Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]
Внутреннее устройство одной из таких ламп-триода — показано на рис. 216. Эта лампа отличается от диодов наличием в ней спирали — сетки. На схемах сетки обозначают штриховыми линиями, расположенными между катодом и анодом.
Рис. 216. Устройство и изображение триода на схемах
Триоды, тетроды и пентоды — универсальные радиолампы. Их применяют для усиления переменных и постоянных токов и напряжений, в качестве детекторов, для генерирования электрических колебаний разных частот и многих других целей. Принцип работы радиолампы основан на направленном движении в ней электронов. «Поставщиком» же электронов внутри лампы является катод, нагретый до температуры 800-2000 °C.
В чем сущность этого явления?
Если кастрюлю, наполненную водой, поставить на огонь, то по мере нагревания частицы воды начнут двигаться все быстрее и быстрее. Наконец, вода закипит. При этом частицы воды будут двигаться с настолько большими скоростями, что некоторые из них оторвутся от поверхности воды и покинут ее — вода начнет испаряться. Нечто подобное наблюдается и в электронной лампе. Свободные электроны, содержащиеся в раскаленном металле катода, движутся с огромными скоростями. При этом некоторые из них покидают катод, образуя вокруг него электронное «облако». Это явление испускания, или излучения, катодом электронов называют термоэлектронной эмиссией. Чем сильнее раскален катод, тем больше электронов он испускает, тем гуще электронное облако, когда говорят, что «лампа потеряла эмиссию», это значит, что с поверхности ее катода свободные электроны по какой-то причине вылетают в очень малом количестве. Лампа с потерянной эмиссией работать не будет.
Однако чтобы электроны могли вырываться из катода, надо не только нагреть его, но и освободить окружающее пространство от воздуха. Если этого не сделать, вылетающие электроны потеряют скорость, «завязнут» в молекулах воздуха. Поэтому-то в электронной лампе и создают вакуум. Откачивать воздух необходимо еще и потому, что при высокой температуре катод поглощает кислород воздуха, окисляется и быстро разрушается. К этому нужно добавить, что на поверхность катода наносят слой окислов бария, стронция и кальция, обладающий способностью излучать электроны при сравнительно низкой температуре нагрева.
КАК РАБОТАЕТ ДИОД
Самой простой радиолампой-диодом — может стать любая лампа накаливания, если внутрь ее баллона впаять металлическую пластинку с выводом наружу (рис. 217) и удалить из баллона воздух.
Рис. 217. Если в лампу накаливания ввести анод и удалить из баллона воздух, она превратится в простейшую электронную лампу-диод
Чтобы разогреть ее нить накала, подключим к ее выводам батарею накала GBн. Образуется цепь накала. Вторую батарею, но с более высоким напряжением, соединим отрицательным полюсом с одним из выводов нити накала, а положительным полюсом — с анодом. Образуется вторая цепь — анодная, состоящая из участка катод-анод, анодной батареи GBa и соединительных проводников. Если включить в нее миллиамперметр, стрелка прибора укажет на наличие тока в этой цепи.
У тебя, естественно, может возникнуть вопрос: почему в анодной цепи течет ток? Ведь между катодом и анодом нет электрического соединения.
Отвечаю: подключив анодную батарею, мы тем самым создали на аноде положительный заряд, а на катоде — отрицательный. Между ними возникло электрическое поле, под действием которого электроны, испускаемые катодом, устремляются к положительно заряженному аноду. А катод покидают другие электроны, которые также летят к аноду. Достигнув анода, электроны движутся по соединительным проводникам к положительному полюсу анодной батареи, а избыточные электроны с отрицательного полюса батареи текут к катоду. Образование в анодной цепи диода потока электронов можно сравнить с таким явлением. Если над кипящей водой поместить крышку кастрюли или тарелку, то образовавшийся пар будет на ней охлаждаться и «сгущаться» в капельки воды. С помощью воронки мы можем эту воду вернуть в кастрюлю. Получается как бы замкнутая цепь, по которой движутся частицы воды.
Ток анодной цепи называют анодным током, а напряжение между анодом и катодом лампы анодным напряжением. Наряду с термином «анодное напряжение» применяют также термины «напряжение на аноде», «напряжение анода». Все эти термины равнозначны: они подразумевают напряжение, действующее между анодом и катодом. Если полюсы анодной батареи или иного источника тока присоединены непосредственно к катоду или аноду лампы, то анодное напряжение будет равно напряжению источника тока.
А теперь подумай и ответь: будет ли в анодной цепи диода протекать ток, если положительный полюс анодной батареи соединить с нитью накала, а отрицательный — с анодом? Конечно, нет. Ведь анод в этом случае имеет отрицательный заряд. Он будет отталкивать электроны, испускаемые катодом, и никакого тока в этой цепи не будет.
Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. Но она в отличие от полупроводникового диода пропускает через себя только прямой ток, т. е. ток только в одном направлении — от катода к аноду. В обратном направлении, т. е. от анода к катоду, ток идти не может. В этом отношении радиолампа, бесспорно, превосходит полупроводниковый диод, через который течет небольшой обратный ток.
Что влияет на значение анодного тока диода? Если катод имеет постоянный накал и излучает беспрерывно одно и то же количество электронов, то анодный ток зависит только от анодного напряжения. При небольшом анодном напряжении анода достигнут лишь те электроны, которые в момент вылета из катода обладают наиболее высокими скоростями. Другие, менее «быстрые» электроны останутся возле катода. Чем выше анодное напряжение, тем больше электронов притянет к себе анод, тем значительнее будет анодный ток. Однако не следует думать, что повышением анодного напряжения можно бесконечно увеличивать анодный ток. При некотором достаточно высоком анодном напряжении все электроны, излучаемые катодом, будут попадать на анод и при дальнейшем увеличении напряжения на аноде анодный ток перестает расти. Это явление называют насыщением анода.
Увеличить эмиссию катода можно повышением напряжения накала. Но при этом продолжительность жизни лампы резко уменьшается, а при чрезмерно большом напряжении накала катод быстро теряет эмиссию или совсем разрушается.
А что происходит в анодной цепи анода, когда в ней действует переменное напряжение?
Обратимся к рис. 218.
Рис. 218. Диод выпрямляет переменный ток
Здесь, как и в предыдущем примере, катод диода накаляется током батареи GBн. На анод лампы подается переменное напряжение, источником которого служит вторичная (II) обмотка сетевого трансформатора Т. В этом случае напряжение на аноде периодически изменяется по значению и знаку (рис. 218, а). А так как диод обладает односторонней электропроводностью, ток через него идет только при положительном напряжении на его аноде. Говоря иными словами, диод пропускает положительные полуволны (рис. 218, б) и не пропускает отрицательных полуволны переменного тока.
В результате в анодной цепи течет ток одного направления, но пульсирующий с частотой переменного напряжения на аноде. Происходит выпрямление переменного тока — явление, знакомое тебе по работе полупроводникового диода.
Если в анодную цепь включить нагрузочный резистор Rн, через него также будет течь выпрямленный диодом ток. При этом на выводе резистора, соединенном с катодом, будет плюс, а на другом выводе — минус выпрямленного напряжения. Это напряжение, создающееся на резисторе, может быть сглажено фильтром выпрямителя и подано в другую цепь, для питания которой необходим постоянный ток.
Лампы, предназначаемые для работы в выпрямителях, называют кенотронами.
Двухэлектродные лампы можно использовать не только для выпрямления переменного тока, но и для детектирования модулирования колебаний РЧ.
ТРИОД И ЕГО СВОЙСТВА
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. 219). Получится триод. Присоединим к его электродам накальную и анодную батареи. В анодную цепь включим миллиамперметр, чтобы следить за всеми изменениями тока в этой цепи.
