Радио и телевидение?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Изменения потенциала сетки оказывают на анодный ток более сильное воздействие, нежели изменения потенциала анода. Находясь в непосредственной близости от катода, сетка очень эффективно управляет электронами, которые проходят через нее и достигают анода. Этим определяется способность триода усиливать. Усиление измеряется отношением между изменением потенциала анода ΔUа и изменением потенциала сетки ΔUс, вызывающими одинаковое изменение анодного тока ΔIа. Это отношение называется коэффициентом усиления и обозначается буквой μ. Следовательно,

Предположим, что для повышения анодного тока на 1 мА потребуется увеличить потенциал анода Uа на 40 В или же увеличить потенциал сетки Uc на 2 В. В этом случае коэффициент усиления μ = 40:2 = 20.

Этот коэффициент в основном зависит от расстояния между сеткой и катодом. Чем меньше расстояние между этими электродами, тем выше коэффициент усиления; он обратно пропорционален квадрату расстояния.

Для создания ламп с высоким коэффициентом усиления расстояние между сеткой и катодом сокращают до доли миллиметра. Существуют лампы, в которых это расстояние составляет всего лишь 1/8 миллиметра, т. е. равно толщине тонкой бумаги. Коэффициент усиления триодов обычно меньше 100.

Основным параметром триода является крутизна. Так называют величину изменения анодного тока (в миллиамперах), вызываемую изменением на 1 В потенциала сетки относительно катода. Крутизна в зависимости от конструкции лампы может изменяться от 1 до 15 мА/В.

Характеристики триода

У тебя, Незнайкин, несомненно, возникнет вопрос, почему этот параметр назвали словом «крутизна». Ты легко поймешь это, посмотрев на кривую, которая поднимается точно так, как изменяется величина анодного тока Iа в зависимости от изменения потенциала сетки Uc (рис. 67). Ты видишь, что чем круче эта кривая, т. е. чем больше ее крутизна, тем больше изменяется Iа, на каждый вольт увеличения Uc.

Рис. 67. Характеристика триода, показывающая изменение анодного тока Iа в зависимости от изменения напряжения на сетке Uc.

Можно вычертить целое семейство таких кривых, каждая из которых будет соответствовать определенному значению потенциала анода Uа. Как ты видишь, чем выше этот потенциал, тем раньше начинает протекать ток (рис. 68).

Рис. 68. Семейство характеристик, каждая из которых получена при определенной величине анодного напряжения Uа.

В самом деле, когда сетка более отрицательна, она сильнее препятствует прохождению электронов, но если потенциал анода увеличился, его притяжение позволяет нейтрализовать противодействие сетки и пропустить ток. На значительной части своей длины кривые имеют прямолинейные отрезки, параллельные между собой. Это означает, что при любом значении анодного потенциала крутизна остается постоянной. И, наконец, все кривые имеют горизонтальный участок, соответствующий, как ты, несомненно, догадался, режиму насыщения. По этим кривым можно легко определить крутизну. Достаточно посмотреть, какая разность анодного тока соответствует двум точкам кривой, разнесенным по горизонтали на 1 В.

По семейству кривых, снятых с помощью схемы рис. 69, можно также найти коэффициент усиления.

Рис. 69. Схема, позволяющая снимать характеристики триода.

Для этого определяют значения анодного тока в точках С и D (рис. 70), соответствующие точкам А и В, которые при одной и той же величине сеточного потенциала Uс располагаются на кривых, проведенных для двух различных анодных потенциалов Ua1 и Ua2. Затем по одной кривой, например для Ua2, определяют, что такое же изменение анодного тока можно получить за счет изменения потенциала сетки с точки Е до точки F. Теперь для получения коэффициента усиления достаточно разделить разность Ua2 — Ua1 на разность сеточных потенциалов.

Рис. 70. По двум характеристикам, снятым при анодных напряжениях Ua1 и Ua2, определяют коэффициент усиления триода. Он равен разности Ua2 — Ua1, разделенной на разность напряжений, соответствующих точкам E и F.

Внутреннее сопротивление

Мне остается познакомить тебя с третьим основным параметром — внутренним сопротивлением триода. Так называют отношение между изменениями потенциала анода ΔUа и вызываемыми ими изменениями анодного тока ΔIа. Внутреннее сопротивление обозначается Ri. Следовательно,

По вычерченным мною кривым очень легко рассчитать величину Ri. Так, на одной вертикали (следовательно, при одном и том же значении сеточного потенциала) мы находим точки А и В, которые соответствуют значениям тока С и D. Разделим разность анодных потенциалов Ua1 — Ua2 на разность соответствующих им значений токов и получим величину внутреннего сопротивления. У триода внутреннее сопротивление составляет несколько тысяч или даже десятков тысяч ом.

Соотношение между тремя основными параметрами

Я позволю себе напомнить тебе формулы трех характеристики триода, а именно: коэффициента усилений μ, крутизны S и внутреннего сопротивления Ri:

Перемножим две последние формулы:

Как ты видишь, коэффициент усиления равен произведению крутизны на внутреннее сопротивление.

Использование триода для усиления

Я догадываюсь, что, слушая меня, дорогой Незнайкин, ты сейчас испытываешь определенное нетерпение. Ты спрашиваешь себя, зачем понадобилось изучать поведение триода, если тебе не объяснили, как его можно использовать. Так вот, теперь мы можем свободно приступить к этому вопросу.

Сначала рассмотрим использование триода для усиления. Для этого переменное напряжение Uвх, которое нужно усилить, прилагается на вход лампы, т. е. между сеткой и катодом. Ты, разумеется, догадываешься почему так поступают. Ведь малые изменения напряжения между двумя этими электродами вызывают большие изменения анодного тока. А изменения последнего дают нам выходное напряжение. Для этого анодный ток пропускают через нагрузку Z, на которой возникает выходное напряжение Uвых.

Схема содержит источник напряжения смещения сетки Ес и источник анодного напряжения Еа. Это упрощенная схема усилителя (рис. 71).

Рис. 71. Упрощенная схема усилителя. Входное напряжение Uвх усиливается триодом, а на нагрузке Z получают выходное напряжение Uвых.

Зная свойства триода, ты легко поймешь, что малые изменения входного напряжения Uвх вызывают значительно большие изменения выходного напряжения Uвых. Само собой разумеется, что источники постоянного напряжения могут быть самыми разными: вместо батареи анодного напряжения можно использовать выпрямленное напряжение сети, а напряжение смещения можно получить с помощью падения напряжения на резисторе. Все это я тебе вскоре опишу. А пока рассмотрим конкретный случай усиления тока высокой частоты, получаемого во входном колебательном контуре приемника.

Входным служит напряжение на выводах колебательного контура, порождаемое наведенными в антенне тонами. Контур подключают к сетке и катоду и на сетку с помощью батареи Ес подают отрицательное смещение (рис. 72).

Рис. 72. Отрицательное смещение на сетку можно подать с помощью батареи Ес.

Какого рода нагрузку следует включить в анодную цепь? Колебательный контур, настроенный на такую же частоту, что и входной контур. Его полное сопротивление на резонансной частоте высокое, и поэтому колебания анодного тока создадут на его выводах напряжение более высокое, чем входное. Обрати внимание, что катушка колебательного контура, имеющая небольшое активное сопротивление, никоим образом не снижает постоянного напряжения, приложенного между анодом и катодом, благодаря чему на аноде остается почти полное положительное напряжение, получаемое от батареи.