РАДИОЧУК, № 4, 1925 г
На фиг. 3 показва характеристика, взета при анодно напрежение 80 v. Ако вземем характеристиките при 60 v на анода, се оказва, че той ще има точно същата форма като около 80 v, но ще лежи вдясно от първия, сякаш целият чертеж е изместен с приблизително 3 v надясно (фиг. 4).
Ориз. 4. Изместване на характеристиката с промяна на анодното напрежение
Характеристиката при 40 v на анода ще бъде изместена още повече надясно. Напротив, ако премахнете характеристиката при 100 v, тогава тя ще бъде изместена с около 3 v наляво; при 120 v, изместването наляво вече ще бъде 6 v. Забележително е, че най-голямата стойност на тока, получена при положителен потенциал на мрежата, ще бъде същата, независимо какво напрежение на анода приемаме.
Ток на насищане
Достатъчно е обаче леко (с 2-3 стотни от ампера) да се увеличи токът на нажежаемата жичка с помощта на реостат, така че характеристиката да се промени значително. Първоначалната му част, която лежи при отрицателни потенциали на мрежата, остава непроменена, но най-големият ток, който преди се постигаше при +10 v, сега ще се получава само при +20 v и ще бъде много по-голям (фиг. 5). При по-нататъшно увеличаване на потенциала на мрежата силата на тока остава непроменена. Как може да се обясни това увеличение на максималния ток в анодната верига? Една нажежаема жичка излъчва, колкото по-голям е броят на електроните, толкова по-голям е токът на нажежаемата жичка, т.е. толкова по-висока е температурата му. Най-големият ток се получава в анодната верига, когато всички електрони, излъчени от нишката, достигнат анода; този ток се наричаток на насищане. При това нажежаване е невъзможно да се получи по-голям ток от тока на насищане, тъй катоцелият брой носители на електроенергия - електрони, вече е използван. С увеличаване на нажежаемостта броят на излъчените електрони е много по-голям и съответно се увеличаваток на насищане.
Ориз. 5. Промяна в излъчването на електрони с промяна в нажежаемостта.
Защо токът на насищане се получава само при определена стойностна положителния потенциал на мрежата и защо този потенциал е по-голям при силно нагряване? За да разберем това обстоятелство, нека обърнем внимание на факта, че цялата маса на електроните, излъчени от нишката и отиващи към анода, е натрупване на отрицателно заредени частици, като електронен облак. Всекинов излъчен електрон изпитваот страна на цялата тази маса от електрони, вече излъчени по-раноотблъскване, от страна на положително заредената мрежа —привличане. Следователно е ясно, че в случай на силно нагряване към решетката трябва да се приложи значителен потенциал, за да се изтласкат всички електрони, излъчени от нишката, през дебелината на електронния облак. Токът на насищане при силно нагряване ще се получи при по-висок потенциал на мрежата, отколкото при слабо нагряване. При ниски потенциали на мрежата всички електрони не могат да пробият бариерата - те се отблъскват от електронния облак обратно, падат върху нишката и не участват в преноса на ток през празното пространство. Следователно анодният ток има толкова по-малка стойност, колкото по-нисък е потенциалът на мрежата.
Коефициент на усилване на напрежението.
Анодният ток може да преминава при нула и дори при отрицателен потенциал на решетката. От фиг. 4 се вижда, че при 0 на решеткатаанодният ток е толкова по-голям, колкото по-висок е потенциалът на анода. Това означава, че анодният потенциал също влияе върху силата на тока. Но анодът е по-далеч от нишката, отколкото решетката, и освен това нишката е блокирана от решетката от прякото действие на анода; Всичко това води до много по-слаб ефект на анодния потенциал от този на решетъчния. Да вземем характеристиката при 80 волта, при 0 на мрежата, анодният ток е 2,2mA. При 60 волта на анода, товасъщият ток ще бъде получен при +3 волта на решетката (вижте фигура 4.) По този начин, намаляването на анодния потенциал с 20 волта ще има същия ефект върху анодния ток като увеличаване на потенциала на решетката с 3 волта. Потенциалът на мрежата е валиден при 20:3, т.е. 6,7 пъти по-силен от анодния потенциал. Ясно е, че колкото по-малка е промяната в характеристиката, когато анодният потенциал се промени с 20v, толкова по-силно ще бъде действието на мрежата в сравнение с анода. Така че, ако друга лампа даде изместване само на 1vс намаляване на анодния потенциал с 20v, тогава е ясно, че решетката ще действа в 20: 1, тоест 20 пъти по-силно от анода. Номерът показва. колко пъти промяната в потенциала на решетката засяга анодния ток по-силно от промяната в потенциала на анода, нареченфактор на усилване на напрежениетов лампата. В лампа с характеристиките на фиг. 4 увеличение на потенциала на мрежата с 3vдава същия ефект като намаляване на анодния потенциал с 20v, което означава, че увеличение с 1vще даде същата промяна в анодния ток като промяна в анодния потенциал с 6,7v; усилването на напрежението в тази лампа е 6,7. Опитът показва, чекоефициентът на усилване на напрежението е по-голям, колкото по-дебела е решетката. Наистина, плътна решетка закрива нишката от действието на анода и следователно ефектът от промените в потенциала на решетката е много по-силен от промяната в потенциала на анода.
Ориз. 6. Катодна лампа в усилвателната верига.
Така че заключаваме: колкото по-дебела е решетката, толкова по-голямо е усилването на напрежението. Възможно е да изразим същата мисъл по друг начин: колкото по-малка е пропускливостта на мрежата1) (колкото по-дебела е), толкова по-голям е коефициентът на усилване на напрежението. От това все още не трябва да се заключава, че лампата с най-гъста решетка ще даде най-доброто усилване на променливи токове.
Катодна лампа като усилвател
Ориз. 7. Включване на трансформатора за увеличаване на напрежението в мрежата.
Нека се опитаме да прекъснем веригата на мрежата в точкиAиBна фиг. 6 и включва в празнината допълнителна батерия в 10vплюс къмBи минус къмA; тогава решетката ще получи потенциал от -10vи потенциалните флуктуации, идващи от линията, ще възникнат в плоската начална част на характеристиката в една или друга посока от -10vи печалбата ще бъде много малка. Същото ще се случи, когато включите мрежата +10v.Средната, права част от характеристиката е най-благоприятна за усилване: това е най-стръмната част от характеристиката и големите колебания на напрежението се използват най-добре.
В допълнение, праволинейната част осигурява друго важнопредимство: в праволинейната част на характеристиката, променливите токове се предават от веригата на мрежата към анодната верига, усилвайки, но не изкривявайки формата си. Всъщност, в средната част на характеристиката, с всяко увеличение или намаляване на напрежението в мрежата, токът в анодната верига също ще се увеличи или намалисъс съответното количество. Твърди се, че промените в анодния ток са пропорционални на промените в потенциала на мрежата. Лесно се вижда, че това вече няма да е така в крайните части на характеристиката. Когато се достигне токът на насищане, промените в потенциала на мрежата вече няма да причиняват промяна в анодния ток, няма да има повече пропорционалност. Поради това обстоятелство кривата на променливия ток ще бъде изкривена от лампата и в същото време звукът на предаваната реч ще бъде изкривен.
Защо плътната мрежа е неизгодна за усилване?
Видяхме по-горе, че за плътна (ниско пропусклива) решетка, изместването на характеристиката наляво ще бъде много малко, в резултат на което цялата характеристика ще лежи почти изцяло в регионаположително напрежение в мрежата. Следователно, когато използваме такава лампа за усилване,ще работим в началната, плоска част на характеристиката и ще получим, както беше посочено по-рано, малко усилване. Плътната мрежа, въпреки че дава голямо усилване на напрежението, ни кара да работим в неблагоприятна плоска част от характеристиката. Ето защо увеличаването на плътността на мрежата е полезно само до определена граница. На практика решетката в усилващите лампи се прави доста рядко и усилването на напрежението се взема от 5 до 8.
Ориз. 8. Суперпозиция на отрицателен потенциал върху решетката.
Катодна лампа като детектор
Ориз. 9. Схема на детекторното действие на лампата.
Нагорния завой на характеристикаталампата може да работи и като детектор, за което е необходимо да се даде допълнителен положителен потенциал на мрежата чрез свързване на батерията с плюс към мрежата, но това се оказва нерентабилно. При допълнителен положителен потенциал протича значителен ток във веригата на мрежата и поради това изтичане трептенията не могат да създадат значителни потенциални промени в мрежата -действието на детектора е слабо.
1) Нека обозначим коефициента на усилване на напрежението като K, тогава стойността 1/K = D ще характеризира пропускливостта на мрежата. Като умножим това число по 100, можем да изразим пропускливостта като процент.