Как работает триод

А теперь воспользуемся нашим самодельным диодом и поместим между его катодом и анодом сетку примерно в том виде, какой она была в первых конструкциях радиоламп (рис. 109). Получится триод. Присоединим к его электродам накальную и анодную батареи. В анодную цепь включим миллиампер­метр, чтобы следить за всеми изменениями тока в этой цепи.

Сетку временно соединим проводником с катодом (рис. 109,а). В этом случае сетка, имея нулевое напряжение относительно катода, почти не оказывают влияния на анодный ток: анодный ток будет примерно таким же, как в случае с диодом.

Удалим проводник, замыкающий сетку на катод, и включим между ними батарею с небольшим напряжением, но так, чтобы ее отрицательный полюс был соединен с катодом, а положительный — с сеткой (рис. 109, б). Эту батарею назовем сеточной и обозначим Бс. Теперь сетка находится под положительным напряжением относительно катода. Она стала как бы вторым анодом. Образовалась новая цепь — сеточная, состоящая из участка сетка — катод, батареи Бс и соедини­тельных проводов. Имея положительный заряд, сетка притягивает к себе элект­роны. Но набравшие скорость электроны будут перехвачены силой притяжения более высокого, чем на сетке, анод­ного напряжения. В результате анодный ток станет больше, чем тогда, когда сетка была соединена непосредственно с катодом. Такой же прирост анодного тока можно было бы получить за счет повы­шения анодного напряжения, но для этого пришлось бы в анодную бата­рею добавить в несколько раз боль­ше элементов, чем имеет сеточная батарея.

Если добавить к сеточной ба­тарее еще два-три элемента и тем самым увеличить напряжение на сет­ке, анодный ток еще больше возрас­тет. Значит, положительное напря­жение на сетке помогает аноду при­тягивать электроны, способствует росту анодного тока. При этом не­которая часть электронов оседает и на сетке. Но они сразу же «сте­кают» через сеточную батарею на катод. Появляется небольшой се­точный ток — ток сетки.

С повышением положительного напряжения на сетке увеличивается анодный ток лампы, но одновремен­но растет и ток сетки. Может слу­читься, что при некотором доволь­но большом напряжении на сетке ток в ее цепи станет больше анод­ного. Это объясняется тем, что сетка, находясь ближе к нити накала, притя­гивает к себе электроны сильнее, чем удаленный анод. В этом случае выле­тевшие из нити электроны так разделятся между сеткой и анодом, что боль­шая часть их придется на долю сетки. Такое явление крайне нежелательно для работы лампы — она может испортиться.

Теперь поменяем местами полюсы батареи Бс, чтобы на сетке относительно катода было отрицательное напряжение (рис. 109, в). Посмотрим на стрелку мил­лиамперметра. Она покажет значительно меньший анодный ток, чем в предыдущем эксперименте. Почему анодный ток резко уменьшился? На пути электронов ока­зался отрицательно заряженный электрод, который препятствует движению их к аноду, отталкивает электроны обратно к катоду. Часть электронов, обладающих наибольшими скоростями, все же «проскочит» через отверстия в сетке и достигнет анода, но число их будет во много раз меньше, чем при положительном напряжении на сетке. Этим и объясняется резкое ослабление анодного тока.

По мере увеличения отрицательного заряда на сетке ее отталкивающее действие на электроны будет возрастать, а анодный ток — уменьшаться. А при некотором достаточно большом отрицательном напряжении на сетке она не про­пустит к аноду ни одного электрона — анодный ток вообще исчезнет (рис. 109, г). Следовательно, отрицательное напряжение на сетке «закрывает» лампу. Изменение Напряжения на сетке оказывает в несколько раз более сильное влияние на анодный ток, чем такое же изменение напряжения на аноде лампы.

Рис. 110. Триод-усилитель.

Сетка управляет потоком электронов, летящих от катода к аноду лампы. Поэтому сс называют управляющей. Это свойство триода и используется для усиления электри­ческих колебаний.

Работу триода как усилителя можно иллюстрировать схемой и графиками, показанными на рис. 110. Здесь к участку сетка — катод лампы, т. е. в цепь сетки, подается переменное напряжение Uс, которое надо усилить. Источником этого напряжения может быть детекторный приемник, микрофон, звукоснима­тель. В анодную цепь лампы включена анодная нагрузка — резистор Ra. Пока в цепи сетки нет переменного напряжения (участок 0а на графиках), в анодной цепи течет не изменяющийся по величине ток Iа, соответствующий нулевому напряжению на сетке. Это среднее значение анодного тока — тек покоя. Но вот в цепи сетки начало действовать переменное напряжение (на графиках — участки аб). Теперь сетка периодически заряжается то положительно, то отрица­тельно, а анодный ток начинает колебаться: при положительном напряжении на сетке он возрастает, при отрицательном — уменьшается. Чем больше изменяется напряжение на сетке, тем значительнее амплитуда колебаний анодного тока. При этом на выводах анодной нагрузки Rd появляется переменная составляю­щая напряжения, которая может быть подана в цепь сетки другой такой же лампы и еще раз усилена ею. Если в цепь сетки подавать напряжение звуковой частоты, скажем, от детекторного приемника, а в анодную цепь вместо резистора Rа включить головные телефоны, то усиленное лампой напряжение заставит телефоны звучать во много раз громче, чем при подключении к детекторному приемнику.

Какое усиление может дать лампа? Это зависит от ее конструкции, в частности от густоты и расположения сетки относительно катода. Чем сетка гуще и ближе расположена к катоду, тем сильнее сказывается влияние ее напряжения на элект­ронный поток внутри лампы, тем значительнее колебания анодного тока, тем, следовательно, лампа дает большее усиление. Выпускаемые нашей промыш­ленностью триоды в зависимости от их назначения обладают различными усилительными свойствами. Одни из них могут дать двадцати-тридцатикратное усиление, другие позволяют усиливать напряжение в несколько сотен и даже ты­сячи раз.

Пока я здесь рассказывал о триоде, ты, вероятно, невольно сравнивал его с биполярным транзистором. В самом деле, катод лампы напоминает эмиттер, анод — коллектор, а управляющая сетка — базу транзистора. По своим функциям эти электроды очень схожи, но, как ты в этом убедился, физические процессы, происходящие в трехэлектродной лампе и транзисторе, никак нельзя назвать оди­наковыми. Да, юный друг, в твердом теле биполярного транзистора работают отрицательные и положительные носители тока, а в вакууме электронной лампы только отрицательные — электроны. Иное дело — полевой транзистор, в канале, которого ток образуется только положительными зарядами (в канале p-типа) или только отрицательными зарядами (в канале n-типа). Полевой транзистор по своим свойствам близок к электронной лампе. Поэтому по функциональным обязанностям катод лампы можно сравнить с истоком, анод— со стоком, а сетку — с затвором полевого транзистора.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель