Elektronske lampe kao elementi. Električna lampa

Svojevremeno je vakuumska cijev napravila pravu revoluciju u radiotehnici: radikalno je promijenila dizajn odašiljačkih i prijemnih uređaja, povećala njihov domet, omogućila radiotehnici da napravi gigantski korak naprijed i zauzme mjesto doslovno u svim područjima nauke. i tehnologija, proizvodnja, u našem svakodnevnom životu. Ali čak i sada, kada se poluvodički uređaji i integrirana kola za različite namjene uglavnom koriste u radio-elektronskim uređajima, elektronske lampe nastavljaju da „rade“ u mnogim radiodifuznim prijemnicima, radijima, magnetofonima i televizorima. Zato sam odlučio da vas upoznam sa uređajem i radom ovih "veterana" radio tehnike, sa nekim amaterskim dizajnom na vakuumskim cevima.

ELEKTRONSKI UREĐAJ LAMPE

Bilo koja vakuumska cijev, ili, ukratko, radio cijev, je čelična, staklena ili keramička posuda, unutar koje su elektrode pričvršćene na metalne police. Vazduh iz cilindra lampe ispumpava se kroz mali proces u donjem ili gornjem delu cilindra. Snažno razrjeđivanje zraka unutar cilindra - vakuum - je neophodan uslov za rad radio cijevi.

Svaka radio cijev mora imati katodu – negativnu elektrodu, koja je izvor elektrona u lampi, i anodu – pozitivnu elektrodu. Katoda može biti volframova dlaka, slična niti sijalice, ili metalni cilindar koji se grije žarnom niti, a anoda može biti metalna ploča, ili češće kutija u obliku cilindra ili paralelepipeda. Volframova nit koja djeluje kao katoda naziva se i filament.

Na dijagramima, žarulja lampe je konvencionalno označena kao krug, katoda - s lukom upisanim u krug, anoda - kratkom linijom koja se nalazi iznad katode, a njihovi zaključci - linijama koje se protežu izvan kruga. Radio cijevi koje sadrže samo katodu i anodu nazivaju se dvoelektronskim ili diodama.

Na sl. 215 prikazuje unutrašnju strukturu dvije diode različite izvedbe. Svjetiljka prikazana na desnoj strani odlikuje se činjenicom da njena katoda (filament) podsjeća na obrnuto latinično slovo V, a anoda je u obliku spljoštenog cilindra. Elektrode su pričvršćene na žičane nosače zalemljene u zadebljano dno cilindra. Stalci su ujedno i zaključci elektroda. Preko posebnog bloka s utičnicama - utičnica za lampu - elektrode su povezane s drugim dijelovima radiotehničkog uređaja.

Rice. 215. Uređaj i slika dvoelektrodne lampe na dijagramima

U većini radio cijevi, između katode i anode, nalaze se spirale od tanke žice, zvane rešetke. Oni okružuju katodu i, bez dodirivanja, nalaze se na različitim udaljenostima od nje. Ovisno o namjeni lampi, broj rešetki u njemu može biti od jedne do pet. Prema ukupnom broju elektroda, uključujući katodu i anodu, razlikuju se tro-, četvoro-, petelektronske lampe itd. Prema tome, nazivaju se triode (sa jednom mrežom), tetrode (sa dve rešetke), pentode. (sa tri mreže).

Unutrašnja struktura jedne od ovih lampi - triode - prikazana je na sl. 216. Ova lampa se razlikuje od dioda po prisustvu spirale - mreže u njoj. Na dijagramima su mreže označene isprekidanim linijama koje se nalaze između katode i anode.

Triode, tetrode i pentode su univerzalne radio cijevi. Koriste se za pojačavanje naizmjeničnih i jednosmjernih struja i napona, kao detektori, za generiranje električnih oscilacija različitih frekvencija i za mnoge druge svrhe. Princip rada radio cijevi zasniva se na usmjerenom kretanju elektrona u njoj. "Dobavljač" elektrona unutar lampe je katoda zagrijana na temperaturu.

Šta je suština ovog fenomena?

Ako se lonac napunjen vodom stavi na vatru, tada će se, kako se zagrije, čestice vode početi kretati sve brže i brže. Konačno, voda će proključati. U tom slučaju, čestice vode će se kretati tako velikom brzinom da će se neke od njih odvojiti od površine vode i ostaviti je - voda će početi isparavati. Nešto slično se uočava i u elektronskoj lampi. Slobodni elektroni sadržani u vrućem metalu katode kreću se ogromnom brzinom.

Rice. 216. Uređaj i slika triode na dijagramima

Istovremeno, neki od njih napuštaju katodu, formirajući elektronski "oblak" oko nje. Ovaj fenomen emisije, odnosno zračenja, od strane katode elektrona naziva se termoionska emisija.Što je katoda toplija, više elektrona emituje, to je oblak elektrona deblji. Kada kažu da je “lampa izgubila emisiju”, to znači da iz nekog razloga slobodni elektroni izlete sa površine njene katode u vrlo malim količinama. Lampa sa izgubljenom emisijom neće raditi.

Međutim, da bi elektroni pobjegli iz katode, potrebno je ne samo zagrijati je, već i osloboditi okolni prostor od zraka. Ako se to ne učini, izbačeni elektroni će izgubiti brzinu, "zaglavljeni" u molekulima zraka. Zato se u elektronskoj lampi stvara vakuum. Također je potrebno ispumpati zrak jer na visokoj temperaturi katoda apsorbira kisik iz zraka, oksidira i brzo kolabira. Ovome se mora dodati da se na površinu katode nanosi sloj oksida barijuma, stroncijuma i kalcijuma, koji ima sposobnost da emituje elektrone pri relativno niskoj temperaturi grejanja.

Princip rada

Vakumske cijevi sa grijanom katodom

• Kao rezultat termoionske emisije, elektroni napuštaju površinu katode.
• Pod uticajem razlike potencijala između anode (+) i katode (-), elektroni dospevaju do anode i formiraju anodnu struju u spoljašnjem kolu.
• Uz pomoć dodatnih elektroda (rešetki), elektronski tok se kontrolira primjenom električnog potencijala na ove elektrode.

U vakuumskim vakuumskim cijevima, prisustvo plina pogoršava performanse cijevi.

Elektronske lampe punjene plinom

Osnovni za ovu klasu uređaja je protok jona u gasu koji puni lampu. Protok se može stvoriti, kao u vakuumskim uređajima, termoionskom emisijom, ili se može stvoriti pražnjenjem u razrijeđenom plinu zbog jačine električnog polja. U pravilu se takve lampe koriste ili u niskofrekventnim generatorima (tiratroni) ili u kontroliranim ispravljačkim krugovima, često s visokim izlaznim strujama (ignitron).

Mikroelektronski uređaji sa emisionom katodom

Proces minijaturizacije elektronskih vakuumskih cijevi doveo je do napuštanja grijanih katoda i prelaska na poljsku emisiju sa hladnih katoda posebnog oblika izrađenih od posebno odabranih materijala. To omogućava da se dimenzije uređaja dovedu do mikronskih veličina i da se u njihovoj proizvodnji koriste standardni proizvodni procesi industrije poluvodiča. Takve strukture su trenutno pod aktivnom istragom.

Priča

Katoda

Prema načinu grijanja, katode se dijele na katode direktnog i indirektnog zagrijavanja.

Direktno zagrijana katoda je metalna nit napravljena od metala s visokom električnom otpornošću. Struja filamenta prolazi direktno kroz katodu. Direktne žarulje sa žarnom niti troše manje energije, brže se zagrijavaju, nema problema sa obezbjeđivanjem električne izolacije između katode i žarne niti (ovaj problem je značajan kod visokonaponskih kenotrona). Međutim, obično imaju kraći vijek trajanja, kada se koriste u signalnim krugovima, zahtijevaju napajanje niti jednosmjernom strujom, a u nizu kola nisu primjenjivi zbog utjecaja razlike potencijala u različitim dijelovima katode na rad lampe. Direktne žarulje sa žarnom niti se često nazivaju "baterijskim" lampama, jer su bile široko korištene u opremi sa vlastitim napajanjem; ali direktno zagrijana katoda se također koristi u generatorskim lampama velike snage. Tu nije konac, već debela šipka.

Indirektno zagrijana katoda je cilindar unutar kojeg se nalazi grijač (filament), električno izoliran od katode. Grijač se mora zagrijati mnogo jače od direktno zagrijane katode, tako da troši mnogo više energije, lampa proizvodi mnogo topline, a potrebno je primjetno vrijeme da se zagrije (desetine sekundi, pa čak i minuta). S druge strane, površina katode može biti znatno veća (što znači da se struja koja teče kroz lampu može povećati), katoda je izolirana od napajanja grijača (ovo se uklanja dio strujnog kruga ograničenja svojstvena žaruljama s direktnim niti) i u većini slučajeva grijač se može napajati naizmjeničnom strujom (relativno masivna katoda dobro izglađuje temperaturne fluktuacije, a pozadina naizmjenične struje je mala). Velika većina svjetiljki male i srednje snage za stacionarnu opremu ima indirektno grijanu katodu.

Da bi se olakšala emisija elektrona, katode lampe se obično aktiviraju - prekrivene tankim slojem supstance koja ima relativno mali radni učinak: torij, barijum i njihova jedinjenja. Tokom rada, aktivirajući sloj se postepeno uništava i lampa gubi emisiju, "sjedne" - sve manje elektrona teče sa površine katode, struja lampe se smanjuje, odnosno smanjuje se njeno pojačanje i izlazna snaga. Život "mrtve" lampe može se produžiti blagim povećanjem napona žarne niti; ali to povećava rizik od izgaranja grijača.

Čiste metalne katode (na primjer, u žaruljama velike snage s velikom gustinom katodne struje) izrađene su od volframa.

Anoda

pozitivna elektroda. Ponekad se izvodi u obliku ploče, ali češće u obliku kutije koja okružuje katodu i rešetku i ima oblik cilindra ili paralelepipeda. U žaruljama velike snage, anoda može imati rebra ili "krila" za uklanjanje topline. Obično se pravi od nikla ili molibdena, ponekad od tantala i grafita.

Grid

Između katode i anode nalaze se rešetke, koje služe za kontrolu protoka elektrona i eliminaciju nuspojava koje nastaju kada se elektroni kreću od katode do anode.

Rešetka je rešetka ili (češće) spirala od tanke žice namotana oko katode na nekoliko potpornih stubova (traverza). U štapnim lampama ulogu rešetki obavlja sistem od nekoliko tankih šipki paralelnih sa katodom i anodom, a fizika njihovog rada je drugačija nego u tradicionalnom dizajnu.

Mreže se dijele na sljedeće vrste:

U zavisnosti od namjene lampe, može imati do sedam rešetki. U nekim realizacijama višemrežnih lampi, pojedinačne mreže mogu djelovati kao anoda. Na primjer, u generatoru prema Schembel shemi na tetrodi ili pentodi, stvarni generator je "virtualna" trioda formirana od katode, kontrolne mreže i zaštitne mreže kao anode.

Balon

Glavni tipovi

Glavne vrste elektronskih vakuumskih cijevi:

• Diode (lako se prave za visoke napone, vidi kenotron)
• Pentode i tetrode snopa
• Pentode snopa (kao varijacija ovog tipa)
• Heptode (pentagrese, pet-mreža)
• Kombinovane lampe (zapravo uključuju 2 ili više lampi u jednoj sijalici)
• Lampe sa sekundarnom emisijom i specijalne lampe sa posebnim karakteristikama (kvadratne, hiperboličke) kreirane su za analogne računare, ali nisu bile u širokoj upotrebi.

Moderne aplikacije

Visokofrekventna i visokonaponska tehnologija napajanja

• U snažnim radiodifuznim predajnicima (od 100 W do jedinica megavata) u izlaznim stupnjevima koriste se moćne i teške lampe sa zračnim ili vodenim hlađenjem anode i visokom (više od 100 A) strujom niti. Magnetroni, klistroni, cijevi putujućih valova (TWT) pružaju kombinaciju visokih frekvencija, snaga i razumne cijene (a često je druga elementska baza u principu nemoguća).
• Magnetron se može naći ne samo u radaru, već iu mikrotalasnoj pećnici.
• Ako je potrebno ispraviti ili brzo prebaciti nekoliko desetina kilovolti, što se ne može učiniti mehaničkim ključevima, potrebno je koristiti radio cijevi. Dakle, kenotron pruža prihvatljivu dinamiku na naponima do milion volti.

vojne industrije

Zbog principa rada, vakuumske cijevi su uređaji koji su mnogo otporniji na takve štetne faktore kao što je elektromagnetski impuls. U jednom uređaju može biti nekoliko stotina lampi. U SSSR-u, za upotrebu u vojnoj opremi 1950-ih, razvijene su šipke lampe koje su se odlikovale malom veličinom i visokom mehaničkom čvrstoćom.

Svemirska tehnologija

Radijaciona degradacija poluprovodničkih materijala i prisustvo prirodnog vakuuma u međuplanetarnom mediju čine upotrebu određenih vrsta lampi sredstvom za povećanje pouzdanosti i izdržljivosti svemirskih letelica. Upotreba tranzistora u AMS Luna-3 bila je povezana sa velikim rizikom.

Povišena temperatura okoline i zračenje

Oprema za lampe može biti dizajnirana za veći raspon temperature i zračenja nego poluvodička oprema.

U Evropi su 1930-ih vodeći proizvođači radio cijevi usvojili Unificirani evropski alfanumerički sistem označavanja.

Prvo slovo karakterizira napon niti ili njegovu struju:

• A - napon grijanja 4 V;
• B - struja sjaja 180 mA;
• C - struja sjaja 200 mA;
• D - napon grijanja do 1,4 V;
• E - napon grijanja 6,3 V;
• F - napon grijanja 12,6 V;
• G - napon grijanja 5 V;
• H - struja sjaja 150 mA;
• K - napon grijanja 2 V;
• P - struja sjaja 300 mA;
• U - struja sjaja 100 mA;
• V - struja sjaja 50 mA;
• X - struja sjaja 600 mA.

Drugo i sljedeća slova u oznaci određuju vrstu svjetiljki:

• A - diode;
• B - dvostruke diode (zajednička katoda);
• C - triode (osim vikenda);
• D - izlazne triode;
• E - tetrode (osim vikenda);
• F - pentode (osim vikenda);
• L - izlazne pentode i tetrode;
• H - heksodi ili heptodi (heksodni tip);
• K - oktode ili heptode (tip oktode);
• M - elektronski indikatori podešavanja svjetla;
• P - pojačavajuće lampe sa sekundarnom emisijom;
• Y - polutalasni kenotroni (jednostavni);
• Z - punotalasni kenotroni.

Dvocifreni ili trocifreni broj označava spoljašnji dizajn lampe i serijski broj ovog tipa, pri čemu prva cifra obično karakteriše tip postolja ili noge, na primer:

• 1-9 - staklene lampe sa lamelarnom bazom ("crvena serija");
• 1x - lampe sa osmopinom ("11-serija");
• 3x - lampe u staklenoj posudi sa oktalnom bazom;
• 5x - lampe sa oktalnom bazom;
• 6x i 7x - staklene subminijaturne lampe;
• 8x i od 180 do 189 - staklena minijatura sa nogom od devet iglica;
• 9x - staklena minijatura sa nogom sa sedam iglica.

Lampe za pražnjenje

Lampe za pražnjenje obično koriste užareno ili lučno pražnjenje u inertnim plinovima ili živinim parama. Stoga se takve lampe češće nazivaju uređajima s plinskim ili ionskim (prema vrsti vodljivosti). Za vrlo velike parametre struje i napona, uređaj je napunjen tekućim dielektrikom (transformatorsko ulje), takvi sistemi se nazivaju trigatroni, sposobni su izdržati napone reda megavolti i struje prekidača reda stotine kiloampera. Provođenje u ionskim uređajima se pokreće ili jednosmjernom strujom kroz uređaj - u zener diodama, ili primjenom upravljačkog napona na mrežu/mrežu, ili izlaganjem plina u uređaju ultraljubičastom ili laserskom zračenju.

Elektronske lampe se mogu klasifikovati prema broju elektroda, namjeni, frekvencijskom opsegu, snazi, tipu katode, dimenzijama.

U zavisnosti od broja elektroda, vakuumske cijevi se dijele na diode, triode, tetrode, pentode, heptode, kombinovane lampe (dvostruke diode, dvostruke triode, triode-pentode, triode-heptode itd.).

U zavisnosti od izvršenih funkcija, lampe mogu biti ispravljačke, detektorske, pojačavajuće, pretvarajuće, generatorske itd.

Dioda je vakuumska cijev sa dvije elektrode: anodom i katodom. Izumio ju je Džon Fleming 1904. Katoda se nalazi u centru lampe: anoda, u obliku cilindra, okružuje katodu. Princip rada diode je sljedeći. Ako se na anodu primijeni pozitivan potencijal, tada će negativno nabijeni elektroni emitirani iz katode pod djelovanjem električnog polja juriti na pozitivnu anodu, formirajući kontinuirani tok elektrona koji zatvara električni krug anodnog izvora napajanja. U vanjskom kolu će ići anodna struja I a. Budući da se smjer od plusa do minusa izvora struje konvencionalno uzima kao pozitivan smjer struje, struja unutar diode teče od anode do katode, odnosno protiv kretanja elektrona. Vrijednost anodne struje određena je brojem elektrona koji lete od katode do anode u jedinici vremena.

Ako spojite minus izvora struje na anodu diode, a plus na katodu, tada će negativno nabijena anoda odbiti negativne elektrone natrag na katodu. U tom slučaju struja neće teći kroz lampu. Stoga dioda provodi električnu struju samo u jednom smjeru - od anode do katode, kada je potencijal anode veći od potencijala katode.

Jednostrano provođenje diode je njeno glavno svojstvo. Upravo ovo svojstvo određuje svrhu diode - ispravljanje naizmjeničnih struja u jednosmjerne i pretvaranje visokofrekventnih moduliranih oscilacija u audio frekvencijske struje (detekcija).

Diode dizajnirane za ispravljanje naizmjenične struje nazivaju se kenotroni. U oznaci imaju slovo Ts (1Ts1S, 1Ts7S, 1Ts11P, 1Ts21P, ZTs18P, 5TsZS, 6Ts4P, itd.).

Diode dizajnirane za detekciju su male snage. Proizvode se najčešće dvoanodne ili su dio kombinovanih lampi. U oznaci ove diode imaju slovo X ili D (6D14P, 6D20P, 6X6S).

Trioda je elektronska cijev, u kojoj je treća elektroda, mreža, postavljena između anode i katode. Ovu lampu je 1906. godine predložio američki naučnik Lee de Forest. Rešetka u modernim lampama je napravljena u obliku žičane spirale koja okružuje katodu. Rešetka je izrađena od nikla, molibdena ili volframa. Triodna mreža se naziva kontrolna mreža, jer je pomoću nje lako kontrolirati gustoću anodne struje primjenom pozitivnog ili negativnog napona određene vrijednosti na mrežu.

S obzirom da se mreža u triodi nalazi bliže katodi nego anodi, njen uticaj na protok elektrona biće značajniji. Ovo svojstvo triode se široko koristi u radiotehnici za pojačavanje oslabljenih radio signala. Princip pojačanja radio signala je sljedeći. Signal koji treba pojačati se primjenjuje na kontrolnu mrežu triode. Promjena vrijednosti potencijala mreže dovest će do odgovarajuće promjene anodne struje. U tom slučaju, pojačani napon signala koji se dovodi u mrežu bit će uklonjen sa anode. Konstantni negativni potencijal (napon prednapona mreže) se primjenjuje na mrežu tako da pozitivni poluciklusi signala ne stvaraju pozitivan napon na mreži. U suprotnom se pojavljuje struja mreže (pozitivna mreža će privući dio elektrona), kao rezultat toga, anodna struja se smanjuje, što dovodi do izobličenja signala.

Triode se koriste kao pojačivači niske i visoke frekvencije, za generisanje različitih oblika impulsa u širokom frekventnom opsegu, za usklađivanje kola (katodni sledbenici). Označavanje trioda ima slovo C ili H (dvostruke triode) 6N1P, 6NZP, 6N7S, 6N9S, 6N24P itd.

Da bi se utvrdila mogućnost upotrebe trioda i višeelektrodnih lampi općenito u određenom kolu, koriste se tehničke karakteristike (parametri) žarulje, od kojih su najvažniji: nagib karakteristike, pojačanje i unutarnji otpor lampe.

Strmina karakteristike S je vrijednost koja pokazuje za koliko miliampera će se promijeniti anodna struja kada se napon na mreži promijeni za 1 V, a napon na anodi je konstantan. Određuje se kao omjer prirasta anodne struje AI a i prirasta napona mreže AU C

Faktor pojačanja određuje svojstva pojačanja lampi. To je omjer prirasta anodnog napona AU a i prirasta mrežnog napona AU C , koji uzrokuje isto povećanje anodne struje AI a

Unutrašnji otpor triode Ri je otpor između anode i katode za naizmjeničnu struju anode. Izražava se omjerom prirasta anodnog napona AU a i prirasta anodne struje AI a

Ako nagib procjenjuje učinak mrežnog napona na anodnu struju, tada nam unutrašnji otpor omogućava da procijenimo učinak anodnog napona na anodnu struju.

Tetroda je lampa sa četiri elektrode sa dve rešetke, od kojih je jedna kontrolna, a druga zaštitna. Potonji se postavlja između kontrolne rešetke i anode kako bi se povećalo pojačanje lampe. Pozitivni napon jednak 50-80% anodnog napona se primjenjuje na rešetku za ekranizaciju. U tim uslovima, elektroni pod dejstvom dva ubrzavajuća polja (anoda i druga rešetka) razvijaju veliku brzinu i izbijaju sekundarne elektrone iz anode, koji se kreću od nje do rešetkaste mreže i njome se privlače. Ovaj fenomen se naziva dinatronski efekat u tetrodi. To dovodi do povećanja struje mreže za ekranizaciju i do smanjenja anodne struje, što je ekvivalentno izobličenju signala za pojačavanje.

Da bi se uklonio štetan utjecaj dinatronskog efekta, stvara se usporavajuće negativno polje u procjepu između rešetke i anode. U tu svrhu između rešetke i anode postavljaju se dvije metalne ploče spojene na katodu. Takve lampe se nazivaju tetrode snopa. Široko se koriste kao terminalna pojačala za niskofrekventne signale (6P13S, 6P31S, 6P36S, 6P1P).

Drugi način da se eliminiše efekat dinatrona u tetrodi je uvođenje druge mreže, koja se naziva zaštitna ili antidinatronska mreža. Lampa sa pet elektroda naziva se pentoda. Treća rešetka je povezana sa katodom. On stvara usporavajuće polje za sekundarne elektrone koje emituje anoda i vraća ih nazad na anodu. Pentode su najbolje cijevi za pojačanje, pojačanje za neke vrste pentoda dostiže nekoliko hiljada. Koriste se kao pojačala visoke i srednje frekvencije.

Heptoda je elektronska cijev sa sedam elektroda i pet rešetki. Namjena mreža može biti sljedeća: prva i treća - kontrolna, druga i četvrta - skrining, peti - antidinatron. Heptode se koriste za pretvaranje električnih vibracija jedne frekvencije u vibracije druge. Na primjer, u superheterodinskim prijemnicima djeluju kao pretvarač visokofrekventnih oscilacija primljenog signala u signale srednje frekvencije.

U savremenoj radio opremi široko se koriste kombinovane lampe u kojima su dve ili tri lampe smeštene u jedan cilindar, koji imaju svoje odvojene sisteme elektroda. Prednost takvih lampi je očigledna: smanjuju veličinu radio opreme i povećavaju njenu efikasnost. Domaća industrija proizvodi sljedeće kombinovane lampe: duple diode, duple triode, diode-triode, diode-pentode, triode-pentode itd. (6I1P, 6F1P, 6FZP itd.).

Fenomen termionske emisije i rezultirajuće elektronske struje kroz vakuum leži u osnovi dizajna velikog broja raznih elektronskih uređaja koji su našli izuzetno važnu primjenu u tehnici i svakodnevnom životu. Fokusiraćemo se samo na dva najvažnija tipa ovih uređaja: elektronsku cijev (radio cijev) i katodnu cijev.

Uređaj najjednostavnije elektronske lampe prikazan je na sl. 176. Ima vruću volframovu nit 1, koja je izvor elektrona (katoda), i metalni cilindar 2 (anoda) koji okružuje katodu. Obje elektrode su smještene u staklenu ili metalnu posudu 3, iz koje se pažljivo evakuira zrak. Takva lampa s dvije elektrode naziva se vakuum dioda.

Rice. 176. a) Dvoelektrodna lampa (dioda): 1 - katoda (vruća nit), 2 - anoda (cilindar), 3 - staklena boca. b) Uslovna slika diode

Ako ovu lampu upalimo u strujnom kolu baterije ili drugog izvora struje tako da je njena anoda spojena na pozitivni pol izvora, a katoda na negativni (Sl. 177, a), a katodu zagrejemo pomoću pomoćni izvor (baterija sa žarnom niti Bn), tada će elektroni koji isparavaju iz filamenta letjeti do anode, a struja će teći kroz kolo. Ako prebacimo žice tako da je minus izvora spojen na anodu lampe, a plus na njenu katodu (slika 177, b), tada će elektroni koji isparavaju s katode biti odbačeni nazad polje nazad na katodu, i neće biti struje u kolu. Dakle, dioda ima svojstvo da propušta struju u jednom smjeru, a ne u suprotnom. Takvi uređaji, koji propuštaju struju samo u jednom smjeru, nazivaju se električni ventili. Oni se široko koriste za ispravljanje naizmenične struje, odnosno za pretvaranje u jednosmernu (§ 166). Vakumske diode posebno prilagođene za ovu svrhu se u struci nazivaju kenotroni.

Rice. 177. a) Struja prolazi kroz diodu kada je anoda spojena na pozitivni pol baterije Ba, a katoda na negativni. b) Kroz diodu ne teče struja kada je njena anoda spojena na negativni pol baterije, a katoda na pozitivni. Bn - baterija sa žarnom niti

Elektronske lampe složenijeg tipa, koje su našle široku primjenu u radiotehnici, automatizaciji i nizu drugih grana tehnike, sadrže, pored zagrijane katode (izvora elektrona) i anode koja prikuplja te elektrone, i treću dodatnu elektroda u obliku mreže postavljena između katode i anode. Obično mreža dolazi s vrlo velikim ćelijama; na primjer, napravljen je u obliku rijetke spirale (sl. 178).

Rice. 178. a) Troelektrodna lampa: 1 - katoda (užarena nit), 2 - anoda (cilindar), 3 - mreža (rijetka spirala). b) Uslovna slika triode

Glavna ideja na kojoj se zasniva upotreba takvih lampi je sljedeća. Uključujemo lampu u krugu Ba baterije, kao što je prikazano na sl. 179, a katodu ćemo usijati uz pomoć pomoćne baterije Bn (baterije za grijanje). Mjerni uređaj uključen u krug će pokazati da anodna struja teče u krugu. Povežimo sada drugu bateriju Bs na katodu lampe i mrežu čiji napon možemo proizvoljno mijenjati i uz pomoć nje mijenjati potencijalnu razliku između katode i mreže. Videćemo da se menja i jačina anodne struje. Tako dobijamo priliku da kontroliramo struju u anodnom krugu lampe promjenom potencijalne razlike između njene katode i mreže. Ovo je najvažnija karakteristika elektronskih lampi.

Krivulja koja prikazuje zavisnost anodne struje lampe od napona njene mreže naziva se strujno-naponska karakteristika lampe. Tipična karakteristika lampe sa tri elektrode prikazana je na sl. 180. Kao što se vidi iz ove slike, kada je mreža u pozitivnom potencijalu u odnosu na katodu, odnosno spojena na pozitivni pol baterije, tada povećanje napona mreže dovodi do povećanja anode. struja dok ova struja ne dostigne zasićenje. Ako mrežu učinimo negativnom u odnosu na katodu, onda će s povećanjem apsolutne vrijednosti mrežnog napona, anodna struja opadati sve dok se, pri nekom negativnom potencijalu na mreži, lampa ne ugasi, tj. struja u mreži. anodni krug nestaje.

Rice. 180. Strujno-naponska karakteristika troelektrodne lampe

Nije teško razumjeti razloge za ove pojave. Kada je mreža pozitivno nabijena u odnosu na katodu, ona privlači elektrone na sebe iz oblaka prostornog naboja u blizini katode; u ovom slučaju, značajan dio elektrona leti između zavoja mreže i udara u anodu, pojačavajući anodnu struju. Dakle, promovirajući disipaciju prostornog naboja, pozitivno nabijena mreža povećava anodnu struju. Suprotno tome, negativno nabijena mreža smanjuje anodnu struju, jer odbacuje elektrone, tj. povećava prostorni naboj u blizini katode. Budući da se mreža nalazi mnogo bliže katodi nego anodi, čak i male promjene u razlici potencijala između nje i katode vrlo se snažno odražavaju na prostorni naboj i snažno utiču na jačinu anodne struje. U konvencionalnim vakuumskim cijevima, promjena napona mreže od 1 V mijenja anodnu struju za nekoliko miliampera. Da bi se postigla ista promjena struje promjenom anodnog napona, ovaj napon bi se morao mijenjati mnogo više - za nekoliko desetina volti.

Jedna od najvažnijih primjena vakuumskih cijevi je njihova upotreba kao pojačivača niskih struja i napona. Objasnimo jednostavnim primjerom kako se to radi. Zamislite da je između mreže i katode lampe spojen otpornik sa vrlo velikim otporom, recimo 1 MΩ (Sl. 181). Vrlo slaba struja koja prolazi kroz ovaj otpor, recimo 1 μA, stvoriće napon na ovom otporu prema Ohmovom zakonu. U našem primjeru, ovaj napon je 1 V. Ali s takvom promjenom napona mreže, anodna struja se mijenja za 2-3 mA. Dakle, promjena struje kroz otpor mreže za 1 μA uzrokuje promjenu anodne struje, nekoliko hiljada puta veću. Tako pojačavamo početnu vrlo slabu struju za nekoliko hiljada puta, isporučujući potrebnu energiju iz anodne baterije.

Rice. 181. Šema za uključivanje troelektrodne lampe kao pojačivača struje i napona

Ako uključimo neki otpor “opterećenja” u anodni krug, recimo 10 kOhm, tada će promjena anodne struje za 2-3 mA uzrokovati povećanje napona na ovom otporu od 20-30 V. Drugim riječima, promjena u mreži napon za 1 V mijenja napon između tačaka i otpora "opterećenja" za 20-30 V. Time smo izvršili pojačanje početnog vrlo malog napona.

Lampe sa tri elektrode - katodom, anodom i rešetkom - poput one prikazane na sl. 178, zovu se triode. U modernoj tehnologiji široko se koriste i složenije lampe s dvije, tri ili više rešetki. Industrija trenutno proizvodi za različite namjene više desetina tipova lampi različitih veličina, počevši od takozvanih "prstnih" lampi debljine malog prsta i nekoliko centimetara dužine, pa do lampi viših od ljudske visine. U malim svjetiljkama, koje se koriste, na primjer, u radio prijemnicima, anodna struja je jednaka nekoliko miliampera, u snažnim svjetiljkama doseže nekoliko desetina ampera.

106.1. Zašto se katoda vakuumske cijevi brzo uništi ako je cijev slabo evakuirana i ima malu količinu plina u sebi?

Sada smo navikli na kompaktne elektronske uređaje i ultra tanke laptope. Prije nešto više od stotinu godina pojavio se uređaj koji je ovo učinio stvarnošću i napravio pravu revoluciju u razvoju elektronike. Radi se o radiju.

Tube intro

U strujnim krugovima, lampe su bile široko korištene, prvi elektronički uređaji su napravljeni pomoću njih. Zlatno vrijeme radio cijevi palo je na prvu polovinu 20. stoljeća. Za naše djedove i pradjedove, džinovski kompjuteri su bili mnogo poznatiji, zauzimali su cijelu prostoriju i grijali se poput paklene vrućine. Ne možete gledati TV emisiju na takvom autu.

Tada je bilo vrijeme kada su sovjetska mikrokola postala najveća na svijetu. Ali ovo je druga priča, koja je počela nakon pojave poluvodičkih uređaja. Kao što razumijete, ovaj članak govori o radu vakuumske cijevi i njenoj modernoj upotrebi.

Vakuum uređaji

Vakum je odsustvo materije. Tačnije, njegovo skoro potpuno odsustvo. U fizici se razlikuju visoki, srednji i niski vakuum. Jasno je da u vakuumu ne može postojati električna struja, jer je struja usmjereno kretanje (čestica) nosilaca naboja, koji nemaju odakle doći u vakuumu.

Ali zar zaista nema šanse? Metali emituju elektrone kada se zagrevaju. Ovo je takozvana termoionska emisija. Na njemu se zasniva rad elektronskih vakuum uređaja.

Termionsku emisiju otkrio je Thomas Edison. Tačnije, naučnik je otkrio da kada se filament zagreje, a u vakuumskoj boci postoji druga elektroda, vakuum provodi struju. Tada Edison nije u potpunosti cijenio značaj svog otkrića, ali ga je patentirao za svaki slučaj. Zaključak: u svakoj neshvatljivoj situaciji, patent!

Vakum uređaji su hermetički zatvoreni cilindri sa elektrodama unutar. Cilindri su napravljeni od stakla, metala ili keramike, nakon što su prethodno ispumpali vazduh iz njih.

Osim vakumskih cijevi, postoje i sljedeći vakuumski uređaji:

• mikrovalni uređaji, magnetroni, klistroni;
• kineskopi, katodne cijevi;
• rendgenske cijevi.

Princip rada elektronske lampe

Vakumska cijev je elektronički vakuum uređaj koji radi tako što kontrolira intenzitet protoka elektrona između elektroda.

Najjednostavniji tip lampe je dioda. Umjesto da čitamo definicije, hajde da ih pogledamo.

U bilo kojoj lampi postoji katoda iz koje lete elektroni i anoda na koju lete. Ako se "minus" stavi na katodu, a "plus" na anodu, elektroni koji su izletjeli iz vruće katode počet će se kretati prema anodi. U lampi će teći struja.

Između ostalog! Ako trebate izračunati diodno pojačalo, naši čitaoci sada imaju 10% popusta

Dioda ima jednosmjernu provodljivost. To znači da ako se pozitivno stavi na katodu, a negativ na anodu, u strujnom krugu neće biti struje.

Osim ove dvije elektrode, u lampama mogu biti i druge.

Svi nazivi vakuumskih cijevi vezani su za broj elektroda. Dioda - dva, trioda - tri, tetroda - četiri, pentoda - pet, itd.

Uzmimo triodu. Ovo je dioda u koju je dodana dodatna elektroda - kontrolna mreža. Takva lampa s tri elektrode već može raditi kao pojačivač struje.

Ako postoji mali negativni napon na mreži, on će zarobiti neke od elektrona koji lete prema anodi i struja će se smanjiti. S velikim negativnim naponom, mreža "zabranjuje" lampu, a struja u njoj prestaje. A ako primijenite pozitivan napon na mrežu, anodna struja će se povećati.

Mala promjena napona na mreži, koja je postavljena u blizini katode, značajno utiče na struju između katode i anode. Ovo je princip pojačanja.

Upotreba elektronskih lampi

Gotovo svuda je lampa zamijenjena poluvodičkim tranzistorom. Međutim, u nekim industrijama lampe su zauzele svoje mjesto i ostale su nezamjenjive.

Na primjer, u svemiru. Oprema za lampe podnosi širi raspon temperatura i pozadinskog zračenja, stoga se koristi u proizvodnji svemirskih letjelica.

Vazdušno ili vodeno hlađene lampe se takođe koriste u radio predajnicima velike snage.

Naravno, teško je zamisliti modernu muzičku opremu bez cijevnih kola.

Zvuk cijevi: činjenica ili fikcija?

Niskofrekventna pojačala, ili jednostavno audio pojačala, najpoznatija su moderna primjena radio cijevi, što također izaziva dosta kontroverzi.

Svodi se na "holivare" između pristalica zvuka cijevi i tranzistora. Kaže se da je zvuk cevi više "duše" i "mekši" i prijatniji za slušanje. Dok je zvuk tranzistora „bez duše“ i „hladno“.

Ništa se ne događa tek tako, a malo je vjerovatno da su ovakvi sporovi i mišljenja nastali ispočetka. Svojevremeno su se naučnici zainteresovali za pitanje da li je zvuk cevi zaista prijatniji za čuti. Urađeno je dosta istraživanja o razlici između lampe i tranzistora.

Prema jednom od njih, cijevna pojačala signalu dodaju parne harmonike, koje ljudi subjektivno percipiraju kao "tople", "prijatne" i "udobne". Istina, koliko ljudi, toliko mišljenja, pa još traje rasprava.

Svađa je često gubljenje vremena. Ali studentska služba, naprotiv, pomoći će uštedjeti vrijedne radne sate. Obratite se našim stručnjacima za kvalitetnu pomoć u bilo kojoj oblasti znanja.