Дослідження роботи трьохелектродної електронної лампи

Мета роботи – зняття вольт-амперних (анодних і сіткових) характеристик трьохелектродної лампи і визначення її основних параметрів.

Вольт-амперною характеристикою називається залежність струму від напруги.

Трьохелектродна електронна лампа (тріод) являє собою скляний балон з трьома електродами (катод, анод і сітка), що знаходяться в середині балону, з якого ретельно викачане повітря (тиск складає мільйонні частки мм.рт.ст). При цьому створюють таку форму електродів і їхнє розміщення, щоб при невеликих змінах напруги між катодом і керуючим електродом (сіткою) одержувати різкі й великі зміни величини анодного струму, що проходить крізь лампу. З цією метою анод (3) і сітку (2) виконують у вигляді коаксіальних циліндрів, а розжарюючий катод (1) – уздовж осі циліндра. Сітка має вигляд гвинтової лінії з досить великим кроком, щоб надати можливість електронам, що вилітають з поверхні катода, пройти до анода і створити анодний струм (див. рис. 35.1). Катод робиться або у вигляді нитки, або теж у вигляді циліндра. Від кожного електрода назовні виведені контакти в цоколь лампи для включення тріода в електричне коло. Такі тріоди використовуються в лампових генераторах і підсилювачах змінного струму. Пізніше на зміну їм прийшли сучасні напівпровідникові прилади.

 

 

Рис. 35.1

 

Однак тріоди продовжують використовуватися в електроніці, там, де потрібна особлива надійність, знаходять застосування в навчальному лабораторному практикумі для вивчення термоелектронної емісії, що лежить в основі роботи всіх пристроїв, де створюється електричний струм у вакуумі (вакуумні діоди і тріоди, електронно-променеві трубки, прискорювачі та ін.) чи в газі (газорозрядні трубки).

Рис. 1

Термоелектронна емісія – це випускання електронів з поверхні нагрітих твердих чи рідких тіл. Для нагрівання катода використовується нитка розжарювання, що вводиться у середину катода.

Найменша температура катода, при якій починається досить інтенсивна емісія, складає приблизно 1000 С⁰, але вимагає спеціального покриття поверхні катода (плівки торію, цезію, барію, окисів деяких металів). 

Число електронів, що вилітають щомиті з розжареного катода, визначається його площиною, матеріалом і залежить від температури. Однак при відсутності електричного поля між катодом і анодом електрони, що випускаються, не досягають анода, а оточують його у вигляді хмари. При позитивному потенціалі на аноді електричне поле буде прискорювати електрони, вони рухатимуться до анода і крізь лампу піде струм, величина якого зростатиме зі збільшенням різниці потенціалів між катодом і анодом. Починаючи з деякого значення напруги на аноді, подальше зростання сили струму взагалі припиняється, тобто струм досягає насичення. Це обумовлено тим, що всі електрони, які випускаються катодом, досягають анода.

Важливо знати, що струм, величина якого перестає залежати від напруги, є струмом насичення. У лампах з оксидним катодом досягти насичення не можна, тому що при великих значеннях напруги відбувається руйнування катода.

Якщо аноду надати негативний потенціал, а катоду позитивний, то електрони під дією сил електричного поля будуть відштовхуватися від анода, і струму в лампі не буде.

У тріоді при анодному потенціалі U_А  і постійній температурі катода сила струму в колі анода істотно залежить від потенціалу на сітці U_С. Сітка розташована ближче до катода, ніж анод, тому її поле більше впливає на потік електронів. При позитивному потенціалі на сітці її поле складається з полем анода, і потік електронів буде прискорюватися сильніше, анодний струм дуже швидко зростатиме. При деякому негативному потенціалі на сітці її поле гальмує електрони, анодний струм зменшується, і можна знайти такий негативний потенціал, при якому жоден електрон, що випускається катодом, не досягне анода, незважаючи на те, що на аноді потенціал буде позитивним. Найменша негативна напруга на сітці лампи, при якій лампа перестає проводити струм, – замикаюча напруга.