В первой части популяризаторы радиотехники из 1947 года рассказали нам, как работает диод. В этой части мы продолжим получать знания и послушаем, что они думают о триоде.
История
В 1906 году американский изобретатель Ли де-Форест в качестве эксперимента поместил между анодом и катодом диода (см. 1 часть) сетку из проволоки. Так родилась радиолампа с тремя электродами – триод. Это был серьезный прорыв, подтолкнувший радиотехнику к бурному развитию. В отличие от диода триод не просто проводит ток в одну сторону, но и усиливает слабые электрические сигналы.
Интересно. Третий электрод изобретатель так и назвал – сетка. Это название прижилось и даже сегодня используется, хотя далеко не всегда этот электрод имеет вид сетки.
Триод
Третий электрод – сетка – ни с чем не соединяется, а просто расположен между анодом и катодом, ближе к катоду. Проводник, подключенный к сетке, выведен из колбы наружу. Если подключить сетку к катоду через батарею, то ее можно заряжать положительно или отрицательно в зависимости от полярности подключения этой батареи, получившей название сеточная.
Если сетка напрямую подключена к катоду, то имеет относительно него нулевой потенциал и никак не влияет на работу прибора – электроны свободно пролетают сквозь нее от катода к аноду. Ведь отношение размеров окон сетки к размерам электронов такое же, как межпланетные расстояния к размеру человека. Лампа ведет себя как обычный диод.
Но стоит сетке получить положительный или отрицательный потенциал относительно катода, как картина резко меняется. При отрицательном заряде сетка начинает отталкивать электроны, имеющие тот же заряд, обратно к катоду. Если увеличивать отрицательный потенциал, то все меньше электронов будет достигать анода и, в конце концов, ток через лампу прекратится. Этот ток называется анодным.
При положительном заряде сетки относительно катода будет наблюдаться противоположная картина. Сетка начнет притягивать электроны. Но, как мы помним, размер окна сетки очень велик и электроны будут пролетать сквозь нее к аноду, получая дополнительную энергию от сетки, что увеличит их скорость.
Несмотря на большой относительно электронов размер окна сетки, некоторые электроны все же будут «застревать» на ней, образуя сеточный ток. На рисунке выше он изображен в виде человечков, убегающих по проводнику сетки.
Если увеличивать положительный потенциал на сетке, то скорость, пролетающих сквозь нее электронов будет возрастать. Соответственно будет возрастать и анодный ток. Но бесконечно так продолжаться не может. При определенной величине положительного потенциала на сетке рост анодного тока прекратится, поскольку катод не будет успевать эмитировать электроны. Наступит насыщение лампы.
При дальнейшем увеличении потенциала на сетке увеличится только сеточный ток, но лишь за счет электронов, которые до этого могли пролететь к аноду, а сетка благодаря своему высокому потенциалу их перехватила. Таким образом, анодный ток уменьшится на то же значение, на которое увеличится сеточный. Если напряжение на сетке превысит напряжение на аноде, то сетка, по сути, превратится в анод. Анодный ток станет равным нулю, а сеточный анодному. Это наглядно отображено на графике, приведенном ниже.
Такой график называется характеристикой триода. Он отлично отображает то, о чем мы говорили. При нулевом потенциале на сетке анодный ток имеет некоторое значение. При увеличении отрицательного заряда на сетке анодный ток снижается вплоть до нуля. При увеличении положительного анодный ток растет, потом лампа входит в насыщение и, наконец, анодный ток резко уменьшается – все электроны у анода перехватывает сетка.
Свойства усиления
Это самое главное свойство триода. Анодный ток можно изменять двумя методами – изменением величины анодного напряжения и изменением величины сеточного напряжения. Второй метод значительно сильнее влияет на анодный ток, поскольку сетка расположена ближе к катоду.
Числовой коэффициент, указывающий во сколько раз влияние сеточного напряжения на анодный ток больше влияния анодного напряжения, называют коэффициентом усиления лампы. К примеру, если изменение анодного напряжения на 20 В изменяет анодный ток на величину n, то для такого же эффекта достаточно изменения сеточного тока на 1 В. В нашем примере коэффициент усиления лампы будет равняться 20.
Изменение конструкции
Длительное время катод представлял собой нихромовую спираль, которая подогревалась пропусканием через нее электрического тока от батарей. Поскольку ток подогрева был постоянным то и анодный ток был постоянным. Но если разогревать спираль переменным током, как это делается сегодня, то анодный ток будет пульсирующим. В радиоприемнике, к примеру, такой эффект будет проявляться в гудении громкоговорителя с частотой равной частоте тока накала.
Но выход был найден. Было решено нагревать катод косвенным методом. Спираль, не имеющая никакой электрической связи с катодом, нагревается под действием переменного тока, а ее тепло нагревает катод. В современной лампе нагреватель представляет собой керамический цилиндрик с размещенным внутри нагревателем, который вводится в катод, имеющий цилиндрическую форму. При этом никакого электрического контакта нити накала с катодом нет.
Катод просто нагревается теплом керамического цилиндрика с нитью накала. Благодаря высокой тепловой инерционности цилиндрика никаких пульсаций анодного тока не происходит. Сам же катод стали покрывать окислами щелочных металлов – стронция, бария, цезия и пр. Эти металлы обладают высокой эмиссионной способностью даже при сравнительно низких температурах (до 600 °С).
Ну вот вроде и все, что нам смогли поведать специалисты тех далеких годов о трехэлектродной лампе - триоде. В следующей части они собираются оснастить лампу еще одним электродом. Посмотрим, что у них из этого получится.