Để đèn 3 cực hoạt động đợc, cần có 3 nguồn cung cấp: Nguồn điện nung UN, nguồn điện anôt Ea và nguồn điện áp lới Ec. Thờng nguồn Ea và Ec có một điểm chung, coi là điện thế bằng không, từ đó xác định thế các điểm còn
lại. Hình 3-3 là nguyên tắc mắc dây đèn 3 cực. ở đây có 3 nguồn điện riêng
(Nguồn từ EN , Ea và Ec ). Trên thực tế, các nguồn cung cấp Ea và Ec đều lấy từ một nguồn duy nhất, qua các sơ đồ thích hợp ta sẽ xét ở chơng sau.
ở đèn 2 cực, dòng điện tử từ K về A (tức dòng anôt Ua theo qui ớc đi A về K) chỉ chịu ảnh hởng của điện áp anôt (nếu coi điện áp trong UN là không đổi). Ngợc lại, trong đèn 3 cực, dòng điện tử cũng là dòng anôt) sẽ phụ thuộc cả vào điện áp anôt Ua và điện áp cực lới Uc. Vì lới ở gần canôt hơn nhiều so với anôt, nên ảnh hởng của Uc đến dòng mạnh hơn nhiều so với Ua, nghĩa là điện áp lới chỉ cần biến thiên nhỏ nhng đủ gây ảnh hởng đến dòng anôt, trong khi điện áp anôt cần phải biến thiên đủ lớn mới gây ra cùng một tác dụng tơng
đơng. Đó chính tác dụng khuếch đại của đèn. Ta xét chi tiết ảnh hởng này trong các trờng hợp cụ thể sau đây.
Hình 3.4. Điện trờng và sự phân bố điện thế trong đèn ba cực ứng với các trờng hợp Uc khác nhau:
a) Lới hở mạch b) Lới nối với catôt
c) Lới nối với điện thế âm
d)Lới có điện thế dơng so với catôt
1- Lới không lới tới nguồn, tức lới C không hở mạch với catôt K, đèn 3 cực tơng tự nh đèn 2 cực. Sự phân bố điện áp Ua trong đèn gần nh đờng thẳng (hình 3- 4a) và khi đó lới sẽ có điện thế ứng với điểm C là điểm trên đờng phân bố điện thế giữa A-K. Trong trờng hợp này, dòng điện lới I= 0, và dòng anôt bằng dòng catôt:
Ia = Ik = I. (3-1)
Dòng Ia khi đó sẽ phụ thuộc vào Ua theo định luật luỹ thừa 3 phần hai và đặc tính I = f (Ua) cũng giống nh ở đèn hai cực.
2- Lới nối với catôt, tức lới C nối tắt với K, ϕ Q = ϕK. Do thế điểm C tụt xuống, nên đờng phân bố điện áp trong đèn giữa anôt và catôt bị võng xuống. Nếu vẽ đờng phân bố điện áp dọc qua tiết diện vòng lới (đờng 1-1 trên hình 3- 4b) thì điện áp sẽ triệt tiêu tại điểm C (đờng 1 trên đồ thị). Nếu xét phân bố điện áp dọc theo đờng khe giữa các vòng lới (đờng 2-2) thì đờng phân bố cũng bị võng xuống ở khoảng giữa lới A-K. Trong trờng hợp này, dòng điện lới I= 0; I = IK = Ie và dòng anôt cũng phụ thuộc U với qui luật gần giống đèn hai cực.
3- Lới có điện thế âm so với catôt, tức nguồn E có cực dơng nối tới K, cực âm nối tới C, U < 0 (vì coi ϕK = ϕo = 0, hình 3-3). Đây là chế độ làm việc thông thờng của đèn 3 cực. Khi đó, đờng phân bố điện thế trong đèn sẽ bị võng xuống dới trục hoành, tuỳ theo mức độ âm của lới (hình 3-4c)
Do lới bị âm nên dòng điện tử catôt qua lới, tới anôt sẽ bị lới tác dụng lực đẩy ngợc lại, và giảm bớt tốc độ. Một số điện tử có động năng nhỏ sẽ không qua đợc khe hở của lới và quay trở về catôt (hình 3-5a). Kết quả là dòng anôt bị giảm đi so với trờng hợp U= 0.
Hình 3.5.ảnh hởng của điện áp lới đến dòng điện tử trong đèn ba cực a) lới dới âm; b) lới khá âm; c) lới rất âm; d) lới dơng
Nếu lới bị âm nhiều hơn nghĩa là tăng trị số U0, nhng cực giữa nh trớc, thì lực của lới đầy điện tử trở lại catôt càng mạnh số điện tử qua đợc càng ít và dòng anôt nhỏ hơn trớc (Hình 3-5b).
Nếu lới bị âm thêm, thì đến mức độ nào đó toàn bộ điện tử đều bị lới đẩy trở lại phía catôt, dòng điện anôt Ua = 0, ta bảo đèn bị khoá (hình 3-5c).
Điện áp lới lúc đó gọi là Điện áp khoá đèn, Uc. kh.
4- Lới điện có thế điện dơng so với catôt, tức nguồn Ee có cực dơng nối với C, cực âm nối với K, Uc > 0, ϕc > 0. Trong trờng hợp này, đờng phân bố điện thế sẽ đợc nâng lên chút ít ở vùng lân cận lới (hình 3- 4d). Do đó có điện thế dơng, nên có các lực hút điện tử. Trong trờng hợp này, lới có tác dụng gia tốc điện tử, làm số điện tử qua lới về anôt đợc tăng lên, Ia tăng so với Uc = 0 (hình 3-5d). Ngoài ra, một số điện tử khi qua lới, vớng vào các vòng dây tạo thành một dòng điện lới, Ic ≠ 0. Ta có:
Ic + Ia = Ik = Ie (3-2)
Qua việc phân tích trên, ta thấy khi thay đổi Uc, điện trờng giữa catôt lới thay đổi rất mạnh. Đám mây điện tích không gian nằm ở giữa khoảng không catôt- lới.
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên tắc mạch khuếch đại dùng đèn ba cực
Vì thế khi U thay đổi ảnh hởng của nó đến dòng điện tử rất ít. Ngợc lại, nếu U thay đổi, nó sẽ làm thay đổi dòng điện tử rất mạnh. Nguyên nhân của hiện tợng này là do lới vừa ở gần catôt, lại vừa hình thành màn ngăn tĩnh điện giữa điện trờng A- K, nên làm giảm điện trờng này trong khoảng K-C, nh hình 3-4 đã minh hoạ rõ.
Để thấy rõ tác dụng khuếch đại của đèn 3 cực, ta xét nguyên tắc mạch khuếch đại vẽ trên hình 3-6. Điện áp cần khuếch đại u, đợc mắc nối tiếp với nguồn Ec. Khi u biến đổi điện áp lới uc = Ec + u, biến đổi theo. Dòng anôt ia
cũng biến thiên theo qui luật của uv nhng với trị số lớn hơn nhiều lần, nghĩa là tín hiệu đã đợc khuếch đại.