Введение

Триод – электронная усиливающая вакуумная лампа (или термоэлектрический клапан в британском английском), состоящая из трех активных электродов в эвакуированной стеклянной колбе: нагреваемой нити или катода, сетки и анода. Разработанный на основе Audion Ли Де Фореста 1906 года – частичной вакуумной лампы, к термоионному диоду (клапану Флеминга) которой был добавлен управляющий электрод – триод стал первым практически применимым электронным усилителем и прародителем других типов вакуумных ламп, таких как тетрод и пентод. Его изобретение сделало возможными усиленную радиотехнику и дальнейшую телефонную связь. Название происходит от греческого τρίοδος (tríodos), образованного от tri (три) и hodós (дорога, путь), изначально обозначавшего место схождения трех дорог, примерно в 1920 году.

Предшественники устройств

До изобретения термоионных ламп Филипп Ленард использовал принцип управления сеткой при проведении фотоэлектрических экспериментов в 1902 году. Первой вакуумной трубкой, применённой в радио, был термоионный диод, или клапан Флеминга, изобретённый Джоном Амброзом Флемингом в 1904 году в качестве детектора для радиоприёмников. Это была откачанная стеклянная колба, содержащая два электрода: нагреваемый нить накаливания (катод) и пластину (анод).

Изобретение

Триоды появились в 1906 году, когда американский инженер Ли де Форест и австрийский физик Роберт фон Либен независимо друг от друга запатентовали лампы, в которых был добавлен третий электрод – управляющая сетка – между нитью накала и анодом для управления током. Частично вакуумированная лампа фон Либена, запатентованная в марте 1906 года, содержала следы ртутных паров и предназначалась для усиления слабых телефонных сигналов. Как и вакуумная лампа фон Либена, Audions Де Фореста были не полностью эвакуированы и содержали некоторое количество газа при пониженном давлении. Лампа фон Либена не получила значительного развития из-за его смерти через семь лет после изобретения, незадолго до начала Первой мировой войны. Audion Де Фореста не получил широкого применения, пока его способность к усилению не была признана примерно в 1912 году несколькими исследователями, которые использовали его для создания первых успешных усилительных радиоприемников и электронных генераторов. Множество областей применения усиления стимулировали его быстрое развитие. К 1913 году улучшенные версии с более глубоким вакуумом были разработаны Гарольдом Арнольдом в American Telephone and Telegraph Company, которая приобрела права на Audion у Де Фореста, и Ирвингом Лангмуиром в General Electric, который назвал свою лампу "Pliotron".

Характеристики

В таблицах данных триодов обычно приводятся характеристики, связывающие анодный ток (Ia) с анодным напряжением (Va) и напряжением сетки (Vg). Исходя из этих данных, разработчик схемы может выбрать рабочую точку конкретного триода. Затем выходное напряжение и усиление триода можно оценить графически, построив линию нагрузки на графике. В примере, показанном на изображении, предположим, что мы хотим установить постоянное анодное напряжение Va равным 200 В и смещение сетки −1 В. Это подразумевает постоянный ток пластины (анода) 2,2 мА (используя желтую кривую на графике). В триодном усилителе класса A можно использовать анодный резистор (подключенный между анодом и положительным источником питания). Если мы выберем Ra = 10000 Ом, падение напряжения на нем составит V+ − Va = Ia × Ra = 22 В при выбранном анодном токе Ia = 2,2 мА. Таким образом, для получения Va = 200 В на аноде требуется напряжение питания V+ = 222 В. Теперь предположим, что мы наложим на смещение −1 В сигнал с амплитудой 1 В (пик-пик), так что напряжение сетки будет изменяться между −0,5 В и −1,5 В. Когда Vg = −0,5 В, анодный ток увеличится до 3,1 мА, снижая анодное напряжение до Va = V+ − 10 кОм × 3,1 мА = 191 В (оранжевая кривая). Когда Vg = −1,5 В, анодный ток уменьшится до 1,4 мА, повышая анодное напряжение до Va = V+ − 10 кОм × 1,4 мА = 208 В (зеленая кривая). Следовательно, сигнал на входе (сетке) с амплитудой 1 В вызывает изменение выходного напряжения примерно на 17 В. Таким образом достигается усиление напряжения сигнала. Отношение этих двух изменений, коэффициент усиления напряжения (или мю), в этом случае равно 17. Также возможно использовать триоды в качестве повторителей катода, в которых нет усиления напряжения, но значительно снижается динамическое сопротивление; другими словами, ток сильно усиливается (как и в схеме с общим катодом, описанной выше). Усиление либо напряжения, либо тока приводит к усилению мощности, что является основной целью усилительной лампы (в конце концов, либо ток, либо напряжение можно увеличить, уменьшив другое, используя трансформатор – пассивное устройство).