Статические характеристики триода

Закон степени 3/2. Количественную оценку зависимо­сти тока в триоде от напряжений его электродов можно прове­сти, заменив оба напряжения, создающие результирующее электри­ческое поле у катода, некоторым эквивалентным напряжением, подведенным к одному из электродов лампы и создающим такое же суммарное поле у катода. Это напряжение называется действую­щим и обозначается через . Эквивалентный электрод располагается в плоскости витков сетки (см.рис.3).

Применение понятия действующего напряжения позволяет при­вести триод к эквивалентному диоду (рис.4) и воспользоваться соотно­шениями, справедливыми для диода.

Действующее напряжение вычисляется, исходя из того, что напряженность поля у катода в триоде и в эквивалентном диоде одинакова, а сетка в триоде до­статочно густая, так что поле у катода триода можно считать однородным. При этих условиях действующее напряжение оказывается равным

= + , (1)

где - проницаемость триода – коэффициент, представляющий собой отношение емкости анод – катод к емкости сетка – катод ( = / ).

Равенство (1) можно интерпретировать следующим образом. Напряжение сетки , подведенное к аноду эквивалентного диода, дей­ствует в пространстве у катода так же, как и в триоде, поэто­му оно входит без какого-либо коэффициента в действующее на­пряжение. Анодное напряжение действует в околокатодном прост­ранстве значительно слабее из-за того, что анод расположен дальше от катода, чем сетка, а также из-за экранирования сет­кой околокатодного пространства, поэтому анодное напряжение входит в действующее напряжение с коэффициентом , меньшим единицы ( < 1). Применительно

к графикам распределения потенциала в междуэлектродном пространстве триода (см. рис.3б) действующее напряжение относится к сечению “ ”.

Таким образом, проницаемость характеризует степень ослабления влияния напряжения анода на напряженность поля вблизи катода. Чем сетка гуще, тем меньше проницаемость.

Заменив триод эквивалентным диодом, можно применить к этому диоду закон степени 3/2. В качестве анодного напряжения диода при этом используется действующее напря-жение, определяемое формулой (1). Ток диода, входящий в выражение закона степени 3/2, в случае триода представляет собой весь ток, который создается электронами, движущимися от катода к аноду и сетке, т.е. катодный ток.

Следовательно, уравнение катодного тока в триоде имеет вид

= + = k = k ( + )^3/2, (2)

Коэффициент k, входящий в формулу (2 был определен ранее (см. лекцию № 13).

Закон степени 3/2 позволяет находить суммарный ток триода, не разделяя его на составляющие. При < 0 катодный ток равен анодному и выражение (2) может быть использовано для расче­та анодного тока по известным напряжениям электродов.

С помощью закона степени 3/2 можно определить напряжение запирания при заданном напряжении анода. Положив в выражении (2) = 0 и подставив в него значение

= , получим

= - (3)

Закон степени 3/2 для триода позволяет дополнить опреде­ление проницаемости лампы. Для этого, приравняв нулю дифференциал катодного тока ( = 0), определенный в соответствии с выра­жением (2),

= ,

найдем

= - при =0 (или =const). (4)

Из формулы (4) следует, что проницаемость триода показывает, на сколь­ко вольт необходимо изменить напряжение сетки, чтобы при из­менении анодного напряжения на 1 В катодный ток остался по­стоянным. Проницаемость является положительной величиной, а знак минус в выражении (4) компенсирует противоположность знаков приращений напряжений анода и сетки.

В итоге, закон степени 3/2 дает возможность построить те­оретические статические вольт-амперные характеристики катодного тока триода.

Статические характеристики триода. В статическом режиме зависимости анодного и сеточного токов триода от напряжений анода и сетки выражаются четырьмя семействами характеристик: анодно-сеточных (прямой передачи) и сеточных (входных) при = const; анодных (выходных) и сеточно-анодных (обратной связи) при = const.

Анодно-сеточные и сеточные характеристики (рис.5). Семейство анодно-сеточных характеристик триода показано на рис.5а. В об­щих чертах вид этих характеристик в области < 0, когда анод­ный ток равен катодному, определяется законом степени 3/2. Од­нако реальные характеристики даже в области < 0 отличаются от теоретических. Они идут несколько более полого, чем теоре­тические характеристики, и медленнее приближаются к оси абс­цисс вблизи напряжения запирания. Для сравнения одна из теоре­тических характеристик показана на рисунке штриховой линией.

Главные причины отклонения реальных характеристик триода от теоретических те же, что и в случае с диодом. Спе

цифиче­ские для триода причины состоят в проявлении островкового и краевого эффекта.

Существо островкового эффекта заклю­чается в неравномерной эмиссии электронов с поверхности като­да из-за неодинаковой величины электрического поля у катода. При ост

ровковом эффекте из участков катода (островков), рас­положенных против междувитковых промежутков, наблюдает-

ся бо­лее интенсивная эмиссия, чем из участков катода, расположен­ных против витков сетки.

Островковый эффект при увеличении отрицательного напряже­ния сетки ведет к увеличению проницаемости лампы, а значит, и к увеличению напряжения запирания, как следует из выражения (3), т.е. к появлению "хвоста" у характеристики. Увеличе­ние проницаемости при повышении отрицательного напряжения можно объяснить уменьшением рабочего "островка" на поверхно­сти катода и удалением его от витков сетки. Вследствие этого степень воздействия сеточного напряжения на катодный ток умень­шается, в то время как влияние напряжения анода на катодный ток не изменяется из-за одинакового удаления анода от любой точки катода.

В появлении "хвоста" у реальной характеристики при малых токах определенную роль играет также краевой эффект, состоя­щий в том, что при недостаточно длинной сетке в триоде элект­роны могут двигаться к аноду, обходя ее с краев. Эти электро­ны образуют обычно небольшой по величине неуправляемый ток, наблюдающийся иногда даже при очень больших отрицательных на­пряжениях сетки.

Анодно-сеточные характеристики в области < 0, снятые при различных напряжениях анода, отличающихся друг от друга на одинаковую величину, располагаются примерно на равных рас­стояниях вдоль оси сеточного напряжения. Это вытекает непос­редственно из закона степени 3/2. Если шаг изменения анодного напряжения равен , то при =const расстоя­ние между характеристиками вдоль оси сеточного напряжения со­ставит величину =- . Так как проницаемость лампы с ростом катодного тока уменьшается из-за островкового эффекта, то расстояние вдоль оси между характеристиками в верхней части уменьшается, а книзу увеличивается. Эта особенность харак­теристик наблюдается у всех триодов в более или менее выраженной степени.

В области положительных напряжений сетки помимо анодного тока появляется сеточный ток, который может быть значительным при напряжениях анода, соизмеримых с напряжениями сетки (рис.5б).

Увеличение напряжения сетки ведет к росту катодного тока, который распределяется между сеткой и анодом. При больших на­пряжениях анода увеличение положительного напряжения сетки ведет к росту как сеточного, так и анодного тока.

Изменение анодного напряжения в области больших напряже­ний сдвигает анодно-сеточную характеристику и почти не изме­няет наклон сеточной характеристики. Если напряжение анода невелико, то вследствие сильного влияния сетки на катодный ток с увеличением напряжения сетки рост анодного тока замедляется, а рост сеточного тока ускоряется. Это проявляется особенно сильно в режиме возврата» При больших напряжениях сетки рост анодного тока прекращается и анодный ток может начать даже уменьшаться, несмотря на рост катодного тока. Наиболее ярко эта особенность анодно-сеточных характеристик проявляется при = 0, когда анодный ток вначале растет вместе с увеличением катодного тока, а затем уменьшается вследствие возврата к сетке большого количества электронов, попадающих в усиливающееся тормозящее поле.

Особенностью сеточных характеристик (рис.5б) является существенное различие в изменениях тока сетки при одинаковом шаге изменения анодного напряжения в области режима возврата и близкого к нему режима и в области режима прямого перехвата. В любом режиме сеточная характеристика, снятая при большем анодном напряжении, идет ниже, чем снятая при меньшем напряжении.

Анодные и сеточно-анодные характеристики. Анодные характеристики триода показаны на рис.6 сплошными линиями, а сеточто-анодные - штриховыми.

При отрицательных напряжениях сетки с увеличением анодно-^чо напряжения характеристики смещаются почти па

раллельно. Соседние характеристики, как следует из закона степени 3/2, отстоят друг от друга вдоль оси на расстояние = - .

В области высоких анодных напряжений характеристики рас­ходятся веером, т.е. угол наклона их к оси абсцисс уменьшается, так как с ростом напряжения анода проницаемость снижается. Уменьшение проницаемости при высоких значениях анодного напря­жения объясняется увеличением рабочих "островков" на поверхно­сти катода вследствие действия сильного суммарного поля. В ре­зультате этого витки сетки приближаются к рабочим островкам, т.е. воздействие сетки на катодный ток увеличивается, и про­ницаемость триода уменьшается.

При положительных напряжениях сетки с увеличением анодно­го напряжения анодный ток в режиме возврата вначале быстро воз­растает за счет уменьшения количества возвращающихся к сетке электронов, обусловленного ослаблением тормозящего поля между сеткой и анодом. Снижение пространственного заряда, образован­ного электронами в этом промежутке, еще больше ослабляет тор­мозящее поле. В дальнейшем рост анодного тока замедляется и триод переходит в режим прямого перехвата. При увеличении на­пряжения сетки характер кривой анодного тока остается прежним, но характеристика идет выше, так как катодный ток увеличива­ется.

Особенностью анодных характеристик >0 является прак­тически полное их совпадение в начальной части - в режиме возврата. Слабое влияние увеличивающегося сеточного напряже­ния на положение начального участка анодных характеристик связано с ростом пространственного заряда между сеткой и анодом, приводящим к увеличению тормозящего поля в этом про­межутке. Сильное тормозящее поле препятствует увеличению анод­ного тока, несмотря на рост катодного тока, обусловленный уве­личением сеточного напряжения.

Зависимость сеточного тока от анодного напряжения, по су­ществу, была рассмотрена ранее (см.рис.3б). Следует лишь от­метить, что с ростом анодного напряжения сеточный ток быстро уменьшается в режиме возврата, а затем остается примерно по­стоянным в режиме прямого перехвата. Характеристика располага­ется тем ниже, чем меньше положительное напряжение сетки.