Войти
ECC83, двойной триод, используемый в звуковом оборудовании 1960-х годов 
3CX1500A7, современный триод мощностью 1,5 кВт, используемый в радиопередатчиках. Цилиндрическая конструкция представляет собой прикрепленный к пластине теплоотвод, через который во время работы продувается воздух. 
Примеры маломощных триодов от 1918 года (слева) до миниатюрных ламп 1960-х годов (справа) A триод электронная усиливающая вакуумная трубка (или клапан в британском английском), состоящая из трех электродов внутри вакуумированной стеклянной оболочки: нагретая нить накала или катод, сетка и пластина (анод ). Разработанная на основе Ли Де Фореста 1906 года Audion, частичная вакуумная лампа, которая добавляла сетчатый электрод к термоэлектронному диоду (клапан Флеминга ), триод был первым практическим электронным усилителем и предком других типов электронных ламп, таких как тетрод и пентод. Его изобретение положило начало эпохе электроники, сделав возможной усиленную радиотехнологию и междугородную телефонию. Триоды широко использовались в устройствах бытовой электроники, таких как радио и телевизоры, до 1970-х годов, когда их заменили транзисторы. Сегодня они в основном используются в мощных ВЧ усилителях в радиопередатчиках и промышленных нагревательных ВЧ-устройствах. В последние годы наблюдается возрождение спроса на маломощные триоды из-за возобновления интереса к ламповым аудиосистемам со стороны аудиофилов, предпочитающих звук ламповой электроники.
Название «триод» было придумано британским физиком Уильямом Экклзом где-то около 1920 года, происходит от греческого τρίοδο tr, tríodos, от tri- (три) и hodós (дорога, путь), первоначально означающее место, где встречаются три дороги.
De Лампа Forest Audion 1908 года, первый триод. Сверху видна плоская пластина, а под ней зигзагообразная сетка. Нить накала изначально находилась под решеткой, но сгорела. 
Трубка Либена-Рейса, еще один примитивный триод, разработанный Робертом фон Либеном одновременно с Audion До изобретения термоэмиссионных клапанов Филипп Ленард использовал принцип управления сеткой при проведении фотоэлектрических экспериментов в 1902 году.
Первой вакуумной лампой, использованной в радио, был термоэлектронный диод или клапан Флеминга, изобретенный Джоном Амброузом Флемингом в 1904 году как детектор для радиоприемников. Это была вакуумированная стеклянная колба, содержащая два электрода, нагретую нить накала и пластину (анод).
Триоды появились в 1906 году, когда американский инженер Ли Де Форест и австрийский физик Роберт фон Либен независимо друг от друга запатентовали трубки, в которые был добавлен третий электрод., управляющая сетка между нитью накала и пластиной для управления током. Частично откачанная трехэлементная трубка фон Либена, запатентованная в марте 1906 года, содержала следы паров ртути и была предназначена для усиления слабых телефонных сигналов. Начиная с октября 1906 года Де Форест запатентовал ряд трехэлементных ламповых конструкций, добавив к диоду электрод, который он назвал Audions, предназначенный для использования в качестве радиодетекторов. Тот, который стал конструкцией триода, в котором сетка располагалась между нитью накала и пластиной, был запатентован 29 января 1907 года. Подобно вакуумной лампе фон Либена, Audions Де Фореста откачивались не полностью и содержали немного газа при низком давлении. Электронная лампа фон Либена не получила большого развития из-за его смерти через семь лет после ее изобретения, незадолго до начала Первой мировой войны.
Audion Де Фореста не нашел большого применения, пока его способность к усилению не была признана повсюду. 1912 г. несколькими исследователями, которые использовали его для создания первых успешных усилительных радиоприемников и электронных генераторов. Многочисленные применения амплификации мотивировали его быстрое развитие. К 1913 году улучшенные версии с более высоким вакуумом были разработаны Гарольдом Арнольдом из American Telephone and Telegraph Company, которая приобрела права на Audion у De Forest, и Irving Langmuir в General Electric, который назвал свою лампу "Pliotron", это были первые ламповые триоды. Название «триод» появилось позже, когда возникла необходимость отличать его от других видов электронных ламп с большим или меньшим количеством элементов (например, диоды, тетроды, пентоды и т. д.). Между Де Форестом и фон Либеном, а также Де Форестом и компанией Marconi, которая представляла Джона Амброуза Флеминга, изобретателя диода, велись длительные судебные процессы.
Открытие усилительной способности триода в 1912 году произвело революцию в электротехнике, создав новую область электроники, технологию активных (усиливающие ) электрические устройства. Триод сразу стал применяться во многих сферах связи. Триод «непрерывная волна » радиопередатчики заменили громоздкие и неэффективные «затухающие волны » передатчики с искровым разрядником, позволяя передавать звук с помощью амплитудная модуляция (AM). Усилительные триодные радиоприемники, которые могли управлять громкоговорителями, заменили слабые кристаллические радиоприемники, которые приходилось слушать с наушниками, позволяя семьям слушать вместе. Это привело к эволюции радио от службы коммерческих сообщений к первому средству массовой коммуникации, с началом радиовещания около 1920 года. Триоды сделали возможной трансконтинентальную телефонную связь. Ламповые триодные повторители, изобретенные в Bell Telephone после приобретения прав Audion, позволяли телефонным звонкам выходить за пределы неусиленного лимита примерно в 800 миль. Открытие компанией Bell первой трансконтинентальной телефонной линии было отпраздновано 3 года спустя, 25 января 1915 года. Триод стал возможным благодаря другим изобретениям: телевидение, системы громкой связи, электрические фонографы и говорящие кинофильмы.
Триод послужил технологической базой, на основе которой были разработаны более поздние электронные лампы, такие как тетрод (Уолтер Шоттки, 1916) и пентод (Gilles Holst и Bernardus Dominicus Hubertus Tellegen, 1926), которые исправили некоторые недостатки триода, подробно описанные ниже.
Триод очень широко использовался в бытовой электронике, такой как радио, телевизоры и аудиосистемы, пока он не был заменен в 1960-х годах на транзистор, изобретенный в 1947 году, положивший конец «эре электронных ламп», введенной триодом. Сегодня триоды в основном используются в мощных приложениях, для которых твердотельные полупроводниковые устройства не подходят, например, радиопередатчики и промышленное нагревательное оборудование. Однако в последнее время триод и другие устройства на электронных лампах переживают возрождение и возвращение в высококачественное аудио и музыкальное оборудование. Они также по-прежнему используются в качестве вакуумных флуоресцентных дисплеев (VFD), которые имеют множество реализаций, но все они по сути являются триодными устройствами.
Структура современной маломощной триодной вакуумной лампы. Стеклянный и внешний электроды показаны частично срезанными, чтобы показать конструкцию. 
Схематический символ, используемый в принципиальных схемах триода, показывающий символы для электродов. Все триоды имеют горячий катод электрод, нагретый нитью, которая высвобождает электроны, и плоский металлический пластинчатый электрод, к которому электроны притягиваются, с сеткой состоящий из экрана проводов между ними для контроля тока. Они запечатаны внутри стеклянного контейнера, из которого удален воздух до высокого вакуума, около 10 атм. Поскольку нить накала со временем перегорает, трубка имеет ограниченный срок службы и изготавливается как сменный блок; электроды прикреплены к контактам, которые вставляются в розетку. Срок службы триода составляет около 2000 часов для небольших ламп и 10 000 часов для силовых ламп.
Триоды малой мощности имеют концентрическую конструкцию (см. Рисунок справа) с сеткой и анодом в виде круглых или овальных цилиндров, окружающих катод. Катод представляет собой узкую металлическую трубку по центру. Внутри катода находится нить накала, называемая «нагревателем», состоящая из узкой полосы высокоомной вольфрамовой проволоки, которая нагревает катод докрасна (800-1000 ° C). Этот тип называется «катодом с косвенным нагревом ». Катод покрыт смесью оксидов щелочноземельных элементов, таких как оксид кальция и тория, что снижает его работу выхода, поэтому он производит больше электронов. Сетка состоит из спирали или экрана из тонких проволок, окружающих катод. Анод представляет собой цилиндр или прямоугольную коробку из листового металла, окружающую решетку. Он затемнен для излучения тепла и часто снабжен теплоизлучающими ребрами. Электроны движутся в радиальном направлении от катода через сетку к аноду. Элементы удерживаются на месте с помощью слюдяных или керамических изоляторов и поддерживаются жесткими проводами, прикрепленными к основанию, где электроды выводятся на соединительные штыри. «геттер », небольшое количество блестящего металла барий, испарившееся на внутренней стороне стекла, помогает поддерживать вакуум, поглощая газ, выделяющийся в трубке с течением времени.
Мощные триоды обычно используют нить накала, которая служит катодом (катод с прямым нагревом), потому что эмиссионное покрытие на косвенно нагретые катоды разрушаются более высокой ионной бомбардировкой в силовых лампах. Чаще всего используется нить из торированного вольфрама, в которой торий в вольфраме образует монослой на поверхности, который увеличивает эмиссию электронов. Обычно они работают при более высоких температурах, чем катоды с косвенным нагревом. Оболочка трубки часто изготавливается из более прочной керамики, а не из стекла, и все материалы имеют более высокие температуры плавления, чтобы выдерживать более высокие уровни нагрева. Лампы с анодной рассеиваемой мощностью более нескольких сотен ватт обычно активно охлаждаются; анод, сделанный из тяжелой меди, выступает через стенку трубки и прикреплен к большому внешнему ребристому металлическому радиатору , который охлаждается нагнетаемым воздухом или водой.
Советские маяковые трубы 6С5Д (6S5D) Тип маломощного триода для использования на сверхвысоких частотах (УВЧ), "маяк" имеет планарную конструкцию для уменьшения межэлектродной емкости и индуктивности вывода , что придает ей вид "маяка". Дискообразный катод, сетка и пластина образуют плоскости вверх по центру трубки - немного похоже на бутерброд с промежутками между слоями. Катод внизу прикреплен к штырям лампы, но сетка и пластина выведены на клеммы с низкой индуктивностью на верхнем уровне лампы: сетка - к металлическому кольцу на полпути вверх, а пластина - к металлической кнопке наверху. верхняя. Это один из примеров конструкции «дискового уплотнения». Меньшие примеры обходятся без восьмеричного основания штифта, показанного на иллюстрации, и полагаются на контактные кольца для всех соединений, включая нагреватель и катод постоянного тока.
Кроме того, высокочастотные характеристики ограничены временем прохождения: временем, необходимым электронам, чтобы пройти от катода к аноду. Эффекты времени прохождения сложны, но одним простым эффектом является входная проводимость, также известная как загрузка сети. На очень высоких частотах электроны, попадающие в сетку, могут не совпадать по фазе с электронами, уходящими к аноду. Этот дисбаланс заряда заставляет сеть проявлять реактивное сопротивление, которое намного меньше, чем ее низкочастотная характеристика «разомкнутой цепи».
Эффекты времени прохождения уменьшаются за счет уменьшения расстояния в трубке. Такие лампы, как 416B (конструкция Lighthouse) и 7768 (полностью керамическая миниатюрная конструкция), предназначены для работы на частотах до 4 ГГц. В них значительно уменьшено расстояние между сеткой и катодом, порядка 0,1 мм.
Эти значительно уменьшенные расстояния между сетками также дают гораздо более высокий коэффициент усиления, чем традиционные осевые конструкции. 7768 имеет коэффициент усиления 225 по сравнению с 100 для 6AV6, используемого в домашних радиоприемниках, и является максимально возможным для осевой конструкции.
Емкость анодной сетки в этих конструкциях не особенно низкая. Емкость анодной сетки 6AV6 составляет 2 пикофарада (пФ), 7768 имеет значение 1,7 пФ. Близкое расстояние между электродами, используемое в микроволновых лампах, увеличивает емкость, но это увеличение компенсируется их общими уменьшенными размерами по сравнению с более низкочастотными лампами.
Триод с отдельными катодом и нитью накала. 
Триод, в котором нить накала служит катодом. 
Нить накала отсутствует на диаграмме. Условные обозначения схем для триодов. (F) нить накала, (C) катод, (G) сетка, (P) пластина В триоде электроны высвобождаются в трубку с металлического катода путем нагрева. это процесс, называемый термоэлектронной эмиссией. Катод нагревается докрасна отдельным током, протекающим через тонкую металлическую нить накала. В триодах большой мощности катодом является сама нить накала, тогда как в большинстве случаев нить накала нагревает отдельный катодный электрод. Практически весь воздух удаляется из трубки, поэтому электроны могут свободно перемещаться. На анод подается положительное постоянное напряжение от 20 В до тысяч вольт в силовых трубках. Отрицательные электроны притягиваются к положительно заряженному аноду и протекают через промежутки между проволоками сетки к нему, создавая поток электронов через трубку от катода к аноду.
Величиной этого тока можно управлять с помощью напряжения, приложенного между катодом и сеткой. Сетка действует как ворота для электронов. Более отрицательное напряжение на сетке отталкивает часть электронов, поэтому меньше электронов проходит к аноду, уменьшая анодный ток. Положительное напряжение на сетке будет притягивать больше электронов от катода, поэтому большее количество электронов достигнет анода, увеличивая анодный ток. Следовательно, сигнал с изменяющейся мощностью (AC) малой мощности, подаваемый на сеть, может управлять гораздо более мощным анодным током, что приводит к усилению. Изменение напряжения сети вызовет идентичные пропорциональные изменения анодного тока. Поместив подходящее сопротивление нагрузки в анодную цепь, изменяющийся ток вызовет изменение напряжения на сопротивлении, которое может быть намного больше, чем изменения входного напряжения, что приведет к усилению напряжения.
Триод обычно "включен". "устройство; и ток течет к аноду при нулевом напряжении в сети. Анодный ток постепенно уменьшается по мере того, как сетка становится более отрицательной по сравнению с катодом. Обычно к сетке прикладывается постоянное напряжение постоянного тока («смещение»), чтобы задать постоянный ток через трубку, и на него накладывается переменное напряжение сигнала. Достаточно отрицательное напряжение в сети (обычно около 3-5 вольт в небольших лампах, таких как 6AV6, но до -130 вольт в ранних аудиоустройствах, таких как '45), предотвратит проникновение любых электронов в анод, отключив анодный ток. Это называется «напряжением отсечки». Поскольку ниже отсечки анодный ток перестает реагировать на напряжение сети, напряжение на сетке должно оставаться выше напряжения отсечки для точного (линейного) усиления.
Триод аналогичен по работе n-канальному JFET ; он обычно включен и показывает все более низкий и более низкий ток пластины, поскольку сетка / затвор становится все более отрицательным по отношению к источнику / катоду. Напряжение отсечки эквивалентно напряжению отсечки полевого транзистора (V p) или VGS (выключено); то есть точка напряжения, при которой ток полностью перестает течь. Однако это сходство ограничено. Анодный ток триода сильно зависит от анодного напряжения, а также напряжения сети, в результате чего он выступает в качестве источника напряжения в цепи. На ток стока полевого транзистора практически не влияет напряжение стока, поэтому он выглядит как устройство постоянного тока, похожее по действию на тетрод или пентодную лампу. Как JFET, так и тетрод / пентодные лампы обеспечивают гораздо более высокий коэффициент усиления по напряжению, чем триод.
Хотя телефонное реле SG Brown типа G (использующее магнитный механизм «наушник», приводящее в действие элемент угольного микрофона) могло обеспечивать усиление мощности и использовалось еще в 1914 году, это было чисто механическое устройство с ограниченным частотным диапазоном и точностью воспроизведения. Он подходил только для ограниченного диапазона звуковых частот, в основном голосовых частот.
Триод был первым немеханическим устройством, обеспечивающим усиление мощности на звуковых и радиочастотах, и сделал радио практичный. Триоды используются для усилителей и генераторов. Многие типы используются только при низких и средних частотах и уровнях мощности. Большие триоды с водяным охлаждением могут использоваться в качестве оконечных усилителей в радиопередатчиках с мощностью в тысячи ватт. Специализированные типы триодов («маяковые» лампы с малой емкостью между элементами) обеспечивают полезное усиление на микроволновых частотах.
Вакуумные лампы устарели в массовом производстве бытовой электроники, их обогнали менее дорогие твердотельные устройства на основе транзисторов. Однако в последнее время электронные лампы начали возвращаться. Триоды продолжают использоваться в некоторых мощных усилителях RF и передатчиках. В то время как сторонники электронных ламп заявляют о своем превосходстве в таких областях, как high-end и профессиональное аудио приложения, твердотельный MOSFET имеет схожие рабочие характеристики.
Рабочая характеристика триода ECC83. В технических данных триода характеристики, связывающие анодный ток (I a) с анодным напряжением (V a) и напряжением сети (V g). Отсюда разработчик схем может выбрать рабочую точку конкретного триода.
В примере характеристики, показанной на изображении, если выбрано анодное напряжение V a 200 В и напряжение смещения сетки в -1 вольт, пластина (анодный) ток 2,25 мА (желтая кривая на графике). Изменение напряжения на сетке изменит ток пластины; При правильном выборе пластинчатого нагрузочного резистора достигается усиление.
В триодном усилителе класса A анодный резистор должен быть подключен между анодом и источником положительного напряжения. Например, при R a = 10000 Ом падение напряжения на нем будет
VRa= I a × R a = 22,5 В, если анод выбран ток I a = 2,25 мА.
Если амплитуда входного напряжения (в сети) изменяется от -1,5 В до -0,5 В (разница в 1 В), ток анода изменится с 1,2 до 3,3 мА (см. Изображение). Это изменит падение напряжения на резисторе с 12 до 33 В (разница в 21 В).
Поскольку напряжение сети изменяется от -1,5 В до -0,5 В, а напряжение анодного резистора падает с 12 до 33 В, в результате происходит усиление сигнала. Коэффициент усиления равен 21: амплитуда выходного напряжения, деленная на амплитуду входного напряжения.
 | На Викискладе есть материалы, относящиеся к вакуумным триодам. |
