Реферат на тему электронные лампы

Обновлено: 05.07.2024

Пентоды делятся на приемоусилительные и генераторные, которые имеют положительное напряжение на сетке Су В пентодах с двойным управлением сетка С3 является второй управляющей сеткой, на которую подается отрицательный потенциал. В этом случае между сетками С2 и Cj образуется объемный заряд и формируется виртуальный катод. В этой области потенциал равен нулю, электроны тормозятся, создавая подобие… Читать ещё >

электроника. часть 1 вакуумная и плазменная электроника

Электронные лампы. Электроника. Часть 1 вакуумная и плазменная электроника ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Электронные лампы — это электровакуумные приборы с термоэлектронным катодом и электростатическим управлением электронным потоком, которые служат для детектирования, генерации и преобразования электрических сигналов.

Диод— двухэлектродный электровакуумный прибор, имеющий анод и катод (рис. 4.2, о). Электровакуумный диод проводит ток в одном направлении — от катода к аноду и используется для преобразования переменного тока в постоянный (кенотрон). Эмитированные катодом электроны создают пространственный заряд между катодом и анодом. При положительном потенциале на аноде отрицательный потенциальный барьер

При достаточно большом напряжении на аноде анодный ток становится равным току эмиссии катода. Диод выходит на режим насыщения. Вольтамперная характеристика диода приведена на рис. 4.2, б.

Рис. 4.2. Диоды условное обозначение (а) и вольтамперная характеристика (б) Основными параметрами диода являются:

Односторонняя проводимость диода позволяет применять его для выпрямления переменного тока, детектирования электромагнитных колебаний и преобразования частот.

Триод — трехэлектродная вакуумная лампа с управляющей сеткой С между анодом А и катодом К (рис. 4.3, а). Изменяя потенциал сетки U_c можно управлять величиной анодного тока /" или, другими словами, количеством электронов, проходящих через сетку от катода к аноду. Наличие сетки позволяет применять триоды для усиления и генерации электромагнитных колебаний. Различают сеточные характеристики /" =J[U_C) при постоянном анодном напряжении и анодные характеристики l_t,=J[Ua) при постоянном сеточном напряжении (рис. 4.3, б). Эти характеристики называются статическими.

Основными параметрами триода являются:

? крутизна ;

? внутреннее сопротивление ;

? коэффициент усиления к = ^ _{= CQnst};

Рис. 4.3. Триод: условное обозначение (а) и волыамперные характеристики (б).

Если в анодную цепь включить нагрузку R_m то при изменении /" одновременно будет меняться U_a. Такой режим и параметры соответствуют динамическому режиму. На рис. 4.4 приведена простейшая схема усилителя на триоде и сеточная динамическая характеристика триода.

При высоких частотах проходная емкость C_iK создает большое реактивное сопротивление. Для уменьшения проходной емкости помешают экранную сетку С, между анодом и управляющей сеткой. Она экранирует электроды лампы от поля анода, ослабляя влияние.

Рис. 4.4. Простейшая схема усилителя, реализованного на триоде (а) и динамическая сеточная характеристика триода (6).

Тетрод — четырехэлектродная лампа с экранной сеткой позволяющая снизить проходную емкость. При работе тетрода в усилительной ступени на экранную сетку подается положительное постоянное напряжение относительно катода U_n ~ 0,5 U_u. Электроны, проходящие экранную сетку, частично ею перехватываются, формируя ток /". При этом проходная емкость лампы может быть уменьшена на два порядка, а статический коэффициент усиления увеличивается.

На рис. 4.5 приведена усилительная ступень, реализованная на тетроде, и сравнительная анодная характеристика тетрода и триода. Заметен падающий участок характеристики, обусловленный динатронным эффектом, связанным с выбиванием вторичных электронов с анода. Падающий участок уменьшает область изменения И_и и схема самовозбуждается. Для снятия динатронного эффекта вводится еще одна сетка — антидинатронная С₃.

Она располагается между экранирующей сеткой и анодом и находится под потенциалом катода, либо небольшим положительным потенциалом.

Рис. 4.5. Усилительная ступень, реализованная на тетроде (а), и сравнительная анодная характеристика тетрода и триода (б).

Пятиэлектродная лампа называется пентодом (рис. 4.6, а).

Благодаря защитной сетке в пространстве между анодом и экранирующей сеткой создается поле, препятствующее попаданию вторичных электронов на сетку С₂ (рис. 4.6, б). Провал на анодной характеристике пентода ликвидируется. Это позволяет воспрепятствовать проникновению электронов от анода к экранной сетке.

Рис. 4.6. Пентод: условное обозначение (а) и распределение электрического поля между сетками (б) 104.

Пентоды делятся на приемоусилительные и генераторные, которые имеют положительное напряжение на сетке Су В пентодах с двойным управлением сетка С₃ является второй управляющей сеткой, на которую подается отрицательный потенциал. В этом случае между сетками С₂ и Cj образуется объемный заряд и формируется виртуальный катод. В этой области потенциал равен нулю, электроны тормозятся, создавая подобие катода. К недостаткам пентодов следует отнести большую емкость между третьей сеткой и анодом. Это ограничивает верхний предел диапазона частот при усилении электромагнитных колебаний.

Чтобы ликвидировать этот недостаток, вводят сшс одну сетку. Такая конструкция получила название гексод. Такая электронная лампа служит в качестве смесителя частот. Напряжение сигнала обычно подводится к первой управляющей сетке. Переменное напряжение на второй управляющей сетке изменяет токораспределение в лампе. При этом крутизна характеристики анодного тока по первой сетке изменяется с частотой гетеродина, а напряжение на ней меняется с частотой приходящего сигнала. В результате анодный ток представляет собой комбинационные колебания, в частности, колебания промежуточной частоты определяются так:

где/ — частота гетеродина,/. — частота сигнала.

Гексоды применяются также для усиления сигналов высокой частоты.

Гептод — семиэлектродная электронная лампа, которая служит для преобразования частоты, а также может использоваться как смесительная лампа.

В цепь первой управляющей сетки включается контур гетеродина, в цепь второй сетки — катушка обратной связи. Третья и пятая сетки служат для экранирования, т. к. в гексоде одной экранирующей сетки недостаточно. Четвертая сетка также служит для управления потоком и на нее подается напряжение сигнала.

Гептод можно рассматривать как триод + тетрод. Для триодной части имеем:

Лампа с двумя управляющими, двумя экранирующими и сеткой без витков называется петагрид (pente — пять, grid— сетка).

Октод— восьмиэлектродная электронная лампа с шестью сетками, которая предназначена для работы в частотно-преобразовательных устройствах радиоприемных устройств. По существу — это усовершенствованный гептод. Шестая сетка является антидинатронной, что позволяет увеличить амплитуду выходных сигналов. Особого распространения октоды так и не получили.

Также были созданы электронные лампы с девятью и десятью электродами (декоды). Однако практического применения они тоже не нашли. Наибольшее распространение получили двойные диоды — триоды, двойные триоды, триоды — пентоды.

Заметим, что с позиций системного анализа все рассмотренные конструкции соответствуют предложенной модели приборов вакуумной электроники.

Генераторная лампа — электронная лампа, предназначенная для преобразования энергии источника постоянного или переменного тока в энергию высокой частоты до 10 ГГц (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Конструкция сверхмощного коротковолнового тетрода с испарительным охлаждением:

1 — штангель для откачки; 2— вывод накала катода; 3— вывод управляющей сетки;
4 — керамический изолятор;
5 — вывод экранирующей сетки; б — вывод анода;
7 — охлаждаемая поверхность; б — решетка катодов.
9 — подвод накала и крепление катода;

ТО — управляющая сетка; 11 — экранирующая сетка.

Рис. 4.8. Внешний вид современных генераторных ламп; а — мощный металлостеклянный триод с водяным охлаждением; б — металлокерамический УКВ-тетрод с воздушным охлаждением.

Она может применяться в качестве управляющего элемента генератора или усилителя в радиопередатчиках для радиовещания, телевидения, радиолокации, ускорителях заряженных частиц, медицинской электроники. Различают маломощные (до 25 Вт), средней мощности (до I кВт), мощные (до 200 кВт) и сверхмощные лампы (> 200 кВт). На рис. 4.8 показан внешний вид современных генераторных ламп — мошною металлостеклянного триода с водяным охлаждением и металлокерамического УКВ-тетрода с воздушным охлаждением.

Они могут работать в диапазонах коротких (до 30 МГц), ультракоротких (до 300 МГц) или сверхвысокочастотных (до 10 ГГц) диапазонах длин волн.

Приемно-усилительные лампы (ПУЛ) — это электронные лампы, предназначенные для детектирования, преобразования частоты и усиления электрических сигналов на частотах до 300 МГц, а также для генерирования электрических колебании.

Электронные лампы - история, принцип действия, конструкция, применение

Электронная лампа (радиолампа) - техническое нововведение начала XX в., которое коренным образом изменило методы использования электромагнитных волн, определило становление и быстрый расцвет радиотехники. Появление радиолампы стало также важным этапом того направления развития и применения радиотехнических знаний, которое позже получило название "электроника".

История открытия

Открытие механизма работы всех ваккумных электронных приборов (теромоэлектронной эмиссии) совершил Томас Эдисон в 1883 году во время работы над усовершенствованием своей лампы накаливания. Подробнее об эффекте термоэлектронной эмиссии смотрите здесь - Электрический ток в вакууме.

В 1905-м году используя это открытие Джон Флеминг создал первую электронную лампу - "прибор для преобразования переменного тока в постоянный". Эту дату считают началом рождения всей электроники (смотрите - В чем различия электроники и электротехники). Золотой эрой всей ламповой схемотехники считают период с 1935 по 1950 год.

Патент Джона Флеминга

Электронные лампы сыграли в развитии радиотехники и электроники очень важную роль. При помощи электронной лампы оказалось возможным генерировать незатухающие колебания, необходимые для радиотелефонии и телевидения. Появилась возможность усиливать принимаемые радиосигналы, благодаря чему стал доступен прием весьма отдаленных станций.

Далее, электронная лампа оказалась наиболее совершенным и надежным модулятором, т. е. прибором для изменения с низкой частотой амплитуды или фазы высокочастотных колебаний, что необходимо для радиотелефонии и телевидения.

Выделение колебаний звуковой частоты в приемнике (детектирование) также наиболее успешно осуществляется при помощи электронной лампы. Работа электронной лампы в качестве выпрямителя переменного напряжения долгое время обеспечивало питание радиопередающих и радиоприемных устройств. Кроме всего этого, электронные лампы широко применялись в электроизмерительной технике (вольтметры, частотомеры, осциллографы и др.), а также на них были построены первые компьютеры.

Появление во втором десятилетии XX века серийных технически пригодных электронных ламп дало радиотехнике мощный толчок, преобразивший всю радиотехническую аппаратуру и позволивший решить ряд задач, недоступных для радиотехники затухающих колебаний.

Патент на вакуумную лампу 1928 года

Реклама ламп в радиотехническом журнале 1938 года

Недостатки электронных ламп: большие размеры, громоздкость, низкая надежность устройств прстроеных на большом количестве ламп (в первых компьтерах использовались тысячи ламп), необходимость в дополнительной энергии для нагрева катода, большое выделение тепла, часто требующее дополнительного охлаждения.

Принцип работы и устройство электронных ламп

В электронной лампе используется процесс термоэлектронной эмиссии — испускания электронов накаленным металлом, находящимся в эвакуированном баллоне. Давление остатков газа настолько ничтожно, что разряд в лампе практически можно считать чисто электронным, так как ток положительных ионов исчезающе мал по сравнению с электронным током.

Устройство и принцип работы электронной лампы рассмотрим на примере электронного выпрямителя (кенотрона). Эти выпрямители, использующие электронный ток в вакууме, обладают наиболее высоким коэффициентом выпрямления.

Кенотрон состоит из стеклянного или металлического баллона, в котором создан высокий вакуум (порядка 10 -6 мм рт. ст.). Внутри баллона помещается источник электронов (нить), служащий катодом и накаливаемый током от вспомогательного источника: он окружен электродом большой площади (цилиндрическим или плоским), являющимся анодом.

Электроны, испускаемые катодом, попадая в поле между анодом и катодом, увлекаются к аноду, если его потенциал выше. Если же потенциал катода выше, то кенотрон тока не пропускает. Вольт-амперная характеристика кенотрона практически идеальна.

Высоковольтные кенотроны применялись в схемах питания радиопередатчиков. В лабораторной и радиолюбительской практике были широко распространены небольшие кенотронные выпрямители, позволяющие получить 50 - 150 мА выпрямленного тока при 250 - 500 В. Для накала нитей применялся переменный ток, снимаемый со вспомогательной обмотки трансформатора, питающего аноды.

Для упрощения монтажа выпрямителей (обычно двухполупериодных) использовались двуханодные кенотроны, содержащие в общем баллоне два раздельных анода при общем катоде. Сравнительно небольшая межэлектродная емкость кенотрона подходящей конструкции (в этом случае его называли диодом) и нелинейность его характеристики позволяли использовать его для различных радиотехнических нужд: детектирования, автоматических регулировок режима приемника и других целей.

В электронных лампах применялись две конструкции катодов. Катоды непосредственного (прямого) накала выполняются в виде нити или ленты, накаливаемой током от аккумулятора или трансформатора. Катоды косвенного накала (подогревные) устроены сложнее.

Вольфрамовая нить накала — нагреватель изолируется теплоустойчивым слоем керамики или окислов алюминия и помещается внутрь никелевого цилиндрика, покрытого снаружи оксидным слоем. Цилиндрик нагревается благодаря теплообмену с нагревателем.

Благодаря тепловой инерции цилиндра температура его, даже при питании переменным током, практически постоянна. Оксидный слой, дающий заметную эмиссию при низких температурах, является катодом.

Недостатком оксидного катода является неустойчивость его работы при недокале или перекале. Последний может получиться при слишком большом анодном токе (вблизи насыщения), так как из-за большого сопротивления катод при этом перегревается, оксидный слой теряет эмиссию и может даже разрушиться.

Большим преимуществом подогревного катода является отсутствие падения напряжения вдоль него (обусловленного током накала при прямом накале) и возможность питать нагреватели нескольких ламп от общего источника при полной независимости потенциалов их катодов.

Обложка журнала "Radio-Craft" 1934 года

Двухэлектродные лампы

Двухэлектродные лампы применялись для выпрямления переменного тока (кенотроны). Подобные же лампы, применяемые при радиочастотах для детектирования, назывались диодами.

Трехэлектродные лампы

Через год после появления технически пригодной двухэлектродной лампы в нее был введен третий электрод — сетка, выполненный в виде спирали, расположенной между катодом и анодом. Получившаяся таким образом трехэлектродная лампа (триод) приобрела ряд новых ценных свойств и получила широкое применение. Такая лампа уже могла работать в качестве усилителя. В 1913-м году с ее помощью был создан первый автогенератор.

Изобретатель триода Ли де Форест (добавил в электронную лампу управляющую сетку)

Триод Ли де Фореста, 1906 год

Многоэлектродные лампы

Многоэлектродные лампы были созданы для того что бы повысить коэффициент усиления и уменьшить входную емкость лампы. Дополнительная сетка как бы экранирует анод от прочих электродов, поэтому ее называют экранирующей (экранной) сеткой. Емкость между анодом и управляющей сеткой в экранированных лампах снижается до сотых долей пикофарады.

У экранированной лампы изменения анодного напряжения сказываются на анодном токе гораздо меньше, чем у триода, следовательно, коэффициент усиления и внутреннее сопротивление лампы резко возрастает, крутизна же отличается от крутизны триода сравнительно мало.

Но работа экранированной лампы осложняется так называемым динатронным эффектом: при достаточно больших скоростях электроны, достигающие анода, вызывают вторичную эмиссию электронов с его поверхности.

Для его устранения между экранирующей сеткой и анодом вводится еще одна сетка, называемая защитной (противодинатронной). Она соединяется с катодом (иногда внутри лампы). Находясь под нулевым потенциалом, эта сетка тормозит вторичные электроны, не оказывая существенного влияния на движение основного электронного потока. Благодаря этому провал в характеристике анодного тока устраняется.

Подобные пятиэлектродные лампы — пентоды — получили широкое распространение, так как в зависимости от конструкции и режима работы им могут быть приданы разнообразные свойства.

Старинная реклама пентода фирмы Philips

Высокочастотные пентоды имеют внутреннее сопротивление порядка мегома, крутизну — до нескольких миллиампер на вольт, коэффициент усиления — до нескольких тысяч. Для низкочастотных выходных пентодов характерно значительно меньшее внутреннее сопротивление (десятки килоом) при крутизне того же порядка.

В так называемых лучевых лампах динатронный эффект устраняется не третьей сеткой, а концентрацией электронного пучка между второй сеткой и анодом. Она достигается симметричным расположением витков обеих сеток и удалением от них анода.

В некоторых лампах управляющая сетка выполнена в виде спирали с переменным шагом. Так как густота сетки определяет коэффициент усиления и крутизну характеристики, то в этой лампе крутизна оказывается переменной.

При слабо отрицательных потенциалах сетки работает вся сетка, крутизна получается значительной. Но если потенциал сетки сделать сильно отрицательным, то густая часть сетки практически не будут пропускать электроны и работа лампы будет определяться свойствами редко намотанной части спирали, поэтому коэффициент усиления и крутизна значительно снижаются.

Для преобразования частоты служат пятисеточные лампы пентагриды. Две из сеток являются управляющими — на них подаются напряжения различной частоты, три другие сетки выполняют вспомогательные функции.

Реклама электронных вакуумных ламп в журнале 1947 года

Оформление и маркировка ламп

Существовало громадное количество различных типов электронных ламп. Наряду с лампами, имеющими стеклянный баллон были широко распространены лампы с металлическим или металлизированным стеклянным баллоном. Он экранирует лампу от внешних полей и увеличивает ее механическую прочность.

Электроды (или большая часть их) выводятся к штырькам цоколя лампы. Наиболее распространен восьмиштырьковый цоколь.

В электронных лампах на очень большие мощности, приходилось увеличивать площадь анода и даже прибегать к принудительному воздушному или водяному охлаждению.

Маркировка и цоколевка ламп очень разнообразна. Кроме того, системы маркировки несколько раз изменялись. В СССР было принято обозначение из четырех элементов:

1. Число, указывающее напряжение накала, округленное до целых вольт (наиболее распространены напряжения 1,2; 2,0 и 6,3 В).

2. Буква, указывающая тип лампы. Так, диоды обозначаются буквой Д, триоды С, пентоды с короткой характеристикой Ж, с длинной К, выходные пентоды П, двойные триоды Н, кенотроны Ц.

3. Число указывающее порядковый номер заводской разработки.

4. Буква, характеризующая оформление лампы. Так металлические лампы теперь совсем не имеют последнего обозначения, стеклянные обозначаются буквой С, пальчиковые П, желуди Ж, миниатюрные Б.

Подробные данные о маркировке, цоколевке и размерах ламп лучше всего искать в специализированной литературе 40-х - 60-х годов XX века.

Использование ламп в наше время

В 70-х годах все электронные лампы были вытеснены полупроводниковыми приборами: диодами, транзисторами, тиристорами и др. В некоторых областях вакуумные лампы применяются до сих пор, например в микроволновых печах используются магнетроны, а кенотроны используются выпрямления и быстрой коммутации большого напряжения (десятки и сотни киловольт) на электрических подстанциях для передачи электроэнергии постоянным током.

Существует большое количество любителей, т.н. "лампового звука", которые в наше время конструируют любительские звуковые устройства на электронных вакуумных лампах.

Описание действия потока электронов в вакууме. Применение вакуумных диодов. Параметры триода: внутреннее сопротивление, коэффициент усиления, крутизна характеристики анодного тока, их характеристика. Достоинства и недостатки четырехэлектродных ламп.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	20.09.2014
Размер файла	53,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Электрический ток в вакууме. Электронные лампы. Их применение

Электрически ток в вакууме

Список используемой литературы

Электроника и радио почти ровесники. Правда, поначалу радио обходилось без помощи своей сверстницы, но позднее электронные приборы стали материальной основой радио, или, как говорят, его элементарной базой.

Начало электроники можно отнести к 1883 году, когда знаменитый Томас Альфа Эдисон, пытаясь продлить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания, ввел в баллон лампы, из которой откачан воздух, металлический электрод.

Именно этот опыт привел Эдисона к его единственному фундаментальному научному открытию, которое легло в основу всех электронных ламп и всей электроники дотранзисторного периода. Открытое им явление впоследствии получило название термоэлектронной эмиссии.

Внешне опыт Эдисона выглядел довольно просто. К выводу электрода и одному из выводов раскаленной электрическим током нити он подсоединил батарею и гальванометр.

Стрелка гальванометра отклонялась всякий раз, когда к электроду подсоединялся плюс батареи, а к нити - минус. Если полярность менялась, то ток в цепи прекращался.

Вот в чем ее смысл. В раскаленной металлической нити скорость движения и энергия электронов повышаются настолько, что они отрываются от поверхности нити и свободным потоком устремляются в окружающее ее пространство. Вырывающиеся из нити электроны можно уподобить ракетам, преодолевшим силу земного притяжения. Если к электроду будет присоединен плюс батареи, то электрическое поле внутри баллона между нитью накаливания и электродом устремит к нему электроны. То есть внутри лампы потечет электрический ток.

Электрический ток в вакууме

В электровакуумных приборах для эмиссии электронов используется специальный электрод, называемый катодом. Нагрев осуществляется за счет электрического тока, который пропускает через нить накала, как в электроплитке через спираль. Этот ток называется током накала. В приборах прямого накала сама нить является катодом и эмитирует электроны. В приборах косвенного накала нить подогревается металлический цилиндр, изолированный от нее, который и служит катодом.

Для получения приемлемой эмиссии электронов катоды необходимо нагревать до очень высоких температур порядка 2. 3 тысяч градусов. Поэтому нити накала приходится выполнять из тугоплавких металлов, обычно используется вольфрам. Но и вольфрамовая нить накала при такой температуре быстро выходит из строя, так как проволоку абсолютно одинакового сечения по всей длине сделать невозможно. В тех местах, где сечение проволоки чуть меньше, происходит местный перегрев, отчего в этом месте сечение становится еще меньше, а это приводит к еще большему нагреву. Оказалось, что если нанести на поверхность вольфрама тонкий слой окиси или щелочного металла, эмиссия электронов с такого оксидированного или активированного слоя резко увеличивается. Оксидированный вольфрам при температуре 730 градусов Цельсия обеспечивает такую же эмиссию, как не оксидированный при температуре 1580 градусов Цельсия. Поэтому в электровакуумных приборах за редкими исключениями используются оксидированные катоды. В приборах прямого накала оксидный слой наносится непосредственно на вольфрамовую нить. В приборах косвенного накала оксидный слой наносится на катод, который обычно выполняется из никеля.

Вакуумный диод представляет собой двухэлектродный прибор. Одним из его электродов является катод прямого накала или подогревный. Второй электрод называется анодом. Конструктивно анод обычно выполнен в виде металлического цилиндра, на оси которого расположен катод. Вся система заключена в стеклянный или металлический баллон, из которого откачан воздух до высокой степени вакуума. Выводы подогревателя, катода и анода впаяны в стекло баллона. При металлическом баллоне один из его торцов закрыт стеклянным диском с впаянными выводами, который приварен к баллону. Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, электрическое поле в пространстве между анодом и катодом вынуждает электроны из электронного облака двигаться к аноду. Их убыль в электронном облаке покрываться новыми электронами за счет термоэлектронной эмиссии катода. В цепи, соединяющий диод с источником питания, возникает ток, направление которого, как обычно, противоположно направлению потока электронов. Условное графическое обозначение вакуумного диода и его вольт - амперная характеристика показана на рис. 1. Выводы нити накала показаны стрелками.

Рис. 1. Включение и характеристика диода

При напряжении источника питания, равно нулю (если вывод анод и катод замкнуты внешним проводником), в цепи протекает ток, называемый начальным. Он вызван электронами, начальная скорость которых при вылете из катода достаточно велика. Только при отрицательном напряжении на аноде порядка 0,5В анодный ток полностью прекращается, а при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения обратный ток отсутствует.

Вакуумные диоды имеют сравнительно ограниченное применение. Значительно шире область применения трехэлектродных ламп - триодов. Триод отличается от диода наличием третьего электрода - управляющей сетки, которая выполнена в виде проволочной спирали, размещенной в пространстве между катодом и анодом. Если напряжение на сетке относительно катода отрицательное, она будет тормозить движение электронов от катода к аноду, что приведет к уменьшению анодного тока. При достаточно большем минусе на сетке анодный ток может вообще прекратиться. Если же потенциал сетки относительно катода положителен, сетка будет способствовать увеличению анодного тока. При этом часть электронов будет оседать на сетке, образую сеточный ток, хотя режим использования электронных ламп с сеточным током применяется редко. Таким образом, изменяя потенциал сетки относительно катод, можно управлять анодным током триода, что и послужило причиной названия сетки управляющей.

Рис. 2. Схема включения триода.

Условное графическое обозначение триода показано на рис. 2. Промышленность выпускает широкий ассортимент самых разных триодов, а также двойных триодов с общим и раздельными катодами, которые применялись в разной радиоаппаратуре, еще находясь в эксплуатации.

К параметрам триода относятся: внутреннее сопротивление - отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока, коэффициент усиления - отношение приращения анодного напряжения к приращению напряжения на сетке, крутизна характеристики анодного тока - отношение приращения анодного тока к приращению напряжения на сетке:

Внутреннее сопротивление Ri измеряется в кОм, крутизна характеристики S - в А/В, коэффициент усиления м - величина безразмерная.

К предельным эксплуатационным параметрам триодов относится те же параметры, что и к диодам: минимальное и максимальное напряжения накала, наибольшее допустимо обратное напряжение анода, наибольшее напряжение между катодом и подогревателем, наибольший средний анодный ток, предельная мощность, рассеиваемая анодная, а также дополнительные параметры (наибольшее отрицательное напряжение на сетке и наибольшее сопротивление в цепи сетки). Необходимость ограничения сопротивления в цепи сетки связана с тем, что сетка обычно располагается очень близко к катоду и может им нагреваться. При этом возможно появление термоэлектронной эмиссии с сетки, которая приводит к обратному сеточному току. Хотя эта эмиссия и обратный ток очень малы, но при большем сопротивление в цепи сетки ток создает на нем ощутимое падение напряжение, которое может нарушить нормальный режим лампы.

При использовании триодов в схемах, работающих на высокой частоте, приходится учитывать и собственные междуэлектродные емкости лампы: входную емкость между анодом и катодом, а также проходную емкость между анодом и сеткой. Если входная и выходная емкости оказываются подключенными параллельно нагрузкам предыдущего и данного каскадов, что не очень страшно, то проходная емкость может приводить к очень не приятным последствиям. В усилительных схемах слабый сигнал обычно подается на сетку лампы, а на аноде образует усиленный сигнал. Проходная емкость создает путь этому сигналу с анода обратно на сетку, что может привести к самовозбуждению каскада. Это особенно опасно на высокой частоте, когда сравнительно небольшая емкость обладает небольшим емкостным сопротивлением.

Для уменьшения проходной емкости были созданы четырехэлектродные лампы - тетроды (рис. 3). У такой лампы между управляющей сеткой и анодом располагается экранная сетка, которая заземляется по переменному току конденсатором большой емкости. Благодаря этому проходная емкость уменьшается в сотни и тысячи раз. По постоянному току на экранную сетку подается положительное напряжение, примерно такое же что и на анод. Так эта сетка увеличивает притягивающее поле, которым электроны из электронного облака вынуждаются лететь к аноду, и часть летящих к аноду электронов попадает на нее. Образуется ток экранной сетки, составляющий примерно 10. 20% от анодного тока, с чем приходится мириться.

электрон вакуум лампа анодный

Рис. 3. Четырехэлектронная лампа - тетрод.

Основной недостаток тетрода - динатронный эффект - состоит в следующем. Электроны на пути от катода к аноду разгоняются до большой скорости. При напряжение на аноде 100 В эта скорость достигает 6000 км/с - в 10000 раз больше скорости пули при вылете из дула винтовки. Ударяясь о поверхность анода, электроны выбивают из него другие, вторичные электроны. Такое явление называется вторичной электронной эмиссией. Если напряжение на экранной сетке больше сетке на аноде, вторичные электроны с анода направляются на экранную сетку. В результате анодный ток уменьшается, а на анодной характеристике тетрода появляется провал.

Для борьбы с динатронным эффектом в конструкцию тетродов вводят специальные лучеобразующие пластины, которые концентрируют электронный поток на небольшой части поверхности анода, где создается пространственный заряд, препятствующий обратному потоку вторичных электронов на экранную сетку. Такие тетроды называются лучевыми. Другой способ борьбы с динатронным эффектом состоит в установке еще одной сетки между экранной сеткой и анодом. Она носит название защитной или антидинотродной сетки и соединяется с катодом внутри или снаружи лампы, для чего имеется отельный вывод. Такие пятиэлектродные лампы называются пентодами. Антидинатронная сетка выполняется редкой, на поток быстрых первичных электронов влияния не оказывает, медленные же вторичные электроны отталкиваются ею обратно на анод.

К многоэлектронным электронным лампам относятся лампы, имеющие более трех сеток, например, гептоды, у которых пять сеток. Гептоды предназначены для преобразования частоты сигнала и содержит две раздельные управляющие сетки. Очередность расположения сеток при счете от катода следующая: первая сетка является первой управляющей, вторая сетка - экранная, далее следует вторая управляющая сетка, за ней еще одна экранная и, наконец, антидинатронная сетка. Экранные сетки обычно соединены внутри ламп между собой и имеют общий вывод. Вольт - амперные характеристики гептодов такие же, как у пентодов, а наличие экранной сетки между управляющими снижает паразитную емкость между ними. Иногда используется устаревшее название гентода - пентагрид, что в переводе обозначает пять сеток.

Электронно-лучевой трубкой называется электровакуумный прибор, предназначенный для преобразования электрических сигналов в видимое изображение, или наоборот. Существуют несколько разновидностей электронно-лучевых трубок по их названию: осциллографические, приемные телевизионные, телевизионные передающие и специальные.

Осциллографические трубки относятся к трубкам с электростатическими отклонениями луча. Условное графическое обозначение осциллографической трубки приведено на рис. 4.

Рис. 4. Обозначение осциллографической электронно-лучевой трубки

Рассмотрим ее устройство. Катод К представляет собой, как обычно, полый цилиндр, но с одним донышком. Оксидный слой нанесен только на это донышко, которым катод обращен внутри трубки. Далее установлен управляющий электрод или модулятор М, который выполнен в виде цилиндра с донышком, в котором имеется отверстие. На модулятор подается отрицательное напряжение относительно катода, которым отталкиваются к оси трубки электроны, вылетающие из катода под углом. Через отверстие в донышке модулятора походят лишь те электроны, которые находятся на оси. Модулятор также выполняет функции управляющей сетки: с увеличением отрицательного напряжения интенсивность выходящего из отверстия электронного потока уменьшается и при определенном отрицательном напряжении полностью прекращаются. Такое напряжение называется запирающим.

За модулятором установлен первый анод 1а, который подается относительно катода положительное напряжение. Конфигурация электрического поля в пространстве между модулятором и первым анодом имеет форму линзы. Этим полем осуществляется фокусировка электронного пучка, благодаря которой он приобретает форму спицы. Первый анод выполнен в виде полого цилиндра модулятора диаметром больше, чем диаметр цилиндра модулятора. Изменяя напряжение на первом аноде, можно осуществлять фокусировку электронного пучка. Далее следует второй анод 2а, который является ускоряющим электродом. Он также выполнен в виде полого цилиндра.

Основная часть электронов в пучке, разогнавшись до большой скорости, не попадает на стенки второго анода, а пролетает по его оси. На второй анод подается высокое напряжение, необходимое для придания электронам в пучке большой скорости. Комплект перечисленных электродов трубки (катод с подогревателем, модулятор, первый и второй аноды) образует электронный прожектор или электронную пушку и выполняется в виде жесткого единого узла, собранного на слюдяных пластиках, с использованием керамических цилиндрических изоляторов.

Далее на пути электронного пучка установлены две пары отклоняющих пластин ОП. Средний потенциал отклоняющихся пластин равен потенциалу второго анода и не должен воздействовать на электронный пучок. Но если между пластинами пары имеется напряжение, пучок отклоняется от оси трубки в сторону более положительной пластины. Одна пара пластин расположена вертикально, может отклонять электронный пучок в горизонтальном направлении и называется горизонтально - отклоняющей. Вторая пара пластин расположена горизонтально и называется вертикально - отклоняющей. Пройдя мимо системы отклоняющих пластин, электронный луч попадает на экран Э, покрытый слоем специального вещества, которое называется люминофором. Под воздействием электронной бомбардировки происходит свечение люминофора, наблюдаемое с внешней стороны экрана. В связи с тем, что бомбардировка люминофора, покрытого тонким слоем металла, сопровождается вторичной электронной эмиссией, коническая часть колбы трубки покрыта графитовым слоем (аквадагом) и соединяется со вторым анодом. Вторичные электроны удавливаются аквадагом и образуют ток второго анода.

К приемным электронно-лучевым трубкам относится черно- белые и цветные кинескопы. Устройство черно-белого кинескопа ничем практически не отличается от устройства трубки с магнитным отклонением луча. В прожектор лишь добавлен ускоряющий электрод между модулятором и первым анодом. Промышленность выпускает самые разные кинескопы с размером экрана по диагонали от 8 до 67 см. Все современные кинескопы имеют прямоугольны экран с соотношением сторон в приделах 3:4 до 4:5, что примерно соответствует формату телевизионного изображения

Цветные кинескопы содержат три электронных прожектора и экран, покрытый люминофорами трех цветов - красного, синего и зеленого свечения. В настоящее время промышленность выпускает цветные кинескопы двух различных конструкций. У кинескопов с дельтовидным расположением прожекторов они расположены в вершинах треугольника, центр которого находится на оси кинескопа. У кинескопов с планарным расположением прожекторов они расположены в одной плоскости, один находится на оси кинескопа, а два других - по обе стороны от первого.

Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось дальнейшей разработкой и усовершенствованием различных электровакуумных приборов, радиоламп и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

Список использованной литературы

Сейчас мы привыкли к компактным электронным устройствам и сверхтонким ноутбукам. А чуть больше ста лет назад появился девайс, который сделал это реальностью и произвел настоящую революцию в развитии электроники. Речь идет о радиолампе.

Ламповое вступление

В схемотехнике раньше повсеместно использовались лампы, первые электронные приборы были построены именно с их использованием. Золотое время радиоламп пришлось на первую половину 20 века. Для наших дедов и прадедов гораздо привычнее были гигантские ЭВМ, занимавшие целое помещение и греющиеся как адское пекло. На такой машине сериальчик не посмотришь.

Потом еще было время, когда советские микросхемы стали самыми большими в мире. Но это уже другая история, которая началась после появления полупроводниковых приборов. Как вы поняли, эта статья о работе электронной лампы и ее современном использовании.

Вакуумные приборы

Вакуум – это отсутствие материи. Точнее, практически полное ее отсутствие. В физике разделяют высокий, средний и низкий вакуум. Понятно, что электрического тока в вакууме быть не может, так как ток – это направленное движение (частиц) носителей заряда, которым в вакууме взяться неоткуда.

Но так уж и неоткуда? Металлы при нагревании испускают электроны. Это так называемая термоэлектронная эмиссия. На ней и основана работа электронных вакуумных приборов.

Термоэлектронную эмиссию открыл Томас Эдисон. Точнее ученый выяснил, что при нагреве нити и наличия в вакуумной колбе второго электрода вакуум проводит ток. Тогда Эдисон не в полной мере оценил значение своего открытия, но на всякий случай запатентовал его. Вывод: в любой непонятной ситуации патентуйте!

Вакуумные приборы – герметично запаянные баллоны с электродами внутри. Баллоны делают из стекла, металла или керамики, предварительно откачав из них воздух.

Помимо электронных ламп есть следующие вакуумные приборы:

приборы СВЧ, магнетроны, клистроны;
кинескопы, электронно-лучевые трубки;
рентгеновские трубки.

Принцип работы электронной лампы

Электронная лампа – это электронный вакуумный прибор, который работает за счет управления интенсивностью потока электронов между электродами.

Простейший тип лампы – диод. Вместо того чтобы читать определения, лучше посмотрим на нее.

Кстати! Если вам нужно произвести расчет усилителя на диодах, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Диод обладает односторонней проводимостью. Это значит, что если на катод подать плюс, а на анод минус, тока в цепи уже не будет.

Помимо этих двух электродов в лампах могут быть и другие.

Все названия электронных ламп связаны с количеством электродов. Диод – два, триод – три, тетрод – четыре, пентод – пять и т.д.

Возьмем триод. Это диод, в который добавлен дополнительный электрод - управляющая сетка. Такая лампа с тремя электродами уже может работать как усилитель тока.

Небольшое изменение напряжения на сетке, которая устанавливается рядом с катодом, существенно влияет на ток между катодом и анодом. На этом и строится принцип усиления.

Применение электронных ламп

Почти везде лампу вытеснил полупроводниковый транзистор. Однако в некоторых отраслях лампы заняли свое место и остаются незаменимыми.

Например, в космосе. Ламповое оборудование выдерживает больший диапазон температур и радиационный фон, поэтому используется в производстве космических аппаратов.

Лампы с воздушным или водяным охлаждением также находят применение в мощных радиопередатчиках.

Конечно, сложно представить современное музыкальное оборудование без ламповых схем.

Ламповый звук: правда или вымысел?

Усилители низкой частоты или просто усилители звука – самое известное современное применение радиоламп, которое к тому же вызывает много споров.

Чтобы дальше лучше понимать то, о чем тут написано, мы рекомендуем прочесть тематическую статью про звуки и их влияние на наши мозги.

Ничего не бывает просто так, и вряд ли такие споры и мнения возникали на пустом месте. В свое время вопросом, действительно ли ламповый звук приятнее для слуха, заинтересовались ученые. Было проведено довольно много исследований на тему отличий лампы от транзистора.

Часто спор – пустая трата времени. А вот студенческий сервис, наоборот, поможет сохранить ценные человеко-часы. Обращайтесь к нашим специалистам за качественной помощью в любой области знаний.

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Читайте также: