Прин-цип дії електрометрії полягає в наступному.
Між двома нерухомими електродами примі-ється легкий рухливий електрод, що володіє дуже малою пружністю. На нерухомі електроди подається напруга певної величини, внаслідок чого в просторі між ними утворюється електричне поле. Рухомий електрод при відсутності на ньому елек-тричних зарядів НЕ буде взаємодіяти з полем. Якщо на рухливий електрод буде поданий заряд, то електрод почне рухатися в поле доти, поки сили електричного тяжіння не врівноважує силами уп-ругості рухомого електрода. Величина електричних сил пропорційна не величиною заряду q на подвиж-ном електроді, а його потенціалу U, який пов'язаний з зарядом співвідношенням
де С - ємність рухомого електрода щодо землі.
При малому значенні ємності З невеликим зарядів буде відповідати значний потенціал, який може бути досить точно виміряно. За відомим заряду q сила струму I визначається зі співвідношення
де t - час в секундах, протягом якого накапл-ється заряд q.
Таким чином, чутливість електрометрії визна-виділяється мінімальним напругою U, яка може бути виміряна. По суті електрометрії являє собою особливої конструкції електростатичний вольт-метр, призначений для вимірювання малих напря-жений.
В даний час є досить різноманітні конструкції електрометрів. Найбільш поширений-вим і зручним в роботі є струнний електрометрії.
При високій точності вимірювань слабких струмів при-трансформаційних змін електрометрів має один дуже істотний-ний недолік - тривалий час, необхідний для проведення одного виміру. Це не дозволяє прово-дить вимірювання швидкозмінних струмів, створює зна-ве труднощі в польових умовах, не дозволяє вести безперервне спостереження за силою струму і автомати-тичну реєстрацію його. Тому електрометрії при-змінюються зазвичай при еталонних вимірах.
В інших випадках широке застосування знаходять підсилювачі постійного струму на електрометричних лам-пах або так звані лампові електрометрії.
Лампові електрометрії. На рис. 19 приведена прин-ціпіальная схема однолампових підсилювача постійного
струму. Там же показана анодно-сіткова характеристика підсилювальної лампи, тобто залежність анодного струму / а від напруги на сітці U "при постійних напруги-пах напруження і анода. У ланцюг сітки лампи включені со-опір R і батарея зміщення - Eg.
При відсутності вхідного струму (/ В х = 0) напруга на сітці лампи щодо катода одно -Ug0 і в її анодному ланцюзі тече струм / а0. що відповідає точці А НЙ характеристиці лампи.
При появі вхідного струму в напрямку, зазначений-ном на рис. 19 стрілкою, на опорі R створюється падіння напруги - спрямоване так,
що воно зменшує зсув на сітці, яке стано-вится рівним Ugl - Ug про - / вх -R, внаслідок чого струм в анодному ланцюзі зростає до / а1. Зміна анодного струму реєструється електровимірювань приладом М.
Одним з параметрів підсилювальної лампи є крутизна характеристики, що визначається як відношення зміни анодного струму до відповідного зраді-ня напруги на сітці при постійних напругах напруження і анода. Крутизна характеристики позначається зазвичай літерою S і виражається в міліампер на вольт (мА / в) або мікроамперах на вольт (мка / в). На лінійній ділянці характеристики лампи крутизна яв-ляется величиною постійною і найбільшою за своїм значенням. У паспорті будь-підсилювальної лампи завжди вказується саме це значення крутизни.
Таким чином, за відомим зміни напруги-ня на сітці AUg зміна анодного струму лампи Д / а можна знайти із співвідношення
У схемі рис. 19 зміна напруги на сітці лампи створюється падінням напруги на опираючись-ванні R за рахунок вхідного струму, тобто ДUg = lBX • R. Сле-послідовно,
де К = S-R може бути названий коефіцієнтом зусилля-ня по току.
Вибираючи лампу з великою крутизною і опираючись-ня R великий величини, можна при дуже слабких вхідних токах отримати значні зміни анод-ного струму, які легко можуть бути виміряні звичайними Мікроамперметр. Якщо зростання крутизни характери-стики може бути обмежений конструктивними особ-ності електронних ламп, то опір R, взагалі кажучи, може бути взято як завгодно великий вели-чини і, здавалося б, посилення по току може бути по-лучено необмежено великим.
Однак на практиці це не так, і основною причиною, що обмежує величину посилення, є наявність сіткових струмів лампи.
Як відомо, в будь-якій електронній лампі струм ство-дається за рахунок потоку електронів, що випускаються нагре-тим до певної температури металевим като-дом. Коли на сітку підсилювальної лампи подається отри-цательного потенціал по відношенню до катода, електрон-трони відштовхуються від неї, і струм в ланцюзі сітки повинен би бути дорівнює нулю. Насправді навіть при від-ріцательно потенціалі сітки в її ланцюга тече невеликих шой ток, величина і знак якого змінюються в зависи-мости від напруги на сітці. При напрузі на сітці, близькому до нуля, струм сітки тече в тому ж напрямку, що і струм анода. Цей напрямок сіткового струму прийнято називати позитивним. При поступовому збільшенні зміщення позитивний сітковий струм різко падає, стає рівним нулю, потім змінює свій напрямок на протилежне і продовжує рости за величиною. У зависи-мости від напруги на аноді лампи змінюється як ве-личина сіткового струму, так і форма його характеристики.
Для звичайних підсилюючих ламп, що застосовуються в ра-діоаппаратуре, величина сіткового струму знаходиться в межах 10
8 - = - 10 -9 ампер. Цей струм, протікаючи по опору-тивления R, також створює на ньому падіння напруги, яке складається або віднімається з напругою зсуву, в залежності від напрямку сіткового струму.
Отже, застосування в схемі рис. 19 звичайних підсилюючих ламп не дозволяє вимірювати струми менш 10
8 ампер, що явно недостатньо.
Як показали дослідження, поява сіткового струму при негативних напругах на сітці і складність ний вид його характеристики пояснюються впливом кількох чинників.
Позитивний сітковий струм, що протікає при ма-лих зсувах на сітці, викликається частиною електрон-ного потоку, який потрапляє на сітку при русі електронів до анода.
Основною причиною появи негативного сеточ-ного струму є утворення позитивних іонів. Лампи навіть з високим вакуумом містять велику кількість молекул газу. При тиску в одну мілі-онную (10 -6) міліметра ртутного стовпа кожен кубічний сантиметр газу в обсязі лампи містить близько 33 мільярдів молекул. Вилітають з катода електрони, розганяючись під дією електричного поля при своєму русі до анода, можуть іонізувати молекули газу. Утворилися позитивні іони рухаються у напрямку найбільш негативного електрода, тобто сітки, і створюють в її ланцюга струм. Так як іони несуть позитивний заряд, цей струм направ-льон в зворотну сторону по відношенню до електронного струму сітки.
Число утворюються позитивних іонів, а следо-вательно, і сила іонного струму сітки ростуть із збільшенням-ням анодного струму і напруги на аноді. І, навпаки, зі зменшенням анодного струму, наприклад внаслідок збіль-личен зміщення на сітці лампи, зменшується також іонний струм сітки.
Другою причиною появи негативного сеточ-ного струму є витоку по балону лампи між ви-водами катод - сітка і анод - сітка. Будь-яке скло не є ідеальним ізолятором і має якесь дуже великий опір. Завдяки наявності різниці потенціалів між сіткою і катодом, а також сіткою і анодом виникають струми витоку по балону лампи, на-правління яких назад напрямку електричного струму сітки. Зі збільшенням зміщення на сітці струми витоку зростатимуть.
Третьою причиною появи негативного сеточ-ного струму є фотоелектронна емісія електронів з сітки. Розпечений катод випромінює світло, під впливав-ням якого з сітки вириваються електрони. Чим більше температура катода, тим інтенсивніше його промені-випускання і більше негативний струм сітки. Оче-видно, що від величини напружень на аноді і сітці, а також величини анодного струму фототок сітки не зави-сит. Крім того, сітка випускає електрони і з іншої причини. Електрони, вдаряючись об анод, викликають м'я-де рентгенівське випромінювання, яке також вириває вторинні електрони з сітки.
Для зменшення величини сіткового струму були раз-роблені спеціальні так звані електрометріче-ські лампи.
Позитивний сітковий струм падає зі зменшенням величини анодного струму. Тому електрометричні лампи працюють при анодних струмах в кілька десятків мікроампер замість десятків міліампер в звичайних підсилюючих лампах. Різке зменшення анодного струму призводить також до падіння і негативного сіткового струму, обумовленого іонізацією електронами молекул газу.
Зменшення кількості молекул газу, то є значи-тельное поліпшення вакууму в балоні лампи, дає до-виконавчими падіння величини іонного струму.
Найбільш радикальним заходом зниження іонного струму є зменшення напруги на аноді. Для іонізующей-ції молекул повітря електрони повинні мати енергію не менше 12-13 ев. Таку енергію вони не можуть приоб-Рест, якщо напруга на аноді лампи буде менше 12 вольт. Тому електрометричні лампи працюють при анодній напрузі порядку 6-10 вольт.