Сетка управления

Символ, используемый на принципиальных схемах вакуумной лампы, показывающий сетку управления.

Управляющая сетка представляет собой электрод, используемый в усиливающих термоэлектронных лампах (вакуумных лампах), таких как триод , тетрод и пентод , используемый для управления потоком электронов от катода к анодному (пластинному) электроду. Управляющая сетка обычно состоит из цилиндрического экрана или спирали из тонкой проволоки, окружающей катод и, в свою очередь, окруженной анодом. Управляющая сетка была изобретена Ли Де Форестом , который в 1906 году добавил сетку к лампе Флеминга ( термоэлектронный диод ), чтобы создать первую усилительную лампу — Аудион ( триод ).

Операция

В лампе горячий катод испускает отрицательно заряженные электроны , которые притягиваются и захватываются анодом, на который от источника питания подается положительное напряжение. Управляющая сетка между катодом и анодом действует как «ворота», контролирующие ток электронов, достигающих анода. Более отрицательное напряжение на сетке будет отталкивать электроны обратно к катоду, поэтому меньшее их количество проникнет к аноду. Менее отрицательное или положительное напряжение на сетке пропустит больше электронов, увеличивая анодный ток. Заданное изменение напряжения сети вызывает пропорциональное изменение тока пластины, поэтому, если к сети приложено изменяющееся во времени напряжение, форма сигнала тока пластины будет копией приложенного напряжения сети.

Относительно небольшое изменение напряжения на управляющей сетке приводит к значительному изменению анодного тока. Наличие резистора в анодной цепи приводит к появлению большого изменения напряжения на аноде. Изменение анодного напряжения может быть намного больше, чем вызвавшее его изменение напряжения на сетке, и, таким образом, лампа может усиливать сигнал, действуя как усилитель .

Строительство

Устройство современной триодной лампы малой мощности. Стекло и внешние электроды показаны частично срезанными, чтобы обнажить конструкцию.

Сетка в первом триодном клапане представляла собой зигзагообразный кусок проволоки, помещенный между нитью накала и анодом. Он быстро превратился в спираль или цилиндрический экран из тонкой проволоки, помещенный между однонитевой нитью накала (или позже цилиндрическим катодом) и цилиндрическим анодом. Сетка обычно состоит из очень тонкой проволоки, которая выдерживает высокие температуры и сама не склонна к испусканию электронов. молибдена сплав с золотым Часто используется покрытием. Он намотан на боковых опорах из мягкой меди , которые обжимаются над обмотками сетки, чтобы удерживать их на месте. Вариантом 1950-х годов является рамочная сетка, при которой очень тонкая проволока наматывается на жесткий штампованный металлический каркас. Это позволяет соблюдать очень жесткие допуски, поэтому сетку можно разместить ближе к нити накала (или катоду).

Эффекты положения сетки

Размещая управляющую сетку ближе к нити накала/катода относительно анода, можно добиться большего усиления . Эта степень усиления упоминается в технических характеристиках клапана как коэффициент усиления или «мю». Это также приводит к более высокой крутизне , которая является мерой изменения анодного тока в зависимости от изменения напряжения сети. Коэффициент шума клапана обратно пропорционален его крутизне; более высокая крутизна обычно означает меньший коэффициент шума. Низкий уровень шума может быть очень важен при проектировании радио- или телевизионного приемника.

Несколько сеток управления

Клапан может содержать более одной управляющей сетки. Гексод содержит две такие сетки : одну для принимаемого сигнала и одну для сигнала гетеродина. Присущая клапану нелинейность приводит к появлению в анодной цепи не только обоих исходных сигналов, но также суммы и разности этих сигналов. Его можно использовать в качестве преобразователя частоты в супергетеродинных приемниках.

Варианты сетки

Иллюстрация, представляющая различные конфигурации сети управления

Разновидностью управляющей сетки является создание спирали с переменным шагом. Это придает результирующему клапану отчетливую нелинейную характеристику. Это часто используется в радиочастотных усилителях, где изменение смещения сетки изменяет взаимную проводимость и, следовательно, коэффициент усиления устройства. Эта вариация обычно проявляется в пентодной форме клапана, где его тогда называют пентодом с регулируемым мю или пентодом с дистанционным отсечкой.

Одним из основных ограничений триодного клапана является наличие значительной емкости между сеткой и анодом (Cag ₎ . Явление, известное как эффект Миллера, приводит к тому, что входная емкость усилителя является произведением Cag _и коэффициента усиления лампы. Это, а также нестабильность усилителя с настроенным входом и выходом при _{большом Cag} может серьезно ограничить верхнюю рабочую частоту. Эти эффекты можно преодолеть добавлением экранирующей сетки , однако в последние годы эры ламп были разработаны конструктивные методы, которые сделали эту «паразитную емкость» настолько низкой, что триоды, работающие в верхних диапазонах очень высоких частот (ОВЧ), стали возможный. Mullard работал на частоте EC91 до 250 МГц. Емкость анода-сетки EC91 указана в литературе производителя как 2,5 пФ, что выше, чем у многих других триодов того времени, в то время как многие триоды 1920-х годов имели строго сопоставимые показатели, поэтому прогресса в этой области не произошло. Однако ранние тетроды с экранной сеткой 1920-х годов имели C _Ag всего 1 или 2 фФ, примерно в тысячу раз меньше. «Современные» пентоды имеют сопоставимые значения _Cag . Триоды использовались в усилителях УКВ в конфигурации с «заземленной сеткой» - схеме, которая предотвращает обратную связь Миллера.