Устройство и принцип действия триода

Триод – трехэлектродная электронно-управляемая лампа, имеющая катод, анод и управляющий электрод, который обычно имеет форму сетки. Основой электровакуумного диода является триодная ЭВС. Конструкция триода в общих чертах подобна конструкции электровакуумного диода, но в отличие от последнего он содержит дополнительный электрод.

Схема по­перечного сечения системы электродов триода показана на рис.1, где 1 - анод, 2 - сетка, 3 -катод, 4 - траверсы (стойки крепления) анода, 5 - траверсы сет­ки. Сетка предназначена для уп­равления анодным током и распо­лагается вблизи катода. Как пра­вило, сетка изготовляется в виде спиральной проволоки из никеля, молибдена, вольфрама и не­которых других материалов. С целью уменьшения температуры нагрева за­частую сетку чернят, а для уменьшения эмиссии ее покрывают слоем материала (золота, платины и др.), имеющего большую ра­боту выхода.

Сетка укрепляется на ножке лампы с помощью траверс. В не­которых случаях с целью обеспечения жесткости конструкции и во избежание коротких замыканий с катодом при расположении его вблизи сетки витки сетки навиваются на рамку, внутри ко­торой располагается катод в виде сплюснутого с двух сторон цилиндра. Такие сетки получили название рамочных. Они исполь­зуются в тех случаях, когда расстояние между сеткой и катодом составляет десятки микрометров.

Принцип действия триода (управления анодным током) заключается в управлении потоком электронов путем изменения на­пряжений управляющей сетки и анода, воздействующих на потенциальный барьер, создаваемый пространственным зарядом электронов, эмитируемых нагретым катодом.

Триод чаще всего используется при включении по схеме с общим катодом (рис.2), поэтому в дальнейшем потенциалы электродов от­считываются относительно катода, потенциал которого принимает­ся равным нулю. По этой причине отпадает необходимость в двой­ных индексах при обозначении напряжений.

Обычно триод используется в режиме, при котором анод име­ет потенциал в несколько десятков или сотен вольт. Потенциал сетки, как правило, в 10 - 100 раз меньше и может быть как отрицательным, так и положительным. Напряжение накала катода в триоде, как и в диоде, поддерживается неизменным.

В триоде анодный ток обусловлен дей­ствием двух напряжений: анодного и сеточного . С этими напряжениями связаны электрические поля в междуэлектрод­ном пространстве триода и, в частности, результирующее поле в пространстве между катодом и сеткой, оказывающее воздейст­вие на пространственный заряд у катода, а значит, и на ток катода.

На рис.3а показана схема взаимного расположения элект­родов в триоде, а на рис.3б - кривые распределения потенциала в междуэлектродном пространстве в плоскости, проходящей между вит­ками сетки. След этой плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, отображен на рис.3а прямой

А-А.

Пусть при положительном анодном напряжении = на сетку подано такое отрицательное напряжение = , что тормозящее электрическое поле, создаваемое зарядом сетки в промежутке между катодом и сеткой, настолько компенсирует ускоряющее поле, проникающее сквозь сетку от анода к катоду, что результирующее поле в сечении по линии, ортогональной оси и обозначенной “ ”, становится тормозящим, а по-

тенциальный минимум таким, что вылетевшие из катода электроны преодолеть его не могут (линия 1). В этом случае ток катода равен нулю.

По мере уменьшения по модулю отрицательного напряжения сетки тормозящее поле сетки в промежутке сетка – катод будет ослабевать, и при некотором напряжении = < 0 результирующий потенциал в сечении “ ” станет равным нулю (линия 2), а потенциальный минимум еще останется непреодолимым для электронов, вылетающих из катода. Такое напряжение сетки получило название напряжения запирания = = . При этом ток катода еще равен нулю.

При напряжении сетки = < 0 и | | < | | ускоряющее поле анода в промежутке сетка – катод будет преобладать над тормозящим полем сетки (линия 3), потенциал в сечении “ ” будет положительным, потенциальный барьер, создаваемый пространственным зарядом у катода, понизится и станет преодолим для электронов. В этом случае ток анода будет равен току катода, а ток сетки равен нулю ( = , = 0).

При изменении напряжения сетки в интервале 0 – будут изменяться высота потенциального барьера и соответственно катодный и равный ему анодный ток, т.е. напряжение сетки будет управлять анодным током. Рассмотренный режим получил название режима без сеточного тока, поскольку в указанном выше диапазоне изменения напряжения сетки 0. По причине отсутствия тока сетки этот режим наиболее широко используется на практике.

При положительном напряжении сетки = > 0, если < (линия 4), результирующее поле в пространстве между сеткой и катодом увеличивается, потенциаль­ный барьер, создаваемый пространственным зарядом электронов у катода, уменьшается и ток увеличивается. Вследствие положи­тельного заряда сетки часть электронов притягивается к сетке и, попадая на нее, образует сеточный ток, так что анодный ток перестает быть равным катодному току. Увеличение положитель­ного напряжения сетки вызывает рост катодного тока, так как минимум потенциала, ограничивающий величину тока, уменьшает­ся. В этом режиме практически все электроны, пролетающие между витками сетки, попадают на анод. На сетку же попадают лишь те электроны, которые непосредственно встречают ее на своем пути, либо проле­тают на таком близком расстоянии от сетки, что она может их захватывать. Такой режим работы триода, когда часть электро­нов из общего потока перехватывается сеткой, образуя сеточный ток, а все электроны, прошедшие плоскость сетки, достигают анода, называют режимом прямого перехвата.

Если положительное напряжение сетки превышает напряжение анода = > (линия 5), то электроны, пролетев сетку, попадают в тормозящее по­ле, движение их замедляется и вследствие этого плотность про­странственного заряда между сеткой и анодом увеличивается, что и отображено на рис.2бвыпуклостью кривой 5 на участке сетка - анод. Увеличению пространственного заряда способству­ет также возвращение к сетке некоторых электронов, летящих к аноду под углом, не равным 90°. Эти электроны при возвраще­нии к сетке могут не попасть на нее и пройти в пространство между сеткой и катодом, где действует поле, тормозящее их движение и возвращающее электроны снова в пространство между сет­кой и анодом. В результате электрон может совершить большое число колебаний (до 30-40), прежде чем попадет на сетку. Такой режим работы триода, когда не все электроны, пролетевшие плоскость сетки достигают анода, а частично возвращаются на сетку, образуя сеточный ток, получил название режима возврата.

В режимах прямого перехвата и возврата – режиме токораспределения – ток катода = + , а в режиме без сеточного тока = .