Trioda

Jak jsme poznali, lze u diody ovládat anodový proud buď změnou anodového nebo žhavicího napětí. Jestliže mezi katodu a anodu diody vložíme další elektrodu, mřížku nebo spirálu z tenkého drátu, získáme možnost ovládat anodový proud i jejím napětím. Takto vzniklá elektronka se nazývá trioda. Při nejčastějším způsobu užití má anoda proti katodě napětí několik desítek až stovek voltů a odebírá prakticky celý proud, emitovaný katodou. Mřížka (obvykle se označuje písmenem G) má proti katodě záporné napětí několik voltů až desítek voltů, takže její proud je zanedbatelný (napětí UGK je menší než -1,5V, viz článek o diodě). Používá se jí jen k tomu, aby řídila anodový proud. Ten teď, při stálém žhavicím napětí, závisí na napětí mezi mřížkou a katodou i na napětí mezi anodou a katodou. Vliv těchto dvou napětí na anodový proud se sčítá, přičemž vliv vzdálenější anody je slabší než vliv mřížky, která je blíže katodě. 

K popisu vlastností triody používáme tři parametry, které se nazývají zesilovací činitel (μ), strmost (S) a vnitřní odpor (Ri). Navzájem jsou spolu svázány vztahem S.Ri =μ, takže pokud známe dva z nich, lze třetí dopočítat.  Parametry musí být měřeny v jediném pracovním bodě, definovaném UA, IA a UG. V jiném pracovním bodě budou parametry odlišné, ale uvedený vztah mezi nimi platí vždy.

V katalogovém listu elektronky ECC81 najdeme tyto údaje:

UA=250V

IA=10mA

UG=-2V

S=5,5mA/V

μ=60

Ri=11kΩ

První tři určují pracovní bod, ve kterém se S,  Ri  a μ měří. Dosadíme-li S a Ri  do vzorce, vyjde nám  μ= 5,5x11=60,5 (malý rozdíl ve výsledku je způsoben zaokrouhlením údajů v katalogu).

Parametry triody se dají odvodit z jejích charakteristik. Charakteristiky triody se nejčastěji zobrazují dvěma grafy, které najdeme katalogovém listu. Jsou to:

  • převodní charakteristika: závislost anodového proudu na napětí mřížky při UA jako parametru
  • anodová charakteristika: závislost anodového proudu na anodovém napětí při UG jako parametru

Obr.1: Převodní a anodová chrakteristika triody ECC81 

V obrázku je červeně naznačeno odvození parametrů triody ECC81. Strmost  se určí z tečny k převodní charakteristice, v našem případě pro UA=250V a při anodovém proudu 10mA. Z grafu můžeme odečíst že S=21,5/3,95=5,45mA/V. Vnitřní odpor se zjistí z tečny k anodové charakteristice, v našem případě pro UG=-2V a IA=10mA; Ri=(400-140)/23,8=10,9 kΩ. Pro zjištění zesilovacího činitele si sestrojíme anodové charakteristiky pro UG=-1,5V a UG=-2,5V (stačí jen část, která se protíná s pořadnicí IA=10mA). Zesilovací činitel určíme jako poměr změny anodového napětí (to se změní z 220V na 283V, tedy o 63V) při změně UG z -1,5 na -2,5V (změna o 1V). V našem případě je μ=63. Shoda s údaji uvedenými v katalogu je tedy dobrá, největší odchylka je u zesilovacího činitele, pro jehož určení jsme použili méně přesný způsob. 

Běžné  přijímací a zesilovací triody mají zesilovací činitel 2÷100, strmost 1÷ 60mA/V a vnitřní odpor desítky Ω až desítky kΩ.

Strmost triody se snižuje s klesajícím anodovým proudem, vnitřní odpor se naopak zvyšuje. Zesilovací činitel zůstává přibližně konstantní v širokém rozsahu  anodových proudů, pouze u nejmenších proudů klesá až o 30%. Na obrázku je vidět průběh uvedených veličin pro elektronku TESLA ECC83. 

Obr.2: Závislost zesilovacího činitele, strmosti a vnitřního odporu na anodovém proudu

V německých katalogových listech a publikacích se často místo zesilovacího činitele používá průnik D, který se vyjadřuje v procentech. Platí, že μ= 100/D. Strmost se v americké literatuře vyjadřuje v jednotce μmho; 1000μmho je 1mA/V.  

Někdy nás zajímá i závislost mřížkového proudu na záporném napětí mřížky. Udává se zpravidla pro několik anodových napětí a její průběh je na následujícím obrázku.

 

Obr.3: Mřížkové proudy elektronky E80CC

Mřížkový proud je součtem několika dílčích proudů, které mají různé příčiny a různý průběh. Nejdůležitější z nich jsou:

  • náběhový proud elektronů. Mřížka zachytí některé z emitovaných elektronů (chová se tedy jako anoda v diodě). Potlačí se tím, že se napětí mřížky zmenší pod -1,5V.
  • iontová složka mřížkového proudu. Některé emitované elektrony se cestou k anodě srazí s molekulou plynu a ionizují ji. Její velikost závisí na jakosti vakua v elektronce.
  • izolační složka mřížkového proudu. Vzniká v důsledku konečného odporu mezi mřížkou a ostatními elektrodami. Závisí na kvalitě izolace. 

Z charakteristiky lze vyvodit, že má-li být mřížkový proud malý, musí být anodové napětí nízké (v uvedeném případě 60V) a mřížkové napětí dostatečně záporné (pod -2,2V). Sice existuje bod, ve kterém je mřížkový proud nulový, ale v něm je citlivost na malou změnu mřížkového potenciálu tak vysoká, že je prakticky nepoužitelný.

U vysílacích elektronek se místo převodní a anodové charakteristiky používá  isoampérová charakteristika (závislost napětí mřížky na anodovém napětí při IA jako parametru). V ní lze relativně snadno řešit zesilovače třídy C a výkonové generátory.  Do stejného grafu se obvykle kreslí také křivky, kde je parametrem  IG  (mřížkové isoampéry). Isoampérové charakteristice se někdy říká charakteristika konstantních proudů. 

Obr.4: Isoampérové chrakteristiky generátorové triody

 

Výhody a nevýhody triod

Výhody triod

  • jednoduchá konstrukce. Proti tetrodě a pentodě mají triody jednodušší konstrukci, jejich výroba je lacinější a rozptyl parametrů užší.
  • jednoduché napájení. U triody odpadá napájení stínicí mřížky. 
  • nižší šum. Triody mají obecně nižší šum než tetrody a pentody, takže se lépe hodí pro zesilování malých napětí.
  • možnost umístit dvě triody do jedné baňky. Takové elektronky je možné snadno zapojit jako kaskodový nebo rozdílový zesilovač, multivibrátor atd.. 
  • nízký vnitřní odpor. Může být výhodou i nevýhodou.

 

Nevýhody triod

  • relativně nízké zesílení. V optimálním případě dosahuje cca 80% zesilovacího činitele. 
  • nižší využití anodového napětí při provozu bez mřížkových proudů. To platí zvláště pro triody s vysokým zesilovacím činitelem.
  • relativně velká kapacita mezi mřížkou a anodou (u malých elektronek řádově pikofarady). V nízkofrekvenčních zesilovačích může, díky Millerovu jevu, podstatně snížit horní mezní kmitočet. U vysokofrekvenčních zesilovačů se musí tato kapacita neutralizovat.

 

Použití triod

V nízkofrekvenčních zesilovačích napětí triody prakticky vytlačily ostatní druhy elektronek. Používají se typy s nízkým (ECC82, 12AU7, 6SN7), středním ( 6Н1П, 12AY7, ECC81, 12AT7) i vysokým (5751, 6SL7, ECC83, 12AX7, 6Н2П) zesilovacím činitelem

V koncových nízkofrekvenčních zesilovačích (mimo OTL) se triody používají méně než tetrody nebo pentody. Ty dávají vyšší zesílení a zápornou zpětnou vazbou lze zmenšit jejich vnitřní odpor na hodnotu běžnou u triod. Nevýhodou triod je vysoké potřebné budicí napětí a nízká účinnost, při práci ve třídě A1 jen 15÷25%. Pro velmi kvalitní zesilovače je však výkonová trioda -nejlépe přímožhavená- ideální. Mimo známé, dnes velmi těžko dostupné elektronky AD1 můžeme jako příklady jmenovat typy 300B, 2A3, 211, 805 a 845. 

Firma Svetlana v 90. letech adaptovala vysílací triody 811A a 572B pro použití v nízkofrekvenčních zesilovačích. Elektronky měly vývod anody  na patici, snížené anodové napětí a vyráběly se s různým zesilovacím činitelem (3-10-30-160). 

V zesilovačích bez výstupního transformátoru (OTL) se s oblibou používají triody, původně určené do elektronických stabilizátorů napětí, které mají vysoký anodový proud, malý vnitřní odpor a nízký zesilovací činitel. Mohou být jednoduché (6С18С, 6С33С, 6С19П, EC360, 7241) i dvojité (6AS7, ECC230, 6Н5С, 6Н13С, 6336A, 6528A, 7236).

Také koncové stupně vysílačů se stále osazují triodami. U radioamatérských vysílačů pro krátké vlny jsou to elektronky 811A, 572B a 3-500ZG, v komerčních vysílačích se používá celá řada velkých triod, chlazených vzduchem, vodou či odpařováním vody.   

Triody se používají i v průmyslových generátorech vysokých kmitočtů pro dielektrický a indukční ohřev, vysoušení, sváření atd.. Anodová ztráta těchto elektronek je od stovek wattů až do stovek kW, kmitočet sahá až do desítek MHz. Elektronky často mají vodní chlazení. 

Obr.5: Schematické značky triod

Zleva doprava to jsou:

-přímožhavená trioda (AD1, 811A)

-nepřímožhavená trioda ( 6С19П, EC92) 

-nepřímožhavená dvojitá trioda s oddělenými katodami a stíněním mezi systémy (ECC85, E88CC)

 

 

 


Tento web používá soubory cookies. Dalším procházením tohoto webu vyjadřujete souhlas s jejich používáním.