Управляющая сетка — это электрод, используемый в усилительных термоэлектронных лампах (вакуумных лампах), таких как триод , тетрод и пентод , используемый для управления потоком электронов от катода к анодному (пластинчатому) электроду. Управляющая сетка обычно состоит из цилиндрического экрана или спирали тонкой проволоки, окружающей катод, и, в свою очередь, окруженной анодом. Управляющая сетка была изобретена Ли Де Форестом , который в 1906 году добавил сетку к лампе Флеминга ( термоэлектронному диоду ), чтобы создать первую усилительную вакуумную лампу, Аудион ( триод ).
В клапане горячий катод испускает отрицательно заряженные электроны , которые притягиваются и захватываются анодом, которому подается положительное напряжение от источника питания. Управляющая сетка между катодом и анодом функционирует как «затвор» для управления током электронов, достигающих анода. Более отрицательное напряжение на сетке оттолкнет электроны обратно к катоду, поэтому меньшее их количество попадет на анод. Менее отрицательное или положительное напряжение на сетке пропустит больше электронов, увеличивая анодный ток. Заданное изменение напряжения сетки вызывает пропорциональное изменение тока пластины, поэтому если к сетке приложено изменяющееся во времени напряжение, форма волны тока пластины будет копией приложенного напряжения сетки.
Относительно небольшое изменение напряжения на управляющей сетке вызывает значительно большое изменение анодного тока. Наличие резистора в анодной цепи приводит к появлению большого изменения напряжения на аноде. Изменение анодного напряжения может быть намного больше, чем изменение напряжения сетки, которое его вызвало, и, таким образом, трубка может усиливать, функционируя как усилитель .
Сетка в первой триодной лампе состояла из зигзагообразного куска проволоки, помещенного между нитью накала и анодом. Это быстро превратилось в спиральный или цилиндрический экран из тонкой проволоки, помещенный между одножильной нитью накала (или позже цилиндрическим катодом) и цилиндрическим анодом. Сетка обычно изготавливается из очень тонкой проволоки, которая может выдерживать высокие температуры и сама не склонна испускать электроны. Часто используется сплав молибдена с золотым покрытием. Он намотан на мягкие медные боковые штыри, которые обжимаются поверх витков сетки, чтобы удерживать их на месте. Разновидностью 1950-х годов является рамочная сетка, которая наматывает очень тонкую проволоку на жесткую штампованную металлическую раму. Это позволяет удерживать очень жесткие допуски, поэтому сетку можно разместить ближе к нити накала (или катоду).
При размещении управляющей сетки ближе к нити/катоду относительно анода достигается большее усиление . Эта степень усиления в технических характеристиках ламп обозначается как коэффициент усиления , или «мю». Это также приводит к более высокой крутизне , которая является мерой изменения анодного тока по сравнению с изменением напряжения сетки. Коэффициент шума лампы обратно пропорционален ее крутизне; более высокая крутизна обычно означает более низкий коэффициент шума. Более низкий уровень шума может быть очень важен при проектировании радио- или телевизионного приемника.
Лампа может содержать более одной управляющей сетки. Гексод содержит две такие сетки, одну для принимаемого сигнала и одну для сигнала от гетеродина. Собственная нелинейность лампы приводит к тому, что в анодной цепи появляются не только оба исходных сигнала, но также сумма и разность этих сигналов. Это может быть использовано в качестве преобразователя частоты в супергетеродинных приемниках.
Разновидностью управляющей сетки является создание спирали с переменным шагом. Это придает полученной лампе отчетливую нелинейную характеристику. [1] Это часто используется в усилителях ВЧ, где изменение смещения сетки изменяет взаимную проводимость и, следовательно, усиление устройства. Это изменение обычно проявляется в пентодной форме лампы, где она тогда называется пентодом с переменной мю или пентодом с удаленной отсечкой.
Одним из основных ограничений триодной лампы является то, что между сеткой и анодом имеется значительная емкость (Cag ) . Явление, известное как эффект Миллера, приводит к тому, что входная емкость усилителя становится произведением Cag и коэффициента усиления лампы. Это, а также нестабильность усилителя с настроенным входом и выходом, когда Cag велик , могут серьезно ограничить верхнюю рабочую частоту. Эти эффекты можно преодолеть, добавив экранную сетку , однако в более поздние годы эры ламп были разработаны конструктивные методы, которые сделали эту «паразитную емкость» настолько низкой, что стали возможны триоды, работающие в верхних диапазонах очень высоких частот (VHF). Mullard EC91 работал на частоте до 250 МГц. Емкость анодной сетки EC91 в документации производителя указана как 2,5 пФ, что выше, чем у многих других триодов той эпохи, в то время как многие триоды 1920-х годов имели строго сопоставимые показатели, поэтому в этой области не было никакого прогресса. Однако ранние тетроды с экранной сеткой 1920-х годов имели C ag всего 1 или 2 фФ, примерно в тысячу раз меньше. «Современные» пентоды имеют сопоставимые значения C ag . Триоды использовались в усилителях VHF в конфигурации «заземленная сетка», схема которой предотвращает обратную связь Миллера.
