Номер 5, страница 167 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

5. Что называют вакуумным триодом? Как он устроен и как работает?

Что называют вакуумным триодом?

Вакуумный триод — это электронный прибор, представляющий собой электровакуумную лампу с тремя электродами. Он предназначен для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Изобретение триода в 1906 году Ли де Форестом стало ключевым моментом в развитии радиоэлектроники, так как впервые появился активный элемент, способный усиливать слабые сигналы.

Как он устроен?

Конструктивно вакуумный триод состоит из следующих основных частей, помещенных в герметичную стеклянную или металлическую колбу, из которой откачан воздух для создания глубокого вакуума:

1. Катод (К) — отрицательный электрод, служащий источником электронов. Он представляет собой либо нить накала (катод прямого накала), либо металлическую трубку, подогреваемую отдельной нитью накала (катод косвенного накала). При нагреве до высокой температуры (около 700-1000 °C) катод начинает испускать электроны в результате явления термоэлектронной эмиссии.

2. Анод (А) — положительный электрод, который собирает электроны. Обычно он выполняется в виде металлической пластины или цилиндра, окружающего катод и сетку. К аноду подключается источник высокого положительного напряжения относительно катода.

3. Сетка (С) или управляющая сетка — третий электрод, расположенный между катодом и анодом. Она представляет собой редкую проволочную спираль или сетку, которая окружает катод. Наличие сетки является главным отличием триода от вакуумного диода. Именно сетка выполняет функцию управления потоком электронов.

Как он работает?

Принцип работы триода основан на управлении потоком электронов, движущихся от катода к аноду, с помощью электрического поля, создаваемого сеткой.

1. В цепь накала катода подается напряжение, катод разогревается и начинает испускать облако электронов.

2. На анод подается высокое положительное напряжение (десятки или сотни вольт) относительно катода. Сильное электрическое поле анода притягивает к себе отрицательно заряженные электроны, в результате чего в цепи анода возникает электрический ток, называемый анодным током ($I_a$).

3. На сетку, расположенную между катодом и анодом, подается управляющее напряжение ($U_g$) относительно катода. Это напряжение создает дополнительное электрическое поле вблизи катода.

• Если на сетку подать отрицательное напряжение, ее поле будет отталкивать электроны, мешая им достичь анода. Анодный ток уменьшится. При достаточно большом отрицательном напряжении (напряжении запирания) анодный ток может прекратиться полностью.
• Если напряжение на сетке равно нулю или положительное, ее поле не будет препятствовать (или даже будет способствовать) движению электронов к аноду, и анодный ток будет большим.

Эффект усиления: Сетка находится гораздо ближе к катоду, чем анод. Поэтому даже небольшое изменение напряжения на сетке ($ΔU_g$) вызывает значительное изменение ее электрического поля и, как следствие, приводит к большому изменению числа электронов, достигающих анода, то есть к большому изменению анодного тока ($ΔI_a$). Если в цепь анода включить сопротивление нагрузки, то большое изменение тока вызовет на этом сопротивлении большое изменение падения напряжения. Таким образом, малый по амплитуде входной сигнал, поданный на сетку, преобразуется в большой по амплитуде выходной сигнал, снимаемый с анода. В этом и заключается усилительное свойство триода.

Ответ: Вакуумный триод — это электровакуумный прибор, состоящий из катода, анода и управляющей сетки в вакуумированной колбе. Его работа основана на управлении потоком электронов от катода к аноду при помощи небольшого напряжения, подаваемого на сетку. Это позволяет использовать триод для усиления электрических сигналов, так как малые изменения напряжения на сетке вызывают большие изменения тока в цепи анода.