Электронная лампа, имеющая три электрода, называется триодом. Устройство одного из типов триода показано на рис. 1.
Триод отличается от диода тем, что между его катодом и анодом находится третий электрод, выполненный в виде проволочной спирали, который называется сеткой. Анод, сетка и катод присоединяются, как и у диода, к штырькам цоколя лампы.
По своему расположению сетка мешает или помогает электронам, вылетевшим с катода, достигнуть анода. Между сеткой и катодом включается напряжение, которое называется сеточным напряжением Uc.
Когда напряжение на сетке триода равно нулю (рис. 1-а), лампа работает как диод. Приложенное между сеткой и катодом напряжение Uс создает дополнительное электрическое поле, воздействующее на летящие от катода к аноду электроны. Если это напряжение отрицательно, то вылетающие из катода электроны оказываются под действием притягивающей силы положительно заряженного анода и отталкивающей силы отрицательно заряженной сетки. Если отрицательное напряжение на сетке мало, то ее отталкивающая сила, действующая на электроны, невелика, поэтому сравнительно большая часть электронов пролетает через сетку к аноду.
Однако с увеличением отрицательного напряжения на сетке отталкивающая сила электрического поля, действующая на электроны, возрастает. Вследствие этого сквозь сетку к аноду пролетает меньшее число электронов и анодный ток уменьшается. Роль отрицательно заряженной сетки подобна роли регулируемого сопротивления в электрической цепи.
При некотором значении отрицательного напряжения на сетка величина ее отталкивающей силы становится настолько большой,
Рис. 1
что ни один электрон не в состоянии пролететь сквозь сетку к аноду; анодный ток становится равным нулю. В этих условиях лампа «заперта» (рис. 1-б).
Если к сетке приложить не отрицательное, а положительное напряжение (рис.1-в), то на электроны будут действовать две одинаково направленные силы: электрического поля анода и положительного заряда сетки. Большая часть электронов, пролетевших сквозь сетку, достигнет анода, но значительная часть их притянется на сетку и образует сеточный ток. Этот ток весьма нежелателен, так как он вызывает вредный нагрев сетки и уменьшает силу анодного тока. По этим причинам в большинстве электронных устройств во время работы триода потенциал сетки должен оставаться отрицательным.
Сетка находится ближе к катоду, чем анод; поэтому изменение напряжения на ней значительно сильнее влияет на величину анодного тока, чем такое же изменение напряжения на аноде. Это позволяет путем небольшого изменения сеточного напряжения Uc значительно изменять силу анодного тока.
Таким образом, посредством изменения напряжения, подаваемого на сетку, можно управлять силой тока в анодной цепи лампы. Поэтому сетку называют управляющей.
Из сказанного следует, что триод изменяет свое сопротивление в зависимости от величины (и знака) напряжения, подаваемого на сетку. Это значит, что трехэлектродная лампа может служить безынерционным регулируемым сопротивлением.
При помощи триода может быть осуществлено усиление переменных напряжений различных частот.
Схема простейшего усилителя (рис. 2-а) содержит триод, анодную батарею Ба, батарею накала Бв, сопротивление Rc, выходной трансформатор Тр.
Рис.2 Схема усилителя
К зажимам входа усилителя подключен электромагнитный звукосниматель (адаптер), а на выходе — громкоговоритель .
Работа усилителя, собранного по этой схеме, происходит следующим образом. Переменное напряжение от звукоснимателя или микрофона включается между сеткой и катодом триода. Напряжение под действием сетки изменяет силу анодного тока триода. Вследствие этого протекающий через обмотку громкоговорителя усилений лампой ток изменяется со звуковой частотой и заставляет с этой же частотой колебаться его диффузор. Таким образом, под влиянием усилительных свойств триода, при помощи очень незначительного переменного напряжения на сетке, возникающего в результате слабых колебаний иглы звукоснимателя, получаются значительные изменения анодной силы тока, создающие звук в громкоговорителе.
Чтобы лучше представить себе, как происходит усилительный процесс, рассмотрим график (рис. 2-б). Будем считать, что при воспроизведении звукозаписи звукосниматель создает переменное напряжение на сетке лампы, которое изменяется так, как показано на кривой А, изображенной внизу на графике. В первый момент вре¬мени 1 напряжение на сетке равно нулю. Поэтому сила анодного тока в этот момент равна величине, отмеченной I. В момент 2 напряжение сигнала на сетке стало положительным и анодный ток увеличивается (отмечено II). В момент 3 напряжение сиг¬нала уменьшилось и стало равным нулю и, следовательно, уменьшилась сила тока до значения, отмеченного I. В момент 4 напряжение на сетке стало отрицательным, поэтому соответствен¬но уменьшилась сила тока до значения, отмеченного III.
В цепи анода сила тока Iа, как показано на кривой Б, изменяется с частотой изменения напряжения на сетке. Амплитуда колебаний анодной силы тока зависит от крутизны характеристики триода и амплитуды напряжения, подаваемого на сетку. Чем больше крутизна характеристики лампы, тем сильнее изменения анодной силы тока при одной и той же амплитуде колебаний на сетке.
В условиях, соответствующих схеме рис. 2, при отсутствии сигнала потенциал сетки по отношению к катоду равен нулю, так как сетка через сопротивление Rc (порядка 0,5—1 мом) электрически соединена с катодом. При изменении напряжения сигнала по¬тенциал сетки в один полупериод будет положительным; в это время будет возникать сеточный ток, вследствие чего усиливаемый положительный полупериод сигнала будет искажаться.
Чтобы предупредить возникновение сеточного тока, на сетку подается небольшое постоянное напряжение Uсм, создающее постоянное отрицательное сеточное смещение. Это напряжение выбирают такой величины чтобы потенциал сетки оставался отрицательным в течение всего периода сигнала (рис. 3-а).
В большинстве случаев для получения отрицательного смещения используется падение напряжения от постоянной составляющей анодного тока на сопротивлении Rсм (рис. 3-б). Это сопротивление шунтируется конденсатором Сш значительной емкости (порядка нескольких микрофарад), который предназначен для пропускания переменной составляющей анодного тока, помимо сопротивления Rсм. Это необходимо, чтобы устранить нежелательную пе¬ременную составляющую в напряжении сеточного смещения. Сопротивление Rc используется для того, чтобы передать отрицательное смещение на сетку. Усиления, даваемого одним триодом, в большинстве случаев недостаточно. Чтобы его увеличить, приходится применять многокаскадные усилители, в которых сигнал, усиленный одним триодом, подается для дальнейшего усиления на вход (сетку) второго триода (во второй каскад) и т. д.
Для питания всех ламп многокаскадного усилителя от одного источника анодного напряжения каскады электрически разделяются между собой емкостями или трансформаторами,
Рис. 3
Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления его каскадов. Но коэффициент усиления каждого из каскадов меньше коэффициента усиления лампы из-за внутренних потерь напряжения в каскаде.
Если у трехкаскадного усилителя коэффициент усиления каждого) каскада 25, то общий коэффициент этого усилителя составит: 25Х25Х25= 15 625. Таким образом, при помощи электронных ламп можно усиливать слабые электрические колебания в десятки, сот¬ни, тысячи и миллион раз.