Elektroninių lempų jungimo ir veikos variantai

Diodo jungimas ir veika

Kol diodo anodinė grandinė neįjungta, o katodo kaitinimo grandine teka srovė, iš katodo aktyviojo sluoksnio emituojami elektronai. Elektronams išlėkus iš aktyvuojančios medžiagos, jos atomai tampa teigiamais jonais, kurie traukia išlėkusius elektronus atgal, todėl apie katodą susidaro elektronų debesėlis – erdvinis krūvis, kuriame vyrauja dinaminė pusiausvyra: dalis išlėkusių elektronų grįžta į katodą o jų vietą užima naujai emituoti elektronai. Elektronų debesėlis savo neigiamų krūviu ir teigiamų jonų trauka trukdo tolesnei elektronų emisijai. Elektronai „verda“ prie katodo ir anodo nepasiekia. Srovė per diodą neteka, sakoma, kad diodas uždarytas.

Įjungus anodinį maitinimo šaltinį, taip, kad anodas įgytų teigiamą potencialą, kaip parodyta 1 pav., teigiamas anodas trauks elektronus ir tuo stipriau, kuo anodo potencialas labiau teigiamas.

1 pav. Diodo jungimo schema

Elektronai nuo katodo ims judėti anodo link maždaug tvarkingai, o toks elektronų judėjimas vadinamas elektros srove. Vadinasi, anodui turint teigiamą potencialą, per diodą teka elektros srovė I_a, priklausanti nuo anodo įtampos U_a, pagal 2 pav. parodytą priklausomybę, vadinamą anodine arba voltamperine charakteristika. Jei anodinės įtampos šaltinį E_a įjungsime atvirkščiai, tai neigiamas anodas stums laisvuosius elektronus katodo link ir per lempą srovė netekės.

2 pav. Diodo voltamperinė charakteristika

Diodo voltamperinėje charakteristikoje aiškiai matomos kelios dalys:

• Vingis 0A, susidarantis dėl elektronų debesėlio aplink katodą įtakos;
• Tiesinė dalis AB;
• Viršutinis vingis BC;
• Soties sritis CD.

Tiesinėje dalyje pasirinkę du taškus 1 ir 2 bei juos suprojektavę į ašis i_a ir U_a, galime matyti, kokiu dydžiu Δi_a pakinta anodinė srovė, anodinei įtampai pakitus dydžiu ΔU_a, ir apskaičiuoti du pagrindinius lempos parametrus:

• Charakteristikos statumą, turintį laidumo prasmę:

$S= \frac{ \Delta i_a }{ \Delta U_a }$;

• Vidinę diferencialinę varžą:

$R_i= \frac{ \Delta U_a }{ \Delta i_a } = \frac{ 1 }{ S }$.

Iš diodo voltamperinės charakteristikos matosi, kad per diodą srovė teka tik tada, kai U_a >0 – diodas pasižymi vienpusiu laidumu.

Triodo jungimas ir veika

Vakuuminis triodas turi tris elektrodus. Be katodo ir anodo, jis turi trečią elektrodą – valdantįjį tinklelį, sumontuotą tarp katodo ir anodo. Triodą modeliuojant keturpoliu, vienas iš jo elektrodų yra bendras abiem grandinėms, todėl galimi trys triodo jungimo variantai: triodas gali būti įjungtas pagal bendrojo tinklelio, bendrojo katodo arba bendrojo anodo schemas.

Triodą jungiant pagal bendrojo katodo schemą įėjimo ir išėjimo grandinėms bendras elektrodas yra katodas. Tokia schema (3 pav.) taikoma žemo ir vidutinio dažnio signalų stiprinimui.

3 pav. Triodo bendrojo katodo jungimo schema

Stiprintuvui, surinktam pagal bendrojo katodo jungimo schemą, įėjimo signalas U_t paduodamas tarp katodo ir tinklelio, išėjimo signalas gaunamas tarp katodo ir anodo. Stiprinimo procesą vaizdžiai parodo 4 pav. grafikas.

4 pav. Triodo stiprinimo procesas

Stiprinamas signalas triodo tinklelyje sukuria kintamąją įtampą, kuri kinta kaip vaizduoja kreivė A grafiko apačioje. Pradiniu laiko momentu 1 tinklelio įtampa lygi nuliui o anodo srovės stipris lygus dydžiui pažymėtam skliaustu I voltamperinėje triodo charakteristikoje. Laiko momentu 2 signalo įtampa tinklelyje tampa teigiama ir anodo srovė sustiprėja iki dydžio pažymėto II skliaustu. 3 laiko momentu įėjimo signalo įtampa tampa lygi nuliui todėl anodo srovės stipris sumažėja iki dydžio pažymėto I skliaustu. 4 laiko momentu įėjimo signalo įtampa tampa neigiama, anodo srovės stipris mažėja iki dydžio pažymėto III skliaustu. Tokiu būdu anodo srovė I_a keičiasi tinklelio įtampos U_t dažniu. Anodo srovės I_a stiprio pokyčių amplitudė priklauso nuo triodo voltamperinės charakteristikos statumo ir tinklelio įtampos. Pradinis anodo srovės stipris pažymėtas I skliaustu, vadinamas ramybės srove, parenkamas keičiant nuolatinę tinklelio grandinės įtampą, vadinama tinklelio priešįtampiu, taip, kad anodo srovės reikšmė laiko momentu 1 būtu voltamperinės charakteristikos tiesinės dalies viduryje.

Triodo bendrojo katodo jungimo schema:

• teisingai parinkus apkrovos varžą stiprins įėjimo signalo įtampą U_iš>>U_in.
• 180º kampu keičia įėjimo signalo fazę išėjime.
• įtampos stiprinimo koeficientas išreiškiamas K_U = -SR_Aap, kur S – triodo voltamperinės charakteristikos statumas, R_Aap – anodo apkrovos varža, minusas rodo, kad bendrojo katodo schema 180º keičia fazę.
• įėjimo varža priklauso nuo tinklelio grandinės rezitorių varžų R_in ≈ R_t.
• išėjimo varža R_iš ≈ R_A.

Triodo jungimas pagal bendrojo tinklelio schema pavaizduotas 5 pav. Šis triodo jungimo būdas taikomas tik aukšto dažnio signalų stiprinimui ir, kartais, kaip dinaminė kitų stiprinimo laipsnių apkrova.

5 pav. Triodo bendrojo tinklelio jungimo schema

Srovės bendrojo tinklelio jungimo schema nestiprina, todėl galios stiprinimo koeficientas daug kartų mažesnis nei schemos su bendru katodu. Stiprinamos įėjimo įtampos fazė neinveruojama.

Triodo bendrojo anodo jungimo schema, vadinama anodiniu kartotuvu – įrenginiu nekeičiančiu įėjimo signalo poliarumo (fazės), pavaizduota 6 pav.

6 pav. Triodo bendrojo anodo jungimo schema

Ši schema pasižymi didele įėjimo varža (R_in ≈ R_t) ir srovės stiprinimo koeficientu (K_I >>1), maža išėjimo varža (R_iš ≈ 1/S). Įtampos stiprinimo koeficientas K_U = 0,95-0,99, todėl išėjimo signalas beveik atkartoja įėjimo signalą. Įėjimo signalo fazės tokia schema nekeičia.

Mažos išėjimo varžos dėka katodinis kartotuvas tolygiai atkuria signalus plačioje dažnių juostoje.

Katodiniai kartotuvai naudojami tada, kai signalo šaltinio vidinė varža didelė. Didelė katodinio kartotuvo įėjimo varža naudojama ryšių tarp pakopų mažinimui, nes įjungtas į prieš tai ėjusios pakopos išėjimą, praktiškai neturi įtakos jos darbui dėl savo didelės įėjimo varžos.

Tetrodų ir pentodų jungimui naudojamos tos pačios bendrojo katodo, bendrojo anodo ir bendrojo tinklelio schemos. Kadangi tetrodas turi ekraninį tinklelį, kuriam suteikiamas teigiamas potencialas, tai bendrojo katodo schema, atrodys, kaip 7 pav.

7 pav. Tetrodo jungimas bendrojo katodo schemoje