Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 27

а — с общей сеткой; б — с общим катодом; в — с общим анодом

Анодный ток триода Iа зависит от анодного Uа и сеточного напряжений Uс. Для маломощного триода анодный ток обычно равен 5—15 мА. Анодные напряжения обычно лежат в пределах 100–300 В. Сеточные напряжения находятся в диапазоне —1…—10 В. Напряжение накала составляет от нескольких до 10–20 В, ток накала обычно меньше 0,5 А, мощность накала для маломощных триодов составляет несколько ватт.

Наиболее полно триод характеризуют три параметра: внутреннее сопротивление, крутизна, коэффициент усиления.

Внутреннее сопротивление триода, или анодное сопротивление, выражается формулой

Обычно его приводят в килоомах.

Крутизна характеристики лампы обозначается как S, выражается формулой

и приводится в миллиамперах на вольт.

Коэффициент усиления обозначается через μ и выражается как

Коэффициент μ является безразмерной величиной. Знак минус означает, что для поддержания постоянного значения Iа приращения ΔUа и ΔUс должны быть разного знака. Для трех основных параметров триода существует зависимость μ = Ri·S.

Указанные параметры можно определить непосредственно (измерением) либо на основе статических характеристик триода. Их значения зависят от выбора рабочей точки.

Уравнение анодного тока триода можно записать в следующем виде:

Ia = (1/Ri)·Ua + S·Uc = (Ea/Ra)- (Ua/Ra)

Для типовых маломощных триодов имеем следующие параметры:

Ri = 1—50 кОм; S = 2—15 мА/В; μ = 5-100.

Триод является нелинейным активным элементом схемы, параметры которого зависят от условий работы, в основном от постоянных напряжений и токов в схеме, т. е. от рабочей точки и частоты. По сравнению с транзистором триод характеризуется меньшей зависимостью параметров от условий работы, в частности зависимость параметров триода от уровня сигнала является значительно меньшей, чем у транзисторов. Вид эквивалентной схемы зависит от схемы включения триода (ОА, ОК или ОС). Как правило, эквивалентные схемы представляют в виде физических моделей. Эквивалентные схемы для режима малого сигнала используются реже, поскольку физическая модель триода оказывается вполне достаточной как для малых, так и для больших сигналов. Кроме того, образующие эту модель элементы почти не зависят от уровня сигнала. Значения емкостей и индуктивностей, входящих в физическую модель, также почти не зависят от частоты, их реактивное сопротивление является функцией частоты.

По сравнению с биполярным транзистором триод как элемент схемы отличается значительно более высокими входным и выходным сопротивлениями.

Схема ОК является типовой схемой работы триода. В этой схеме сигнал подводится между сеткой и катодом, а нагрузка включается между анодом и катодом (рис. 4.42,а). В эквивалентной схеме (рис. 4.42,б) содержатся три междуэлектродные (внутриламповые) емкости Сск, Сак, Сса. Их значения зависят от конструкции лампы, формы и размеров отдельных электродов. Обычно они лежат в пределах 2–6 пФ. Емкость Сас меньше «видимой» со стороны генератора, т. е. входной емкости (динамической). Она выражается следующей формулой:

Cвх = Сск + Сса·(1 + Кu)

где К — усиление триода по напряжению в данной схеме. Выходная емкость триода также увеличивается при росте усиления.

Рис. 4.42. Триод в усилительной схеме с ОК (а) и его физическая модель (б)

Свойства схемы ОК аналогичны со схемой ОЭ с тем отличием, что численные значения коэффициента усиления и сопротивлений другие. Важным свойством, типичным для триода, является зависимость входной и выходной емкости от усиления по напряжению.

Типичными статическими характеристиками триода являются: анодная характеристика (рис. 4.43, а) — зависимость анодного тока от анодного напряжения Uа при постоянном значении напряжения Uс, т. с. Iа = f(Uа) при Uc = const; анодно-сеточная характеристика (рис. 4.43, б) — зависимость анодного тока от сеточного напряжения при постоянном напряжении Ua, т, е. Iа = f(Uc) при Iа = const; проходная характеристика — зависимость анодного напряжения от сеточного Uc при постоянном анодном токе, т. е. Uа = f(Uc) при Iа = const.

Как видно из семейств анодных характеристик, анодный ток быстро возрастает при небольшом увеличении сеточного напряжения. При росте анодного напряжения он также растет, но не столь быстро. Ток не достигает уровня насыщения из-за использования оксидных катодов. Однако это не означает, что ток, протекающий через лампу, может быть произвольно большим. Существуют ограничения максимального тока с точки зрения как срока службы катода, так и максимальной мощности, которая может быть введена в лампу. Максимальные токи указываются в справочниках.

Из сеточной характеристики видно, что при небольших положительных напряжениях на сетке начинает протекать сеточный ток.

Значение этого тока зависит от анодного напряжения. Появление сеточного тока является нежелательным явлением и вызывает искажения выходного сигнала, поэтому рабочую точку лампы, работающей в качестве усилителя, следует выбирать таким образом, чтобы работа происходила без сеточного тока даже при небольших амплитудах входного сигнала[15].

Рис. 4.43. Статические выходные (а) Iа = f(Uа)) и передаточные (характеристики (б) Uc = const при Iа = f(Uc)

Схему включения триода ОА часто называют катодным повторителем. Входной сигнал подается между сеткой и анодом, а нагрузку включают между катодом и анодом (см. рис. 4.41, в).

На основе эквивалентной схемы можно показать, что входная емкость относительно мала. Мало также выходное сопротивление (Rвых ~= 1/S), в то же время очень велико входное сопротивление. Усиление по напряжению схемы ОА несколько меньше единицы.

Схему ОА часто применяют в качестве трансформатора сопротивлений благодаря высокому входному сопротивлению этой схемы (около 1 МОм) и малому выходному сопротивлению (около 76 Ом). Коэффициент передачи по напряжению такого «трансформатора» близок к. единице; малые емкости схемы ОА позволяют пропускать широкую полосу частот.

В триодной схеме ОС входной сигнал подводится между сеткой и катодом, а нагрузка включается между анодом и сеткой (см. рис. 4.41, а).

Можно показать, что выходная емкость схемы ОС относительно мала, а выходное сопротивление велико. Большим достоинством схемы ОС является очень малая емкость между входом и выходом, что особенно ценно при работе с высокочастотным сигналом. Входное сопротивление схемы ОС мало (Rвх ~= 1/S) и равно примерно 200 Ом. Усиление схемы по напряжению ближе к получаемому в схеме ОК, тогда как усиление по току примерно равно единице. Схема ОС находит применение в диапазоне высоких частот.

Рабочую точку триода выбирают так же, как и у транзистора. На семействе статических характеристик Iа = f(Uа) строят нагрузочную прямую. Положение рабочей точки выбирают так, чтобы получить соответствующую линейность выходного колебания без захода в область, в которой протекает сеточный ток, и не превысить допустимую мощность потерь на аноде. Это — наибольшая допустимая мощность рассеяния. Она равна произведению тока Iа и напряжения на аноде Uа, ее значение (около 1 Вт) указано в справочниках. При выборе рабочей точки следует также помнить о том, что нельзя превышать максимальных значений анодного тока напряжения, указанных заводом-изготовителем.