Читать онлайн «Шпаргалка по общей электронике и электротехнике». Страница 10

24. ТРИОД И ЕГО ЦЕПИ

В отличие от диодов триоды имеют третий электрод – управляющую сетку, называемую обычно простой сеткой и расположенную между анодом и катодом. Она служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки относительно катода, то будет изменяться электрическое поле и вследствие этого станет изменяться катодный ток лампы. В этом заключается управляющее действие сетки.

Катод и анод триодов такие же, как у диодов. Сетка в большинстве ламп выполняется из проволоки, окружающей катод. Катод, сетка и анод вакуумного диода аналогичны соответственно эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора или истоку, затвору и стоку полевого транзистора.

Все, что относится к сетке, обозначается буквой «с».

Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, и цепь сетки. В практических схемах в цепь сетки включают резисторы и другие детали.

Разность потенциалов между сеткой и катодом является сеточным напряжением (напряжением сетки) и обозначается Uc. Для лампы с катодом прямого накала сеточное напряжение определяется относительно конца катода, соединенного с отрицательным полюсом анодного источника. При положительном напряжении сетки часть электронов, испускаемых катодом, попадает на сетку, и в ее цепи образуется сеточный ток (ток сетки), обозначаемый iс. Часть триода, состоящая из катода, сетки и пространства между ними, по своим свойствам подобна диоду, а цепь сетки сходна с анодной цепью диода. Роль анода в этом диоде выполняет сетка.

Основным и полезным током в триоде является анодный ток. Он аналогичен коллекторному току биполярного транзистора или току стока полевого транзистора. Сеточный ток, аналогичный току базы транзистора, как правило, бесполезен и даже вреден.

Обычно он бывает значительно меньше анодного тока. Во многих случаях стремятся к тому, чтобы сеточного тока вообще не было. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны и сеточный ток практически отсутствует. Встречаются случаи, когда триоды работают при сравнительно больших положительных напряжениях сетки, и тогда сеточный ток имеет значительную величину.

Возможность работы вакуумного триода без вредного сеточного воздействия существенно отличает его от биполярного транзистора, который не может работать без тока базы.

В проводе катода протекает вместе анодный и сеточный токи. Суммарный ток здесь является катодным током, или током катода, и обозначается iк; iк = iа + iс.

Катодный ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора и определяется суммарным потоком электронов, движущихся от катода в направлении к сетке. В диоде катодный ток всегда равен анодному току, а в триоде эти токи равны только при Uc <0, так как в этом случае iс = 0.

В триоде с катодом прямого накала в цепи накала катодный ток разветвляется на две части, которые складываются алгебраически с током накала. Чтобы измерить в этом случае катодный ток, надо включить миллиамперметр.

Подобно диодам, триоды обладают односторонней проводимостью и могут быть использованы для выпрямления переменного тока. Но для этого их применять нет смысла, так как диоды проще по конструкции и дешевле. Возможность управления анодным током с помощью сетки определяет основное назначение триодов – усиление электрических колебаний. Триоды применяются также для генерирования электрических колебаний различной частоты. Работа триодов в генераторах и во многих других специальных схемах в большинстве случаев сводится к усилению колебаний.

Простые катоды, т. е. катоды из чистых металлов, делаются почти исключительно из вольфрама (редко из тантала) и имеют прямой накал.

Главным достоинством вольфрамового катода является устойчивость его эмиссии. При постоянном накале эмиссия лишь постепенно снижается в течение срока службы катода. А за короткие промежутки времени изменения эмиссии практически отсутствуют. После временного, не очень длительного перекала эмиссия не уменьшается. Сильный перекал опасен, так как катод может расплавиться.

Длительный перекал значительно сокращает долговечность вольфрамового катода. Увеличение напряжения накала лишь на 5 % уменьшает срок службы в 2 раза, понижение накала на 5 %, наоборот, дает увеличение срока службы вдвое.

Вольфрамовый катод не разрушается и не снижает эмиссии от ударов ионов. Стойкость вольфрамового катода к ионной бомбардировке делает его особенно пригодным для мощных ламп, работающих с высокими анодными напряжениями. Катоды из вольфрама применяются также в специальных электрометрических лампах, в которых важно постоянство эмиссии. У ламп с вольфрамовым катодом испаряющиеся частички вольфрама образуют на поверхности баллона слой, поглощающий газы и улучшающий вакуум. Основной недостаток вольфрамового катода – низкая эффективность. Из всех катодов он наименее экономичен. Эмиссия у него сравнительно мала. Зато вследствие высокой температуры интенсивно излучаются тепловые и световые лучи, на что бесполезно расходуется почти вся мощность накала. Именно это послужило толчком к созданию более экономичных сложных катодов.

Сложные катоды могут иметь различное устройст-, во. У многих типов катодов на поверхность чистого металла наносится активирующий слой, который уменьшает работу выхода и позволяет получать большую эмиссию при сравнительно невысоких температурах.

Главным достоинством сложных катодов является их экономичность. Рабочая температура у некоторых типов катодов составляет 1000 К. Долговечность доходит до тысячи и даже до десятков тысяч часов. К концу этого срока происходит понижение эмиссии от уменьшения количества активирующих примесей, например за счет их испарения. Некоторые типы сложных катодов дают сверхвысокую эмиссию в импульсном режиме, т. е. в течение коротких промежутков времени, разделенных друг от друга значительно более длительными паузами.

Основным недостатком сложных катодов является невысокая устойчивость эмиссии. Эти катоды снижают эмиссионную способность при временном перекале, что объясняется испарением активирующих веществ при повышенной температуре. Для уменьшения возможности ионизации в лампах со сложными катодами важно поддерживать очень высокий вакуум. Это достигается применением специального газопоглотителя.

Сложные катоды могут быть пленочные и полупроводниковые.

Применяются катоды новых типов: бариево-вольф-рамовые, ториево-оксидные и ряд других. Бариево-вольфрамовые катоды делают косвенного накала. На поверхности пористого вольфрама создается пористая активирующая пленка бария и стронция. Пленка, испаряясь, пополняется за счет диффузии сквозь вольфрам атомов бария и стронция из таблетки окислов этих металлов. Их преимуществом является стойкость при электронной и ионной бомбардировке.

В так называемых синтерированных катодах оксид наносится на никелевую губку или сетку. Сопротивление подобного катода значительно снижается, и он гораздо меньше склонен к искривлению и возникновению очагов перегрева.

Катоды прямого накала представляют собой проволоку круглого или прямоугольного сечения. Толщина ее бывает от 0,01 мм у самых маломощных ламп до 1–2 мм у мощных ламп. Короткие катоды делаются прямыми. Более длинные изгибаются в виде ломаной линии. В ионных приборах нередко катод имеет форму соленоида. Мощные катоды этих приборов изготовляют из ленты, изогнутой «гармошкой» или по винтовой линии.

Достоинствами катодов прямого накала являются простота устройства и возможность их изготовления для самых маломощных ламп в виде тонких нитей на малый ток накала. Катоды прямого накала применяются в мощных генераторных лампах для маломощных переносных и передвижных радиостанций, питаемых от сухих батарей или аккумуляторов, так как в этих случаях важна экономия энергии источников тока.

Катод в виде тонкой нити после включения накала быстро разогревается, что весьма удобно. Но большим недостатком этих катодов являются паразитные пульсации анодного тока при питании накала переменным током. Они создают большие помехи, искажая и заглушая полезные сигналы. При слуховом приеме эти пульсации проявляют себя характерным гудением – «фоном переменного тока».

Недостатком тонких катодов прямого накала является микрофонный эффект. Он состоит в том, что анодный ток пульсирует при механических сотрясениях лампы. Внешние толчки создают у катода вибрации. Расстояние между катодом и другими электродами изменяется. Это и приводит к пульсации анодного тока.

Широкое применение имеют катоды косвенного накала. Обычно катод косвенного накала имеет никелевую трубку с оксидным слоем, внутрь которой вставлен вольфрамовый подогреватель, свернутый петлей. Для изоляции от катода подогреватель покрывается массой из прокаленной окиси алюминия, называемой алундом. При значительной длине подогреватель изгибают несколько раз или скручивают по винтовой линии. В некоторых лампах катод сделан в виде невысокого цилиндра с верхним основанием, покрытым оксидом. Внутри цилиндра находится подогреватель с алундовой изоляцией, имеющий форму петли, свернутой спиралью. Катоды косвенного накала, как правило, оксидные.