Trioda próżniowa

Na kuchennym stole stoi czajnik z zimną wodą. Nie dzieje się nic niezwykłego, płaska tafla wody tylko lekko drży od czyichś kroków w pobliżu. Teraz postawmy patelnię na kuchence i nie tylko ją włączmy, ale włączmy najbardziej intensywne ogrzewanie. Wkrótce z powierzchni wody zacznie się unosić para wodna, potem zacznie się wrzenie, bo nawet we wnętrzu słupa wody nastąpi parowanie, a teraz woda już się gotuje, obserwuje się jej intensywne parowanie.

Tutaj najbardziej interesuje nas faza eksperymentu, w której tylko nieznaczne podgrzanie wody spowodowało powstanie pary. Ale co ma z tym wspólnego garnek z wodą? I pomimo faktu, że podobne rzeczy dzieją się z katodą lampy elektronowej, której urządzenie zostanie omówione później.

Katoda lampy próżniowej zaczyna emitować elektrony, jeśli zostanie podgrzana do temperatury 800-2000 ° C — jest to przejaw promieniowania termionowego. Podczas promieniowania cieplnego ruch termiczny elektronów w metalu katody (zwykle wolframie) staje się na tyle silny, że niektóre z nich mogą pokonać funkcję pracy energii i fizycznie opuścić powierzchnię katody.

Aby poprawić emisję elektronów, katody są powlekane tlenkiem baru, strontu lub wapnia. A do bezpośredniego zainicjowania procesu promieniowania termojonowego katoda w postaci włosa lub cylindra jest podgrzewana przez wbudowane włókno (ogrzewanie pośrednie) lub przez prąd przepływający bezpośrednio przez korpus katody (ogrzewanie bezpośrednie).

Grzanie pośrednie jest w większości przypadków preferowane, ponieważ nawet pulsowanie prądu w obwodzie zasilającym ogrzewanie nie będzie w stanie spowodować znacznych zakłóceń prądu anodowego.

Cały opisany proces odbywa się w kolbie próżniowej, wewnątrz której znajdują się elektrody, z których są co najmniej dwie – katoda i anoda. Nawiasem mówiąc, anody są zwykle wykonane z niklu lub molibdenu, rzadziej z tantalu i grafitu. Kształt anody jest zwykle zmodyfikowanym równoległościanem.

Mogą tu występować dodatkowe elektrody — siatki — w zależności od liczby których lampa będzie nazywana diodą lub kenotronem (gdy w ogóle nie ma siatek), triodą (jeśli jest jedna siatka), tetrodą (dwie siatki ) lub pentoda (trzy siatki).

Lampy elektroniczne do różnych celów mają różną liczbę sieci, których cel zostanie omówiony dalej. W taki czy inny sposób początkowy stan lampy próżniowej jest zawsze taki sam: jeśli katoda jest wystarczająco nagrzana, wokół niej tworzy się „chmura elektronów” z elektronów, które uciekły z powodu promieniowania termionowego.

Tak więc katoda się nagrzewa i „chmura” emitowanych elektronów już unosi się w jej pobliżu. Jakie są możliwości dalszego rozwoju wydarzeń? Jeśli weźmiemy pod uwagę, że katoda jest pokryta tlenkiem baru, strontu lub wapnia i dlatego ma dobrą emisję, to elektrony są emitowane dość łatwo i można z nimi zrobić coś namacalnego.

Weź baterię i podłącz jej biegun dodatni do anody lampy, a biegun ujemny do katody. Chmura elektronów odpycha się od katody, zgodnie z prawem elektrostatyki, i gna w polu elektrycznym do anody - powstanie prąd anodowy, ponieważ elektrony w próżni poruszają się dość łatwo, mimo że nie ma przewodnika jako takiego .

Nawiasem mówiąc, jeśli chcąc uzyskać intensywniejszą emisję termojonową, zacznie się przegrzewać katodę lub nadmiernie zwiększać napięcie anodowe, katoda wkrótce straci emisję. To jest jak gotowanie wody z pozostawionego garnka bardzo wysoka temperatura.

Dodajmy teraz dodatkową elektrodę między katodą a anodą (w postaci drutu nawiniętego w postaci siatki na kratki) - siatkę. Okazuje się, że nie dioda, ale trioda. I tutaj są opcje zachowania elektronów. Jeśli siatka jest bezpośrednio podłączona do katody, to w ogóle nie będzie kolidować z prądem anodowym.

Jeśli do sieci zostanie przyłożone pewne (niewielkie w porównaniu z napięciem anodowym) napięcie dodatnie z innego akumulatora, to przyciągnie on elektrony z katody do siebie i nieco przyspieszy elektrony lecące do anody, przepuszczając je dalej przez siebie - do anoda. Jeśli do siatki zostanie przyłożone małe napięcie ujemne, spowoduje to spowolnienie elektronów.

Jeśli napięcie ujemne jest zbyt duże, elektrony pozostaną unoszące się w pobliżu katody, w ogóle nie przechodząc przez siatkę, a lampa zostanie zablokowana. Jeśli do siatki zostanie przyłożone nadmierne napięcie dodatnie, przyciągnie ona większość elektronów do siebie i nie przekaże ich do katody, dopóki lampa nie ulegnie ostatecznemu zniszczeniu.

W ten sposób, odpowiednio dobierając napięcie sieciowe, można sterować wielkością prądu anodowego lampy bez bezpośredniego oddziaływania na źródło napięcia anodowego. A jeśli porównamy wpływ na prąd anodowy przez zmianę napięcia bezpośrednio na anodzie i zmianę napięcia w sieci, to oczywiste jest, że wpływ przez sieć jest mniej kosztowny energetycznie i ten stosunek nazywa się wzmocnieniem lampa:

Nachylenie charakterystyki I — V lampy elektronowej to stosunek zmiany prądu anodowego do zmiany napięcia sieci przy stałym napięciu anodowym:

Dlatego ta sieć nazywana jest siecią kontrolną. Za pomocą sieci sterującej działa trioda, która służy do wzmacniania oscylacji elektrycznych w różnych zakresach częstotliwości.

Jedną z popularnych triod jest podwójna trioda 6N2P, która jest nadal stosowana w stopniach sterujących (niskoprądowych) wysokiej jakości wzmacniaczy audio (ULF).