Исследование принципов статического управления электронным потоком в триоде

Отчет по лабораторной работе:

«Исследование принципов статического управления электронным потоком в триоде.»

Нижний Новгород

2025 год

Цель работы: Исследование принципов статического управления электронным потоком в триоде.

Приборы и оборудование: Блок режимов, измерительный блок с исследуемым триодом 6H8C, звуковой генератор ГЗ-112, вольтметры (30В, кл.т. 0.5; 300В, кл.т. 0.5) и миллиамперметр (15 мА, кл.т. 0.5), милливольтметр переменного тока В3-38.

Теоретическая часть.

Устройство и принцип работы триода.

Триод отличается от диода наличием дополнительного электрода – сетки, расположенной между катодом и анодом. Поэтому анодный ток триода Jа может управляться не только изменением потенциала анода Uа, но и изменением потенциала сетки Uс, т.е.

Jа = Jа(Uс, Uа)        (1)

[pic 1]

Рис. 1. Конструкция триода.

Триод является усилителем тока, а при определенных условиях, - и напряжения. Основным рабочим режимом триода является, как и в диоде, режим ограничения тока пространственным зарядом. Рассмотрим качественно, на примере простейшей плоской модели (рис.2) почему триод – усилитель тока? Плоская система, в отличие от рис. 1b, бесконечна в обоих направлениях. На рис. 2 изображено сечение модели, перпендикулярное проволочкам сетки.

[pic 2]

Рис. 2. Сечение плоской системы.

Сравним эффективность воздействия анодного Uа и сеточного Uс потенциалов на величину анодного тока Jа. Из рис.2 легко видеть, что электрическое поле, возникающее при подаче сеточного потенциала Uс беспрепятственно проникает на катод. В то же время поле, создаваемое потенциалом Uа проникает на катод только частично, поскольку часть его силовых линий перехватывается прутиками сетки – происходит экранировка анодного поля сеткой. Наконец, следует отметить, что сетка находится существенно ближе к катоду. Поэтому изменение потенциала Uс влияет на величину тока Jа гораздо сильнее, чем Uа. В результате, характерным свойством триода является то, что малые изменения потенциала сетки (а значит и сеточного тока Jс) приводят к большим изменениям анодного тока Jа.

На рис. 3 изображена схема усилителя тока, реализующая указанное свойство триода (для простоты в этой и последующих схемах подогреватель катода не показан).

[pic 3]

Рис. 3. Принципиальная схема усилителя тока на триоде.

Батарея Eа является источником анодного напряжения. Батарея смещения Eс служит для придания сетке некоторого постоянного отрицательного потенциала (необходимость такого смещения будет объяснена ниже). Если источник усиливаемого тока eс выключен, то потенциал сетки относительно катода Uс = Eс, и в анодной цепи течет ток Jа0, равный согласно (1) Jа(Eс, Eа).

Вольт-амперные характеристики триода

Для описания свойств триода необходимо знать зависимости сеточного и анодного токов от подаваемых напряжений.

Jа = Jа(Uс, Uа)        (2)

Jс = Jс(Uс, Uа)        (3)

Наиболее важной для практических приложений является зависимость (2). По- скольку функция Jа(Uс, Uа) является двумерной, для ее описания используют две «одномерные» зависимости

Jа = Jа(Uа)        при Uс            =const        (4)

и

Jа = Jа(Uс)        при Ua        =const        (5)

Первая зависимость (4) называется анодной характеристикой, вторая (5) – анодно-сеточной. Прямой путь определения зависимости (2) состоит в решении системы уравнений пучка, аналогично тому, как это делается в теории диода. В этом случае необходимо решать уравнение Пуассона и уравнения движения:

[pic 4]

с учетом того, что E = −gradU и j = −ρv, и при удовлетворении соответствующим граничным условиям на поверхностях анода, катода и сетки. Этот путь аналогичен выводу закона «трех вторых» для диода.

Попробуем использовать для получения зависимости Jа = Jа(Uс, Uа) теорию диода. Прежде всего заметим, что в диоде Jа =0 при Uа0. В триоде при Uс=0 и Uа>0, очевидно, часть анодного поля будет проникать сквозь сетку вплоть до катода, поэтому поле на поверхности катода будет ускоряющим, и будет идти анодный ток. Очевидно, для прекращения анодного тока необходимо подать на сетку отрицательный потенциал Uс=Uсзап<0. Этот потенциал называется потенциалом запирания.