Кастрюля с холодной водой стоит на кухонном столе. Ничего необычного не происходит, ровная поверхность воды лишь слегка вздрагивает от чьих-нибудь шагов поблизости. Поставим теперь кастрюлю на плиту, да не просто поставим, а включим самый интенсивный разогрев. Вскоре с поверхности воды начнет подниматься водяной пар, затем наступит закипание, ибо даже внутри толщи воды будет происходить испарение, и вот вода уже бурлит, наблюдается интенсивное ее испарение.
Здесь нам наиболее интересна та фаза эксперимента, в которой лишь небольшой подогрев воды породил образование пара. Однако, причем тут вообще кастрюля с водой? А при том, что похожие вещи происходят с катодом электронной лампы, об устройстве которой и пойдет речь далее.
Катод электронной лампы начинает испускать электроны, если его разогреть до 800-2000°C — это проявление термоэлектронной эмиссии. При термоэлектронной эмиссии тепловое движение электронов в металле катода (как правило — вольфрам) становится достаточно мощным, чтобы некоторые из них сумели энергетически преодолеть величину работы выхода, и физически покинуть поверхность катода.
Чтобы улучшить эмиссию электронов, катоды покрывают оксидом бария, стронция или кальция. А для непосредственного инициирования процесса термоэлектронной эмиссии, катод в форме волоска или цилиндра подогревается встроенной в него нитью накала (косвенный накал) или непосредственно пропускаемым через тело катода током (прямой накал).
Косвенный накал в большинстве случаев более предпочтителен, так как даже если в цепи питания накала пульсирует ток, он не сможет создать существенных помех для тока анодного.
Весь описанный процесс происходит в вакуумированной колбе, внутри которой и располагаются электроды, которых как минимум два — катод и анод. Кстати, аноды изготавливает обычно из никеля или молибдена, реже из тантала и графита. По форме анод обычно — видоизмененный параллелепипед.
Могут здесь присутствовать и дополнительные электроды — сетки, в зависимости от количества которых лампа будет называться диодом либо кенотроном (когда сеток вообще нет), триодом (если есть одна сетка), тетродом (две сетки) или пентодом (три сетки).
Электронные лампы различного назначения имеют разное количество сеток, о назначении главной из которых поговорим далее. Так или иначе, исходное состояние электронной лампы всегда одинаково: если катод достаточно разогрет — вокруг него образуется «электронное облако» из вылетевших наружу, вследствие термоэлектронной эмиссии, электронов.
Итак, катод раскалился, и вблизи него уже парит «облако» испущенных электронов. Какие есть варианты дальнейшего развития событий? Если учесть, что катод имеет покрытие из оксида бария, стронция или кальция, в связи с чем обладает хорошей эмиссией, то электроны испускаются достаточно легко, и с ними можно что-нибудь ощутимое сделать.
Возьмем аккумулятор, и присоединим положительную его клемму к аноду лампы, а к катоду подключим отрицательную клемму. Электронное облако оттолкнется от катода, повинуясь закону электростатики, и устремится в электрическом поле к аноду — возникнет ток анода, ведь электронам в вакууме двигаться достаточно легко, несмотря на то, что проводник как таковой здесь отсутствует.
Кстати, если в попытке получить более интенсивную термоэлектронную эмиссию начать перегревать катод или чрезмерно увеличивать анодное напряжение, то катод вскоре потеряет эмиссию. Это как выкипание воды из кастрюли, которую оставили на очень сильном огне.
Теперь добавим между катодом и анодом дополнительный электрод (в форме навитой в виде решетки на стойках проволоки) — сетку. Получится уже не диод, а триод. И здесь для поведения электронов возможны варианты. Если сетку напрямую соединить с катодом, то она вообще не будет препятствовать анодному току.
Если на сетку подать некоторое (маленькое по сравнению с напряжением на аноде) положительное напряжение от другого аккумулятора, то она станет притягивать электроны с катода к себе, и несколько ускорит летящие к аноду электроны, пропустив их дальше через себя — к аноду. Ежели на сетку подать малое отрицательное напряжение, она притормозит электроны.
Если отрицательное напряжение будет слишком большим — электроны так и останутся парить в окрестности катода, вовсе не сумев преодолеть сетку, и лампа окажется запертой. Если же на сетку подать чрезмерное положительное напряжение, то она оттянет большинство электронов на себя, и не пропустит их к катоду, при этом лампа может окончательно испортиться.
Таким образом, грамотно регулируя напряжение на сетке, можно управлять величиной анодного тока лампы, не воздействуя при этом напрямую на источник анодного напряжения. И если сопоставить влияние на анодный ток изменением напряжения непосредственно на аноде и изменением напряжения на сетке, то очевидно, что влиять через сетку менее энергетически затратно, и данное соотношение называется коэффициентом усиления лампы:
Крутизной ВАХ электронной лампы называется отношение изменения анодного тока к изменению напряжения на сетке при постоянном напряжении на аноде:
Вот почему данная сетка называется управляющей. С помощью управляющей сетки работает триод, который применяется для усиления электрических колебаний различных частотных диапазонов.
Один из популярных триодов — сдвоенный триод 6Н2П, по сей день применяемый в драйверных (слаботочных) каскадах высококачественных усилителей звука (УНЧ).