Trioda

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Dvostruka trioda ECC83

Trioda je elektronska cijev s tri elektrode i prvi je elektronički element kojim je ostvareno pojačanje električnog signala (Lee de Forest 1906.). Sastoji se od tri elektrode ugrađene u stakleno kućište iz kojeg je uklonjen zrak. Katoda je vanjskim strujnim električnim izvorom zagrijana do temperature gdje dolazi do toplinske emisije, anoda pozitivnim potencijalom privlači toplinom emitirane elektrone, a upravljačka rešetka koja se nalazi između anode i katode djeluje na prolaznost elektrona.

Promjenom napona između upravljačke rešetke i katode razmjerno se u tom smislu utječe na jakost električnog polja između rešetke i katode i na taj način se upravlja tijekom elektrona između katode i anode. Posljedično manjoj udaljenosti između rešetke i katode u odnosu na udaljenost između anode i katode, manja promjena napona u ulaznom krugu elektronske cijevi imat će jednak utjecaj na veličinu anodne struje kao znatno veća promjena anodnog napona u izlaznom krugu. Elektronska cijev ima na taj način svojstvo naponskog pojačanja.

Parametri triode[uredi VE | uredi]

Trioda symbol.svg

Elektronsku cijev primarno smatramo strujnim aktivnim izvorom gdje istosmjerna anodna struja ovisi o ulaznom naponu Ug:

 I_a=f(U_g) \,

koji se pojavljuje između upravljačke rešetke i katode elektronske cijevi. Elektronsku cijev predstavljamo u elektroničkim strujnim krugovima nadomjesnim strujnim ili naponskim upravljanim izvorom.

Radna točka[uredi VE | uredi]

Parametri elektronske cijevi mijenjaju se ovisno o položaju radne točke na izlaznoj Ua/Ia karakteristici, a iz razloga nelinearne ovisnosti anodne struje o naponu na upravljačkoj rešetci. Radna točka pretpojačala bira se u području velike istosmjerne struje, za razliku od radne točke pojačala snage koja se postavlja u sredinu radnog područja (A klasa) ili se za protutaktna pojačala B klase odabire vrlo mala anodna struja na samom dnu Ia/Ug karakteristike. Radna točka za potrebe ovog opisa smještena je u položaj: Ua=200 V, Ia=2,25 mA te Ug=-1 V.

Strmina[uredi VE | uredi]

Ua/Ia karakteristika elektronske cijevi ECC83, Ia=f(Ua/Ug)

Razmatramo li male izmjenične napone i struje elektronsku cijev možemo predočiti aktivnim strujnim izvorom nazivne struje :

 {i_a} =  Su_g, \,

gdje je ia izmjenična komponenta anodne struje, S strmina, odn. transkonduktancija elektronske cijevi (mA), a ug ulazni pobudni izmjenični napon koji se pojavljuje između upravljačke rešetke i katode elektronske cijevi.

Strmina elektronske cijevi određuje se u određenoj radnoj točki kao omjer male promjene veličine anodne struje i male promjene napona na upravljačkoj rešetci, a uz konstantan anodni napon:

 S=  \left| \frac{\vartriangle I_a}{\vartriangle U_g}\right|_{U_a=konst}

gdje se s izlazne Ua/Ia karakteristike dvostruke triode ECC83 može očitati da strmina te elektronske cijevi za navedenu radnu točku iznosi otprilike S=2 mA/V.

Faktor pojačanja[uredi VE | uredi]

Trioda se za mali izmjenični signal može prikazati i kao naponom upravljan naponski izvor nazivnog napona:

{u_a} =  -\mu u_{g} \,

gdje je ua izmjenična komponenta anodnog napona, µ faktor pojačanja, odn. prohvat, a ug ulazni pobudni izmjenični napon koji se pojavljuje između upravljačke rešetke i katode elektronske cijevi. Napon na anodi ima suprotan predznak od pobudnog napona na rešetci, a iz razloga što povećanjem anodne struje dolazi do smanjenja anodnog napona. Faktor pojačanja elektronske cijevi određuje se u radnoj točki kao omjer male promjene veličine anodnog napona i male promjene napona na upravljačkoj rešetci, a uz konstantnu anodnu struju:

\mu =  \left| \frac{\vartriangle U_a}{\vartriangle U_g}\right|_{I_a=konst}

gdje se sa izlazne Ua /Ia karakteristike dvostruke triode ECC83 može očitati da je faktor pojačanja te elektronske cijevi za navedenu radnu točku otprilike jednak µ =100. Za tipičnu triodu faktor pojačanja se kreće u rasponu od 10 do 100, a time je ograničeno i najveće pojačanje napona koje se može postići u elektroničkom sklopu.

Unutarnji dinamički otpor[uredi VE | uredi]

Unutarnji dinamički otpor izvora jednak je i za elektronsku cijev prikazanu kao naponski i za elektronsku cijev prikazanu kao strujni izvor. Unutarnji dinamički električni otpor određuje se u radnoj točki kao omjer male promjene anodnog napona i male promjene anodne struje, a uz konstantan napon na upravljačkoj rešetci:

 R_i=  \left| \frac{\vartriangle U_a}{\vartriangle I_a}\right|_{U_g=konst}

gdje se s istih karakteristika može očitati da za istu radnu točku vrijednost unutarnjeg otpora triode iznosi otprilike 50 kOhma.

Povezanost osnovnih parametara elektronske cijevi[uredi VE | uredi]

Parametri elektronske cijevi međusobno su povezani jednakošću:

\mu =  SR_i \,

koja vrijedi za svaku radnu točku karakteristike elektronske cijevi.

Pojačanje elektroničkog sklopa s elektronskom cijevi[uredi VE | uredi]

Pad napona uR na opteretnom otporu Rt bit će ovisan o međusobnom odnosu opteretnog otpora Rt i unutarnjeg otpora izvora Ri. Prikažemo li elektronsku cijev kao upravljan strujni izvor. izlazni napon na opterećenju, odn naponsko pojačanje su jednaki, redom:

{u_R} = -Su_g\frac{{R_t}{R_i}}{R_t+R_i}
{A_V} = -S\frac{{R_t}{R_i}}{R_t+R_i}.

Prikažemo li, međutim, elektronsku cijev kao upravljani naponski izvor, izlazni napon na opterećenju, odn. naponsko pojačanje bit će jednaki, redom:

{u_R} = -\mu u_g\frac{R_t}{R_t+R_i}
{A_V} = -\mu \frac{R_t}{R_t+R_i}.

Naponsko pojačanje elektroničkog sklopa s elektronskom cijevi određeno je, dakle, strminom odn. faktorom pojačanja elektronske cijevi i međusobnim odnosom opteretnog otpora i unutarnjeg otpora izvora. Pojačanje ima negativan predznak jer povećanje ulaznog izmjeničnog napona ima za posljedicu smanjenje anodnog napona na izlazu.

Ponašanje na višim frekvencijama[uredi VE | uredi]

Pri višim frekvencijama valja uzeti u obzir i različite međuelektrodne kapacitete koji utječu na prijenosne karakteristike elektronske cijevi.

Ulazna impedancija[uredi VE | uredi]

Upravljačka rešetka elektronske cijevi vakuumom je odvojena od katode te je ulazni otpor beskonačno velik. Ulazna impedancija elektronske cijevi, međutim, nije beskonačno velika, već je određena rezultantnom ulaznom kapacitivnosti koju čini s jedne strane kapacitet upravljačka rešetka/katoda Cgk, a s druge strane međuelektrodna kapacitivnost Cag koja se kod triode preslikava u ulazni krug elektronske cijevi uvećana za naponski faktor pojačanja sklopa u koji je elektronska cijev ugrađena (Millerov efekt):

\ C_r=  C_{gk} + |A_V|C_{ag}

gdje je tada ulazna impedancija:

Z_{ul} = \frac{1}{j\omega C_r} .

Ulazna impedancija triode je na taj način osjetno manja u usporedbi s tetrodom i pentodom kod kojih su drugom rešetkom ulazni i izlazni krug praktički potpuno odvojeni.

Izlazna impedancija[uredi VE | uredi]

Unutarnji, odn. izlazni dinamički otpor elektronske cijevi na nižim i srednjim frekvencijama određen je karakteristikama razmatrane elektronske cijevi, gdje će trioda u tom smislu imati relativno mali unutarnji otpor, tetroda osjetno veći, a pentoda najveći. Razmjerno veličini unutarnjeg otpora rasti će i mogućnost naponskog pojačanja elektronske cijevi te će pentoda imati najmanje za red veličine veće naponsko pojačanje. Pri višim frekvencijama valja računati, međutim, na utjecaj odgovarajućih međuelektrodnih kapaciteta koji se u nadomjestnom izlaznom krugu pojavljuju kao kapacitivno opterećenje u paralelnom spoju s radnim otporom i na taj način smanjuju naponsko pojačanje pri višim frekvencijama.

Usporedba elektronskih cijevi[uredi VE | uredi]

Uspoređujući elektronske cijevi prema električnim svojstvima redovito uspoređujemo triodu, tetrodu i pentodu, jer se ostale elektronske cijevi u osnovi svode na dva sustava unutar jednog staklenog kućišta.

Trioda[uredi VE | uredi]

Tipična trioda namijenjena pretpojačalima s elektronskim cijevima ima strminu reda veličine 2 mA/V, relativno mali dinamički unutarnji otpor te posljedično relativno malo naponsko pojačanje. Uzimajući u obzir tijek izlaznih Ua /Ia karakteristika, vidljivo je da je radno područje triode relativno usko te trioda općenito nije prikladna za ugradnju u izlazne stupnjeve pojačala snage. Koristi se zato kao pretpojačalo, oscilator ili za neku drugu namjenu gdje opterećenju ne treba predati neku značajnu snagu.

Tetroda[uredi VE | uredi]

Tetroda ima osjetno veće radno područje i veću strminu jer je i bila namijenjena elektroničkim sklopovima u kojima opterećenju treba predati manju ili veću snagu. Unutarnji dinamički otpor je kod tetrode znatno veći od otpora opterećenja te su elektronički sklopovi s tetrodom na izlazu predstavljali strujni izvor.

Pentoda[uredi VE | uredi]

Pentoda ima u izvjesnoj mjeri još veće radno područje od tetrode, pravilniju izlaznu Ua /Ia karakteristiku i vrlo velik unutarnji otpor tako da je naponsko pojačanje praktički isključivo određeno vrijednošću opteretnog otpora. Vrlo često se koristi u izlaznim stupnjevima snage, a znatno rjeđe kao naponsko pojačalo.

Literatura[uredi VE | uredi]

  • Spangenberg, Karl R. (1948). Vacuum Tubes. McGraw-Hill. LCC TK7872.V3 OCLC 567981.
  • Millman, J. & Seely, S. Electronics, 2nd ed. McGraw-Hill, 1951.
  • Shiers, George, "The First Electron Tube", Scientific American, March 1969, p. 104.
  • Tyne, Gerald, Saga of The Vacuum Tube, Ziff Publishing, 1943, (reprint 1994 Prompt Publications), pp. 30-83.
  • Stokes, John, 70 Years of Radio Tubes and Valves, Vestal Press, NY, 1982, pp. 3-9.
  • Thrower, Keith, History of The British Radio Valve to 1940, MMA International, 1982, pp 9–13.