Электронные лампы (диоды, триоды, тетроды и пентоды)

Конструктивно электронная лампа представляет собой стеклянный баллон с глубоким вакуумом, внутри которого расположен ряд электродов. Простейшая лампа — диод. Она содержит два электрода - катод, накаляемый нитью накала, и анод. Катод покрыт специальным веществом, способствующим излучению электронов. Если на аноде отрицательное напряжение, то электроны отталкиваются от него и в цепи «анод - катод» ток отсутствует. При положительном напряжении на аноде электроны притяги­ваются к нему и в цепи анода, появляется ток: чем выше напряжение на аноде, тем он больше.

Условные графическиe обозначения электронных ламп:

• а - диод,
• б - триод,
• в — тетрод,
• г — пентод

Таким образом, диод ведет себя как электронный вентиль, пропуская ток в одном направлении. Диод не является активным прибором, поскольку не в состоянии усиливать ток. Для управления током анода применяются электронные лампы, имеющие три электрода — триоды. У них между катодом и анодом расположена управляющая сетка. На нее обычно подают отрицательное напряжение. Чем оно выше, тем сильнее сетка отталкивает электроны, и меньшая часть их проходит через сетку и попадает на анод. Таким образом, сетка обеспечивает управ­ление анодным током лампы 1а, который является функцией напряжений на сетке Uc и Ia(Uc,Ua) на аноде Ua. Естественно, что нить накала лампы должна питаться от отдельного источника, + например, батареи Ен. Если масса у катода достаточна, то нить накала можно питать и переменным током, хотя в чувствительных усилителях это чревато появлением фона пере­менного тока. Нетрудно заметить, что кривые семейства выходных ламп имеют заметный наклон. Для каждой точки любой кривой он характеризуется выходным сопротивлением лампы Ri = AUa/Ala. Кроме того, лампы характеризуются еще двумя пара­метрами — крутизной S=Ala/AUc И внутренним коэффициентом усиления \х =SRi.

Еще раз отметим, что эти параметры являются дифферснциальными, или малосигнальными, поскольку измеряются при малых приращениях соответствующих напряжений. И токов и относятся к определенной точке — она называется рабочей. Для установки рабочей точки нужно задать постоянные напряжения на сетке и на аноде — так называемые напря­жения смещения.

Помимо выходных характеристик, лампы (и любые другие активные приборы) имеют передаточные характе­ристики — зависимости выходного тока от напряжения на входе. Для ламп это зависимость анодного тока от напря­жения на управляющей сетке при постоянном напряже­нии на аноде Обычно в усилителях лампы используют при Uc<0, т. е. при отрицательной полярности напряжения на сетке. В этом случае ток сетки ничтожно мал и его можно принять равным нулю. Поскольку сетка и анод расположены близко друг от друга, между ними существует довольно сильная электро­статическая связь. Поэтому электрическое поле анода влияет на поле сетки. Это можно трактовать как внутрен­нюю отрицательную обратную связь. Она и обуславливает рост анодного тока с ростом напряжения на аноде при постоянном напряжении на сетке. Благодаря этому трио­ды имеют низкое внутреннее сопротивление R|. Именно поэтому ВАХ триодов имеют характерные крутые участки, где ток анода сильно зави­сит от напряжения на аноде Крутизна ламповых триодов обычно составляет от единиц до сотен миллиампер на вольт (большие значения — для мощных ламп.

Для увеличения внутреннего коэффициента усиле­ния в лампы была введена дополнительная экраниру­ющая сетка, на которую подается большое постоянное напряжение положительной полярности. Она экраниру­ет управляющую сетку и предотвращает влияние элект­рического поля анода на электрическое поле управля­ющей сетки. В результате (за исключением начального участка ВАХ) ток анода почти не зависит от напряжения на аноде и управляется напряжением на управляющей сетке Лишь при малых напряжениях на аноде эта закономерность нарушается и кривые ВАХ резко идут вниз. Такие лампы получили название тетродов. Затем в лампу была добавлена еще одна сетка — защитная. Она отбрасывает на анод вторичные электроны, возникающие при бомбардировке анода первичными электронами. За­щитная сетка обычно подключается к земле или к катоду лампы. Первичные электроны, ускоренные полем экрани­рующей сетки, легко проскакивают через защитную сетку, а вот вторичные электроны с малой энергией отбрасыва­ются ею обратно на анод. Семейство ВАХ пентодов прак­тически аналогично семейству ВАХ тетродов и характери­зуется малым наклоном кривых при больших напряжениях на аноде Это ведет к увеличению R< до сотен килоом (иногда и выше) и возрастанию |1 ( до сотен -нескольких тысяч). Иногда вместо дополнительной сетки используют специальные электроды, создающие узкий пучок электро­нов. Лампы с такими электродами получили название лучевых тетродов. В основном это мощные лампы с большими рабочими токами анода — от десятков до сотен миллиампер и выше. Были созданы лампы и с большим числом сеток, которые нашли применение в радиоприемных устройст­вах, сдвоенные и комбинированные лампы (например, сдвоенные триоды или триод вместе с пентодом и т. д.). В настоящее время такие комбинированные лампы при­меняю крайне редко и выпуск многих из них прекращен.