Содержание

Параметры

К параметрам триода относится напряжение накала U_H и ток накала I_Н, а также нормальное постоянное анодное и сеточное напряжение и соответствующий им постоянный анодный ток.

Важными являются максимальные допустимые параметры: мощность, выделяемая На аноде (Р_amax), мощность, выделяемая на сетке (Р_gmax), анодное напряжение U_amax, напряжение между катодом и подогревателем U_К-Пmax, предельный ток катода I_кmax Для импульсных триодов указывают максимальный допустимый импульс анодного и катодного тока.

Параметры триода, определяющие его свойства и возможности применения,— это крутизна характеристики (короче, крутизна), внутреннее сопротивление и коэффициент усиления либо проницаемость. Эти параметры характеризуют работу лампы без нагрузки. Их обычно называют статическими.

Крутизна S характеризует управляющее действие сетки, т. е. влияние сеточного напряжения на анодный ток. Если при изменении сеточного напряжения Δи_g анодный ток изменяется на Δi_a, то

S = Δi_a / Δи_g при и_a = const. (17.10)

Таким образом, крутизна есть отношение изменения анодного тока к вызвавшему его изменению сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении. Условие и_a = const необходимо для того, чтобы крутизна характеризовала действие только сеточного напряжения.

Крутизна лампы аналогична параметру биполярного транзистора у_21э или крутизне полевого транзистора.

Выражают крутизну в миллиамперах на вольт или амперах на вольт. Крутизна показывает, на сколько миллиампер (ампер) изменяется анодный ток при изменении сеточного напряжения на один вольт, если анодное напряжение постоянно. Например, если Δи_g = 2 В и Δi_a = 6 мА, то S = 6 : 2 = 3 мА/В.

В отличие от диода крутизна триода хотя и выражается в единицах проводимости, но не представляет собой внутреннюю проводимость участка сетка — катод.

Современные триоды имеют крутизну 1 — 50 мА/В. Чем больше крутизна, тем лучше лампа, так как сильнее управляющее действие сетки. В большинстве случаев крутизна составляет единицы миллиампер на вольт.

Для триода с плоскими электродами, работающего при и_g < 0, по закону степени трех вторых получается выражение для крутизны

S = 3,5·10^-6 Q_a/d_g-к² √ u_g + Du_a.

(17.11)

Крутизна увеличивается при повышении напряжений сетки и анода, при увеличении площади поверхности анода и уменьшении расстояния сетка — катод. Чем меньше d_g._K, тем сильнее влияние сетки на потенциальный барьер около катода.

Если сетку делать более редкой, то проницаемость D увеличивается и по формуле (17.11) получается, что крутизна должна возрастать. Но на самом деле для каждого значения d_g-к существует наивыгоднейшая густота сетки, при которой крутизна максимальна.

Рис. 17.5. Определение крутизны из характеристик

Крутизна связана с наклоном анодно-сеточной характеристики. Чем круче эта характеристика, тем больше значение S. Крутизна пропорциональна тангенсу угла наклона касательной к характеристике. Наиболее просто крутизна определяется методом двух точек (рис. 17.5, а). Если участок между точками А и Б нелинейный, то определенная этим методом крутизна S_АБ является средней для данного участка и приближенно равна крутизне в средней точке Т.

При определении крутизны из анодных характеристик (рис. 17.5, б) также применяют метод двух точек. Следует взять на характеристиках для U_g1 и U_g2 точки А и Б, соответствующие одному и тому же анодному напряжению. Изменение Δi_a при переходе от точки А к точке Б надо разделить на соответствующее изменение Δи_g = U_gl — U_g2. Найденная таким путем крутизна S_AБ является средней для участка АБ, и ее можно отнести к точке Т.

Внутреннее сопротивление R_i характеризует влияние анодного напряжения на анодный ток и имеет тот же физический смысл, что и в диоде, т. е. является сопротивлением между анодом и катодом для переменного (изменяющегося) анодного тока.

Если при изменении анодного напряжения на Δи_a анодный ток изменяется на Δi_a, то

R_i = Δи_a / Δi_a при и_g = const. (17.12)

Например, при Δи_a = 50 В и Δi_a = 2 мА получаем R_i = 50:2 = 25 кОм.

Как видно, внутреннее сопротивление представляет собой отношение изменения анодного напряжения к вызванному им изменению анодного тока при

постоянном сеточном напряжении. Условие и_g = const необходимо для того, чтобы внутреннее сопротивление характеризовало действие только анодного напряжения.

Чем больше R_i тем слабее влияние анода на анодный ток. Действительно, при более высоком R_i для получения прежнего Δi_а надо изменить в большей степени анодное напряжение.

Величина 1/R_i аналогична параметру y_22э биполярного транзистора или параметру 1/R_i полевого транзистора.

Для триодов значение R_i лежит в пределах 0,5 —100 кОм, а чаще всего — от нескольких килоом до 30 кОм.

Из закона степени трех вторых можно получить формулу для R_i:

R_i = d_g-к²/( 3,5·10^-6Q_aD√ (u_g + Du_a )) (17.13)

Как видно, R_i уменьшается при уменьшении d_g-к и увеличении Q_a. Если D возрастает (например, когда сетку делают более редкой), то R_i уменьшается, так как анод сильнее действует на потенциальный барьер у катода, а значит, и на анодный ток. Расстояние d_a-к в явном виде не входит в формулу. Но при увеличении d_a-к влияние анода уменьшается. От этого увеличивается R_i и уменьшается D. При уменьшении сеточного и анодного напряжения сопротивление R_i возрастает. Это объясняется повышением потенциального барьера.

Для определения R_i из анодно-сеточных характеристик необходимо взять при постоянном сеточном напряжении приращение Δi_a между точками А и Б на характеристиках для U_a1 и U_a2 (рис. 17.6, а). Разделив Δu_a = U_al - U_a2 на Δi_a, получим значение R_i соответствующее средней точке Т отрезка АБ.

При определении R_i из анодных характеристик (рис. 17.6, б) учитывается их наклон. Чем круче они идут, тем меньше R_i. Значение R_i пропорционально котангенсу угла наклона касательной, проведенной к анодной характеристике в заданной точке Т.

Рис. 17.6. Определение внутреннего сопротивления из характеристик

Удобно определять R_i методом двух точек (рис. 17.6, б). В этом случае найденное значение является средним для участка АБ и можно считать, что оно относится к средней точке Т этого участка.

На линейных участках характеристики внутреннее сопротивление примерно постоянно. При переходе на нижний участок R_i возрастает из-за повышения потенциального барьера и в точке запирания приближается к бесконечности.

У триода сопротивление постоянному току R₀ не равно R_i и определяется, как обычно, по закону Ома:

R₀ = u_a/i_a (17.14)

Чтобы подчеркнуть различие между R_i и R₀, иногда сопротивление R_i называют дифференциальным, a R₀ — статическим. Разница между R_i и R₀ может быть весьма большой. Сопротивление R₀ не остается постоянным даже при работе на линейных участках характеристик. Особенно сильно влияние на него сеточного напряжения. С увеличением напряжения сетки анодный ток растет, следовательно, значение R₀ уменьшается. При увеличении положительного сеточного напряжения все большее число электронов заполняет пространство между анодом и катодом. Проводимость возрастает, а сопротивление уменьшается. С увеличением отрицательного напряжения сетки по абсолютному значению, наоборот, уменьшается число электронов в пространстве анод — катод и значение R₀ возрастает. Запирание лампы соответствует R₀ = ∞.

Напряжение сетки действует на анодный ток значительно сильнее, нежели напряжение анода. Эта разница характеризуется коэффициентом усиления μ.

Например, если для изменения анодного тока на 1 мА нужно изменить анодное напряжение на 40 В, а напряжение сетки лишь на 2 В, то ясно, что сетка действует в 20 раз сильнее и μ = 20.

Таким образом, коэффициент усиления равен отношению эквивалентных по воздействию на анодный ток изменений анодного и сеточного напряжения:

μ = Δи_a / Δi_g. (17.15)

Установим связь между μ, S и R_i. Крутизна характеризует действие напряжения сетки на анодный ток, а подобной же величиной, характеризующей действие анодного напряжения, является внутренняя проводимость 1/ R_i Чтобы определить, во сколько раз действие сеточного напряжения сильнее действия анодного, надо взять отношение S к 1/ R_i . Оно будет равно μ:

μ = S / (1/ R_i ) или μ = SR_i. (17.16)

Из этой формулы, называемой формулой Баркгаузена, следует, что если два параметра имеют какие-то значения, то третий параметр может иметь только то значение, которое удовлетворяет данному уравнению. Зная два параметра, можно найти третий. При этом, если R_i дано в омах, то S надо выражать в амперах на вольт. Удобно выражать R_i в килоомах, а крутизну — в миллиамперах на вольт. Например, если S = 4 мА/В и R_i = 10 кОм, то μ = 4·10 = 40.

Математически коэффициент усиления есть абсолютное значение отношения таких изменений анодного и сеточного напряжения, которые компенсируют друг друга, т. е. уравновешивают свое действие на анодный ток.

Если, например, увеличение анодного напряжения на Δи_a дает возрастание тока на Δi_a, то для компенсации такого изменения тока надо уменьшить его на то же значение Δi_a. Для этого требуется увеличить в отрицательную сторону сеточное напряжение на Δu_g. Таким образом, изменения Δu_a и Δu_g, компенсирующие друг друга, должны быть разных знаков. Но отрицательное значение μ не имеет смысла. Поэтому формулу для μ пишут так:

μ = | Δu_a / Δu_g | или μ = - Δu_a / Δu_g

при i_a = const. (17.17)

Эти формулы показывают, что для сохранения анодного тока постоянным надо изменить напряжение анода и сетки в разные стороны и при этом Δu_a должно быть в μ раз больше, чем Δu_g.

Название «коэффициент усиления» подчеркивает, что этот параметр характеризует усиление переменного напряжения лампой. Действительно, пусть лампа имеет μ = 10 и S = 3 мА/В. Тогда при подведении к сетке переменного напряжения с амплитудой U_mg = 2 В в анодной цепи получается переменная составляющая тока с амплитудой 6 мА. Иначе говоря, изменение сеточного напряжения на 2 В создает изменение анодного тока на 6 мА. Если генератор с амплитудой переменной ЭДС, равной 2 В, включить в анодную цепь, то изменение анодного тока будет в 10 раз меньше, т.е. составит лишь 0,6 мА. Чтобы получить, при включении генератора в анодную цепь переменную составляющую анодного тока с амплитудой 6 мА, нужна амплитуда ЭДС генератора не 2, а 20 В, т. е. в 10 раз больше. Таким образом, действие переменного сеточного напряжения с амплитудой 2 В равноценно включению в анодную цепь генератора с амплитудой переменной ЭДС, равной 2 • 10 = 20 В.

Отсюда следует, что триод, на сетку которого подано переменное напряжение U_mg, можно рассматривать как генератор в μ раз большей переменной ЭДС — μU_mg, действующей в анодной цепи. Сама лампа, работая как генератор переменного анодного тока, получает энергию постоянного тока от анодного источника.

Рис. 17.7. Определение коэффициента усиления из характеристик

Рис. 17.8. Определение всех параметров для заданной точки

Триоды имеют коэффициент μ от 3 до 100, чаще всего 10—30.

Все сказанное о коэффициенте усиления можно соответственно отнести и к проницаемости D = 1/ μ.

Проницаемость характеризует ослабление действия анодного напряжения на катодный ток, т. е. показывает, какую долю действия сетки на катодный ток составляет действие анода. Следовательно, формулу для определения D надо писать так:

D = | Δu_g / Δu_a | или D = - Δu_g / Δu_a

при i_к = const. (17.18)

Если в уравнении (17.16), связывающем параметры, выразить μ через D, то оно примет вид

DR_iS = 1. (17.19)

Значение μ (или D) из характеристик находят по методу двух точек (рис. 17.7). Имея анодно-сеточные характеристики для напряжений U_а1 и U_а2 (рис. 17.7, а), берут точки А и Б для одного и того же анодного тока. Отрезок АБ выражает значение Δu_g, а соответствующее изменение анодного напряжения Δu_a = U_а1 - U_а2. Разделив Δu_a на Δu_g, получают μ. Найденное значение μ приближенно соответствует средней точке Т.

На разных участках характеристик μ изменяется мало, так как расстояние между характеристиками по горизонтали (отрезок АБ) почти постоянно. Таким образом, коэффициент усиления (или проницаемость) является наиболее постоянным параметром.

Для нахождения μ из анодных характеристик точки А и Б берутся при одном и том же токе на двух характеристиках — для U_gl и U_g2 (рис. 17.7, б). Отрезок АБ выражает изменение анодного напряжения Δu_a. Разделив Δu_a на Δu_g = U_gl — U_g2, получают значение μ, которое близко к значению ц для средней точки Т.

Все сказанное о нахождении μ из характеристик относится и к определению проницаемости D.

На рис. 17.8 показано определение всех параметров для заданной точки по анодным характеристикам. Через точку Т проводим вертикальную и горизонтальную линии. По точкам пересечения этих линий с характеристиками определяем S (точки А и Б) и μ (точки Д и Е). Внутреннее сопротивление находим по точкам В и Г. Аналогично определяются параметры по семейству анодно-сеточных характеристик.

Приводимые в справочниках параметры относятся к указанным там же напряжениям на электродах. Если лампа работает в ином режиме, т. е. с другими питающими напряжениями, то параметры изменяются (особенно S и R_i). Поэтому часто приходится определять параметры для выбранного режима из характеристик. Из-за несовершенства технологии производства неизбежен разброс параметров, т. е. различные экземпляры ламп данного типа имеют значения параметров, несколько отличающиеся от номинальных.

Поскольку участок сетка — катод подобен диоду, то иногда он используется как диод и тогда рассматривают параметры этой диодной части триода.

Информация

Продолжение