Действующее напряжение триода. Триод - простейшая усилительная лампа, в которой между катодом и анодом расположен управляющий электрод - сетка

Роль сетки в триоде

Триод - простейшая усилительная лампа, в которой между катодом и анодом расположен управляющий электрод - сетка. В отсутствие сетки при положительном потенциале анода в промежутке катод - анод действует ускоряющее электрическое поле. Величина протекающего через прибор тока определяется глубиной потенциального минимума у катода, которая в свою очередь зависит от потенциала анода. В таком двухэлектродном приборе для управления анодным током необходимо изменять анодное напряжение в сравнительно широких пределах. Но если в непосредственной близости от катода (десятки микрометров) поместить дополнительный электрод - сетку, то с ее помощью можно эффективно управлять анодным током. При изменении потенциала сетки соответственно повышаются или снижаются потенциалы точек пространства в прикатодной области. При этом изменяется глубина минимума потенциала и количество электронов, преодолевающих его и уходящих в цепь анода. Так как сетка находится чрезвычайно близко от катода, то требуемое изменение глубины минимума потенциала у его поверхности, а следовательно, и анодного тока достигается изменением сеточного напряжения на доли Вольта. Результирующее электрическое поле в области витков сетки неоднородно. Если на сетку подано отрицательное напряжение, то потенциал точек пространства в плоскости витков возрастает по мере их удаления от витка. При некотором отрицательном напряжении на сетке потенциала точек пространства даже посередине между витками может оказаться равным нулю. Это означает, что напряженность электрического поля между катодом и сеткой даже в плоскости, проходящей посередине между ее витками, равна нулю. Анодный ток прекращается, триод заперт.

При положительном потенциале сетки пространственный заряд у катода может полностью рассосаться и в триоде с чисто металлическим катодом устанавливается режим насыщения. В триоде с оксидным катодом режима насыщения при номинальном накале не наблюдается.

Действующее напряжение триода

Для расчета величины тока в триоде совместное действие анода и сетки (с их потенциалами) на катод заменяют действием одного сплошного электрода, расположенного на месте сетки реального триода. К электроду приложено некоторое эквивалентное напряжение ("действующее напряжение"), величина которого должна быть такой, чтобы анодный ток получившегося эквивалентного диода равнялся катодному току реального триода. Этот метод расчета токов в триоде называется приведением триода к эквивалентному диоду. Действующее напряжение триода равно

где - отношение расстояния анод – катод к расстоянию сетка-катод (для плоской формы электродов) при цилиндрической форме электродов и соответственно радиус анода и сетки.

– проницаемость лампы;

– емкость анод-катод;

– емкость сетка-катод;

Проницаемость лампы Д сравнивает электростатическое взаимодействие анода и сетки на катоде, т.е. характеризует степень проникновения поля анода к катоду через витки сетки. Чем гуще сетка, тем слабее проникает анодное поле через ее витки и тем меньше величина Д.

Зная действующее напряжение, можно определить величину катодного тока триода. Для эквивалентного диода получен закон «степени трех вторых»:

Вследствие эквивалентности диода и триода потоков электронов, движущихся от катодов, должны быть одинаковы. Следовательно,

Для цилиндрической формы электродов триода на основании (1.1), (1.2) и (1.3) имеем:

где – площадь поверхности анода;

– первеанс триода;

– некоторая функция, задаваемая графиком или таблицей, для плоской формы электродов .

При отрицательном потенциале сетки ток в ее цепи отсутствует и по соотношению (1.4) определяют ток анода. При положительном потенциале сетки ток катода распределяется между анодом и сеткой,

Коэффициент тока распределения зависит от соотношения напряжений сетки и анода. При U_a>U_c электрическое поле в зазорах катод-сетка и сетка-анод является ускоряющим, траектории электронов близки к прямолинейным Ток сетки образуется только за счет электронов, которые попадают на витки сетки, т.е. «перехватываются» ею. Большая часть потоков электронов пролетает мимо витков сетки в направлении анода. Триод работает в режиме прямого перехвата (РПП).

При U_a<U_c электроны, пролетевшие мимо витков сетки, попадают в зазор сетка-анод в тормозящем поле с разностью потенциалов U_c - U_a . Небольшая часть электронов, движущихся посередине между витками сетки, достигает анода. Значительное число электронов, пролетающих вблизи витков сетки, получает боковое ускорение, их траектории искривляются. Продольная составляющая скорости движения у электронов с наклонной траекторией недостаточна для преодоления тормозящего поля в этом зазоре. Описав криволинейные траектории, они возвращаются к сетке. Описанный случай соответствует режиму возврата электронов к сетке (РВ).

При увеличении анодного напряжения уменьшается тормозящее поле в зазоре сетка-анод и кривизна эквипотенциалей электрического поля в области витков сетки. Анодный ток резко увеличивается, а ток сетки уменьшается. При понижении сеточного напряжения анодный ток уменьшается и при некотором значении U_c, называемом напряжением запирания, становится равным нулю. Из (1.4) следует, что при U_Д = 0. Тогда

Следовательно, напряжение запирания будет тем более отрицательным, чем больше проницаемость лампы и чем выше анодное напряжение.