29. ДЕЙСТВУЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ЗАКОН СТЕПЕНИ ТРЕХ ВТОРЫХ ДЛЯ ТРИОДА
Действующее напряжение триода позволяет рассчитать катодный ток триода путем замены триода эквивалентным диодом. Эта замена состоит в следующем. Если в триоде на место сетки поместить анод, имеющий такую же поверхность, какую занимает сетка, то в этом диоде при некотором его анодном напряжении анодный ток получается равным катодному току в триоде. Напряжение, приложенное к аноду эквивалентного диода и создающее в нем анодный ток, равный катодному току реального диода, называется действующем напряжением ид. Его действие эквивалентно совместному действию сеточного и анодного напряжений. То есть действующее напряжение должно создавать около катода эквивалентного диода такую же напряженность поля, какая создается около катода триода.
Величина действующего напряжения определяется приближенно формулой Uд ~ Uс + Dиа = Uс + Uа /?.
Напряжение сетки действует своим полем без ослабления, а поле, создаваемое анодным напряжением в пространстве «сетка – катод», ослаблено за счет экранирующего действия сетки. Ослабление действия анода характеризуется проницаемостью D или коэффициентом усиления ?. Поэтому величину Uа нельзя складывать с Uс, а нужно сначала умножить ее на D или разделить на ? (? и D являются обратными величинами только при iс = 0).
Приближенная формула для Uд является приближенной, так как не учитывает, что поле около катода может быть неоднородным. Эта формула применяется в тех случаях, когда сетка не слишком редкая (при D<0,1 или ?>10).
Действующий заряд qд должен быть равен сумме заряда q1, созданного на катоде действием поля сетки, и заряда q2, созданного полем, проникающим сквозь сетку от анода. Выразим эти заряды через напряжения и емкости: q1= Сск, Uс и q2 = Сак Uа. Заряд q2 на катод равен той небольшой части всего заряда анода, от которой электрические силовые линии проходят сквозь сетку до катода. Заменяя qД суммой q1 + q2, получаем: uд = (q1 + q2) / Сс.к. = (Сс.к. uс + Са.к. uа) / Сс.к. = uс + uаСа.к. / Сск. Обозначим D= Са.к. / Сск. Тогда окончательно получим: uд = uс + DUa,
В эквивалентном диоде анодный ток равен катодному току триода, а роль анодного напряжения выполняет действующее напряжение. Поэтому закон степени трех вторых для триода можно написать так: iк = дuд3/2= g(ис + Duа)3/2.
Учитывая, что в эквивалентном диоде анод расположен на месте сетки реального триода, коэффициент g для триода с плоскими электродами равен: g = 2,33 · 10-6(Qа/ d2с.к.).
Поверхность анода эквивалентного диода в этом случае равна поверхности действительного анода.
Закон степени трех вторых для триодов является весьма приближенным. Существенное значение имеет неточность определения действующего напряжения. Тем не менее закон степени трех вторых полезен при рассмотрении теории работы триода и при конструировании ламп.
За счет начальных скоростей электронов, вылетающих из катода, контактной разности потенциалов и тер-мо-ЭДС, действующих в сеточной цепи, характеристика тока сетки начинается в области небольших отрицательных сеточных напряжений. Хотя ток сетки в этой области весьма невелик и у приемно-усилительных ламп составляет малые доли миллиампера, во многих случаях с ним приходится считаться. Реже встречаются характеристики тока сетки, начинающиеся в области положительных сеточных напряжений. Они получаются тогда, когда контактная разность потенциалов создает на сетке отрицательное напряжение и действует сильнее начальной скорости электронов.
В лампах, работающих при значительных положительных напряжениях на сетке, например генераторных, при возрастании положительного сеточного напряжения ток сетки сначала увеличивается и достигает максимума, который иногда располагается в области отрицательных значений тока. При дальнейшем увеличении напряжения сетки ток снова растет.
Такое явление объясняется вторичной эмиссией сетки. Под ударами первичных электронов при положительном напряжении сетки из нее выбиваются вторичные электроны. С увеличением сеточного напряжения коэффициент вторичной эмиссии растет и увеличивается поток первичных электронов, бомбардирующих сетку. Вследствие этого возрастает число вторичных электронов. Их поток направлен на анод, имеющий более высокий положительный потенциал.
В цепи сетки появляется ток вторичных электронов, имеющий направление, обратное току первич– ных электронов. Результирующий ток сетки уменьшается и может даже изменить направление на обратное, если коэффициент вторичной эмиссии больше 1. При этом ток анода возрастает, так как к току первичных электронов, летящих от катода, добавляется ток вторичных электронов.
Явление возникновения тока вторичных электронов называется динатронным эффектом.
Когда сеточное напряжение превысит анодное, то поле между анодом и сеткой станет тормозящим для вторичных электронов сетки и они будут возвращаться на сетку. Но зато вторичные электроны, выбиваемые из анода, будут ускоряться этим полем и лететь к сетке, т. е. возникает динатронный эффект со стороны анода. При этом ток сетки дополнительно возрастает за счет тока вторичных электронов, а ток анода несколько уменьшится.
При отрицательном сеточном напряжении существует очень небольшой сеточный ток. Он называется обратным сеточным током, потому что его направление противоположно направлению сеточного тока при положительном напряжении сетки (электроны обратного тока во внешних проводах сеточной цепи движутся по направлению к сетке). Обратный сеточный ток имеет несколько составляющих: ионный ток, тер-моток и ток утечки.
С уменьшением отрицательного напряжения сетки увеличивается анодный ток и возрастает ионизация. К сетке подходит большее число ионов, ионный ток растет. При положительном напряжении сетки электронный ток резко возрастает и настолько преобладает над ионным, что последний уже практически не играет роли. Если сетка имеет высокую температуру, то может возникнуть ток термоэлектронной эмиссии (термоток) сетки. Для уменьшения этого тока сетки делают из металла с большой работой выхода и малым коэффициентом вторичной эмиссии.
31. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРИОДА
Анодно-сеточной характеристикой называется график зависимости анодного тока от сеточного напряжения при постоянных значениях напряжения анодного источника и сопротивления нагрузки. В отличие от статических характеристик для рабочей характеристики не ставится условие постоянства анодного напряжения, так как оно в рабочем режиме меняется. Форма рабочей характеристики и ее положение зависят от величины и характера анодного нагрузочного сопротивления.
Для построения анодно-сеточной рабочей характеристики должны быть заданы семейство анодно-сеточных статических характеристик, напряжение анодного источника и сопротивление нагрузки.
Если напряжение анода равно напряжению анодного источника, а ток равен нулю, то лампа заперта, так как только в этом случае нет падения напряжения на сопротивлении нагрузки.
Рабочая анодно-сеточная характеристика имеет меньшую крутизну, чем статические характеристики. Чем больше анодный ток, тем меньше становится анодное напряжение. Поэтому рабочая характеристика всегда проходит, пересекая статические характеристики. Наклон рабочей характеристики зависит от сопротивления нагрузки. С увеличением сопротивления нагрузки анодный ток уменьшается и рабочая характеристика проходит более полого. Когда сопротивление нагрузки постоянно, то рабочая характеристика сдвигается вправо, если напряжение анодного источника уменьшается, или влево, если анодное напряжение увеличивается.
С помощью рабочей характеристики можно рассчитать изменения анодного тока при изменении сеточного напряжения. Можно определить и анодное напряжение, если учесть, что каждая точка рабочей характеристики соответствует некоторому анодному напряжению.
Для построения анодной рабочей характеристики должны быть заданы семейство статических анодных характеристик, а также анодное напряжение и сопротивление нагрузки. Рабочая характеристика представляет собой линию нагрузки.
С помощью линии нагрузки можно определить анодный ток и анодное напряжение при любом напряжении сетки. Линия нагрузки позволяет решать и другие задачи. Можно, например, найти, при каком сеточном напряжении получается анодный ток нужной величины.
Рабочая анодная характеристика по сравнению с анодно-сеточной имеет некоторые преимущества. Поскольку она является прямой, то строится по двум точкам и получается точнее. С ее помощью удобнее определяется анодное напряжение, так как оно отложено по оси абсцисс. Для практических расчетов чаще используют рабочую анодную характеристику, хотя в некоторых случаях более удобной оказывается анодно-сеточная характеристика.
