С повышением положительного напряжения на сетке увеличивается анодный ток лампы, но одновременно растет и ток сетки. Может случиться, что при некотором довольно большом напряжении на сетке ток в ее цепи станет больше анодного. Это объясняется тем, что сетка, находясь ближе к катоду, притягивает к себе электроны сильнее, чем удаленный анод. В этом случае вылетевшие из катода электроны так разделятся между сеткой и анодом, что большая часть их придется на долю сетки. Такое явление крайне нежелательно для работы лампы — она может испортиться из-за перегрева сетки.
Теперь поменяем местами полюсы сеточной батареи, чтобы на сетке относительно катода было отрицательнее напряжение (рис. 219, в). Посмотрим на стрелку миллиамперметра. Она покажет значительно меньший анодный ток, чем в предыдущем эксперименте. Почему анодный ток резко уменьшился? На пути электронов оказался отрицательно заряженный электрод, который препятствует движению их к аноду, отталкивает электроны обратно к катоду. Часть электронов, обладающих наибольшими скоростями, все же «проскочит» через отверстия в сетке и достигнет анода, но количество их будет во много раз меньше, чем при положительном напряжении на сетке. Этим и объясняется резкое уменьшение анодного тока.
По мере увеличения отрицательного заряда на сетке ее отталкивающее действие на электроны будет возрастать, а анодный ток — уменьшаться. А при некотором достаточно большом отрицательном напряжении на сетке она не пропустит к аноду ни одного электрона — анодный ток вообще исчезнет (рис. 219, г). Следовательно, отрицательное напряжение на сетке «закрывает» лампу. Изменение напряжения на сетке оказывает в несколько раз более сильное влияние на анодный ток, чем такое же изменение напряжения на аноде лампы. Сетка управляет потоком электронов, летящих от катода к аноду лампы. Поэтому ее называют управляющей. Это свойство триода и используется для усиления электрических колебаний.
До сих пор я говорил о радиолампе, в которой функцию катода выполняла нить накала. Такие электронные лампы называют лампами с катодом прямого накала, или батарейными, и предназначаются они для радиоконструкций с питанием от батарей гальванических элементов или аккумуляторов.
Катод батарейной лампы — это очень тонкая вольфрамовая проволока, подобная волоску. Она раскаляется сразу же после включения тока и мгновенно охлаждается при выключении его. Если такой катод питать переменным током, то он в такт с изменениями тока будет накаляться то сильнее (при наибольших значения тока), то слабее (при наименьших значениях тока). В результате эмиссия, а значит, и анодный ток лампы будут изменяться с удвоенной частотой переменного тока. Вследствие этого в телефоне или динамической головке громкоговорителя, подключенной к усилителю, будет слышен сильный гул низкого тока, называемый фоном переменного тока. Поэтому нити накала батарейных ламп нельзя питать переменным током.
В любительской радиоаппаратуре батарейные лампы сейчас не применяются. Их вытеснили сетевые радиолампы.
В радиолампе, предназначенной для аппаратуры с питанием от сети переменного тока, электроны излучает не нить накала, а подогреваемый ею металлический цилиндр (рис. 220).
Рис. 220.Устройство и схематическое изображение триода с подогревным катодом
На поверхность такого катода нанесен активный слой, способствующий более интенсивному излучению электронов. Покрытая слоем теплостойкой изоляции нить накала находится внутри цилиндра и питается переменным током. Раскаляясь, она разогревает цилиндр, который и испускает электроны. Нить накала такой лампы является как бы электрической печкой, подогревающей катод. Ее называют подогревателем, а лампы с катодом такого устройства — лампами с подогревными катодами, или лампами с катодами косвенного накала.
Почему так сложно устроен катод сетевой лампы? Цилиндр-катод обладает относительно большой массой, поэтому его температура при изменениях тока в подогревателе не изменяется. В результате эмиссия получается равномерной и при работе лампы в усилителе фон переменного тока не слышен. Нить накала сетевой лампы обозначают на схемах так же, как и в батарейной лампе, а катод — дужкой над нитью накала. Катод имеет отдельный вывод.
Нити накала большей части сетевых ламп рассчитаны на напряжение 6,3 В при токе 0,15-2 А. Оно подается от трансформаторов. Потребляемые подогревателями мощности тока во много раз больше, чем мощности, расходуемые на питание катодов батарейных ламп.
Сетевые лампы начинают работать не сразу после включения тока, а только через 25–30 с после того, как прогреется катод.
Надо сказать, что в некоторых усилителях, питаемых от сети переменного тока, иногда все же используют лампы с катодами прямого накала. Но катоды таких ламп делают более массивными, вследствие чего при периодических изменениях накаливающего тока их температура и электронная эмиссия изменяются мало. Если тебе придется столкнуться с аппаратурой на электронных лампах, придется иметь дело только с лампами косвенного накала.
Для электронной лампы, выполняющей роль усилителя, как и для транзистора, важнейшим условием для работы без искажения сигнала является смещение. Для этого на управляющую сетку (относительно катода) вместе с напряжением усиливаемого сигнала подают некоторое постоянное отрицательное напряжение, которое несколько закрывает лампу. Напряжение смещения предупреждает появление сеточных токов, что может вызвать искажение сигнала, и влияет на режим работы лампы в целом.
Напряжение смещения для биполярных транзисторов одинаково и равно: для германиевых 0,1–0,2 В, для кремниевых — 0,5–0,7 В. Для электронных же ламп оно определяется свойствами каждой конкретной лампы и указывается в паспортах ламп и справочных таблицах. Так, например, для триода 6С5С при постоянном напряжении на аноде 250 В на ее управляющую сетку должно подаваться напряжение смещения, равное минус 8 В.
В принципе смещение на управляющую сетку можно подавать от специальной батареи с соответствующим напряжением, как это иногда делали в батарейных ламповых приемниках. В сетевой же аппаратуре применяют так называемое автоматическое смещение, не требующее специальной батареи.
Схему усилителя с таким способом смешения ты видишь на рис. 221.
Рис. 221.Триод-усилитель и графики, иллюстрирующие его работу
В усилителе работает триод с катодом косвенного накала. Нить накала лампы питается от обмотки трансформатора, понижающего напряжение сети до 6,3 В. Между минусом источника питания анодной цепи Uи. п, функцию которого выполняет выпрямитель, и катодом лампы включен резистор Rк. Управляющая сетка лампы соединена через резистор Rcс нижним выводом катодного резистора Rк. Через резистор Rк течет катодный ток лампы, и на нем происходит падение напряжения, соответствующее току и сопротивлению в этом участке цепи. При этом на верхнем выводе резистора Rк, а значит, и на катоде лампы получается положительное напряжение относительно его вывода, соединенного с минусом источника анодного напряжения. А так как сетка соединена не с катодом, а с выводом резистора Rк, противоположном катоду, она получает отрицательное напряжение относительно катода.
Резистор, с помощью которого на сетке лампы создают начальное отрицательное напряжение смещения, называют резистором автоматического смещения.
Сопротивление резистора Rк, необходимое для получения требуемого напряжения смешения Uc для конкретной лампы можно рассчитать по формуле Rк = Uc/Iк, где Iк — катодный ток лампы, равный току анода (или сумме токов цепей многоэлектродной лампы).
Приведу пример расчета. На управляющую сетку триода 6С5С надо подать напряжение смещения Uc— 8 В. Анодный ток этой лампы составляет 8 мА. В этом случае сопротивление резистора смещения должно быть: Rк = 8/0,008 = 1 кОм.
Заодно давай подсчитаем мощность тока, рассеиваемую на этом резисторе: Р = U·I = 8 В · 0,008 А ~= 0,06 Вт. Значит, этот резистор должен быть рассчитан, на мощность рассеивания не менее 0,1 Вт (MЛT-0,125). Иначе он может сгореть.
Чтобы измерить напряжение автоматического смещения, вольтметр присоединяют параллельно катодному резистору таким образом, чтобы его зажим, отмеченный знаком «+», был подключен к катоду лампы. Если при этом вольтметр показывает 8 В, значит, на сетке лампы напряжение минус 8 В. Так, между прочим, подают напряжение смещения и на затвор полевого транзистора.
Какова роль конденсатора Ск? Он решает ту же задачу, что и аналогичный ему конденсатор, шунтирующий эмиттерный резистор транзисторного усилителя. Когда лампа усиливает переменное напряжение сигнала, во всей ее анодной цепи появляется переменная составляющая усиливаемых колебаний. В результате на катодном резисторе, как и на анодной нагрузке возникает переменное напряжение. И если в цепи катода будет только резистор, то создающееся на нем переменное напряжение вместе с постоянным напряжением смещения будет автоматически подаваться на управляющую сетку лампы. Образуется отрицательная обратная связь, ослабляющая усиление. Конденсатор же, шунтирующий резистор автоматического смещения, свободно пропускает через себя переменную составляющую анодного тока и тем самым устраняет отрицательную обратную связь. В этом случае через катодный резистор идет только постоянная составляющая анодного тока, благодаря чему на управляющей сетке действует только постоянное начальное отрицательное напряжение смещения.
Емкость конденсатора Ск должна быть достаточно большой, чтобы он не представлял сколько-нибудь существенного сопротивления токам самых низших частот, усиливаемых лампой. В усилителе 3Ч, например, его емкость должна быть не менее 10 мкФ, а номинальное напряжение — не менее напряжения смещения. Это, как правило, электролитический конденсатор.