоду к аноду, вынуждены проходить через отверстия в управляющей сетке. Посредством подачи небольшого отрицательного потенциала на управляющую сетку через ножку на основании лампы, можно управлять количеством электронов, пролетающих от катода к аноду. Отрицательный потенциал, подведенный к сетке управления отталкивает часть электронов, но остальные проходят через открытое пространство между проводами и движутся к аноду. Таким образом, протекание тока через лампу и внешнюю цепь может управляться отрицательным потенциалом, поданным на сетку управления.

Источником питания лампы является источник постоянного тока. Источник постоянного тока подсоединен к катоду и аноду так, что анод имеет положительный потенциал по отношению к катоду.

В то время, когда переменное напряжение на входе сетки проходит через свой положительный полупериод, напряжение на сетке управления становится менее отрицательным по сравнению в катодом, так как положительное входное напряжение вычитается с отрицательного потенциала сетки управления. В результате отрицательный потенциал на сетке управления уменьшается, и большее количество электронов освобождается из пространственного заряда и движется через сетку к аноду. Протекание тока через лампу усиливается.

Протекание тока в триоде

В то время, когда входное напряжение переменного тока на сетке проходит через свой отрицательный полупериод, напряжение на сетке становится более отрицательным по сравнению с катодом, потому что оно складывается с предыдущим отрицательным потенциалом на сетке. Поэтому, очень малое количество электронов покидают пространственный заряд, что уменьшает количество электронов, движущихся к аноду. Ток через лампу уменьшается.

Принципиальные схемы — Устройство электронной лампы

В свое время электронная лампа совершила в радиотехнике подлинную революцию, коренным образом изменила конструкции передающих и приемных устройств, увеличила их дальность действия, позволила радиотехнике сделать гигантский шаг вперед и занять почетное место, буквально во всех областях науки, техники и производства, в нашей повседневной жизни. Но и сейчас, когда в радиоэлектронных устройствах в основном используются полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы различного назначения, электронные — лампы продолжают «трудиться» во многих радиовещательных приемниках, радиолах, телевизорах. Особенно повышенный интерес они завоевали у аудиофилов. В последнее время стало довольно модным течение в среде аудиофилов, (люди профессионально занимающиеся аудиотехникой) под названием HI — EHD. Понятие это довольно обширное, и заострять внимание на нем в этой статье я не буду, оставим это для пытливых умов. Но устранить некий пробел в отношении лампового HI — ENDа я попытаюсь. Возможно на каком — то этапе вам это пригодится. Хочется сказать, что строить ламповые усилители и сравнивать их звучание, довольно увлекательное занятие. Я думаю, что построив один раз качественный, ламповый усилитель, вы вряд ли откажитесь в дальнейшем от этого увлечения.

Устройство электронной лампы

Любая электронная лампа, или, короче, радиолампа, представляет собой стальной, стеклянный или керамический баллон, внутри которого на металлических стойках укреплены электроды. Воздух из баллона лампы откачивают через небольшой отросток в нижней или верхней части баллона. Сильное разрежение воздуха внутри баллона — вакуум — непременное условие для работы радиолампы. В каждой радиолампе обязательно есть катод — отрицательный электрод, являющийся источником электронов в лампе, и анод — положительный электрод. Катодом может быть вольфрамовый волосок, подобный нити накала электролампочки, или металлический цилиндрик, подогреваемый нитью накала, а анодом — металлическая пластинка, а чаще коробочка, имеющая форму цилиндра или параллелепипеда. Вольфрамовую нить, выполняющую роль катода, называют также нитью накала. На схемах баллон лампы условно обозначают в виде окружности, катод — дужкой, вписанной в окружность, анод — короткой чертой, расположенной над катодом, а их выводы — линиями, выходящими за пределы окружности. Радиолампы, содержащие только катод и анод, называют двухэлектронными, или диодами. На (рис. 1) показано внутреннее устройство двух диодов разных конструкций лампа, изображенная справа, отличается тем, что ее катод (нить накала) напоминает перевернутую латинскую букву V, а анод имеет форму сплюснутого цилиндра. Электроды закреплены на проволочных стойках, впаянных в утолщенное донышко баллона. Стойки являются одновременно выводами электродов. Через специальную колодку с гнездами — ламповую панельку — электроды соединяют с другими деталями радиотехнического устройства.

В большинстве радиоламп между катодом и анодом имеются спирали из тонкой проволоки, называемые сетками. Они окружают катод и, не соприкасаясь, располагаются на разных расстояниях от него. В зависимости от назначения ламп число сеток в ней может быть от одной до пяти. По общему числу электродов, включая катод и анод, различают лампы трех -, четырех -, пятиэлектроднные и т.д. Соответственно их называют триодами (с одной сеткой), тетродами (с двумя сетками), пентодами (с тремя сетками). Внутреннее устройство одной из таких ламп — триода — показано на (рис. 2). Эта лампа отличается от диодов наличием в ней спирали — сетки. На схемах сетки обозначают штриховыми линиями, расположенными между катодом и анодом. Триоды, тетроды и пентоды — универсальные радиолампы. Их применяют для усиления переменных и постоянных токов и напряжений, в качестве детекторов, для генерирования электрических колебаний разных частот и многих других целей. Принцип работы радиолампы основан на направленном движении в ней электронов. «Поставщиком» же электронов внутри лампы является катод, нагретый до температуры 800 — 2000°С. В чем сущность этого явления? Если кастрюлю, наполненную водой, поставить на огонь, то по мере нагревания частицы воды начнут двигаться все быстрее и быстрее. Наконец, вода закипит. При этом частицы воды будут двигаться с настолько большими скоростями, что некоторые из них оторвутся от поверхности воды и покинут ее — вода начнет испаряться. Нечто подобное наблюдается и в электронной лампе. Свободные электроны, содержащиеся в раскаленном металле катода, движутся с огромными скоростями.

При этом некоторые из них покидают катод, образуя вокруг него электронное «облако». Это явление испускания, или излучения, катодом электронов называют термоэлектронной эмиссией. Чем сильнее раскален катод, тем больше электронов он испускает, тем гуще электронное облако. Когда говорят, что «лампа потеряла эмиссию», это значит, что с поверхности ее катода свободные электроны по какой — то причине вылетают в очень малом количестве. Лампа с потерянной эмиссией работать не будет. Однако чтобы электроны могли вырываться из катода, надо не только нагреть его, но и освободить окружающее пространство от воздуха. Если этого не сделать, вылетающие электроны потеряют скорость, «завязнут» в молекулах воздуха. Поэтому — то в электронной лампе и создают вакуум. Откачивать воздух необходимо еще и потому, что при высокой температуре катод поглощает кислород воздуха, окисляется и быстро разрушается. К этому нужно добавить, что на поверхность катода наносят слой окислов бария, стронция и кальция, обладающий способностью излучать электроны при сравнительно низкой температуре нагрева.

Как работает диод?

Самой простой радиолампой — диодом — может стать любая лампа накаливания, если внутрь ее баллона впаять металлическую пластинку с выводом наружу (рис. 3) и удалить из баллона воздух. Чтобы разогреть ее нить накала, подключим к ее выводам батарею накала GBH — Образуется цепь накала. Вторую батарею, но с более высоким напряжением, соединим отрицательным полюсом с одним из выводов нити накала, а положительным полюсом — с анодом. Образуется вторая цепь — анодная, состоящая из участка катод — анод, анодной батареи GBa и соединительных проводников. Если включить в нее миллиамперметр, стрелка прибора укажет на наличие тока в этой цепи. У вас, естественно, может возникнуть вопрос: почему в анодной цепи течет ток? Ведь между катодом и анодом нет электрического соединения. Отвечаю: подключив анодную батарею, мы тем самым создали на аноде положительный заряд, а на катоде — отрицательный. Между ними возникло электрическое поле, под действием которого электроны, испускаемые катодом, устремляются к положительно заряженному аноду. А катод покидают другие электроны, которые также летят к аноду. Достигнув анода, электроны движутся по соединительным проводникам к положительному полюсу анодной батареи, а избыточные электроны с отрицательного полюса батареи текут к катоду. Образование в анодной цепи диода потока электронов можно сравнить с таким явлением. Если над кипящей водой поместить крышку кастрюли или тарелку, то образовавшийся пар будет на ней охлаждаться и «сгущаться» в капельки воды. С помощью воронки мы можем эту воду вернуть в кастрюлю. Получается как бы замкнутая цепь, по которой движутся частицы воды. Ток анодной цепи называют анодным током, а напряжение между анодом и катодом лампы — анодным напряжением.

Наряду с термином «анодное напряжение» применяют также термины «напряжение на аноде», «напряжение анода». Все эти термины равнозначны: они подразумевают напряжение, действующее между анодом и катодом. Если полюсы анодной батареи или иного источника тока присоединены непосредственно к катоду или аноду лампы, то анодное напряжение будет равно напряжению источника тока. А теперь подумайте и ответьте: будет ли в анодной цепи диода протекать ток, если положительный полюс анодной батареи соединить с нитью накала, а отрицательный — с анодом? Конечно, нет. Ведь анод в этом случае имеет отрицательный заряд. Он будет отталкивать электроны, испускаемые катодом, и никакого тока в этой цепи не будет. Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. Но она в отличие от полуповодникового диода пропускает через себя только прямой ток, т.е. ток только в одном направлении — от катода к аноду. В обратном направлении, т.е. от анода к катоду, ток идти не может. В этом отношении радиолампа, бесспорно, превосходит полупроводниковый диод, через который течет небольшой обратный ток. Что влияет на значение анодного тока диода? Если катод имеет постоянный накал и излучает беспрерывно одно и то же количество электронов, то анодный ток зависит только от анодного напряжения. При небольшом анодном напряжении анода достигнут лишь те электроны, которые в момент вылета из катода обладают наиболее высокими скоростями. Другие, менее «быстрые» электроны останутся возле катода. Чем выше анодное напряжение, тем больше электронов притянет к себе анод, тем значительнее будет анодный ток. Однако не следует думать, что повышением анодного напряжения можно бесконечно увеличивать анодный ток. При некотором достаточно высоком анодном напряжении все электроны, излучаемые катодом, будут попадать на анод и при дальнейшем увеличении напряжения на аноде анодный ток перестает расти. Это явление называют насыщением анода. Увеличить эмиссию катода можно повышением напряжения накала. Но при этом продолжительность жизни лампы резко уменьшается, а при чрезмерно большом напряжении накала катод быстро теряет эмиссию или совсем разрушается. А что происходит в анодной цепи анода, когда в ней действует переменное напряжение? Обратимся к (рис. 4). Здесь, как и в предыдущем примере, катод диода накаляется током батареи GBH. На анод лампы подается перменное напряжение, источником которого служит вторичная (II) обмотка сетевого трансформатора Т. В этом случае напряжение на аноде периодически изменяется по значению и знаку (рис. 4, а).

А так как диод обладает односторонней электропроводностью, ток через него идет только при положительном напряжении на его аноде. Говоря иными словами, диод пропускает положительные полуволны (рис. 4,6) и не пропускает отрицательных полуволн перменного тока. В результате в анодной цепи течет ток одного направления, но пульсирующий с частотой перменного напряжения на аноде. Происходит выпрямление переменного тока — явление, знакомое вам по работе полупроводникового диода. Если в анодную цепь включить нагрузочный резистор Rн, через него также будет течь выпрямленный диодом ток. При этом на выводе резистора, соединенном с катодом, будет плюс, а на другом выводе — минус выпрямленного напряжения. Это напряжение, создающееся на резисторе, может быть сглажено фильтром выпрямителя и подано в другую цепь, для питания которой необходим постоянный ток. Лампы, предназначаемые для работы в выпрямителях, называют кенотронами. Двухэлектродные лампы можно использовать не только для выпрямления переменного тока, но и для детектирования модулирования колебаний РЧ.

Триод и его свойства

А теперь воспользуемся нашим самодельным диодом и поместим между его катодом и анодом сетку примерно в том виде, какой она была в первых конструкциях радиоламп (рис. 5). Получится триод. Присоединим к его электродам накальную и анодную батареи. В анодную цепь включим миллиамперметр, чтобы следить за всеми изменениями тока в этой цепи.Сетку временно соединим проводником с катодом (рис. 5, а). В этом случае сетка, имея нулевое напряжение относительно катода, почти не оказывает влияния на анодный ток; анодный ток будет таким же, как в опыте с диодом. Удалим проводник, замыкающий сетку на катод, и включим между ними батарею с небольшим напряжением, но так, чтобы ее отрицательный полюс был соеденен с катодом, а положительный — с сеткой (рис. 5,6).

Эту батарею назовем сеточной и обозначим GBc. Теперь сетка находится под положительным напряжением относительно катода. Она стала как бы вторым анодом. Образовалась новая цепь — сеточная, состоящая из участка сетка — катод, батареи GBc и соединительного провода. Имея положительный заряд, сетка притягивает к — себе электроны. Но набравшие скорость электроны будут перехвачены силой притяжения более высокого, чем на сетке, анодного напряжения. В результате анодный ток станет больше, чем тогда, когда сетка была соединена с катодом. Такой же прирост анодного тока можно было бы получить за счет повышения анодного напряжения, но для этого пришлось бы в анодную батарею добавить в несколько раз больше элементов, чем имеет сеточная батарея. Если добавить к сеточной батарее еще два — три элемента и тем самым увеличить напряжение на сетке, анодный ток еще больше возрастет. Значит, положительное напряжение на сетке помогает аноду притягивать электроны, способствует росту анодного тока. При этом некоторая часть электронов оседает и на сетке. Но они сразу же «стекают» через сеточную батарею на катод. Появляется небольшой сеточный ток — ток сетки. С повышением положительного напряжения на сетке увеличивается анодный ток лампы, но одновременно растет и ток сетки. Может случиться, что при некотором довольно большом напряжении на сетке ток в ее цепи станет больше анодного. Это объясняется тем, что сетка, находясь ближе к катоду, притягивает к себе электроны сильнее, чем удаленный анод. В этом случае вылетевшие из катода электроны так разделятся между сеткой и анодом, что большая часть их придется на долю сетки. Такое явление крайне нежелательно для работы лампы — она может испортиться из — за перегрева сетки. Теперь поменяем местами полюсы сеточной батареи, чтобы на сетке относительно катода было отрицательнре напряжение (рис. 5, в). Посмотрим на стрелку миллиамперметра. Она покажет значительно меньший анодный ток, чем в предыдущем эксперименте. Почему анодный ток резко уменьшился? На пути электронов оказался отрицательно заряженный электрод, который препятствует движению их к аноду, отталкивает электроны обратно к катоду. Часть электронов, обладающих наибольшими скоростями, все же «проскочит» через отверстия в сетке и достигнет анода, но количество их будет во много раз меньше, чем при положительном напряжении на сетке. Этим и объясняется резкое уменьшение анодного тока. По мере увеличения отрицательного заряда на сетке ее отталкивающее действие на электроны будет возрастать, а анодный ток — уменьшаться. А при некотором достаточно большом отрицательном напряжении на сетке она не пропустит к аноду ни одного электрона — анодный ток вообще исчезнет (рис. 5, г). Следовательно, отрицательное напряжение на сетке «закрывает» лампу. Изменение напряжения на сетке оказывает в несколько раз более сильное влияние на анодный ток, чем такое же изменение напряжения на аноде лампы. Сетка управляет потоком электронов, летящих от катода к аноду лампы. Поэтому ее называют управляющей. Это свойство триода и используется для усиления электрических колебаний.

Устройство триода с подогревным катодом

До сих пор я говорил о радиолампе, в которой функцию катода выполняла нить накала. Такие электронные лампы называют лампами с катодом прямого накала, или батарейными, и предназначаются они для радиоконструкций с питанием от батарей гальванических элементов или аккумуляторов. Катод батарейной лампы — это очень тонкая вольфрамовая проволока, подобная волоску. Она раскаляется сразу же после включения тока и мгновенно охлаждается при выключении его. Если такой катод питать перменным током, то он в такт с изменениями тока будет накаляться то сильнее (при наибольших значения тока), то слабее (при наименьших значениях тока). В результате эмиссия, а значит, и анодный ток лампы будут изменяться с удвоенной частотой переменного тока. Вследствие этого в телефоне или динамической головке громкоговорителя, подключенной к усилителю, будет слышен сильный гул низкого тока, называемый фоном переменного тока. Поэтому нити накала батарейных ламп нельзя питать переменным током. В любительской радиоаппаратуре батарейные лампы сейчас не применяются. Их вытеснили сетевые радиолампы. В радиолампе, предназначенной для аппаратуры с питанием от сети переменного тока, электроны излучает не нить накала, а подогреваемый ею металлический цилиндр (рис. 6).

На поверхность такого катода нанесен активный слой, способствующий более интенсивному излучению электронов. Покрытая слоем теплостойкой изоляции нить накала находится внутри цилиндра и питается переменным током. Раскаляясь, она разогревает цилиндр, который и испускает электроны. Нить накала такой лампы является как бы электрической печкой, подогревающей катод. Ее называют подогревателем, а лампы с катодом такого устройства — лампами с подогревными катодами, или лампами с катодами косвенного накала. Почему так сложно устроен катод сетевой лампы? Цилиндр — катод обладает относительно большой массой, поэтому его температура при изменениях тока в подогревателе не изменяется. В результате эмиссия получается равномерной и при работе лампы в усилителе фон переменного тока не слышен. Нить накала сетевой лампы обозначают на схемах так же, как и в батарейной лампе, а катод — дужкой над нитью накала. Катод имеет отдельный вывод. Нити накала большей части сетевых ламп рассчитаны на напряжение 6,3 В при токе 0,15 — 2 А. Оно подается от трансформаторов. Потребляемые подогревателями мощности тока во много раз больше, чем мощности, расходуемые на питание катодов батарейных ламп. Сетевые лампы начинают работать не сразу после включения тока, а только через 25 — 30 с — после того, как прогреется катод. Надо сказать, что в некоторых усилителях, питаемых от сети переменного тока, иногда все же используют лампы с катодами прямого накала. Но катоды таких ламп делают более массивными, вследствие чего при периодических изменениях накаливающего тока их температура и электронная эмиссия изменяются мало. Если вам придется столкнуться с аппаратурой на электронных лампах, то придется иметь дело только с лампами косвенного накала.

Триод в качестве усилителя

Для электронной лампы, выполняющей роль усилителя, как и для транзистора, важнейшим условием для работы без искажения сигнала является смещение. Для этого на управляющую сетку (относительно катода) вместе с напряжением усиливаемого сигнала подают некоторое постоянное отрицательное напряжение, которое несколько закрывает лампу. Напряжение смещения предупреждает появление сеточных токов, что может вызвать искажение сигнала, и влияет на режим работы лампы в целом.Напряжение смещения для биполярных транзисторов одинаково и равно: для германиевых 0,1 — 0,2 В, для кремниевых — 0,5 — 0,7 В. Для электронных же ламп оно определяется свойствами каждой конкретной лампы и указывается в паспортах ламп и справочных таблицах. Так, например, для триода 6С5С при постоянном напряжении на аноде 250 В на ее управляющую сетку должно подаваться напряжение смещения, равное минус 8 В. В принципе смещение на управляющую сетку можно подавать от специальной батареи с соответствующим напряжением, как это иногда делали в батарейных ламповых приемниках. В сетевой же аппаратуре применяют так называемое автоматическое смещение, не требующее специальной батареи. Схему усилителя с таким способом смешения вы видите на (рис. 7).

В усилителе работает триод с катодом косвенного накала. Нить накала лампы питается от обмотки трансформатора, понижающего напряжение сети до 6,3 В. Между минусом источника питания анодной цепи Uи.п., функцию которого выполняет выпрямитель, и катодом лампы включен резистор Rк. Управляющая сетка лампы соединена через резистор Rc с нижним выводом катодного резистора Rк. Через резистор Rк течет катодный ток лампы, и на нем происходит падение напряжения, соответствующее току и сопротивлению в этом участке цепи. При этом на верхнем выводе резистора Rк, а значит, и на катоде лампы получается положительное напряжение относительно его вывода, соединенного с минусом источника анодного напряжения. А так как сетка соединена не с катодом, а с выводом резистора Rк, противоположном катоду, она получает отрицательное напряжение относительно катода. Резистор, с помощью которого на сетке лампы создают начальное отрицательное напряжение смещения, называют резистором автоматического смещения. Сопротивление резистора Rк, необходимое для получения требуемого напряжения смешения Uc для конкретной лампы можно рассчитать по формуле Rк= Uc/Iк, где Iк — катодный ток лампы, равный току анода (или сумме токов цепей многоэлектронной лампы). Приведу пример расчета. На управляющую сетку триода 6С5С надо подать напряжение смещения Uc = 8В. Анодный ток этой лампы составляет 8 мА. В этом случае сопротивление резистора смещения должно быть: Rк = 8 / 0,008 = 1 кОм. Заодно давай подсчитаем мощность тока, рассеиваемую на этом резисторе: Р = UI = 8 В • 0,008 А х 0,06 Вт. Значит, этот резистор должен быть рассчитан, на мощность рассеивания не менее 0,1 Вт (МЛТ-0,125). Иначе он может сгореть. Чтобы измерить напряжение автоматического смещения, вольтметр присоединяют параллельно катодному резистору таким образом, чтобы его зажим, отмеченный знак « + », был подключен к катоду лампы. Если при этом вольтметр показывает 8 в, значит, на сетке лампы напряжение минус 8 в. Так, между прочим, подают напряжение смещения и на затвор полевого транзистора. Какова роль конденсатора Ск? Он решает ту же задачу, что и аналогичный ему конденсатор, шунтирующий эмиттерный резистор транзисторного усилителя. Когда лампа усиливает переменное напряжение сигнала, во всей ее анодной цепи появляется переменная составляющая усиливаемых колебаний. В результате на катодном резисторе, как и на анодной нагрузке возникает переменное напряжение. И если в цепи катода будет только резистор, то создающееся на нем переменное напряжение вместе с постоянным напряжением смещения будет автоматически подаваться на управляющую сетку лампы. Образуется отрицательная обратная связь, ослабляющая усиление. Конденсатор же, шунтирующий резистор автоматического смещения, свободно пропускает через себя переменную составляющую анодного тока и тем самым устраняет отрицательную обратную связь. В этом случае через катодный резистор идет только постоянная составляющая анодного тока, благодаря чему на управляющей сетке действует только постоянное начальное отрицательное напряжение смещения. Емкость конденсатора Ск должна быть достаточно большой, чтобы он не представлял сколько — нибудь существенного сопротивления токам самых низших частот, усиливаемых лампой. В усилителе ЗЧ, например, его емкость должна быть не менее 10 мкФ, а номинальное напряжение — не менее напряжения смещения. Это, как правило, электролитический конденсатор. Работу триода как усилителя можно иллюстрировать графиками, показанными на том же( рис. 7). Здесь к участку сетка — катод лампы, т.е. в цепь управляющей сетки через конденсатор связи Ссв подается переменное напряжение UВх которое надо усилить. Источником этого напряжения может быть детекторный приемник, микрофон, звукосниматель. В анодную цепь лампы включена анодная нагрузка — резистор Ra. Пока в цепи сетки нет переменного напряжения (участок 0 а на графиках), в анодной цепи течет не изменяющийся по величине ток Iа, соответствующий нулевому напряжению на сетке. Это среднее значение анодного тока — ток покоя. Но вот в цепи сетки начало действовать входное переменное напряжение (на графиках — участки а, б). Теперь сетка периодически заряжается то положительно, то отрицательно, а анодный ток начинает колебаться: при положительном напряжении на сетке он возрастает, при отрицательном — уменьшается. Чем больше изменяется напряжение на сетке, тем значительнее амплитуда колебаний анодного тока. При этом на выводах анодной нагрузки Ra появляется переменная составляющая напряжения, которая может быть подана в цепь сетки такой же лампы следующего каскада для дополнительного усиления. Если в цепь сетки подавать напряжение звуковой частоты, скажем, от детекторного приемника, а в анодную цепь вместо резистора Ra включить головные телефоны, то усиленное лампой напряжение заставит телефоны звучать во много раз громче, чем при подключении к детекторному приемнику. Какое усиление может дать лампа? Это зависит от ее конструкции, в частности от густоты и расположения сетки относительно катода. Чем сетка гуще и ближе расположена к катоду, тем сильнее сказывается влияние ее напряжения на электронный поток внутри лампы, тем значительнее колебания анодного тока, тем, следовательно, лампа дает большее усиление. Выпускаемые нашей промышленностью триоды в зависимости от их назначения обладают различными усилительными свойствами. Одни из них могут дать двадцати — тридцатикратное усиление, другие позволят усиливать напряжение в несколько сотен и даже тысяч раз. Пока я рассказывал о триоде, вы, вероятно, невольно сравнивали его с биполярным транзистором. В самом деле, катод лампы напоминает эмиттер, анод — коллектор, а управляющая сетка — базу транзистора. По своим функциям эти электроды очень схожи, но как вы в этом убедились, физические процессы, происходящие в трехэлектродной лампе и транзисторе, никак нельзя назвать одинаковыми. Да, в твердом теле биполярного транзистора работают отрицательные и положительные носители тока, а в вакууме электронной лампы только отрицательные — электроны. Иное дело — полевой транзистор, в канале которого ток образуется только положительными зарядами (в канале типа р) или только отрицательными зарядами (в канале типа n). Полевой транзистор по своим свойствам близок к электронной лампе. Поэтому по функциональным обязанностям катод лампы можно сравнить с истоком, анод — со стоком, а сетку — с затвором полевого транзистора.

Многоэлектродные лампы

Однако триод имеет недостатки, ограничивающие его применение. Дело в том, что его управляющая сетка и анод являются обкладками своеобразного конденсатора, емкость которого может составлять 5 — 10 пФ. Для колебаний звуковой частоты эта емкость почти не сказывается, но при усилении колебаний радиочастоты, особенно сигналов радиостанций KB и УКВ диапазонов, через нее некоторая часть высокочастотной энергии из анодной цепи попадает в цепь сетки. Образуется паразитная обратная связь, нарушающая нормальную работу усилителя: он самовозбуждается, т.е. становится генератором колебаний высокой частоты. Для борьбы с этим явлением в лампу ввели еще одну сетку, расположив ее между управляющей сеткой и анодом. Лампа стала четырехэлектродной — тетродом (рис. 8, а). Вторая сетка стала выполнять роль экрана, уменьшающего емкость между управляющей сеткой и анодом. Поэтому ее назвали экранирующей. На нее, как и на анод, подают постоянное положительное напряжение, но обычно меньше, чем на анод. Экранирующая сетка не только уменьшила паразитную емкость между анодом и управляющей сеткой, но и улучшила усилительные свойства лампы. Имея положительное напряжение относительно катода, она, ускоряя полет электронов внутри лампы, увеличила анодный ток. Некоторая часть электронов попадает и на экранирующую сетку, и в ее цепи появляется ток — ток экранирующей сетки. Но он мал по сравнению с анодным током.

Тетроды позволили повысить качество аппаратуры при использовании меньшего числа радиоламп. Однако наряду с достоинствами, у тетродов более ярко, чем у триодов, стал проявляться другой весьма существенный недостаток — динатронный эффект. Прежде чем разобраться в этом неприятном для работы лампы явлении, проведите такой опыт. В блюдце, наполненное водой, пустите с высоты каплю воды. Что получится. Ударившись о поверхность воды, капля выбъет из нее одну — две капли. Чем с большей высоты будете пускать каплю, тем больше будет ее энергия полета, тем больше капель выбьет она из воды, находящейся в блюдце. Нечто подобное происходит в лампе — тетроде. В ней скорость полета электронов огромна. Они как бы бомбардируют анод. При этом каждый электрон способен выбить из анода по два — три и больше электронов. Эти вторичные электроны устремляются к экранирующей сетке, и внутри лампы создается встречный поток электронов, нарушающий процесс усиления. Для борьбы с этим явлением между анодом и экранирующей сеткой ввели третью сетку. Лампа стала пятиэлектродной — пентодом (рис. 8, б). Эту сетку, названную защитной (или противодинатронной), соединяют с катодом внутри лампы, или это соединение делают на ламповой панельке. Защитная сетка, имея потенциал катода, т. е. отрицательный относительно анода, возвращает вторичные электроны к аноду. Что же касается прямого потока электронов, то защитная сетка почти не оказывает ему препятствия. По своим усилительным свойствам пентод лучше триода и тетрода. К числу многоэлектронных ламп относятся и так называемые лучевые тетроды (рис. 8, в). Это тоже пятиэлектродные лампы, но у них витки экранирующей сетки расположены точно против витков управляющей сетки, благодаря чему электроны летят к аноду не сплошным потоком, а лучами. Отсюда и название тетрода — лучевой. При этом на экранирующую сетку попадает значительно меньше электронов, так как ее витки находятся «в тени» витков управляющей сетки. Образованию лучей способствуют соединенные с катодом пластины — экраны, ограничивающие боковой поток электронов. При такой конструкции лампы и точно рассчитанном расстоянии между ее электродами выбитые из анода вторичные электроны, не долетев до экранирующей сетки, притягиваются обратно анодом и не нарушают работы лампы. Лучевые тетроды применяют главным образом в выходных каскадах приемников и усилителей ЗЧ, от которых требуется получать электрические колебания звуковой частоты значительной мощности. Существует много типов других, более сложных электронных ламп, например с четырьмя и пятью сетками, именуемые гексодами и гептодами. Есть комбинированные лампы, объединяющие в одном баллоне две — три лампы. Это диод — триоды, двойные триоды, триод — пентоды и др. Триод — пентод, например, объединяет в одном баллоне триод и пентод. Такая лампа будет использована в усилителе, предназначенном для воспроизведения музыкальных записей. Приходилось ли вам видеть в некоторых старых приемниках светящиеся зеленым цветом «глазки»? Это тоже электронные лампы, облегчающие точную настройку приемника на радиостанцию. Их называют электронно — лучевыми индикаторами — настройки.

Конструкция, маркировка и цоколевка радиоламп

Радиолампы предназначаются для работы в самых разнообразных радиотехнических устройствах. В особую группу принято объединять радиолампы, используемые в приемниках, усилителях ЗЧ, телевизорах. Ее называют группой приемно — усилительных ламп. Значительная часть приемно — усилительных радиоламп имеет стеклянные баллоны. Некоторые из них своим видом напоминают пальцы, поэтому такие лампы часто называют пальчиковыми. Металлические баллоны или металлизированные слои, нанесенные на стеклянные баллоны, являются экранами — своеобразными стенками, ограничивающими распространение электрических полей, возникающих внутри ламп, а также защищающими лампы от воздействия на них внешних полей. Они обычно имеют самостоятельные выводы, которые соединяют с заземленным проводником радиоконструкции. Лампе каждого типа присвоено название, состоящее из цифр и букв, расположенных в определенном порядке, например: 6К1П, 6Н8С, 6Ж8, 6ЖЗП, 6И1П. Первая цифра, входящая в наименование лампы, указывает округленное напряжение, на которое рассчитана ее нить накала (напряжение 6,3 В округляют до 6). Второй знак — буква — характеризует назначение лампы. Буквой Д обозначают, например, диоды. Если диод предназначен для выпрямления переменного тока, в обозначении этой лампы стоит буква Ц. Буквой С обозначают триоды, буквами К и Ж-маломощные пентоды, буквой П — мощные пентоды и лучевые тетроды, буквой Е — электронно — лучевые индикаторы настройки. Частотно — преобразовательные лампы обозначают буквой А и И, двойные диоды — буквой X. Триод, объединенный в одном баллоне с одним или двумя диодами, обозначают буквой Г, пентод с одним или двумя дио

Как работает триод, управляемая радиоэлектронная лампа

Электронные лампы приобрели свои исключительно ценные свойства лишь после того, как в диод был введен третий электрод — сетка. Введение в диод сетки коренным образом изменило весь характер работы лампы и открыло перед нею огромные возможности. Сетка помещается между катодом и анодом.

Название «сетка» объясняется тем, что в первых триодах этот электрод действитель но представлял собой сетку или решетку. В дальнейшем сетку начали делать в виде проволочной спирали или винтовой линии, окружающей катод, но первоначальное название «сетка» удержалось за этим электродом до настоящего времени.

Какую роль выполняет сетка радиолампы

Работа триода, как всякой электронной лампы, основана на существовании электронного потока между катодом и анодом. Сетка находится между этими электродами, поэтому электроны, устремляющиеся от. катода к аноду, встречают ее на своем пути и сетка управляет количеством электронов, летящих к аноду.

Разумеется, сетку нельзя рассматривать как механическое препятствие для электронов. Промежутки между витками сетки, как бы густа она ни была, всегда будут огромны по сравнению с размерами электронов.

Рис. 1. Построение триода, внутри электронной лампы.

Если, например, представить себе электрон в виде футбольного мяча, то расстояния между витками сетки в том же масштабе будут равны расстояниям между планетами нашей вселенной.

Рис. 2. Электронная лампа Бонч-Бруевича.

Сетка, как и другие электроды, имеет вывод наружу. Посмотрим, изменится ли что-либо в работе лампы, если вывод сетки присоединить к катоду. При таком соединении сетка приобретает потенциал катода.

Между сеткой и катодом не будет никакого электрического поля, поэтому витки сетки окажут очень слабое действие на электроны, летящие от катода к аноду.

Возможно, что отдельные электроны, столкнувшиеся с витками сетки, застрянут на них. Но в этом случае сетка зарядится отрицательно по отношению к катоду и излишние электроны немедленно стекут с нее на катод по соединительному проводнику, выравнивая таким образом потенциалы сетки и катода.

Положение резко изменится, если сообщить сетке какой-либо потенциал относительно катода. Осуществить это можно, включив, например, между катодом и сеткой батарею.

Если батарея окажется включенной так, что сетка зарядится отрицательно, то последняя начнет отталкивать летящие электроны обратно к катоду. Если в анодную цепь лампы включен измерительный прибор, то он зарегистрирует уменьшение анодного тока.

Прорываться к аноду сквозь сетку смогут лишь те электроны, которые обладают достаточно большой энергией, т. е. достаточно большой скоростью.

При значительном отрицательном напряжении на сетке даже те электроны, которые обладают наибольшей скоростью, не смогут преодолеть ее отталкивающее действие и будут повернуты назад к катоду. Анодный ток прекратится. Лампа, как говорят, будет заперта.

Рис. 3. Как работает электронная лампа — триод.

Если батарею (которую мы назовем сеточной) присоединить так, чтобы сетка была заряжена положительно относительно катода, то возникшее между катодом и сеткой электрическое поле станет ускорять движение электронов.

В этом случае прибор в цепи анода покажет увеличение анодного тока. Теперь смогут достигать анода и те электроны, которые при вылете из катода обладали малой скоростью и без помощи сетки не смогли бы преодолеть путь до анода.

Чем выше положительный потенциал сетки, тем больше она способствует увеличению скорости электронов, излучаемых катодом. В соответствии с этим возрастает и анодный ток.

При этом, разумеется, некоторая часть электронов притягивается и к сетке, но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико по сравнению с общей эмиссией катода.

Подавляющее число электронов вследствие притяжения сеткой получает столь большое ускорение, что они проскакивают через промежутки между ее витками и устремляются к аноду, притяжение которого еще больше ускоряет их.

Лишь те электроны, которые на своем пути сталкиваются непосредственно с витками сетки или оказываются в непосредственной близости от них, притянутся к сетке и создадут в ее цепи ток, получивший название сеточного тока.

Однако по мере увеличения напряжения на сетке количество притягиваемых ею электронов увеличивается и при большом напряжении сеточный ток может стать очень большим.

Процессы, происходящие в цепях анода и сетки трехэлектродной лампы, можно наглядно показать при помощи графика. По горизонтальной оси графика откладывается сеточное напряжение в вольтах, а по вертикальной — величина анодного тока в миллиамперах.

Точка пересечения осей, т. е. начало координат, соответствует нулевому потенциалу сетки. Вправо от нее откладывается положительное напряжение, влево — отрицательное.

Рис. 4. Лампа триод — на сетке нет заряда, показания приборов.

Рис. 5. Лампа триод — на сетке есть заряд, показания приборов.

Для получения данных, нужных для построения графика, соберем схему, которая даст возможность изменять по желанию напряжение на сетке при неизменном напряжении на аноде и, разумеется, при неизменном напряжении накала.

Отложив на графике величины анодного тока, соответствующие различным значениям напряжения на сетке, в виде кривой, мы получим так называемую характеристику триода, показывающую зависимость анодного тока лампы от величины и знака напряжения на сетке.

При некотором отрицательном напряжении на сетке анодный ток прекращается — становится равным нулю. Эта точка считается началом характеристики, так как достаточно самого малого уменьшения отрицательного напряжения на сетке, чтобы анодный ток возник.

Рис. 6. График зависимости тока в цепи анода от напряжения на сетке радиолампы.

На приведенном для иллюстрации графике этой точке соответствует напряжение на сетке, равное — 8 в.

На графике изображена и характеристика сеточного тока, который начинается примерно при нулевом напряжении сетки и возрастает по мере увеличения положительного напряжения на ней.

Влево от нуля, в области отрицательных напряжений на сетке, ток в ее цепи отсутствует. Однако анодный ток в этой области имеется и величина его зависит от значения отрицательного потенциала сетки.

Сетка управляет величиной анодного тока,не потребляя никакого тока, т. е. не потребляя энергии. Она ведет себя, как электрическая заслонка, регулирующая доступ электронов к аноду лампы, но не расходующая энергии на свою работу.

Это обстоятельство вместе с уже отмеченным ранее мгновенным изменением величины анодного тока при изменениях напряжения на сетке представляет замечательную особенность электронных ламп с сеткой, обеспечивающую им самые разнообразные применения.

На использовании управляющего действия сетки и основана способность лампы усиливать подводимое к ней напряжение. Увеличивая или уменьшая напряжение на сетке, мы тем самым заставляем анодный ток соответственно ослабляться или возрастать, причем изменения анодного тока происходят в полном соответствии с изменениями величины напряжения на сетке.

Если при этом включить в анодную цепь лампы нагрузку — некоторое сопротивление нагрузки R, то анодный ток, проходя по нему, будет создавать на нем падение напряжения. Любое увеличение или уменьшение анодного тока приведет к изменению величины падения напряжения на нагрузке.

Рис. 7. Нагрузка в анодной цепи лампы.

Но мы уже знаем, что изменения анодного тока в свою очередь имеют такую же форму, как и переменное напряжение на сетке; поэтому и форма изменения напряжения > на анодной нагрузке будет такой же.

Однако при этом изменения напряжения на анодной нагрузке будут во много раз больше по величине, потому что малые изменения напряжения на сетке создают большие изменения величины анодного тока даже при условии, что сопротивление нагрузки в анодной цепи лампы имеет достаточно большую величину.

Колебания напряжения на анодной нагрузке будут представлять собой как бы увеличенную фотографию колебаний напряжения на сетке.

Наклон характеристики у различных ламп неодинаков. У одних характеристика идет круче, у других — более полого. Очевидно, что чем круче поднимается характеристика, тем сильнее будут сказываться изменения сеточного напряжения на величине анодного тока и, следовательно, тем больше будет усиление лампы.

Из этого можно сделать вывод, что чем круче характеристика лампы, тем большими усилительными способностями она обладает. У нас выпускались раньше и выпускаются в последнее время разные типы триодов.

Широко применялись триоды 6С5С и 6С4С; теперь выпускаются триоды 6С1П, 6С2П, 6СЗП, 6СЗБ, 6С6Б, 6С7Б и др.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Вакуумный триод

основная вакуумная трубка (вакуум
диод) используется для преобразования переменного тока в
постоянный ток. Однако они не могут усилить электрическую
сигнал. Другими словами, они не могут усилить напряжение.
или мощность. Для усиления электрического сигнала дополнительно
электрод не требуется. Когда размещен дополнительный электрод
между катодом и анодом, в результате чего электронное устройство
называется вакуумным триодом.

Само название
указывает на то, что у него есть три электрода: катод, анод и
управляющая сетка. Американский инженер-электрик Ли Де Форест
изобрел первое электронное усилительное устройство (вакуум
триод) в 1906 году, добавив дополнительный электрод (управляющая сетка)
между катодом и анодом. Вакуумный триод трехэлектродный.
устройство, усиливающее электрический сигнал.

Электроды из
вакуумный триод

Вакуумный триод
состоит из трех электродов: анода, катода и управляющей сетки.
Анод, катод и управляющая сетка заключены в пустой
стеклянный конверт. Катод окружен управляющей сеткой,
который, в свою очередь, окружен анодом. Построение
вакуумный триод аналогичен вакуумному диоду.Однако вакуум
Триод содержит дополнительный электрод (управляющую сетку).

Катод излучает свободный
электроны при нагревании. Следовательно, катод также
называется эмиттером. Процесс, при котором катод испускает свободный
электронов при нагревании называется термоэмиссией.
эмиссия. Анод собирает свободные электроны, которые
испускается катодом.Следовательно, анод или пластина также называют
как коллекционер.

Между
анод и катод, присутствует управляющая сетка. Сетка управления есть
расположен ближе к катоду, чем анод, чтобы увеличить
электрический ток эффективно. Сетка управления будет контролировать
поток электронов между катодом и анодом. Следовательно,
сетку управления также называют электронным контроллером или электрическим
текущий контроллер.

Управляющая сетка
состоит из сети проводов, которая контролирует поток электронов
между катодом и анодом. Пространство между сетью
Провода в сетке очень большие. Следовательно, свободные электроны
легко перемещаться от катода к аноду через отверстие
управляющая сетка. Свободные электроны, движущиеся от катода к
анод будет проводить электрический ток.

Электрический
поле

Электрическое поле
— область вокруг заряженной частицы, внутри которой другие
заряженная частица будет испытывать силу. Положительно заряженный
частицы имеют вокруг себя положительное электрическое поле, тогда как
отрицательно заряженные частицы имеют отрицательное электрическое поле
вокруг них.

Если два напротив
заряженные частицы помещаются близко друг к другу, они получают
привлечено. С другой стороны, если два одинаковых или одинаковых заряженных
частицы расположены близко друг к другу, они отталкиваются.

В
вакуумный триод, если на анод или
пластина, она становится положительно заряженной. Следовательно, анод производит
положительное электрическое поле по направлению к свободным электронам.На
с другой стороны, свободные электроны, испускаемые катодом, являются
отрицательно заряженный. Следовательно, свободные электроны производят отрицательные
электрическое поле к аноду.

положительное электрическое поле анода имеет большую напряженность, чем
отрицательное электрическое поле свободных электронов. Следовательно, бесплатно
электроны притягиваются к аноду. Тем не менее
расстояние между анодом и катодом большое.Следовательно, если
приложено небольшое напряжение, небольшое количество свободных электронов
привлечен к аноду.

С другой
стороны, расстояние между управляющей сеткой и катодом равно
меньше (управляющая сетка намного ближе к катоду, чем к аноду).
Следовательно, небольшое положительное напряжение, приложенное к управляющей сетке, равно
достаточно, чтобы привлечь свободные электроны.Свободные электроны, которые
привлечены к управляющей сетке, легко перемещаются
к аноду.

Что имеется в виду
электродом?

Дирижер
через которую входят или уходят свободные электроны, называется
электрод. В вакуумном триоде катодом является электрод, который
испускает свободные электроны.Другими словами, свободные электроны уходят
или отойдите от катода и войдите в вакуум. Анод — это
электрод, который собирает свободные электроны, испускаемые
катод. Другими словами, свободные электроны, испускаемые
катод вводится в пластину или анод. Сетка управления есть
также называется электродом, потому что он увеличивает поток
электроны между катодом и анодом.

Непосредственно и
катод косвенного нагрева

В вакууме
триода, катод нагревается, чтобы испустить свободные электроны. Этот
можно сделать двумя способами: путем прямого нагрева катода или
косвенно нагревая катод.

Если тепло подводится непосредственно к катоду, катод
говорят, что непосредственно нагревается.В этом методе сам катод
это нагреватель, или нагревательный элемент, или нить накала. Следовательно, небольшой
количество тепловой энергии дает достаточно энергии
чтобы свободные электроны покинули катод.

свободные электроны, вылетевшие из катода, попадут в
в вакуум. Эти свободные электроны в вакууме притягиваются
к аноду.В
катод с прямым нагревом, количество тепла
энергия, необходимая для испускания свободных электронов, меньше по сравнению с
катод косвенного нагрева.

Если жара
подается на катод косвенно, катод называется
косвенно нагреваться. В катоде с косвенным нагревом имеется
отсутствует электрическое соединение между нагревателем и
катод.

Когда
тепло поступает в нагреватель, он получает тепловую энергию. В
тепловая энергия, полученная нагревателем, поступает на катод.
Таким образом, тепло к катоду подводится косвенно. Когда
свободные электроны в катоде получают достаточно энергии в виде
тепла, они разрывают связь с катодом и подпрыгивают
в вакуум.

Электроны
испускаемый катодом зависит от количества тепла
Прикладная и рабочая функция

Количество
количество свободных электронов, вылетевших с катода, зависит от количества
тепла, приложенного к катоду, и работа выхода
катод

Если большой
количество тепловой энергии подводится к катоду, большое количество
свободных электронов испускается с катода.Аналогично, если
на катод подводится небольшое количество тепловой энергии, меньше
количество свободных электронов испускается с катода.

Рабочая функция
минимальное количество тепловой энергии, необходимое для удаления свободных
электроны из металла. Металлы с низкой работой выхода требуют
меньшее количество тепловой энергии для испускания свободных электронов.На
С другой стороны, металлы с высокой работой выхода требуют большого количества
тепловая энергия для испускания свободных электронов.

Вакуумный триод с нулевым напряжением сетки

Если на управляющую сетку не подается напряжение и положительное напряжение
приложен к пластине, вакуумный триод ведет себя как обычно
вакуумный диод, потому что управляющая сетка не покажет никакого эффекта
на свободных электронах, эмитированных с катода.

Если напряжение
приложенный к управляющей сети, он создает электрическое поле. В
в этом случае напряжение на управляющую сетку не подается. Следовательно,
управляющая сеть не будет создавать электрическое поле для притяжения или
отталкивать свободные электроны. Следовательно, свободные электроны
испускаемый катодом, легко перемещается к аноду
или пластина из отверстий контрольной сетки.

Вакуумный триод
с отрицательным напряжением сети

Если отрицательный
напряжение подается на управляющую сетку без изменения
положительное напряжение пластины, электрический ток не течет в
вакуумный триод, потому что управляющая сетка противостоит или отталкивает
свободные электроны, которые пытаются двигаться к аноду.

Из-за этой поставки
отрицательного напряжения, управляющая сетка становится
отрицательно заряженный. Следовательно, он производит отрицательное электрическое
поле. С другой стороны, свободные электроны, вылетающие из
катод также отрицательно заряжен. Следовательно, свободные электроны также
создают отрицательное электрическое поле.

Мы знаем, что если два одинаковых или одинаковых заряда помещаются рядом с
друг друга они отталкивают.Следовательно, управляющая сетка противостоит
или отталкивает свободные электроны, испускаемые катодом.
Однако небольшое количество свободных электронов преодолевает
отрицательное электрическое поле сети и двигаться в сторону
анод.

Если отрицательное напряжение, приложенное к сети управления, увеличивается,
электроны не будут двигаться к аноду. Следовательно, нет электрического
в вакуумном триоде течет ток.

Вакуумный триод
с положительным сетевым напряжением

Если положительный
напряжение подается на управляющую сетку без изменения
положительное напряжение на пластине, электрический ток течет в вакууме
триод, потому что управляющая сетка привлекает большое количество свободных
электроны. Свободные электроны, которые притягиваются к
управляющая сетка будет легко перемещаться к аноду.

Если на управляющую сетку подается положительное напряжение, она становится
положительно заряженный. Следовательно, он создает положительное электрическое поле.
к свободным электронам. С другой стороны, свободные электроны
испускаемые катодом, заряжены отрицательно. Следовательно, бесплатно
электроны создают отрицательное электрическое поле в направлении управления
сетка.

Мы знаем, что если
две противоположно заряженные частицы расположены близко друг к другу
они привлекаются.Таким образом, управляющая сетка привлекает свободные
электроны. Свободные электроны, которые притягиваются к
управляющая сетка легко переместится к аноду. В
свободные электроны переносят электрический ток при движении от
катод к аноду.

Если
положительное напряжение, приложенное к управляющей сетке, дополнительно
увеличивается, тогда еще большее количество свободных электронов
привлечено к контрольной сетке.Поэтому электрические
ток увеличивается с увеличением напряжения сети.

Электроды клапана

Thermionc »Электроника

— краткое описание катода, анода и сеток (включая управляющую сетку, сетку экрана и сетку подавителя) с подробным описанием их конструкции и работы.

Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы
Как работает трубка
Электроды для вакуумных трубок
Диодный клапан / трубка
Триод
Тетроде
Луч Тетрод
Пентод
Эквиваленты
Штыревые соединения
Системы нумерации
Патрубки / основания клапанов

Их конструкция, естественно, различается, и существуют вариации в зависимости от конструкции трубки и ее применения.

Катод

В современных электронных лампах используется множество различных типов катодов.Они различаются конструкцией катода и используемыми материалами.

Один из основных способов классификации катодов — это способ их нагрева. Первым использованным типом был так называемый прямой нагрев. Здесь через провод пропускают ток, чтобы нагреть его. Помимо обеспечения тепла, он также действует как сам катод, испуская электроны в вакуум. Этот тип катода имеет недостаток, заключающийся в том, что он должен быть подключен как к источнику питания нагревателя, так и к источнику питания, используемому в самой цепи катодно-анода.Это имеет недостатки, поскольку ограничивает возможность смещения цепи, если каждый нагреватель не поставляется отдельно и изолирован друг от друга. Еще один недостаток состоит в том, что если для обеспечения нагрева используется переменный ток, этот сигнал может быть наложен на основную катодно-анодную цепь, и в результате возникает гудение на частоте источника питания нагревателя. Второй тип катода известен как катод косвенного нагрева. Здесь нагреватель электрически отключен от катода, и тепло излучается от нагревателя для нагрева катода.Хотя этим типам ламп требуется больше времени для разогрева, они используются почти повсеместно из-за гибкости, которую они обеспечивают при смещении цепей и изоляции катодно-анодной цепи от воздействия гудения от источника питания нагревателя.

Самый ранний тип катода известен как катод с ярким эмиттером. В этом типе катода используется вольфрамовая проволока, нагретая до температуры от 2500 до 2600 К. Хотя в наши дни этот тип катода не получил широкого распространения, он использовался в передающих лампах большой мощности, таких как те, которые используются для радиовещания.Он имеет ряд недостатков, один из которых состоит в том, что он не особенно эффективен с точки зрения выбросов, получаемых при вводе тепла. Срок службы катода также ограничен испарением вольфрама, при этом выход из строя происходит, когда уходит около 10% вольфрама.

Еще один тип катода известен как тупой эмиттер. Эти катоды имеют прямой нагрев и состоят из торированного вольфрама. Они обеспечивают большее излучение, чем вольфрамовый катод, и требуют меньше тепла, что увеличивает общий КПД трубки.Обычно они работают при температуре от 1900 до 2100 К. Хотя эти катоды обычно имеют относительно долгий срок службы, они хрупкие, и с любыми клапанами или трубками, в которых они используются, следует обращаться осторожно и не подвергать их воздействию технических ударов или вибрации.

Наибольшее распространение получил катод с оксидным покрытием. Они могут использоваться с катодами с косвенным нагревом, в отличие от вольфрамовых и матовых эмиттерных катодов, которые должны нагреваться напрямую из-за соответствующих температур.Этот тип катода обычно представляет собой никель в форме ленты, трубки или даже в форме небольшой чашки. Он покрыт смесью карбоната бария и стронция, часто с добавлением небольшого количества кальция. В процессе производства покрытие нагревается до металлической формы, а продукты химической реакции удаляются при окончательном вакуумировании клапана. В этом катоде именно барий действует как первичный эмиттер, и он работает при гораздо более низких температурах, чем другие типы, находясь в диапазоне 950-1050 К.

В некоторых типах термоэмиссионных клапанов или вакуумных трубок используется так называемый холодный катод. Это стабилизаторы напряжения, в которых используется активированная металлическая поверхность.

Анод

Анод обычно имеет форму цилиндра, так что он может окружать катод и любые другие электроды, которые могут присутствовать. Таким образом, вакуумная трубка может иметь трубчатую форму, а анод может собирать максимальное количество электронов.

Для небольших клапанов или трубок, используемых во многих радиоприемниках, аноды обычно изготавливаются из никелированной стали или просто из никеля.В некоторых случаях, когда необходимо отвести большее количество тепла, его можно карбонизировать, чтобы придать ему матовую заднюю поверхность, которая позволит ему излучать больше тепла из клапана.

Для приложений, где требуются еще более высокие мощности, анод должен быть способен рассеивать еще больше тепла и работать при более высоких температурах. Для этих трубок могут использоваться материалы, включая углерод, молибден или цирконий. Другой подход — встроить ребра радиатора в конструкцию анода, чтобы излучать дополнительное тепло.Этот подход, естественно, ограничен конструкцией клапана и тем фактом, что трубка должна быть заключена в стеклянную оболочку. Однако для большой конструкции радиатора потребуется, чтобы стеклянная оболочка была намного больше, что увеличивает затраты.

Для решения этой проблемы анод может быть изготовлен так, чтобы тепло могло передаваться за пределы клапана и удаляться с помощью принудительной подачи воздуха или водяной рубашки. Используя этот подход, можно сделать оболочку лампы относительно небольшой, но при этом она сможет выдерживать значительные уровни мощности.

Сетка

Сетка — это электрод, с помощью которого ток, протекающий в анодной цепи, может управляться другим потенциалом. В самом простом виде вакуумная лампа может иметь одну сетку, но можно использовать более одной для улучшения характеристик или для выполнения дополнительных функций. Соответственно, клапаны названы по количеству содержащихся в них электродов, связанных с потоком электронов. Другими словами, нити или нагреватели и другие подобные элементы не используются.

Сетка обычно изготавливается в виде марлевой сетки или проволочной спирали.Если он сделан из проволоки, он обычно состоит из никеля, молибдена или сплава и наматывается с помощью поддерживающих стержней, которые удерживают его от катода. Как таковые, они могут быть широкими, возможно, овальными по форме и обычно изготавливаются из меди или никеля.

Для достижения высокого уровня воспроизводимости характеристик, допуски внутри вакуумной трубки должны сохраняться от одного устройства к другому. В дополнение к этому часто необходимо устанавливать сетку на расстоянии лишь доли миллиметра от катода или других решеток.Один из принятых подходов — использовать жесткую прямоугольную раму, а затем наматывать на нее проволочную сетку под натяжением, чтобы иметь возможность поддерживать эти размеры. Затем эту структуру необходимо закрепить с помощью глазури или даже золотой пайки, чтобы она оставалась прочно на месте. При некоторых обстоятельствах может даже потребоваться шлифование покрытия поверхности катода, чтобы обеспечить его плоскостность. Эта форма сетки известна как сетка кадра.

Одним из важных аспектов конструкции вакуумных трубок или термоэлектронных клапанов является предотвращение перегрева сетки.Это может привести к механической деформации и выходу из строя всего клапана. Для облегчения отвода тепла сетка может быть карбонизирована, и часто охлаждающие ребра могут быть прикреплены к опорной проволоке сетки. Эти поддерживающие провода также могут быть приварены непосредственно к соединительным штифтам в основании клапана, чтобы тепло могло отводиться через внешние соединения.

Уже сегодня доступен широкий выбор термоэмиссионных клапанов или вакуумных трубок. Используя методы, которые были разработаны на протяжении многих лет, они могут обеспечить превосходную повторяемость, производительность и надежность.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты». . .

Вакуумная трубка »Электроника

Триодный вентиль или триодная вакуумная лампа могут использоваться как усилитель, а также иногда как выпрямитель.

Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы
Как работает трубка
Электроды для вакуумных трубок
Диодный клапан / трубка
Триод
Тетроде
Луч Тетрод
Пентод
Эквиваленты
Штыревые соединения
Системы нумерации
Патрубки / основания клапанов

Технология термоэмиссионных клапанов или вакуумных трубок получила признание, когда было обнаружено, что триодный клапан может использоваться для усиления электронных сигналов.

Как видно из названия, в триодном клапане или триодной вакуумной лампе используются три электрода, катод и анод, как в диоде, и третий электрод, называемый сеткой, помещенный между анодом и катодом.

Добавление третьего электрода в триодную вакуумную лампу открывает ее работу, что делает ее значительно более функциональным устройством.

Двойные триодные клапаны / вакуумные лампы ECC83 и ECC88

Основы триодных клапанов

Триодный вентиль или триодная вакуумная лампа берет базовую концепцию диода и продвигает ее дальше на значительную ступень. Третий электрод, называемый сеткой или, точнее, управляющей сеткой, помещается между катодом и анодом основного диода, и, прикладывая потенциал к сетке, можно отталкивать или притягивать электроны, испускаемые из катода, и таким образом влияют на поток между катодом и анодом вакуумной трубки триода.

Обозначение цепи для триодной вакуумной лампы / клапана

Когда нет напряжения на сетке триодного клапана или триодной вакуумной лампы, ток между катодом и анодом будет максимальным. Подача отрицательного напряжения на сетку приведет к отталкиванию части электронов обратно к катоду и, таким образом, к уменьшению количества электронов, движущихся к аноду.

Изменение отрицательного смещения на сетке будет модулировать ток, протекающий по направлению к аноду.

Когда в цепи используется триодный вентиль, в анодной цепи устанавливается резистор.Модулированный звуковой ток между анодом и катодом будет проявляться на этом резисторе в виде большого усиленного сигнала-реплики, но на 180 ° не в фазе с входом.

Триодная управляющая сетка

Управляющая сетка обычно состоит из спиральной проволоки, которая помещается между катодом и анодом. В некоторых случаях может использоваться сетка. Фактическая конструкция и «плотность» управляющей сетки зависят от рабочих характеристик и характеристик, которые требуются от триодной вакуумной лампы.

Управляющая сетка в триодном клапане или триодной трубке служит несовершенным электростатическим экраном, позволяющим некоторому, но не всему, электростатическому потоку от анода проходить через катод.

Триодный клапан / трубка обычно работает в условиях ограниченного объемного заряда. В этих условиях количество электронов, которые достигают анода, то есть анодный ток, почти полностью определяется электростатическим полем в пространстве катодной сетки.

Как только электроны проходят через решетку, они движутся к аноду так быстро, что любыми эффектами пространственного заряда в области анода решетки можно практически пренебречь.

Таким образом, отрицательное напряжение в сети действует как управляющее напряжение, которое контролирует величину тока, протекающего в анодной цепи.

Типовой триодный вентиль / трубчатая схема

Схема очень простого лампового усилителя на триоде показана ниже.

Типовая схема триодной вакуумной лампы / клапана

В этой схеме резистор R3 служит для поддержания потенциала сети на уровне земли. Типичные значения для этого могут составлять около 100 кОм. Резистор R2 в катоде будет развивать напряжение на нем в результате протекания тока в цепи катод-анод.Поскольку сетка имеет потенциал земли, напряжение на R2 будет равно величине, на которую сетка будет отрицательной по отношению к катоду.

Резистор в анодной цепи, R1, создает на нем изменяющееся напряжение при изменении тока через триодный вентиль.

Конденсатор C1 обеспечивает связь на входе, а конденсатор C2 обеспечивает связь для сигнала переменного тока на выходе, блокируя постоянный ток, который может быть высоким.

Конденсатор C3 действует как шунтирующий конденсатор переменного тока через катодный резистор R2.Это увеличивает усиление схемы по переменному току, сохраняя при этом требуемые условия смещения постоянного тока.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты». . .

Control Grid — обзор

Шум от усилительных устройств

В триоде есть два различных источника шума, и, как и у транзистора, их относительная амплитуда определяет оптимальное сопротивление источника.Внутренний дробовой шум из-за гранулярности анодного тока можно рассматривать как источник напряжения в сети (обычно выражается как значение сопротивления, которое будет создавать это шумовое напряжение). Помня, что шум, создаваемый резистором, равен:

Vn (R) = 4kTBR

И что эквивалентное шумовое сопротивление триода приблизительно равно:

R≥2,5gm

Подставляя, мы получаем:

Vn (g) ≥10kTBgm

Таким образом, шум напряжения, относящийся к сетке, пропорционален обратному квадратному корню из г _м , и это причина, по которой тихие ступени RIAA для картриджей с подвижной катушкой требуют высоких — г _м клапанов, таких как как E810F, D3a и EC8010.

Гранулярность (нежелательного) тока управляющей сетки формирует источник тока, поэтому оптимальное сопротивление источника клапана составляет:

Rsource = Vn (g) in (g)

, где

V _{n ( g)} = шумовое напряжение в сети

i _{n (g)} = шумовой ток от сети.

Хотя это уравнение предсказывает оптимальное сопротивление источника для данного входного каскада, оно не гарантирует минимального шума — в конце концов, мы могли бы в четыре раза увеличить как напряжение, так и шум тока и получить такое же оптимальное сопротивление источника с более шумным усилителем.Однако уравнение говорит нам о том, что высокое сопротивление источника требует низкого уровня шума сети. Мы можем видеть это интуитивно, наблюдая, что любой ток шума сетки должен проходить через сопротивление источника и создавать на нем напряжение, поэтому чем меньше ток, тем меньше напряжение. Обратите внимание, что хотя реактивные сопротивления не могут создавать шум , закон Ома гарантирует, что пропускание шумового тока через индуктивность движущегося магнитного картриджа преобразует шум тока сетки в шумовое напряжение.Тем не менее, в контексте источника шума, даже картриджи с подвижным магнитом имеют высокий импеданс , а не , и шум тока сетки грамотно изготовленного клапана должен быть незначительным даже с картриджем с подвижным магнитом с высокой индуктивностью.

Однако емкостные преобразователи, несомненно, являются источниками с высоким импедансом, а для аудио это означает конденсаторные микрофоны. Типичный большой (20 мм) капсюльный микрофон, популярный для ведущего вокала, имеет емкость источника ≈30 пФ, и для такого источника необходимо минимизировать не шум напряжения сети, а шум тока сети.

Шум тока сети и распределение Пуассона

Прежде чем исследовать, как минимизировать шум тока сети, мы должны сделать очень краткий набег на статистику. Ток сети управления клапаном настолько мал, что нас беспокоит точное количество электронов, которые покидают или входят в цепь сети. Если бы мы рассмотрели отрезки времени 1 мкс, и каждый отрезок 1 мкс содержал точно такое же количество электронов, то не было бы слышимого шумового тока, потому что мы слышим именно вариацию (составляющую переменного тока), а не составляющую постоянного тока.

Производители клапанов всегда стараются минимизировать шум тока сети, и поэтому вероятность того, что данный физический процесс приведет к электрону, который вносит вклад в ток сети, мала, но тепловое перемешивание гарантирует, что существует большое количество испытаний, поэтому их статистический результат имеет распределение Пуассона. Значимость состоит в том, что распределение Пуассона полностью описывается своим средним значением и:

σ = μ

, где

σ = стандартное отклонение (от среднего)

μ = среднее.

Это уравнение представляет собой статистический закон Ома, и это отношение квадратного корня используется повсеместно при расчетах шума.

Для звуковых целей среднее значение — это постоянная составляющая тока (или напряжения), а стандартное отклонение — переменная составляющая (шумовая). Таким образом, если мы хотим минимизировать шум тока сети (стандартное отклонение), мы должны минимизировать (нежелательный) ток сети. Обратите внимание, что этот аргумент неприменим к внутреннему дробовому шуму клапана, потому что нам нужен анодный ток для его модуляции, поэтому необходимо минимизировать соотношение между стандартным отклонением и средним значением.

Электрометры и сетевой ток

В то время как цифровой вольтметр может измерять токи вплоть до долей микроампера, электрометр — это прибор, специально разработанный для измерения очень малых токов, обычно в диапазоне от 1 фА (10 ⁻¹⁵ A) до 1 нА. (10 ⁻⁹ А). При исследовании входных клапанов электрометра Дагпунар [12] показал, что сетевой ток можно разделить на широкие категории, в первую очередь определяемые тем, прибывают ли электроны (положительный сетевой ток) или уходят (отрицательный сетевой ток).Учитывая, что каждый положительный ион, прибывающий на поверхность сетки, требует, чтобы один или несколько электронов покинули сетку, чтобы разрядить ее, прибывающие положительные ионы вносят свой вклад в отрицательный ток сетки.

Положительный ток сетки возникает из-за:

I ₁

Электроны покидают катод, но задерживаются сеткой.

Отрицательный ток сети возникает из-за:

I ₂

Фотоэлектрическая и термоэлектронная эмиссия, покидающая сеть.Положительные ионы, поступающие с нагретого катода (атомы катодоэмиссионного материала). Эти источники производят фиксированное количество электронов / ионов в области решетки / катода клапана, поэтому V _gk просто определяет, сколько электронов собирается, что приводит к значению насыщения независимо от V _gk .

I ₃

Положительные ионы газа, вызванные прямым ударом ускоренных электронов во время их полета к аноду.Положительные ионы газа, вызванные тормозным излучением (тормозным излучением) и рентгеновскими лучами, создаваемыми анодом из-за резкого торможения прибывающих электронов. Положительные ионы материала анода смещаются или выходят из анода, нагретого электронной бомбардировкой.

I ₄

Вторичные электроны, испускаемые сеткой из-за воздействия положительных ионов.

I ₅

Поверхностная утечка через стекло или изоляцию внутри и снаружи клапана.Предполагается, что это резистивный компонент, прямо пропорциональный В _gk . Бримар [13] отметил, что наиболее частой причиной изменения шума между клапанами одного и того же типа был шум тока сети, вызванный поверхностными токами утечки через слюдяные прокладки и паразитные волокна или ворсинки между электродами. Аналогичным образом нельзя касаться внешних поверхностей клапанов электрометров голыми пальцами, поскольку следы пота вызовут поверхностные токи утечки.

При графическом представлении эти идеализированные категории суммируются для получения знакомой кривой тока сети с точкой пересечения, как правило, В _g ≈ −1 В (см.Рис.40).

Рисунок 3.40. Идеализированные источники сетевого тока и их влияние на шум сетевого тока.

(После Дагпунара [12].)

Ранее предполагалось, что каждый отдельный физический шумовой процесс имеет распределение Пуассона, подразумевая, что стандартное отклонение (шум) равно квадратному корню из среднего. Но мы видели, что ток сети обусловлен несколькими источниками, поэтому общий ток шума сети должен быть суммой мощностей отдельных источников шума, и поэтому шум тока сети не падает до нуля при I _g = 0, но имеет очень широкий минимум на перегибе I _g ( V _gk = −4 V в этой модели).Обратите внимание, что любое изменение в отдельных источниках шума (и особенно утечки) полностью изменит кривую шумового тока.

Фотоэлектрическое излучение от сети легко минимизировать, эксплуатируя клапан в темноте, но в настоящее время модно устанавливать в основании клапана яркий светодиод, который светит прямо во внутреннюю структуру клапана. Несмотря на то, что это явно наихудший из возможных фотоэлектрических сценариев, любое приложение, которое достаточно нечувствительно к гудению, чтобы клапан мог быть выставлен на обозрение, также нечувствителен к повышенному шуму тока сети из-за светодиодного освещения.Однако помните, что светодиоды легко могут отслеживать форму волны гула 100/120 Гц и его гармоники, поэтому было бы неудачно доказывать, что освещенный клапан был чувствителен к оптическому гудению — если вам нужно световое шоу, используйте чистый постоянный ток. для светодиода.

До производства клапанов, разработанных специально для электрометров, Гиллеспи [14] исследовал возможность использования Mullard EF37 в электрометре и обнаружил, что существует три практических способа уменьшения сетевого тока данного клапана (ранжированные по порядку снижения эффективности и классифицируются согласно Дагпунару):

I ₃

Уменьшение анодного напряжения уменьшает энергию , участвующую в столкновении между ускоренным электроном и молекулой газа.Гиллеспи заявил, что газовый / ионный ток зависит от квадрата ускоряющего напряжения, поэтому клапаны электрометра обычно работают с ускоряющим напряжением всего 10 В (обеспечивается ли оно анодом или сеткой экрана).

I ₃

Смещение сетки еще дальше отрицательно снижает анодный ток и, следовательно, число столкновений между электронами и молекулами газа, тем самым уменьшая газовый / ионный ток.

I ₂

Уменьшение рассеяния нагревателя снижает эмиссию электронов сетки и эмиссию катодных ионов.(Специальные клапаны электрометра позволяют избежать косвенного нагрева катодов, поскольку неизбежное падение температуры через изоляцию нагревателя / катода требует, чтобы нагреватель был более горячим, что увеличивает фотоэлектрическую эмиссию.) Эффект упорядочения, уменьшение рассеивания нагревателя имело смысл только в том случае, если все другие источники сетевого тока были сведены к минимуму, а клапаны были выбраны для низкого сетевого тока.Только один из шести клапанов прошел процесс выбора Гиллеспи с низким током сети, поэтому, когда Маллард принял его, такие EF37 были выпущены как тип ME1400.

Несмотря на предыдущие предостережения, метод уменьшенного рассеивания нагревателя ошибочно вошел в аудио-фольклор как общее решение для низкого уровня шума, однако только конденсаторный микрофонный усилитель для головы, использующий клапан, ранее выбранный для низкого тока сети, вероятно, сможет достичь снижения шума от разумное уменьшение рассеивания нагревателя.К сожалению, уменьшение рассеивания нагревателя резко снижает g _m , увеличивая шум напряжения сети, поэтому маловероятно, что можно добиться улучшения более чем на 1-2 дБ.

Мы можем суммировать шум тока сети, заявив, что для грамотно изготовленного клапана:

•

Шум тока сети значим только при высоком импедансе источника и для звука, что означает конденсаторные микрофоны.

•

Сетевой ток (и его шум) сильно зависят от выборки, потому что обычно в нем преобладают поверхностные токи утечки, но тихий клапан, вероятно, будет иметь очень широкий минимум далеко от напряжения кроссовера.

Решающее значение этого исследования шума тока сети и проведения различия между внутренним дробовым шумом клапана и его шумом тока сети состоит в том, что, в то время как величина внутреннего дробового шума может быть достаточно точно предсказана с помощью фундаментальной физики, величина Уровень шума сети полностью зависит от превратностей технологии производства.

Следует помнить, что клапаны собирались / собираются вручную, что требует значительного ручного труда и внимания к деталям.Опыт показывает, что производственные процессы, зависящие от квалифицированного ручного труда, требуют не только мотивированной рабочей силы, умело управляемой хорошим инженером / менеджером, но также, что более важно, большой практики для определения точной производственной техники, необходимой для соответствия требуемому стандарту, и даже в золотой век клапаны нужно было выбирать, когда требовался низкий ток сети. Рынок клапанов сейчас намного меньше, чем в период его расцвета, поэтому эффект масштаба больше не может быть применен, что значительно усложняет технологическую проблему.Короче говоря, производство клапанов — это высокая технология, зависящая от массового производства, и нереально ожидать, что небольшие партии современных клапанов позволят достичь низкого уровня шума сети или стабильности выбранных клапанов золотого века.

усилитель — Почему падение напряжения на триоде изменяется в зависимости от напряжения сети?

Спасибо, всем. Думаю, теперь я понимаю. Я могу дать объяснение, которое, надеюсь, также объясняет мое первоначальное замешательство.

Представьте две параллельные пластины: у одной есть чистый заряд \ $ — Q \ $, а у другой — чистый заряд \ $ + Q \ $.

Если предположить, что каждая пластина имеет бесконечную площадь, то электрическое поле, создаваемое каждой пластиной, имеет одинаковую величину \ $ E \ $ (всегда направлено от каждой пластины).

Таким образом, для двух пластин напряженность поля между пластинами равна \ $ 2E \ $, а в остальном — равна нулю.

Разность напряжений между пластинами может быть рассчитана путем интегрирования электрического поля по расстоянию между пластинами. Это пропорционально расстоянию между пластинами. Это \ $ 2Ed \ $.

Затем представьте, что скользит третья средняя пластина с зарядом \ $ — Q \ $ на полпути между первыми двумя. Электрическое поле больше не однородное. Между отрицательными пластинами он уменьшен вдвое до \ $ E \ $. Между средней пластиной и положительной пластиной он увеличивается до \ $ 3E \ $.

Тем не менее, разность потенциалов между исходными пластинами равна \ $ 2Ed \ $. На самом деле, не имеет значения, какой заряд находится на средней пластине. Его влияние на электрическое поле всегда антисимметрично и, следовательно, не может изменить разность потенциалов между двумя исходными пластинами.

Когда я рассматривал триод, я думал в этих терминах. Я застрял. Я подумал: вставка отрицательно заряженной сетки не должна изменить разность напряжений между катодом и анодом.

Что я забыл, так это то, что заряд на катодных / анодных пластинах не фиксируется! Если напряжение сети понижено, ток будет меньше. При меньшем токе меньше энергии теряется электронами, проходящими через следующий резистор. Чтобы восстановить равновесие, есть возможность (временно) увеличить ток за счет увеличения разницы зарядов между катодом / анодом (аналогично зарядке конденсатора).

По мере увеличения разности зарядов напряжение на катоде / аноде увеличивается. Это происходит до тех пор, пока снова не \ $ \ Delta V_ \ text {triode} + IR = V \ $.

Когда равновесие восстанавливается, мы видим, что электроны, проходящие через триод, подвергаются большему электрическому полю, и, таким образом, больше энергии тратится на ускорение электронов.

Конец термоэмиссионных клапанов?

Все традиционные усилительные лампы основаны на триоде. Триод обычно состоит из следующих частей (см. График справа).

• Катод (K) или нить накала (F)
• Анод (P), также известный как пластина
• Управляющая сетка (G)

В основном катод нагревается нитью накала до достаточной температуры, при которой он высвобождает свободные электроны в пространство вокруг себя. Эти свободные электроны затем притягиваются к аноду электрическим полем между катодом и анодом.

Путем введения управляющей сетки можно управлять током пластины.Когда он отрицательный, он отталкивает электроны, идущие от катода, создавая противоположное электрическое поле против анода. В результате ток между анодом и катодом
уменьшен. В этом случае сеть не потребляет ток. Однако при приложении положительного напряжения электрическое поле усиливается, поэтому большее количество электронов может достичь анода. Теперь сеть сама потребляет небольшой ток, но это считается незначительным.

Чтобы ограничить ток пластины, чтобы он никогда не достигал насыщения, сетка обычно имеет отрицательное смещение.Сетка чутко контролирует большой ток пластины, потребляя небольшой, но незначительный ток, поэтому она делает вакуумную лампу очень мощным током.
усилитель звука.

Для дальнейшего улучшения характеристик в триод вмонтированы дополнительные электрооборудование, экранная сетка и глушитель. Подробнее см. Основной отчет, раздел 1.

Для дальнейшего чтения перейти к основному отчету — Принцип работы.

Щелкните изображение ниже, чтобы просмотреть полную флэш-анимацию:

Дополнительная литература / ссылки:
1.Калверт, Дж. Б. (2001) Вакуумные трубки. http://mysite.du.edu/~etuttle/electron/elect27.htm
2. Флэш-анимация с: http://www.edumedia-share.com/media.php?id=882

2.2 Типы электронных вакуумных ламп — ламповые усилители

Принцип работы электронного вакуумного трубки аналогичен принципу действия гидравлического клапана. Электроны перемещаются по электрическим проводам или по вакуумному пространству вместо воды, текущей по трубам. Электрический потенциал (или напряжение) заставляет электроны пересекать электрические провода и вакуумное пространство вместо потенциальной энергии из-за эффекта силы тяжести, толкающего воду по трубам.Наконец, электронный клапан может управлять потоком электронов, аналогично тому, что описано для гидравлических клапанов.

В следующих разделах мы познакомимся с основными типами электронных вакуумных ламп и принципами их работы.

2.2.1 Диод

Самым простым типом электронной вакуумной лампы является диод , изображенный слева на Рисунке 3. Диод имеет два вывода: катод и анод . Когда катод достаточно нагревается, электроны начинают покидать его поверхность из-за термоэлектронного эффекта .Когда к аноду приложен электрический потенциал V +, превышающий потенциал катода, испускаемые катодом электроны, имеющие отрицательный заряд, притягиваются и движутся к самому аноду.

По соглашению, электрический ток направлен по направлению «положительных» зарядов. Следовательно, даже если электроны движутся от катода к аноду, мы говорим, что электрический ток идет от анода к катоду. Фактически, ток отрицательных зарядов в одном направлении эквивалентен току положительных зарядов в противоположном направлении.

Рисунок 3: Диод и триод.
Диод, слева. Триод справа. Когда катод вакуумной лампы нагревается, излучаются электроны. Если анод имеет электрический потенциал выше, чем катод, испускаемые электроны притягиваются им, и электрический ток начинает течь (по соглашению ток идет от положительного к отрицательному концу, даже если электроны, которые имеют отрицательный заряд , переходите от отрицательного к положительному концу). В триоде отрицательный электрический потенциал сетки относительно катода можно использовать для управления потоком электронов от катода к аноду.

2.2.2 Триод

То, что мы только что описали выше, очень похоже на пример, который мы сделали в разделе 2.1, где вода течет из ведра по трубе под действием силы тяжести. Здесь электрический ток течет от высокого потенциала V +, приложенного к аноду, к потенциалу земли катода. Однако клапан, позволяющий контролировать этот поток, все же необходим.

В триоде , как показано справа на фиг. 3, третий вывод, называемый сеткой , расположен между анодом и катодом.Когда электрический потенциал сетки ниже, чем у катода, электроны, испускаемые катодом, отталкиваются, и им трудно достичь анода. Если сетка достаточно отрицательная, ток блокируется, получая такой же эффект закрытия клапана в гидравлическом контуре. Если потенциал сетки такой же, как у катода, ток свободно течет от анода к катоду, получая тот же эффект полного открытия клапана в гидравлическом контуре. Промежуточные отрицательные напряжения сетки модулируют ток, протекающий от анода к катоду [1].Когда сигнал напряжения подается на сетку, электрический ток от анода к катоду следует за сигналом, подаваемым на сетку.

Важно отметить, что при нормальной работе через сеть не проходит ток. Поскольку сетка отрицательна по отношению к катоду, она отталкивает электроны и отсутствует электрический ток.

2.2.3 Тетрод

Основная идея триода была усовершенствована с введением тетрода . Тетрод, как показано на рисунке 4 слева, имеет четвертый электрод, называемый , экран , между анодом и сеткой.Экран предназначен для уменьшения емкости, создаваемой сеткой и анодом. Фактически, в триоде сетка и анод расположены очень близко друг к другу и вместе ведут себя как небольшой конденсатор, который может вызывать нестабильность и колебания. Если экран имеет напряжение выше, чем у катода и сетки, но ниже, чем у анода, он действует как электростатический экран между сеткой и анодом, тем самым уменьшая их внутреннюю емкость.

Рисунок 4: Тетрод.
В тетроде слева четвертый электрод используется в качестве экрана для ограничения внутренней емкости между сеткой и анодом.Экран также может быть настроен на работу в ультра-линейной конфигурации справа, предоставив ему процентную долю выходного сигнала анода.

2.2.4 Тетрод в ультралинейной конфигурации

В тетроде экран положительный по отношению к катоду. Таким образом, он притягивает определенное количество электронов, эмитированных самим катодом, которые пошли бы на анод. В результате через экран протекает небольшой ток. Этот эффект используется для настройки вакуумной лампы для работы в модальности с распределенной нагрузкой или сверхлинейной модальности .Эта конфигурация получается путем обратной передачи на экран процента выходного анодного сигнала, а не приложения к нему фиксированного напряжения. Требуемый процент анодного выходного сигнала обычно подается на экран путем подключения его к отводу, выходящему из выходного трансформатора, как показано в правой части рисунка 4. Ток через экран создает своего рода отрицательную обратную связь и при соответствующем процентном соотношении анодного сигнала искажение падает до очень малых значений, лишь немного снижая энергоэффективность.Оптимальный процент, наносимый на экран, зависит от конкретных используемых электронных вакуумных ламп. Во многих конструкциях усилителей мощности этот процент обычно составляет около 43%.

2.2.5 Пентод

Тетроды были усовершенствованы с введением пентода . Когда электроны, испускаемые катодом, достигают анода, у них может быть достаточно энергии, чтобы стимулировать вторичную эмиссию электронов от самого анода. Электроны вторичной эмиссии могут достигать сетки экрана, вызывая нестабильность и колебания.Чтобы предотвратить попадание электронов вторичной эмиссии на экранную сетку, в пентодах используется пятый электрод, называемый подавителем , как показано на фиг.5. Подавитель, как правило, напрямую подключается к катоду либо через внутреннее соединение в вакууме. трубкой, или явным соединением между соответствующими штырями, как показано пунктирной линией на рисунке 5.

Рисунок 5: Пентод. В пентоде добавлен пятый электрод, называемый подавителем, для привлечения электронов вторичной эмиссии, испускаемых анодом при попадании электронов, поступающих с катода.Это предотвращает попадание электронов вторичной эмиссии на сетку экрана, вызывая нестабильность и колебания.

Нравится:

Нравится Загрузка …

.