لامپ های الکترونیکی به عنوان عناصر. لامپ برقی

زمانی، لوله خلاء انقلابی واقعی در مهندسی رادیو ایجاد کرد: طراحی دستگاه های فرستنده و گیرنده را به طور اساسی تغییر داد، برد آنها را افزایش داد، به مهندسی رادیو اجازه داد تا گامی عظیم به جلو بردارد و به معنای واقعی کلمه در تمام زمینه های علم به خود افتخار کند. و فناوری، تولید، در زندگی روزمره ما. اما حتی در حال حاضر، هنگامی که دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع برای اهداف مختلف عمدتاً در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند، لامپ های الکترونیکی در بسیاری از گیرنده های پخش، رادیو، ضبط صوت و تلویزیون به "کار" خود ادامه می دهند. به همین دلیل تصمیم گرفتم با چند طرح آماتور روی لوله های خلاء، دستگاه و کار این «پیشکسوتان» مهندسی رادیو را به شما معرفی کنم.

دستگاه لامپ الکترونیکی

هر لوله خلاء یا به طور خلاصه یک لوله رادیویی، یک ظرف فولادی، شیشه ای یا سرامیکی است که در داخل آن الکترودها بر روی قفسه های فلزی ثابت می شوند. هوا از سیلندر لامپ از طریق یک فرآیند کوچک در قسمت پایین یا بالای سیلندر به بیرون پمپ می شود. کمیاب شدن شدید هوا در داخل سیلندر - خلاء - یک شرط ضروری برای عملکرد یک لوله رادیویی است.

هر لوله رادیویی باید یک کاتد داشته باشد - یک الکترود منفی، که منبع الکترون های لامپ است، و یک آند - یک الکترود مثبت. کاتد می تواند یک موی تنگستن باشد، شبیه به رشته یک لامپ، یا یک استوانه فلزی که توسط یک رشته گرم می شود، و آند می تواند یک صفحه فلزی یا اغلب یک جعبه به شکل استوانه یا موازی باشد. فیلامنت تنگستن که به عنوان کاتد عمل می کند رشته نیز نامیده می شود.

در نمودارها، لامپ لامپ به طور معمول به عنوان یک دایره تعیین می شود، کاتد - با قوس حکاکی شده در یک دایره، آند - با یک خط کوتاه در بالای کاتد، و نتیجه گیری آنها - با خطوطی که فراتر از دایره قرار دارند. لوله های رادیویی که فقط حاوی یک کاتد و یک آند هستند، دو الکترونی یا دیود نامیده می شوند.

روی انجیر شکل 215 ساختار داخلی دو دیود با طرح های مختلف را نشان می دهد. لامپ نشان داده شده در سمت راست با این واقعیت متمایز می شود که کاتد (رشته) آن شبیه یک حرف لاتین وارونه V است و آند به شکل یک استوانه مایل است. الکترودها بر روی قفسه های سیمی لحیم شده در کف ضخیم شده سیلندر ثابت می شوند. قفسه ها در عین حال نتیجه گیری الکترودها هستند. از طریق یک بلوک مخصوص با سوکت - یک سوکت لامپ - الکترودها به سایر قسمت های دستگاه مهندسی رادیو متصل می شوند.

برنج. 215. دستگاه و تصویر لامپ دو الکترود در نمودارها

در اکثر لوله‌های رادیویی، بین کاتد و آند، مارپیچ‌هایی از سیم نازک وجود دارد که به آن شبکه‌ها می‌گویند. آنها کاتد را احاطه کرده و بدون دست زدن در فواصل مختلف از آن قرار دارند. بسته به هدف لامپ ها، تعداد شبکه های موجود در آن می تواند از یک تا پنج باشد. با تعداد کل الکترودها اعم از کاتد و آند، لامپ های سه، چهار، پنج الکترونی و غیره متمایز می شوند. بر این اساس، آنها را تریود (با یک شبکه)، تترود (دارای دو شبکه)، پنتود (با شبکه) می نامند. سه شبکه).

ساختار داخلی یکی از این لامت ها - یک تریود - در شکل نشان داده شده است. 216. این لامپ با وجود یک مارپیچ - یک شبکه در آن با دیودها متفاوت است. در نمودارها، شبکه ها با خطوط بریده ای که بین کاتد و آند قرار دارند نشان داده می شوند.

تریودها، تترودها و پنتودها لوله های رادیویی جهانی هستند. آنها برای تقویت جریان ها و ولتاژهای متناوب و مستقیم، به عنوان آشکارساز، برای تولید نوسانات الکتریکی با فرکانس های مختلف و برای بسیاری از اهداف دیگر استفاده می شوند. اصل عملکرد یک لوله رادیویی بر اساس حرکت هدایت شده الکترون ها در آن است. "تامین کننده" الکترون های داخل لامپ کاتدی است که تا یک دما گرم می شود.

ماهیت این پدیده چیست؟

اگر یک گلدان پر از آب را روی آتش بگذارید، با گرم شدن آن، ذرات آب سریعتر و سریعتر حرکت می کنند. در نهایت آب به جوش می آید. در این حالت، ذرات آب با سرعت بالایی حرکت می کنند که برخی از آنها از سطح آب جدا می شوند و آن را ترک می کنند - آب شروع به تبخیر می کند. چیزی مشابه در لامپ الکترونیکی مشاهده می شود. الکترون های آزاد موجود در فلز داغ کاتد با سرعت فوق العاده ای حرکت می کنند.

برنج. 216. دستگاه و تصویر تریود در نمودارها

در همان زمان، برخی از آنها کاتد را ترک می کنند و یک "ابر" الکترونی در اطراف آن تشکیل می دهند. این پدیده گسیل یا تشعشع توسط کاتد الکترون ها را گسیل ترمیونی می نامند. هنگامی که آنها می گویند "لامپ گسیل خود را از دست داده است"، به این معنی است که به دلایلی الکترون های آزاد از سطح کاتد آن در مقادیر بسیار کم پرواز می کنند. یک لامپ با انتشار از دست رفته کار نخواهد کرد.

با این حال، برای اینکه الکترون ها از کاتد فرار کنند، نه تنها باید آن را گرم کرد، بلکه فضای اطراف را نیز از هوا آزاد کرد. اگر این کار انجام نشود، الکترون های پرتاب شده سرعت خود را از دست داده و در مولکول های هوا "گیر" می کنند. به همین دلیل است که در یک لامپ الکترونی خلاء ایجاد می شود. همچنین پمپاژ هوا ضروری است زیرا در دمای بالا کاتد اکسیژن هوا را جذب می کند، اکسید می شود و به سرعت فرو می ریزد. به این باید اضافه کرد که لایه ای از اکسیدهای باریم، استرانسیوم و کلسیم روی سطح کاتد اعمال می شود که توانایی انتشار الکترون در دمای گرمایش نسبتاً پایین را دارد.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

لوله های خلاء کاتدی گرم شده

• در نتیجه گسیل ترمیونی، الکترون ها از سطح کاتد خارج می شوند.
• تحت تأثیر اختلاف پتانسیل بین آند (+) و کاتد (-)، الکترون ها به آند می رسند و جریان آند را در مدار خارجی تشکیل می دهند.
• با کمک الکترودهای اضافی (شبکه) جریان الکترونیکی با اعمال پتانسیل الکتریکی به این الکترودها کنترل می شود.

در لوله های خلاء، وجود گاز باعث کاهش عملکرد لوله می شود.

لامپ های الکترونیکی گازسوز

اساس این دسته از دستگاه ها جریان یون ها در گاز پرکننده لامپ است. جریان می تواند مانند دستگاه های خلاء با انتشار ترمیونی ایجاد شود، یا می تواند با تخلیه در یک گاز کمیاب به دلیل قدرت میدان الکتریکی ایجاد شود. به عنوان یک قاعده، چنین لامپ هایی یا در ژنراتورهای فرکانس پایین (تیراترون) یا در مدارهای یکسو کننده کنترل شده، اغلب با جریان خروجی بالا (ایگنیترون) استفاده می شود.

دستگاه های میکروالکترونیک با کاتد انتشار میدانی

فرآیند کوچک سازی لوله های خلاء الکترونیکی منجر به کنار گذاشتن کاتدهای گرم شده و انتقال به انتشار میدانی از کاتدهای سرد با شکل خاص ساخته شده از مواد ویژه انتخاب شده شد. این امر امکان رساندن ابعاد دستگاه ها به اندازه های میکرونی و استفاده از فرآیندهای تولید استاندارد صنعت نیمه هادی را در ساخت آنها ممکن می سازد. چنین ساختارهایی در حال حاضر تحت بررسی فعال هستند.

تاریخ

کاتد

با توجه به روش گرمایش، کاتدها به کاتدهای گرمایش مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شوند.

کاتد با حرارت مستقیم یک رشته فلزی ساخته شده از فلز با مقاومت الکتریکی بالا است. جریان فیلامنت مستقیماً از کاتد عبور می کند. لامپ های رشته ای مستقیم انرژی کمتری مصرف می کنند، سریعتر گرم می شوند، مشکلی در تامین عایق الکتریکی بین کاتد و فیلامنت وجود ندارد (این مشکل در کنوترون های ولتاژ بالا قابل توجه است). اما معمولاً عمر مفید کمتری دارند، هنگام استفاده در مدارهای سیگنال نیاز به جریان مستقیم به فیلامنت دارند و در تعدادی از مدارها به دلیل تأثیر اختلاف پتانسیل در قسمت‌های مختلف کاتد بر روی آنها، قابل استفاده نیستند. عملکرد لامپ لامپ های رشته ای مستقیم اغلب به عنوان لامپ های "باتری" شناخته می شوند، زیرا آنها به طور گسترده در تجهیزات خود تغذیه استفاده می شدند. اما کاتد با حرارت مستقیم در لامپ های ژنراتور پرقدرت نیز استفاده می شود. در آنجا یک نخ نیست، بلکه یک میله ضخیم است.

کاتد گرم شده غیرمستقیم سیلندری است که درون آن یک هیتر (فیلامنت) قرار دارد که از نظر الکتریکی از کاتد جدا شده است. بخاری باید بسیار قوی‌تر از کاتد با گرمایش مستقیم گرم شود، بنابراین انرژی بسیار بیشتری مصرف می‌کند، لامپ گرمای زیادی تولید می‌کند و زمان قابل توجهی برای گرم شدن (ده‌ها ثانیه یا حتی دقیقه) طول می‌کشد. از طرف دیگر، مساحت کاتد را می توان بسیار بزرگتر کرد (به این معنی که جریان عبوری از لامپ را می توان افزایش داد)، کاتد از منبع تغذیه بخاری جدا می شود (این باعث حذف مقداری مدار می شود. محدودیت های ذاتی در لامپ های رشته ای مستقیم)، و در بیشتر موارد بخاری را می توان با جریان متناوب تغذیه کرد (یک چاه کاتد نسبتاً عظیم نوسانات دما را صاف می کند و پس زمینه جریان متناوب کوچک است). اکثریت قریب به اتفاق لامپ های با توان کم و متوسط ​​برای تجهیزات ثابت دارای کاتد گرمایش غیر مستقیم هستند.

برای تسهیل انتشار الکترون‌ها، کاتدهای لامپ معمولاً فعال می‌شوند - با لایه‌ای نازک از ماده‌ای پوشانده می‌شوند که خروجی نسبتاً کمی دارد: توریم، باریم و ترکیبات آنها. در حین کار، لایه فعال کننده به تدریج از بین می رود و لامپ انتشار خود را از دست می دهد، "می نشیند" - الکترون های کمتر و کمتری از سطح کاتد جریان می یابد، جریان لامپ کاهش می یابد، یعنی بهره و قدرت خروجی آن کاهش می یابد. عمر لامپ "مرده" را می توان با کمی افزایش ولتاژ رشته افزایش داد. اما این خطر فرسودگی بخاری را افزایش می دهد.

کاتدهای فلزی خالص (مثلاً در لامپ های پرقدرت با چگالی جریان کاتد بالا) از تنگستن ساخته می شوند.

آند

الکترود مثبت گاهی اوقات به شکل صفحه انجام می شود، اما بیشتر به صورت جعبه ای که کاتد و شبکه را احاطه کرده و به شکل استوانه یا موازی شکل است. در لامپ های پرقدرت، آند ممکن است دارای دنده یا "بال" برای حذف گرما باشد. معمولا از نیکل یا مولیبدن، گاهی از تانتالیوم و گرافیت ساخته می شود.

توری

بین کاتد و آند شبکه هایی وجود دارد که برای کنترل جریان الکترون ها و از بین بردن عوارض جانبی که هنگام حرکت الکترون ها از کاتد به آند رخ می دهد، استفاده می کنند.

شبکه یک شبکه یا (اغلب) یک مارپیچ از سیم نازک است که در اطراف کاتد روی چندین پایه نگهدارنده (تراورس) پیچیده شده است. در لامپ های میله ای نقش شبکه ها توسط سیستمی متشکل از چندین میله نازک به موازات کاتد و آند انجام می شود و فیزیک کار آنها با طراحی سنتی متفاوت است.

شبکه ها به انواع زیر تقسیم می شوند:

بسته به هدف لامپ، می تواند تا هفت شبکه داشته باشد. در برخی از تجسم‌های لامپ‌های چندشبکه‌ای، شبکه‌های جداگانه می‌توانند به عنوان آند عمل کنند. به عنوان مثال، در یک ژنراتور طبق طرح Schembel روی یک تترود یا پنتود، ژنراتور واقعی یک تریود "مجازی" است که توسط یک کاتد، یک شبکه کنترل و یک شبکه محافظ به عنوان آند تشکیل شده است.

بالون

انواع اصلی

انواع اصلی لوله های خلاء الکترونیکی:

• دیودها (به راحتی برای ولتاژهای بالا ساخته می شوند، به کنوترون مراجعه کنید)
• پنتودها و تترودهای پرتو
• پنتودهای پرتو (به عنوان گونه ای از این نوع)
• هپتودها (پنج شبکه، پنج شبکه)
• لامپ های ترکیبی (در واقع شامل 2 یا چند لامپ در یک لامپ است)
• لامپ های با انتشار ثانویه و لامپ های ویژه با ویژگی های خاص (مربع، هذلولی) برای رایانه های آنالوگ ایجاد شدند، اما به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفتند.

برنامه های کاربردی مدرن

تکنولوژی برق با فرکانس بالا و ولتاژ بالا

• در فرستنده های پخش قدرتمند (از 100 وات تا واحد مگاوات)، لامپ های قدرتمند و سنگین با خنک کننده هوا یا آب آند و جریان فیلامنت بالا (بیش از 100 A) در مراحل خروجی استفاده می شود. مگنترون‌ها، کلیسترون‌ها، لوله‌های موج سفر (TWT) ترکیبی از فرکانس‌های بالا، توان و هزینه معقول را فراهم می‌کنند (و اغلب پایه عناصر دیگر در اصل غیرممکن است).
• مگنترون را می توان نه تنها در رادار، بلکه در اجاق مایکروویو نیز یافت.
• در صورت نیاز به یکسوسازی یا سوئیچ سریع چندین ده کیلو ولت که با کلیدهای مکانیکی قابل انجام نیست، استفاده از لوله های رادیویی ضروری است. بنابراین، کنوترون دینامیک قابل قبولی را در ولتاژهای تا یک میلیون ولت ارائه می دهد.

صنعت نظامی

با توجه به اصل عملکرد، لوله های خلاء دستگاه هایی هستند که در برابر عوامل مخرب مانند یک ضربه الکترومغناطیسی بسیار مقاوم تر هستند. در یک دستگاه می توان چند صد لامپ وجود داشت. در اتحاد جماهیر شوروی، برای استفاده در تجهیزات نظامی روی کشتی در دهه 1950، لامپ های میله ای توسعه یافتند که به دلیل اندازه کوچک و استحکام مکانیکی بالا متمایز بودند.

فناوری فضایی

تخریب تشعشعات مواد نیمه هادی و وجود خلاء طبیعی در محیط بین سیاره ای، استفاده از انواع خاصی از لامپ ها را وسیله ای برای افزایش قابلیت اطمینان و دوام فضاپیماها می کند. استفاده از ترانزیستور در AMS Luna-3 با خطر زیادی همراه بود.

افزایش دما و تشعشع محیطی

تجهیزات لامپ را می توان برای شرایط دما و تابش بزرگتر از تجهیزات نیمه هادی طراحی کرد.

در اروپا، در دهه 1930، تولید کنندگان پیشرو لوله های رادیویی سیستم یکپارچه علامت گذاری الفبایی عددی اروپایی را اتخاذ کردند.

حرف اول ولتاژ رشته یا جریان آن را مشخص می کند:

• A - ولتاژ گرمایش 4 ولت؛
• B - جریان تابش 180 میلی آمپر؛
• C - جریان تابش 200 میلی آمپر؛
• D - ولتاژ گرمایش تا 1.4 ولت؛
• E - ولتاژ گرمایش 6.3 ولت؛
• F - ولتاژ گرمایش 12.6 ولت؛
• G - ولتاژ گرمایش 5 ولت؛
• H - جریان تابش 150 میلی آمپر؛
• K - ولتاژ گرمایش 2 ولت؛
• P - جریان تابش 300 میلی آمپر؛
• U - جریان تابش 100 میلی آمپر؛
• V - جریان تابش 50 میلی آمپر؛
• X - جریان تابش 600 میلی آمپر.

حروف دوم و بعدی در تعیین نوع لامپ ها را تعیین می کند:

• الف - دیودها؛
• ب - دیودهای دوگانه (کاتد مشترک)؛
• C - تریود (به جز آخر هفته ها)؛
• D - تریودهای خروجی.
• E - tetrodes (به جز آخر هفته ها)؛
• F - پنتودها (به جز آخر هفته ها)؛
• L - پنتودها و تترودهای خروجی؛
• H - هگزودها یا هپتودها (نوع هگزود).
• K - اکتود یا هپتود (نوع اکتود)؛
• M - نشانگرهای تنظیمات نور الکترونیکی؛
• P - لامپ های تقویت کننده با انتشار ثانویه؛
• Y - کنوترون های نیمه موج (ساده)؛
• Z - کنوترون های تمام موج.

یک عدد دو رقمی یا سه رقمی طراحی خارجی لامپ و شماره سریال این نوع را نشان می دهد که رقم اول معمولاً نوع پایه یا پایه را مشخص می کند، به عنوان مثال:

• 1-9 - لامپ های شیشه ای با پایه لایه ای ("سری قرمز")؛
• 1x - لامپ با پایه هشت پین ("سری 11")؛
• 3x - لامپ در یک ظرف شیشه ای با پایه هشت.
• 5x - لامپ با پایه هشت.
• 6x و 7x - لامپ های کوچک شیشه ای؛
• 8 برابر و از 180 تا 189 - مینیاتور شیشه ای با پایه نه پین.
• 9x - مینیاتور شیشه ای با پایه هفت پین.

لامپ های تخلیه

لامپ های تخلیه معمولاً از درخشش یا تخلیه قوس در گازهای بی اثر یا بخارات جیوه استفاده می کنند. بنابراین، به این گونه لامپ ها بیشتر دستگاه های تخلیه گاز یا یونی (با توجه به نوع هدایت) می گویند. برای پارامترهای جریان و ولتاژ بسیار بزرگ، دستگاه با یک دی الکتریک مایع (روغن ترانسفورماتور) پر می شود، چنین سیستم هایی تریگاترون نامیده می شوند، آنها قادر به مقاومت در برابر ولتاژهای مرتبه مگاولت و جریان های سوئیچ صدها کیلو آمپر هستند. رسانایی در دستگاه های یونی یا با جریان مستقیم از طریق دستگاه - در دیودهای زنر، یا با اعمال ولتاژ کنترل به شبکه / شبکه ها یا با قرار دادن گاز موجود در دستگاه در معرض اشعه ماوراء بنفش یا لیزر آغاز می شود.

لامپ های الکترونیکی را می توان بر اساس تعداد الکترود، هدف، محدوده فرکانس، توان، نوع کاتد، ابعاد طبقه بندی کرد.

بسته به تعداد الکترودها، لوله های خلاء به دیودها، تریودها، تترودها، پنتودها، هپتودها، لامپهای ترکیبی (دیودهای دوگانه، تریودهای دوگانه، تریود-پنتودها، تریود-هپتودها و غیره) تقسیم می شوند.

بسته به عملکرد انجام شده، لامپ ها می توانند یکسو کننده، آشکارساز، تقویت کننده، تبدیل، ژنراتور و غیره باشند.

دیود یک لوله خلاء با دو الکترود است: یک آند و یک کاتد. آن را جان فلمینگ در سال 1904 اختراع کرد. کاتد در مرکز لامپ قرار دارد: آند، به شکل یک استوانه، کاتد را احاطه کرده است. اصل عملکرد دیود به شرح زیر است. اگر یک پتانسیل مثبت به آند اعمال شود، الکترون‌های دارای بار منفی که از کاتد تحت تأثیر میدان الکتریکی ساطع می‌شوند به آند مثبت می‌روند و یک جریان الکترونی پیوسته تشکیل می‌دهند که مدار الکتریکی منبع انرژی آند را می‌بندد. در مدار خارجی، جریان آند I a خواهد رفت. از آنجایی که جهت مثبت به منفی منبع جریان به طور معمول به عنوان جهت مثبت جریان در نظر گرفته می شود، جریان داخل دیود از آند به کاتد جریان می یابد، یعنی برخلاف حرکت الکترون ها. مقدار جریان آند با تعداد الکترونهایی که از کاتد به آند در واحد زمان پرواز می کنند تعیین می شود.

اگر منهای منبع جریان را به آند دیود و مثبت را به کاتد وصل کنید، آند با بار منفی الکترون های منفی را به کاتد باز می گرداند. در این حالت جریانی از لامپ عبور نخواهد کرد. بنابراین، دیود جریان الکتریکی را تنها در یک جهت هدایت می کند - از آند به کاتد، زمانی که پتانسیل آند بالاتر از پتانسیل کاتد باشد.

هدایت یک طرفه دیود ویژگی اصلی آن است. این ویژگی است که هدف دیود را تعیین می کند - اصلاح جریان های متناوب به جریان مستقیم و تبدیل نوسانات مدوله شده با فرکانس بالا به جریان های فرکانس صوتی (تشخیص).

دیودهایی که برای اصلاح جریان متناوب طراحی شده اند کنوترون نامیده می شوند. در علامت گذاری، آنها حرف Ts را دارند (1Ts1S، 1Ts7S، 1Ts11P، 1Ts21P، ZTs18P، 5TsZS، 6Ts4P، و غیره).

دیودهایی که برای تشخیص طراحی شده اند دارای قدرت کم هستند. آنها اغلب دو آند تولید می شوند یا بخشی از لامپ های ترکیبی هستند. در علامت گذاری، این دیودها دارای حرف X یا D (6D14P، 6D20P، 6X6S) هستند.

تریود یک لوله الکترونی است که در آن یک الکترود سوم، یک شبکه، بین آند و کاتد قرار می گیرد. این لامپ در سال 1906 توسط دانشمند آمریکایی Lee de Forest پیشنهاد شد. شبکه در لامپ های مدرن به شکل یک سیم مارپیچ در اطراف کاتد ساخته شده است. شبکه از نیکل، مولیبدن یا تنگستن ساخته شده است. شبکه تریود را شبکه کنترل می نامند، زیرا به راحتی می توان چگالی جریان آند را با اعمال ولتاژ مثبت یا منفی با مقدار معینی به شبکه کنترل کرد.

با توجه به اینکه شبکه در تریود نسبت به آند به کاتد نزدیکتر است، تأثیر آن بر جریان الکترون بیشتر خواهد بود. این ویژگی تریود به طور گسترده در مهندسی رادیو برای تقویت سیگنال های رادیویی ضعیف شده استفاده می شود. اصل تقویت سیگنال رادیویی به شرح زیر است. سیگنالی که باید تقویت شود به شبکه کنترل ترایود اعمال می شود. تغییر در مقدار پتانسیل شبکه منجر به تغییر متناظر در جریان آند می شود. در این حالت ولتاژ تقویت شده سیگنال تغذیه شده به شبکه از آند حذف می شود. یک پتانسیل منفی ثابت (ولتاژ بایاس شبکه) به شبکه اعمال می شود تا نیم سیکل های مثبت سیگنال ولتاژ مثبتی در شبکه ایجاد نکند. در غیر این صورت، یک جریان شبکه ظاهر می شود (شبکه مثبت برخی از الکترون ها را جذب می کند)، در نتیجه جریان آند کاهش می یابد که منجر به اعوجاج سیگنال می شود.

از تریودها به عنوان تقویت کننده برای فرکانس های پایین و بالا، برای تولید اشکال مختلف پالس در محدوده فرکانس وسیع، برای مدارهای تطبیق (پیروان کاتد) استفاده می شود. علامت گذاری تریودها دارای حرف C یا H (تریودهای دوتایی) 6N1P، 6NZP، 6N7S، 6N9S، 6N24P و غیره است.

برای تعیین امکان استفاده از لامپ های تریود و به طور کلی چند الکترود در یک مدار خاص، از مشخصات فنی (پارامترهای) لامپ استفاده می شود که مهمترین آنها عبارتند از: شیب مشخصه، بهره و مقاومت داخلی. از لامپ

شیب مشخصه S مقداری است که نشان می دهد وقتی ولتاژ شبکه به اندازه 1 ولت تغییر می کند و ولتاژ آند ثابت است، جریان آند چند میلی آمپر تغییر می کند. به عنوان نسبت افزایش جریان آند AI a به افزایش ولتاژ شبکه AU C تعیین می شود.

ضریب بهره خواص تقویت کننده لامپ ها را تعیین می کند. این نسبت افزایش ولتاژ آند AU a به افزایش ولتاژ شبکه AU C است که باعث افزایش یکسان جریان آند AI a می شود.

مقاومت داخلی تریود Ri مقاومت بین آند و کاتد برای جریان متناوب آند است. با نسبت افزایش ولتاژ آند AU a به افزایش جریان آند AI a بیان می شود.

اگر شیب تأثیر ولتاژ شبکه را بر جریان آند ارزیابی کند، مقاومت داخلی به ما امکان می دهد تا تأثیر ولتاژ آند را بر جریان آند ارزیابی کنیم.

تترود یک لامپ چهار الکترودی با دو شبکه است که یکی کنترلی و دیگری محافظ است. دومی بین شبکه کنترل و آند برای افزایش بهره لامپ قرار می گیرد. یک ولتاژ مثبت معادل 50-80 درصد ولتاژ آند به شبکه غربالگری اعمال می شود. در این شرایط، الکترون‌ها تحت تأثیر دو میدان شتاب‌دهنده (آند و شبکه دوم) سرعت بالایی دارند و الکترون‌های ثانویه را از آند خارج می‌کنند که از آن به شبکه غربالگری حرکت کرده و توسط آن جذب می‌شوند. این پدیده در تترود اثر دیناترون نامیده می شود. این منجر به افزایش جریان شبکه غربالگری و کاهش جریان آند می شود که معادل اعوجاج سیگنال تقویت کننده است.

برای از بین بردن تأثیر مضر اثر دیناترون، یک میدان منفی کندکننده در شکاف بین شبکه غربالگری و آند ایجاد می شود. برای این منظور دو صفحه فلزی متصل به کاتد بین شبکه و آند قرار می گیرد. به این گونه لامپ ها تترود پرتو می گویند. آنها به طور گسترده ای به عنوان تقویت کننده ترمینال برای سیگنال های فرکانس پایین (6P13S، 6P31S، 6P36S، 6P1P) استفاده می شوند.

راه دوم برای از بین بردن اثر دیناترون در تترود، معرفی شبکه دیگری است که به آن شبکه محافظ یا ضد دیناترون می گویند. لامپ با پنج الکترود پنتود نامیده می شود. شبکه سوم به کاتد متصل است. برای الکترون های ثانویه ساطع شده از آند میدان کاهش سرعت ایجاد می کند و آنها را به آند باز می گرداند. پنتودها بهترین لوله های تقویت کننده هستند، بهره برای برخی از انواع پنتودها به چندین هزار می رسد. آنها به عنوان تقویت کننده های فرکانس بالا و متوسط ​​استفاده می شوند.

هپتود یک لوله الکترونیکی هفت الکترودی با پنج شبکه است. هدف از شبکه ها می تواند به شرح زیر باشد: اول و سوم - کنترل، دوم و چهارم - غربالگری، پنجم - antidynatron. هپتودها برای تبدیل ارتعاشات الکتریکی یک فرکانس به ارتعاشات فرکانس دیگر استفاده می شوند. به عنوان مثال، در گیرنده های سوپرهتروداین، آنها به عنوان مبدل نوسانات فرکانس بالا سیگنال دریافتی به سیگنال های فرکانس متوسط ​​عمل می کنند.

در تجهیزات رادیویی مدرن، لامپ های ترکیبی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، که در آنها دو یا سه لامپ در یک سیلندر قرار می گیرند که دارای سیستم های الکترود جداگانه خود هستند. مزیت چنین لامپ هایی واضح است: آنها اندازه تجهیزات رادیویی را کاهش می دهند و کارایی آن را افزایش می دهند. صنعت داخلی لامپ های ترکیبی زیر را تولید می کند: دیودهای دوبل، تریود دوبل، دیود-تریود، دیود-پنتود، تریود-پنتود و غیره (6I1P، 6F1P، 6FZP، و غیره).

پدیده گسیل ترمیونی و جریان الکترونی حاصل از خلاء زمینه ساز طراحی تعداد بسیار زیادی از وسایل الکترونیکی مختلف است که کاربردهای بسیار مهمی در فناوری و زندگی روزمره پیدا کرده اند. ما فقط بر روی دو نوع مهم از این وسایل تمرکز خواهیم کرد: یک لوله الکترونی (لوله رادیویی) و یک لوله پرتو کاتدی.

دستگاه ساده ترین لامپ الکترونیکی در شکل نشان داده شده است. 176. دارای یک رشته تنگستن داغ 1 که منبع الکترون (کاتد) است و یک استوانه فلزی 2 (آند) اطراف کاتد است. هر دو الکترود در یک ظرف شیشه ای یا فلزی 3 قرار می گیرند که هوا از آن به دقت تخلیه می شود. چنین لامپ دو الکترودی دیود خلاء نامیده می شود.

برنج. 176. الف) لامپ دو الکترود (دیود): 1 - کاتد (رشته داغ)، 2 - آند (سیلندری)، 3 - بطری شیشه ای. ب) تصویر مشروط دیود

اگر این لامپ را در مدار باتری یا منبع جریان دیگری روشن کنیم تا آند آن به قطب مثبت منبع و کاتد به قطب منفی متصل شود (شکل 177، a) و کاتد را با استفاده از آن گرم کنیم. یک منبع کمکی (باتری رشته‌ای Bn)، سپس الکترون‌های تبخیر شده از رشته به آند پرواز می‌کنند و جریان از مدار عبور می‌کند. اگر سیم ها را به گونه ای تغییر دهیم که منهای منبع به آند لامپ وصل شود و مثبت به کاتد آن متصل شود (شکل 177، b)، آنگاه الکترون های تبخیر شده از کاتد به سمت کاتد پرتاب می شوند. کاتد توسط میدان، و هیچ جریانی در مدار وجود نخواهد داشت. بنابراین، یک دیود این خاصیت را دارد که اجازه می دهد جریان در یک جهت عبور کند و آن را در جهت مخالف عبور نمی دهد. چنین وسایلی که جریان را تنها در یک جهت عبور می دهند، دریچه های الکتریکی نامیده می شوند. آنها به طور گسترده ای برای یکسو کردن جریان متناوب، یعنی برای تبدیل آن به جریان مستقیم استفاده می شوند (§ 166). دیودهای خلاء که مخصوصاً برای این منظور اقتباس شده اند در هنر کنوترون نامیده می شوند.

برنج. 177. الف) هنگامی که آند به قطب مثبت باتری Ba و کاتد به قطب منفی متصل می شود، جریان از دیود عبور می کند. ب) هنگامی که دیود آند به قطب منفی باتری و کاتد به قطب مثبت وصل می شود جریانی از دیود عبور نمی کند. Bn - باتری رشته ای

لامپ های الکترونیکی از نوع پیچیده تر که کاربرد گسترده ای در مهندسی رادیو، اتوماسیون و تعدادی دیگر از شاخه های فناوری پیدا کرده اند، علاوه بر یک کاتد گرم (منبع الکترون) و یک آند که این الکترون ها را جمع آوری می کند، یک الکترود اضافی دیگر نیز دارند. به شکل شبکه ای که بین کاتد و آند قرار می گیرد. معمولاً شبکه با سلول های بسیار بزرگ عرضه می شود. به عنوان مثال، آن را به شکل یک مارپیچ کمیاب ساخته شده است (شکل 178).

برنج. 178. الف) لامپ سه الکترود: 1 - کاتد (رشته رشته ای)، 2 - آند (سیلندری)، 3 - شبکه (مارپیچ پراکنده). ب) تصویر مشروط یک تریود

ایده اصلی که استفاده از چنین لامپ هایی بر اساس آن استوار است به شرح زیر است. همانطور که در شکل نشان داده شده است، لامپ را در مدار باتری Ba روشن می کنیم. 179، و ما کاتد را با کمک یک باتری کمکی Bn (باتری گرمایش) می درخشیم. یک دستگاه اندازه گیری موجود در مدار نشان می دهد که جریان آند در مدار جاری است. اکنون یک باتری دیگر Bs را به کاتد لامپ و شبکه متصل می کنیم که ولتاژ آن را می توانیم خودسرانه تغییر دهیم و به کمک آن اختلاف پتانسیل بین کاتد و شبکه را تغییر می دهیم. خواهیم دید که قدرت جریان آند نیز تغییر می کند. بنابراین، ما این فرصت را داریم که با تغییر اختلاف پتانسیل بین کاتد آن و شبکه، جریان را در مدار آند لامپ کنترل کنیم. این مهم ترین ویژگی لامپ های الکترونیکی است.

منحنی که وابستگی جریان آند لامپ را به ولتاژ شبکه آن نشان می دهد، مشخصه جریان-ولتاژ لامپ نامیده می شود. یک مشخصه معمولی یک لامپ سه الکترودی در شکل نشان داده شده است. 180. همانطور که از این شکل مشاهده می شود، وقتی شبکه نسبت به کاتد دارای پتانسیل مثبت است، یعنی به قطب مثبت باتری متصل است، آنگاه افزایش ولتاژ شبکه منجر به افزایش آند می شود. جریان تا زمانی که این جریان به حد اشباع برسد. اگر شبکه را نسبت به کاتد منفی کنیم، با افزایش مقدار مطلق ولتاژ شبکه، جریان آند کاهش می یابد تا زمانی که در مقداری پتانسیل منفی روی شبکه، لامپ قفل شود، یعنی جریان در شبکه مدار آند ناپدید می شود.

برنج. 180. مشخصه جریان ولتاژ لامپ سه الکترود

درک دلیل این پدیده ها دشوار نیست. هنگامی که شبکه نسبت به کاتد دارای بار مثبت است، الکترون ها را از ابر بار فضایی نزدیک کاتد به سمت خود جذب می کند. در این حالت، بخش قابل توجهی از الکترون ها بین پیچ های شبکه پرواز می کنند و به آند برخورد می کنند و جریان آند را تقویت می کنند. بنابراین، با ترویج اتلاف بار فضایی، شبکه با بار مثبت جریان آند را افزایش می دهد. برعکس، یک شبکه با بار منفی جریان آند را کاهش می دهد، زیرا الکترون ها را به عقب پرتاب می کند، یعنی بار فضایی نزدیک کاتد را افزایش می دهد. از آنجایی که شبکه بسیار نزدیکتر از آند به کاتد قرار دارد، حتی تغییرات کوچک در اختلاف پتانسیل بین آن و کاتد به شدت در بار فضایی منعکس شده و به شدت بر قدرت جریان آند تأثیر می گذارد. در لوله‌های خلاء معمولی، یک تغییر ولتاژ شبکه، جریان آند را چند میلی‌آمپر تغییر می‌دهد. برای دستیابی به همان تغییر در جریان با تغییر ولتاژ آند، این ولتاژ نیاز به تغییر بسیار بیشتری دارد - با چند ده ولت.

یکی از مهمترین کاربردهای لوله های خلاء استفاده از آنها به عنوان تقویت کننده جریان ها و ولتاژهای کم است. اجازه دهید با یک مثال ساده توضیح دهیم که چگونه این کار انجام می شود. تصور کنید که یک مقاومت با مقاومت بسیار بالا بین شبکه و کاتد لامپ، مثلاً 1 MΩ متصل است (شکل 181). جریان بسیار ضعیفی که از این مقاومت عبور می کند، مثلاً 1 μA، طبق قانون اهم، ولتاژی را در این مقاومت ایجاد می کند. در مثال ما، این ولتاژ 1 ولت است. اما با چنین تغییری در ولتاژ شبکه، جریان آند 2-3 میلی آمپر تغییر می کند. بنابراین، تغییر جریان از طریق مقاومت شبکه به میزان 1 μA باعث تغییر در جریان آند، چندین هزار برابر بیشتر می شود. بنابراین جریان بسیار ضعیف اولیه را چندین هزار بار تقویت می کنیم و انرژی لازم را از باتری آند تامین می کنیم.

برنج. 181. طرح روشن کردن لامپ سه الکترودی به عنوان تقویت کننده جریان و ولتاژ

اگر مقداری مقاومت "بار" را در مدار آند وارد کنیم، مثلاً 10 کیلو اهم، آنگاه تغییر در جریان آند به میزان 2-3 میلی آمپر باعث افزایش ولتاژ در این مقاومت 20-30 ولت می شود. به عبارت دیگر، تغییر در شبکه ولتاژ 1 ولت ولتاژ بین نقاط و مقاومت "بار" را 20-30 ولت تغییر می دهد. بنابراین ما ولتاژ بسیار کوچک اولیه را تقویت کردیم.

لامپ هایی با سه الکترود - کاتد، آند و شبکه - مانند آنچه در شکل نشان داده شده است. 178، تریود نامیده می شوند. در فن آوری مدرن، لامپ های پیچیده تر با دو، سه یا چند شبکه نیز به طور گسترده استفاده می شود. در حال حاضر این صنعت برای مقاصد مختلف، ده‌ها نوع لامپ در اندازه‌های مختلف تولید می‌کند، از لامپ‌های به اصطلاح «انگشتی» با ضخامت انگشت کوچک و چند سانتی‌متر طول و با لامپ‌های بلندتر از قد انسان. در لامپ های کوچک مورد استفاده، به عنوان مثال، در گیرنده های رادیویی، جریان آند برابر با چندین میلی آمپر است، در لامپ های قدرتمند به ده ها آمپر می رسد.

106.1. چرا کاتد یک لوله خلاء به سرعت از بین می رود اگر لوله ضعیف تخلیه شود و مقدار کمی گاز در آن وجود داشته باشد؟

اکنون ما به دستگاه های الکترونیکی فشرده و لپ تاپ های بسیار نازک عادت کرده ایم. کمی بیش از صد سال پیش، دستگاهی ظاهر شد که این امر را به واقعیت تبدیل کرد و انقلابی واقعی در توسعه الکترونیک ایجاد کرد. درباره رادیو است.

معرفی لوله

در مدارات، لامپ ها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند، اولین دستگاه های الکترونیکی با استفاده از آنها ساخته شدند. زمان طلایی لوله های رادیویی در نیمه اول قرن بیستم رخ داد. برای پدربزرگ ها و پدربزرگ های ما، رایانه های غول پیکر بسیار آشناتر بودند، یک اتاق کامل را اشغال می کردند و مانند گرمای جهنمی غوطه ور می شدند. شما نمی توانید یک برنامه تلویزیونی را با چنین ماشینی تماشا کنید.

سپس زمانی بود که ریز مدارهای شوروی بزرگترین در جهان شدند. اما این داستان دیگری است که پس از ظهور دستگاه های نیمه هادی آغاز شد. همانطور که متوجه شدید، این مقاله در مورد عملکرد لوله خلاء و استفاده مدرن از آن است.

دستگاه های خلاء

خلاء عدم وجود ماده است. به طور دقیق تر، غیبت تقریباً کامل آن. در فیزیک خلاء زیاد، متوسط ​​و کم متمایز می شود. واضح است که هیچ جریان الکتریکی در خلاء وجود ندارد، زیرا جریان حرکت هدایت شده (ذرات) حامل های بار است که در خلاء جایی برای آمدن ندارند.

اما آیا واقعا راهی وجود ندارد؟ فلزات هنگام گرم شدن الکترون از خود ساطع می کنند. این به اصطلاح انتشار ترمیونی است. عملکرد دستگاه های وکیوم الکترونیکی بر اساس آن است.

انتشار ترمیونی توسط توماس ادیسون کشف شد. به طور دقیق تر، دانشمند متوجه شد که وقتی رشته گرم می شود و الکترود دوم در فلاسک خلاء وجود دارد، خلاء جریان را هدایت می کند. سپس ادیسون به طور کامل از اهمیت کشف خود قدردانی نکرد، اما فقط در صورت ثبت اختراع آن. نتیجه: در هر وضعیت نامفهومی، ثبت اختراع!

دستگاه های خلاء سیلندرهایی هستند که به صورت هرمتیک مهر و موم شده اند و داخل آن الکترودها قرار دارند. سیلندرها از شیشه، فلز یا سرامیک ساخته شده اند که قبلاً هوا را از آنها خارج کرده اند.

علاوه بر لوله های خلاء، دستگاه های خلاء زیر نیز وجود دارد:

• دستگاه های مایکروویو، مگنترون، کلیسترون؛
• کینسکوپ، لوله اشعه کاتدی؛
• لوله های اشعه ایکس

اصل عملکرد یک لامپ الکترونی

لوله خلاء یک دستگاه خلاء الکترونیکی است که با کنترل شدت جریان الکترون ها بین الکترودها کار می کند.

ساده ترین نوع لامپ دیود است. به جای خواندن تعاریف، بیایید نگاهی به آن بیندازیم.

در هر لامپ یک کاتدی وجود دارد که الکترون ها از آن خارج می شوند و یک آندی که به سمت آن پرواز می کنند. اگر یک "منهای" به کاتد و "به اضافه" به آند اعمال شود، الکترون هایی که از کاتد داغ خارج شده اند شروع به حرکت به سمت آند می کنند. جریان در لامپ جاری خواهد شد.

راستی! اگر نیاز به محاسبه تقویت کننده دیود دارید، خوانندگان ما اکنون 10٪ تخفیف دارند

دیود دارای هدایت یک طرفه است. به این معنی که اگر یک مثبت به کاتد و یک منفی به آند اعمال شود، جریانی در مدار وجود نخواهد داشت.

علاوه بر این دو الکترود، ممکن است الکترودهای دیگری نیز در لامپ ها وجود داشته باشد.

تمام نام های لوله های خلاء به تعداد الکترودها مربوط می شود. دیود - دو، تریود - سه، تترود - چهار، پنتود - پنج، و غیره.

بیایید یک تریود بگیریم. این یک دیود است که در آن یک الکترود اضافی اضافه می شود - یک شبکه کنترل. چنین لامپی با سه الکترود می تواند به عنوان تقویت کننده جریان کار کند.

اگر یک ولتاژ منفی کوچک در سراسر شبکه وجود داشته باشد، برخی از الکترون‌هایی که به سمت آند پرواز می‌کنند را به دام می‌اندازد و جریان کاهش می‌یابد. با یک ولتاژ منفی زیاد، شبکه لامپ را "ممنوع" می کند و جریان در آن متوقف می شود. و اگر یک ولتاژ مثبت به شبکه اعمال کنید، جریان آند افزایش می یابد.

یک تغییر کوچک در ولتاژ در شبکه، که در نزدیکی کاتد نصب شده است، به طور قابل توجهی بر جریان بین کاتد و آند تأثیر می گذارد. این اصل تقویت است.

استفاده از لامپ های الکترونیکی

تقریباً در همه جا لامپ با یک ترانزیستور نیمه هادی جایگزین شد. با این حال، در برخی از صنایع، لامپ ها جای خود را گرفته اند و همچنان ضروری هستند.

مثلا در فضا. تجهیزات لامپ طیف وسیع تری از دما و تشعشعات پس زمینه را تحمل می کند، بنابراین در تولید فضاپیماها استفاده می شود.

لامپ های خنک کننده با هوا یا آب در فرستنده های رادیویی پرقدرت نیز کاربرد دارند.

البته تصور تجهیزات موسیقی مدرن بدون مدارهای لوله دشوار است.

صدای لوله: واقعیت یا تخیلی؟

تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین یا به‌طور ساده تقویت‌کننده‌های صوتی، معروف‌ترین کاربرد مدرن لوله‌های رادیویی هستند که جنجال‌های زیادی را نیز به همراه دارد.

این به "هولیوار" بین طرفداران صدای تیوب و ترانزیستور می رسد. گفته می شود که صدای لوله "روح" و "نرم تر" و شنیدن آن دلپذیرتر است. در حالی که صدای ترانزیستور "بی روح" و "سرد" است.

هیچ اتفاقی به این شکل نمی افتد و بعید است که چنین اختلافات و نظراتی از ابتدا به وجود آمده باشد. زمانی دانشمندان به این سوال علاقه مند شدند که آیا شنیدن صدای لوله واقعا خوشایندتر است؟ تحقیقات زیادی در مورد تفاوت بین لامپ و ترانزیستور انجام شده است.

به گفته یکی از آنها، تقویت کننده های لوله هارمونیک های زوج به سیگنال اضافه می کنند که به طور ذهنی توسط مردم به عنوان "گرم"، "خوشایند" و "دنج" درک می شوند. درست است، چند نفر، این همه نظر، بنابراین بحث هنوز ادامه دارد.

مشاجره اغلب وقت تلف کردن است. اما برعکس، خدمات دانشجویی به صرفه جویی در ساعات کاری ارزشمند کمک خواهد کرد. برای کمک با کیفیت در هر زمینه ای از دانش با کارشناسان ما تماس بگیرید.