Металлические и неметаллические катоды электронных и ионных приборов

      Катод и анод триодов такие же, как  у диодов. Сетка в большинстве  ламп выполняется из проволоки, окружающей катод. Катод, сетка и анод вакуумного триода аналогичны соответственно эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора или истоку, затвору и стоку полевого транзистора.

      Все, что относится к сетке, обозначается буквой «с» (иногда буквой g — от английского слова grid — сетка).

      Триод имеет цепи накала и анода, подобные таким же цепям диода, и цепь сетки. На рис. показаны цепи триода с катодом  косвенного накала. Цепь сетки состоит  из промежутка между катодом и  сеткой внутри лампы и источника сеточного напряжения Е_с. В практических схемах в цепь сетки включают резисторы и другие детали.

      Разность  потенциалов между сеткой и катодом  является сеточным напряжением (напряжением сетки) и обозначается и_с или U_с. Для лампы с катодом прямого накала сеточное напряжение определяется относительно конца катода, соединенного с отрицательным полюсом анодного источника. При положительном напряжении сетки часть электронов, испускаемых катодом, попадает на сетку, и в ее цепи образуется сеточный ток (ток сетки), обозначаемый i_c или I_с. Направление движения электронов этого тока показано на рис. Часть триода, состоящая из катода, сетки и пространства между ними, по своим свойствам подобна диоду, а цепь сетки сходна с анодной цепью диода. Роль анода в этом диоде выполняет сетка.

      Основным  и полезным током в триоде является анодный ток. Он аналогичен  коллекторному  току биполярного транзистора или  току стока полевого транзистора. Сеточный ток, аналогичный току базы транзистора, как правило, бесполезен и даже вреден. Обычно он бывает значительно меньше анодного тока. Во многих случаях стремятся к тому, чтобы сеточного тока вообще не было. Для этого напряжение сетки должно быть отрицательным. Тогда сетка отталкивает электроны и сеточный ток практически отсутствует. Встречаются случаи, когда триоды работают при сравнительно больших положительных напряжениях  сетки,   и  тогда  сеточный  ток  имеет значительную  величину.

      Возможность работы вакуумного триода без вредного сеточного тока существенно отличает его от биполярного транзистора, который не может работать без тока базы.

      В проводе катода протекают вместе анодный и сеточный токи. Суммарный  ток здесь является катодным током, или током катода, и обозначается i_K или I_к:

i_к = i_а+i_с.        

      Катодный  ток аналогичен эмиттерному току биполярного транзистора или току истока полевого транзистора и определяется суммарным потоком электронов, движущихся от катода в направлении к сетке. Напомним, что в диоде катодный ток всегда равен анодному току, а в триоде эти токи равны только при U_c<0, так как в этом случае I_c=0.

      В триоде с катодом прямого накала в цепи накала катодный ток разветвляется  на две части, которые складываются алгебраически с током накала. Чтобы измерить в этом случае катодный ток, надо включить миллиамперметр по рис. 7.

      Подобно диодам, триоды обладают односторонней  проводимостью и могут быть использованы для выпрямления переменного  тока. Но для этого их применять  нет смысла, так как диоды проще  по конструкции и дешевле. Возможность управления анодным током с помощью сетки определяет основное назначение триодов — усиление электрических колебаний. Триоды применяются также для генерирования электрических колебаний различной частоты. Работа триодов в генераторах и во многих других специальных схемах в большинстве случаев сводится к усилению колебаний.

      Более сложные лампы с несколькими  сетками применяют для тех  же целей, что и триоды, но в них  устранены некоторые недостатки, свойственные триодам.

Рис. 7.  Токи в цепях  триода (а) и измерение  катодного тока (б).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2) в ионных приборах.

      Из  приборов этого типа рассмотрим лишь устройство и принцип работы газонаполненной  лампы, которая называется тиратроном.

      Тиратрон  – трёхэлектродная лампа, наполненная  аргоном или парами ртути при  низком давлении. Его устройство схематически показано на рисунке рис.9. Накаливаемый катод, служащий источником электронов, и анод окружены металлическим цилиндром. Одно из внутренних сечений цилиндра, расположенное между анодом и катодом, закрыто перфорированным металлическим диском. По аналогии с электровакуумными лампами его называют сеткой. Прохождение тока через тиратрон представляет собой разряд в газе; сетка управляет этим разрядом.

       Рис.8 Схематическое устройство тиратрона.

      Если  на сетку тиратрона подано достаточно большое постоянное отрицательное напряжение, между сеткой и катодом существует сильное тормозящее для электронов электрическое поле и ток через тиратрон отсутствует. При уменьшении модуля отрицательного напряжения на сетке тормозящее поле ослабевает. Наиболее быстрые электроны, преодолевая тормозящее поле, движутся к аноду и, приобретая некоторую энергию, способны ионизовать газ. При этом между анодом и катодом возникает электрический разряд. Развитие разряда приводит к резкому возрастанию анодного тока тиратрона. Появившиеся в процессе ионизации газа положительные ионы направляются к сетке и, оседая на ней, вызывают сеточный ток. Кроме того, скапливаясь вблизи сетки, они экранируют ее поле, в результате чего сетка перестает влиять на разряд. Таким образом, после возникновения разряда анодный ток не зависит от сеточного напряжения. Установившаяся сила анодного тока тиратрона определяется анодным напряжением. Разряд в тиратроне можно вызвать увеличением анодного напряжения при неизменном сеточном. Минимальное анодное напряжение, при котором возникает разряд, носит название напряжения зажигания U₃. Поскольку после зажигания тиратрона сеточное напряжение перестает влиять на силу анодного тока, погасить разряд в тиратроне можно лишь уменьшив анодное напряжение до так называемого напряжения погасания U_и. При U_а<U_и анодный ток тиратрона прекращается через несколько десятков микросекунд — промежуток времени, необходимый для деионизации газа. По окончании деионизации сетка оказывается способной снова влиять на разряд. Таким образом, напряжение на сетке влияет на анодный ток только до наступления зажигания тиратрона; чем выше отрицательное напряжение на сетке, тем больше напряжение зажигания.

      Возможность управлять моментом возникновения  тока позволяет использовать тиратрон в качестве реле в разнообразных схемах, в частности в схемах генераторов пилообразного напряжения развертки осциллографов.

V. Библиографический список. 

• «Основы электротехники», И.П. Жеребцов,  издательство «Энергия», 1974;
• «Радиотехника», Е.М. Гершенсон, Г.Д. Полянина, Н.В. Соина, издательство «Просвещение», 1986.