Il principio di funzionamento dei tubi a vuoto. Come funziona un tubo radio?

Generazioni informatiche

Nella tecnologia informatica esiste una peculiare periodizzazione dello sviluppo dell'elettronica computer. Un computer viene classificato in una generazione o nell'altra a seconda del tipo di elementi principali utilizzati o della tecnologia di fabbricazione. È chiaro che i confini tra le generazioni in termini di tempo sono molto labili, poiché i computer sono stati effettivamente prodotti nello stesso periodo vari tipi; Per una singola macchina, la questione se appartiene a una generazione o all'altra è risolta in modo abbastanza semplice.

La comparsa dei computer è uno dei segni significativi della moderna rivoluzione scientifica e tecnologica. L'uso diffuso dei computer ha portato al fatto che tutti numero maggiore la gente ha cominciato a conoscere le basi informatica e la programmazione è diventata gradualmente un elemento di cultura. Primo calcolatori elettronici apparve nella prima metà del XX secolo. Potrebbero realizzare molte più calcolatrici meccaniche che si limitassero ad aggiungere, sottrarre e moltiplicare. Questi erano macchine elettroniche capace di risolvere problemi complessi.

Inoltre, ne avevano due caratteristiche distintive, che le macchine precedenti non avevano:

Uno di questi era che potevano eseguire in anticipo una determinata sequenza di operazioni dato programma o risolvere in sequenza problemi di diverso tipo.

La capacità di archiviare informazioni in una memoria speciale.

Prima generazione.

Computer a tubi a vuoto.

I computer basati su tubi a vuoto apparvero negli anni '40 del XX secolo. Primo lampada elettrica- diodo a vuoto - fu costruito da Fleming solo nel 1904, sebbene l'effetto della corrente elettrica che passa attraverso il vuoto fu scoperto da Edison nel 1883.

Ben presto, Lee de Forrest inventa un triodo a vuoto - un tubo con tre elettrodi, poi appare un tubo elettronico riempito di gas - un tiratrone, un tubo a cinque elettrodi - un pentodo, ecc.. Fino agli anni '30, vuoto elettronico e pieno di gas i tubi erano utilizzati principalmente nell'ingegneria radiofonica. Ma nel 1931, l'inglese Winnie-Williams costruì (per esigenze di fisica sperimentale) un contatore di impulsi elettrici di tiratrone, aprendo così nuova zona utilizzo di tubi a vuoto. Un contatore elettronico è costituito da una serie di trigger. Il grilletto, inventato da M.A. Bonch-Bruevich (1918) e - indipendentemente - dagli americani W. Iccles e F. Jordan (1919), contiene 2 lampade e in qualsiasi momento può trovarsi in uno dei due stati stabili; è un relè elettronico. Come quello elettromeccanico può essere utilizzato per immagazzinarne uno cifra binaria. Maggiori informazioni sul tubo a vuoto qui.

L'uso di un tubo a vuoto come elemento principale di un computer creò molti problemi. A causa del fatto che l'altezza della lampada di vetro è di 7 cm, le macchine erano enormi. Ogni 7-8 minuti. una delle lampade si guastava e poiché nel computer ce n'erano 15-20mila, ci è voluto molto tempo per trovare e sostituire la lampada danneggiata. Inoltre, hanno evidenziato grande quantità calore e per far funzionare un computer “moderno” di quel tempo sistemi speciali raffreddamento.

Per dare un senso a schemi confusi computer enorme, erano necessarie intere squadre di ingegneri. Non c'erano dispositivi di input in questi computer, quindi i dati venivano immessi nella memoria collegando la spina giusta alla presa giusta.

Esempi di macchine di prima generazione sono Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), la prima macchina con un programma memorizzato. UNIVAC (Computer Automatico Universale). La prima copia di Univac è stata presentata all'US Census Bureau. Successivamente ne furono creati molti modelli diversi Univac, che hanno trovato applicazione in vari campi di attività. Così, Univac divenne il primo computer prodotto in serie. È stato anche il primo computer a utilizzare il nastro magnetico al posto delle schede perforate.

Seconda generazione.

Principio operativo

Tubi sottovuoto con catodo riscaldato

• Come risultato dell'emissione termoionica, gli elettroni lasciano la superficie del catodo.
• Sotto l'influenza della differenza di potenziale tra anodo (+) e catodo (-), gli elettroni raggiungono l'anodo e formano una corrente anodica nel circuito esterno.
• Con l'aiuto di elettrodi aggiuntivi (griglie), il flusso di elettroni viene controllato applicando un potenziale elettrico a questi elettrodi.

Nei tubi a vuoto, la presenza di gas degrada le prestazioni del tubo.

Tubi a vuoto riempiti di gas

La cosa principale per questa classe di dispositivi è il flusso di ioni nel gas che riempie la lampada. Il flusso può essere creato, come nei dispositivi a vuoto, mediante emissione termoionica, oppure può essere creato da una scarica in un gas rarefatto a causa dell'intensità del campo elettrico. Tipicamente, tali tubi vengono utilizzati negli oscillatori a bassa frequenza (thyratron) o nei circuiti raddrizzatori controllati, spesso con correnti di uscita elevate (ignitron).

Dispositivi microelettronici con catodo ad emissione di campo

Il processo di miniaturizzazione dei tubi elettronici a vuoto ha portato all'abbandono dei catodi riscaldati e al passaggio all'emissione di campo da catodi freddi dalla forma speciale realizzati con materiali appositamente selezionati. Ciò consente di ridurre le dimensioni dei dispositivi a dimensioni micron e di utilizzare processi tecnici standard dell'industria dei semiconduttori nella loro produzione. Attualmente, tali strutture vengono attivamente studiate.

Storia

Catodo

Secondo il metodo di riscaldamento, i catodi sono suddivisi in catodi riscaldati diretti e indiretti.

Il catodo riscaldato direttamente è un filamento metallico costituito da un metallo ad alta specificità resistenza elettrica. La corrente del filamento passa direttamente attraverso il catodo. Le lampade a filamento diretto consumano meno energia, si riscaldano più velocemente e non vi è alcun problema di garantire l'isolamento elettrico tra il catodo e il filamento (questo problema è significativo nei kenotron ad alta tensione). Tuttavia, di solito hanno una durata utile più breve e richiedono l'alimentazione del filamento se utilizzati nei circuiti di segnale DC e in numerosi circuiti non sono applicabili a causa dell'influenza delle differenze di potenziale nelle diverse sezioni del catodo sul funzionamento della lampada. Le lampade a filamento diretto sono spesso chiamate “alimentate a batteria”, poiché erano ampiamente utilizzate nelle apparecchiature autoalimentate; ma il catodo riscaldato direttamente viene utilizzato anche nelle lampade con generatore ad alta potenza. Là non è un filo, ma un'asta piuttosto spessa.

Il catodo riscaldato indirettamente è un cilindro, all'interno del quale si trova un riscaldatore (filamento), isolato elettricamente dal catodo. Il riscaldatore deve essere riscaldato a una temperatura molto più elevata di un catodo riscaldato direttamente, quindi consuma molta più energia, la lampada genera molto calore e richiede un tempo notevole per riscaldarsi (decine di secondi o addirittura minuti). Ma l'area del catodo può essere resa molto più grande (e quindi aumentare la corrente che scorre attraverso la lampada), il catodo è isolato dalla fonte di alimentazione del riscaldatore (questo elimina alcune delle limitazioni del circuito inerenti alle lampade a incandescenza dirette) e nella maggior parte dei casi il riscaldatore può essere alimentato con corrente alternata (un catodo relativamente massiccio attenua bene le fluttuazioni di temperatura e lo sfondo corrente alternata piccolo). La stragrande maggioranza delle lampade a bassa e media potenza per apparecchiature fisse ha un catodo riscaldato indirettamente.

Per facilitare l'emissione di elettroni, i catodi delle lampade vengono solitamente attivati, rivestiti con uno strato sottile di una sostanza che ha una funzione lavoro relativamente bassa: torio, bario e loro composti. Lo strato di attivazione collassa gradualmente durante il funzionamento e la lampada perde emissione, "si siede": sempre meno elettroni fluiscono dalla superficie del catodo, la corrente della lampada diminuisce, cioè il suo guadagno diminuisce e potenza di uscita. La durata di una lampada morta può essere prolungata aumentando leggermente la tensione del filamento; ma ciò aumenta il rischio di esaurimento del riscaldatore.

I catodi metallici puri (ad esempio, nelle lampade ad alta potenza con elevata densità di corrente catodica) sono realizzati in tungsteno.

Anodo

Elettrodo positivo. A volte viene eseguito sotto forma di piastra, ma più spesso sotto forma di una scatola che circonda il catodo e la griglia e ha la forma di un cilindro o parallelepipedo. Nelle lampade ad alta potenza, l'anodo può avere alette o “ali” per dissipare il calore. Di solito è costituito da nichel o molibdeno, a volte da tantalio e grafite.

Netto

Tra il catodo e l'anodo ci sono delle griglie che servono a controllare il flusso di elettroni ed eliminare gli effetti collaterali che si verificano quando gli elettroni si spostano dal catodo all'anodo.

La griglia è un reticolo o (più spesso) una spirale di filo sottile avvolto attorno al catodo su diversi montanti di supporto (traverse). Nelle lampade a stelo, il ruolo delle griglie è svolto da un sistema di diverse aste sottili parallele al catodo e all'anodo, e la fisica del loro funzionamento è diversa rispetto al design tradizionale.

In base al loro scopo, le mesh si dividono nelle seguenti tipologie:

A seconda dello scopo della lampada, può avere fino a sette griglie. In alcune opzioni per l'accensione di lampade multi-griglia, le singole griglie possono fungere da anodo. Ad esempio, in un generatore secondo il circuito di Shembel su un tetrodo o pentodo, il generatore stesso è un triodo “virtuale” formato da un catodo, una griglia di controllo e una griglia di schermatura come anodo.

Palloncino

Tipi principali

Principali tipologie di tubi elettronici a vuoto:

• Diodi (facilmente realizzati per alte tensioni, vedere kenotron)
• Pentodi e tetrodi a fascio
• Pentodi a fascio (come variazione di questo tipo)
• Eptodi (pentaggriglie, cinque griglie)
• Lampade combinate (in realtà includono 2 o più lampade in un cilindro)
• Per i computer analogici furono create lampade ad emissione secondaria e lampade speciali con caratteristiche particolari (quadratiche, iperboliche), ma non furono ampiamente utilizzate.

Applicazioni moderne

Tecnologia di alimentazione ad alta frequenza e alta tensione

• Nel potente trasmettitori di trasmissione(da 100 W a diversi megawatt) gli stadi di uscita utilizzano lampade potenti e ultrapotenti con raffreddamento ad aria o acqua dell'anodo e corrente di filamento elevata (più di 100 A). Magnetron, klystron e tubi a onde viaggianti (TWT) forniscono una combinazione alte frequenze, capacità e costi accettabili (e spesso altri elementi base sono in linea di principio irrealizzabili).
• Il magnetron si trova non solo nei radar, ma anche nei forni a microonde.
• Se è necessario rettificare o commutare rapidamente diverse decine di kilovolt, cosa che non è possibile realizzare con interruttori meccanici, è necessario utilizzare tubi radio. Pertanto, il kenotron fornisce dinamiche accettabili a tensioni fino a un milione di volt.

Industria militare

Grazie al principio di funzionamento, i tubi a vuoto sono dispositivi molto più resistenti ai fattori dannosi come gli impulsi elettromagnetici. Un singolo apparecchio può contenere diverse centinaia di lampade. In URSS, per l'uso nell'equipaggiamento militare di bordo negli anni '50, furono sviluppate lampade a stelo, caratterizzate da dimensioni ridotte ed elevata resistenza meccanica.

Tecnologia spaziale

La degradazione delle radiazioni dei materiali semiconduttori e la presenza di un vuoto naturale nell'ambiente interplanetario rendono l'uso di alcuni tipi di lampade un mezzo per aumentare l'affidabilità e la durata dei veicoli spaziali. L'uso dei transistor nella navicella spaziale Luna-3 era associato a grandi rischi.

Aumento della temperatura ambientale e delle radiazioni

Le apparecchiature a tubo possono essere progettate per un intervallo di condizioni di temperatura e radiazione più ampio rispetto alle apparecchiature a semiconduttore.

In Europa negli anni '30, i principali produttori di tubi radio adottarono il sistema europeo unificato di etichettatura alfanumerica.

La prima lettera caratterizza la tensione del filamento o la sua corrente:

• A - tensione del filamento 4 V;
• B - corrente del filamento 180 mA;
• C - corrente del filamento 200 mA;
• D - tensione del filamento fino a 1,4 V;
• E - tensione del filamento 6,3 V;
• F - tensione del filamento 12,6 V;
• G - tensione del filamento 5 V;
• H - corrente del filamento 150 mA;
• K - tensione del filamento 2 V;
• P - corrente del filamento 300 mA;
• U - corrente del filamento 100 mA;
• V - corrente del filamento 50 mA;
• X - corrente del filamento 600 mA.

La seconda e le successive lettere nella designazione determinano il tipo di lampada:

• A - diodi;
• B - doppi diodi (con un catodo comune);
• C - triodi (eccetto i fine settimana);
• D - triodi di uscita;
• E - tetrodi (eccetto fine settimana);
• F - pentodi (eccetto i fine settimana);
• L - pentodi e tetrodi di uscita;
• H - esodi o eptodi (tipo esodo);
• K - ottodi o eptodi (tipo ottodo);
• M - indicatori elettronici di impostazione della luce;
• P - tubi di amplificazione con emissione secondaria;
• Y - kenotron a semionda (semplici);
• Z - kenotron a onda intera.

Indica un numero a due o tre cifre progettazione esterna lampade e numero di serie di questo tipo, e la prima cifra solitamente caratterizza il tipo di base o gamba, ad esempio:

• 1-9 - lampade in vetro con base lamellare (“serie rossa”);
• 1x - lampade con base a otto pin ("serie 11");
• 3x - lampade in un cilindro di vetro con base ottale;
• 5x - lampade con base ottale;
• 6x e 7x - lampade subminiaturizzate in vetro;
• 8x e da 180 a 189 - vetro in miniatura con gamba a nove perni;
• 9x - miniature in vetro con gamba a sette perni.

Lampade a scarica di gas

IN lampade a scarica di gas Di solito una scarica a bagliore o ad arco viene utilizzata nei gas inerti o nei vapori di mercurio. Tali lampade sono quindi spesso chiamate dispositivi a scarica di gas o ioni (del tipo conduttività). Per molto grandi parametri in termini di corrente e tensione, il dispositivo è riempito con dielettrico liquido (olio per trasformatore), tali sistemi sono chiamati trigatron, sono in grado di sopportare tensioni dell'ordine di megavolt e correnti di commutazione dell'ordine di centinaia di kiloampere. La conduzione nei dispositivi ionici viene avviata tramite corrente continua attraverso il dispositivo - nei diodi zener, oppure applicando una tensione di controllo alla griglia/reti, oppure esponendo il gas nel dispositivo alla radiazione ultravioletta o laser.

C'è stato un tempo in cui tutta l'elettronica veniva creata sulla base di tubi elettronici a vuoto, che in apparenza assomigliano a piccole lampadine e che agiscono come amplificatori, oscillatori e interruttori elettronici. IN elettronica moderna Per eseguire tutte queste funzioni, vengono utilizzati transistor, prodotti in scala industriale ad un costo molto basso. Ora, i ricercatori dell’Ames Research Center della NASA hanno sviluppato una tecnologia per produrre tubi a vuoto su scala nanometrica che consentiranno in futuro computer più veloci e affidabili.

Un tubo a vuoto elettronico è chiamato tubo a vuoto perché è un recipiente di vetro con un vuoto all'interno. All'interno della lampada è presente un filamento incandescente, ma si riscalda a una temperatura inferiore rispetto ai filamenti delle lampade di illuminazione convenzionali. Inoltre, all'interno del tubo elettronico a vuoto è presente un elettrodo caricato positivamente, una o più griglie metalliche, con l'aiuto delle quali controllano segnale elettrico passando attraverso la lampada.

Il filamento riscalda l'elettrodo della lampada, che crea una nuvola di elettroni nello spazio circostante, e quanto più alta è la temperatura dell'elettrodo, tanto più distanza più lunga gli elettroni liberi possono essere rimossi da esso. Quando questa nuvola di elettroni raggiunge un elettrodo carico positivamente, può fluire attraverso la lampada. elettricità. Nel frattempo, regolando la polarità e il valore del potenziale elettrico sulla rete metallica, il flusso di elettroni può essere aumentato o interrotto del tutto. Pertanto, la lampada può fungere da amplificatore e interruttore per segnali elettrici.

Elettronico tubi a vuoto, anche se rari, vengono ora utilizzati principalmente per creare prodotti di alta qualità sistemi di altoparlanti. Anche i migliori esempi di transistor ad effetto di campo non possono fornire la qualità del suono fornita dalle valvole. Succede uno alla volta motivo principale, gli elettroni nel vuoto, non incontrando resistenza, si muovono con velocità massima, che non può essere ottenuto quando gli elettroni si muovono attraverso cristalli semiconduttori solidi.

I tubi elettronici a vuoto sono più affidabili nel funzionamento rispetto ai transistor, che possono essere facilmente danneggiati. Ad esempio, se i transistor elettronici cadono nello spazio, prima o poi i loro transistor falliranno, "fritti" dalla radiazione cosmica. I tubi elettronici non sono praticamente esposti alle radiazioni.

Creazione di un tubo a vuoto elettronico non più grande di transistor moderno, è un problema enorme, soprattutto nella produzione di massa. Realizzare minuscole camere a vuoto individuali è un processo complesso e costoso che viene utilizzato solo in casi di necessità urgente. Ma gli scienziati della NASA hanno risolto questo problema in un modo piuttosto interessante: si è scoperto che quando la dimensione del tubo elettronico scende al di sotto di un certo limite, la presenza del vuoto cessa di esistere. una condizione necessaria. Le lampade a vuoto su nanoscala, che hanno un filamento e un elettrodo, misurano 150 nanometri. Lo spazio tra gli elettrodi della lampada è così piccolo che la presenza di aria al suo interno non interferisce con il loro funzionamento; la probabilità che gli elettroni entrino in collisione con una molecola d'aria tende a zero.

Naturalmente, per la prima volta nelle apparecchiature elettroniche appariranno nuove lampade nanoelettroniche astronavi e dispositivi in ​​cui la resistenza dell'elettronica alle radiazioni è di fondamentale importanza. Inoltre, i tubi a vuoto possono funzionare a frequenze decine di volte superiori a quelle dei migliori transistor al silicio, il che in futuro consentirà di creare computer basati su di essi molto più veloci di quelli che utilizziamo ora.

Lampada elettrica

Tubo radio da esportazione russo 6550C

Lampada elettrica, tubo radiofonico- un dispositivo elettrico da vuoto (più precisamente un dispositivo elettronico da vuoto) che funziona controllando l'intensità del flusso di elettroni che si muovono nel vuoto o in un gas rarefatto tra gli elettrodi.

I tubi radio furono ampiamente utilizzati nel XX secolo come elementi attivi equipaggiamento elettronico(amplificatori, generatori, rilevatori, interruttori, ecc.). Attualmente sono quasi completamente sostituiti da dispositivi a semiconduttore. A volte vengono utilizzati anche in potenti trasmettitori ad alta frequenza e apparecchiature audio di alta qualità.

Le lampade elettroniche destinate all'illuminazione (lampade flash, lampade allo xeno e lampade al sodio) non sono chiamate lampade radio e di solito appartengono alla classe dei dispositivi di illuminazione.

Principio operativo

Valvola elettronica RCA "808"

Tubi sottovuoto con catodo riscaldato

• Come risultato dell'emissione termoionica, gli elettroni lasciano la superficie del catodo.
• Sotto l'influenza della differenza di potenziale tra anodo e catodo, gli elettroni raggiungono l'anodo e formano una corrente anodica nel circuito esterno.
• Con l'aiuto di elettrodi aggiuntivi (griglie), il flusso di elettroni viene controllato applicando un potenziale elettrico a questi elettrodi.

Nei tubi a vuoto, la presenza di gas degrada le prestazioni del tubo.

Tubi a vuoto riempiti di gas

La cosa principale per questa classe di dispositivi è il flusso di ioni ed elettroni nel gas che riempie la lampada. Il flusso può essere creato, come nei dispositivi a vuoto, mediante emissione termoionica, oppure può essere creato dalla formazione di una scarica elettrica nel gas dovuta all'intensità del campo elettrico.

Storia

Secondo il metodo di riscaldamento, i catodi sono suddivisi in catodi riscaldati diretti e indiretti.

Il catodo riscaldato direttamente è un filamento metallico. Le lampade a filamento diretto consumano meno energia e si riscaldano più velocemente, tuttavia, di solito hanno una durata di servizio più breve, se utilizzate nei circuiti di segnale richiedono alimentazione del filamento in corrente continua e non sono applicabili in un certo numero di circuiti a causa dell'influenza delle differenze potenziali in diverse sezioni del catodo sul funzionamento della lampada.
Il catodo riscaldato indirettamente è un cilindro all'interno del quale si trova un filamento (riscaldatore). Tali lampade sono chiamate lampade a filamento indiretto.

I catodi della lampada vengono attivati ​​con metalli che hanno una bassa funzione di lavoro. Nelle lampade a calore diretto viene solitamente utilizzato il torio per questo scopo; nelle lampade a calore indiretto viene utilizzato il bario. Nonostante la presenza di torio nel catodo, le lampade a filamento diretto non rappresentano un pericolo per l'utilizzatore, poiché la sua radiazione non si estende oltre il cilindro.

Anodo

Anodo del tubo a vuoto

Elettrodo positivo. È realizzato sotto forma di piatto, solitamente una scatola a forma di cilindro o parallelepipedo. Di solito è costituito da nichel o molibdeno, a volte da tantalio e grafite.

Netto

Tra il catodo e l'anodo ci sono delle griglie che servono a controllare il flusso di elettroni ed eliminare gli effetti collaterali che si verificano quando gli elettroni si spostano dal catodo all'anodo.

La rete è un reticolo di filo sottile o più spesso realizzato sotto forma di una spirale di filo avvolto attorno a diversi montanti di sostegno (traversa). Nelle lampade a stelo, il ruolo delle griglie è svolto da un sistema di diverse aste sottili parallele al catodo e all'anodo, e la fisica del loro funzionamento è diversa rispetto al design tradizionale.

In base al loro scopo, le mesh si dividono nelle seguenti tipologie:

A seconda dello scopo della lampada, può avere fino a sette griglie. In alcune opzioni per l'accensione di lampade multi-griglia, le singole griglie possono fungere da anodo. Ad esempio, in un generatore secondo il circuito di Shembel su un tetrodo o pentodo, il generatore stesso è un triodo “virtuale” formato da un catodo, una griglia di controllo e una griglia di schermatura come anodo.

Palloncino

Tipi principali

Tubi radio di piccole dimensioni (“dito”)

Principali tipologie di tubi elettronici a vuoto:

• Diodi (facilmente realizzati per alte tensioni, vedere kenotron)
• tetrodi e pentodi a fascio (come variazioni di questi tipi)
• lampade combinate (in realtà includono 2 o più lampade in un cilindro)

Applicazioni moderne

Triodo generatore metallo-ceramico GS-9B con raffreddato ad aria(L'URSS)

Tecnologia di alimentazione ad alta frequenza e alta tensione

• Nei trasmettitori di trasmissioni radio ad alta potenza (da 100 W a diversi megawatt), negli stadi di uscita vengono utilizzate lampade potenti e ultrapotenti con raffreddamento anodico ad aria o acqua e corrente di filamento elevata (più di 100 A). Magnetron, klystron, i cosiddetti. I tubi radio a onde viaggianti forniscono una combinazione di alte frequenze, potenze e costi ragionevoli (e spesso semplicemente la possibilità fondamentale di esistenza) dell'elemento base.
• Un magnetron può essere trovato non solo nel radar, ma anche in qualsiasi forno a microonde.
• Se è necessario rettificare o commutare rapidamente diverse decine di kV, cosa che non è possibile realizzare con interruttori meccanici, è necessario utilizzare tubi radio. Pertanto, il kenotron fornisce dinamiche accettabili a tensioni fino a un milione di volt.

Industria militare

Grazie al principio di funzionamento, i tubi a vuoto sono dispositivi molto più resistenti ai fattori dannosi come gli impulsi elettromagnetici. Per informazione: un singolo apparecchio può contenere diverse centinaia di lampade. In URSS, per l'uso nell'equipaggiamento militare di bordo negli anni '50, furono sviluppate lampade a stelo, caratterizzate da dimensioni ridotte ed elevata resistenza meccanica.

Lampada in miniatura del tipo “ghianda” (pentodo 6Zh1Zh, URSS, 1955)

Tecnologia spaziale

La degradazione delle radiazioni dei materiali semiconduttori e la presenza di un vuoto naturale nell'ambiente interplanetario rendono l'uso di alcuni tipi di lampade un mezzo per aumentare l'affidabilità e la durata dei veicoli spaziali. L'uso dei transistor nella navicella spaziale Luna-3 era associato a grandi rischi.

Aumento della temperatura ambientale e delle radiazioni

Le apparecchiature a tubo possono essere progettate per un intervallo di condizioni di temperatura e radiazione più ampio rispetto alle apparecchiature a semiconduttore.

Apparecchiature audio di alta qualità

Di opinione soggettiva Per la maggior parte degli amanti della musica, il suono “valvolare” è fondamentalmente diverso dal suono “transistor”. Esistono diverse versioni della spiegazione di queste differenze, entrambe basate su ricerca scientifica, e un ragionamento francamente non scientifico. Una delle principali spiegazioni delle differenze tra il suono a valvole e quello a transistor è la “naturalezza” del suono delle apparecchiature a valvole. Suono valvolare"volumetrico" (alcuni lo chiamano "olografico"), in contrapposizione al transistor "piatto". Un amplificatore a valvole trasmette chiaramente le emozioni, l'energia dell'esecutore, la “pulsione” (per cui i chitarristi li adorano). Gli amplificatori a transistor hanno difficoltà a far fronte a tali compiti. Spesso i progettisti di amplificatori a transistor utilizzano circuiti simili alle lampade (modalità operativa di classe A, trasformatori, mancanza di negativo comune feedback). Risultato complessivo Queste idee sono diventate il "ritorno" della tecnologia valvolare nel campo degli amplificatori di alta qualità. La ragione oggettiva (scientifica) di questa situazione è l'elevata linearità (ma non ideale) della lampada, in primis il triodo. Un transistor, soprattutto bipolare, è un elemento generalmente non lineare e di norma non può funzionare senza misure di linearizzazione.

Vantaggi degli amplificatori a valvole:

Semplicità dei circuiti. I suoi parametri dipendono poco fattori esterni. Di conseguenza, un amplificatore a valvole ha in genere meno parti di un amplificatore a stato solido.

I parametri delle lampade dipendono meno dalla temperatura rispetto ai parametri del transistor. Le lampade sono insensibili ai sovraccarichi elettrici. Anche il numero ridotto di componenti contribuisce notevolmente all'affidabilità e alla riduzione della distorsione introdotta dall'amplificatore. L'amplificatore a transistor ha problemi di distorsione "termica".

Buon adattamento dell'ingresso dell'amplificatore a valvole con il carico. Gli stadi a valvole hanno un'impedenza di ingresso molto elevata, che riduce le perdite e aiuta a ridurre il numero di elementi attivi in un apparecchio radio. - Facile da mantenere. Se, ad esempio, una lampada in un amplificatore da concerto si rompe durante un'esibizione, sostituirla è molto più semplice che sostituire un transistor o un microcircuito bruciato. Ma comunque nessuno lo fa ai concerti. Ai concerti c'è sempre una fornitura di amplificatori e una doppia fornitura di amplificatori a valvole (perché, stranamente, gli amplificatori a valvole si rompono molto più spesso).

L'assenza di alcuni tipi di distorsione inerenti agli stadi a transistor, che ha un effetto benefico sul suono.

Utilizzando correttamente i vantaggi delle valvole, è possibile creare amplificatori che superano quelli a transistor in termini di qualità del suono entro determinate categorie di prezzo.

Aspetto soggettivamente vintage durante la creazione di campioni di apparecchiature per immagini.

Insensibile alle radiazioni fino a livelli molto elevati.

Svantaggi degli amplificatori a valvole:

Oltre ad alimentare gli anodi, le lampade richiedono ulteriore consumo energetico per il riscaldamento. Da qui la bassa efficienza e, di conseguenza, un forte riscaldamento.

L'attrezzatura della lampada non può essere immediatamente pronta per l'uso. È necessario il preriscaldamento delle lampade per diverse decine di secondi. L'eccezione sono le lampade a filamento diretto, che iniziano a funzionare immediatamente.

Gli stadi valvolari di uscita devono essere adattati al carico utilizzando trasformatori. Di conseguenza, la complessità del design e lo scarso peso e dimensioni dovuti ai trasformatori.

Le lampade richiedono l'uso di tensioni di alimentazione elevate di centinaia (e pollici). potenti amplificatori- migliaia) volt. Ciò impone alcune restrizioni in termini di sicurezza durante il funzionamento di tali amplificatori. Inoltre, una tensione di pickup elevata richiede quasi sempre l'uso di un trasformatore di uscita step-down. Inoltre, qualsiasi trasformatore è un dispositivo non lineare vasta gamma frequenze, che provoca l'introduzione di distorsioni non lineari nel suono ad un livello vicino all'1% migliori modelli amplificatori a valvole (in confronto, la distorsione non lineare dei migliori amplificatori a transistor è così piccola che non può essere misurata). Per un amplificatore a valvole una distorsione del 2-3% può essere considerata normale. La natura e lo spettro di queste distorsioni differiscono dalle distorsioni amplificatore a transistor. Questo di solito non ha alcun effetto sulla percezione soggettiva. Un trasformatore è, ovviamente, un elemento non lineare. Ma è molto spesso utilizzato all'uscita del DAC, dove fornisce isolamento galvanico (impedisce la penetrazione di interferenze dal DAC), svolge il ruolo di filtro limitatore di banda e apparentemente garantisce il corretto "allineamento" delle fasi del segnale . Di conseguenza, nonostante tutti gli svantaggi (prima di tutto - costo alto), solo il suono ne trae beneficio. Inoltre, i trasformatori vengono spesso utilizzati con successo negli amplificatori a transistor.

Le lampade hanno periodo limitato Servizi. Nel corso del tempo, i parametri delle lampade cambiano, i catodi perdono l'emissione (la capacità di emettere elettroni) e il filamento potrebbe bruciarsi (la maggior parte delle lampade funziona per 200-1000 ore prima del guasto, i transistor sono tre ordini di grandezza più lunghi). I transistor possono anche degradarsi nel tempo.

La fragilità delle classiche lampade a bulbo in vetro. Una delle soluzioni a questo problema fu lo sviluppo negli anni '40 del secolo scorso di lampade con cilindri in metallo-ceramica, che hanno una maggiore resistenza, ma tali lampade non erano ampiamente utilizzate.

Alcune caratteristiche degli amplificatori a valvole:

Secondo l'opinione soggettiva degli audiofili, il suono delle chitarre elettriche viene trasmesso molto meglio, più profondo e più “musicalmente” dagli amplificatori a valvole. Alcuni lo spiegano con la non linearità del nodo di uscita e le distorsioni introdotte, che sono “apprezzate” dagli amanti della chitarra elettrica. Questo in realtà non è vero. I chitarristi utilizzano effetti associati all'aumento della distorsione, ma per fare ciò vengono apportate deliberatamente le modifiche appropriate al circuito.

Gli ovvi svantaggi di un amplificatore a valvole sono la fragilità, un consumo energetico più elevato rispetto a un amplificatore a transistor, una durata più breve delle valvole, una maggiore distorsione (questo di solito viene ricordato quando si legge specifiche, a causa di gravi imperfezioni nella misurazione dei parametri di base degli amplificatori, molti produttori non forniscono tali dati, o in altre parole, due amplificatori completamente identici, dal punto di vista dei parametri misurati, possono suonare completamente diversi), grandi dimensioni e il peso dell'apparecchiatura, nonché il costo, che è superiore a quello della tecnologia a transistor e integrata. Anche il consumo energetico di un amplificatore a transistor di alta qualità è elevato, sebbene le sue dimensioni e il suo peso possano essere paragonabili a un amplificatore a valvole. In generale, esiste uno schema del genere: più l'amplificatore è “più solido”, “più musicale”, ecc., maggiori sono le sue dimensioni e il consumo energetico e minore è l'efficienza. Naturalmente, un amplificatore di Classe D può essere molto compatto e la sua efficienza sarà del 90%. Ma cosa fare con il suono? Se stai pianificando una lotta per risparmiare elettricità, ovviamente, amplificatore a valvole non un aiuto in questa faccenda.

Classificazione per nome

Marchi adottati in URSS/Russia

Etichette in altri paesi

In Europa negli anni ’30 i principali produttori di tubi radio adottarono il Sistema Europeo Unificato di Etichettatura Alfanumerica:

- La prima lettera caratterizza la tensione del filamento o la sua corrente:

A - tensione del filamento 4 V;

B - corrente del filamento 180 mA;

C - corrente del filamento 200 mA;

D - tensione del filamento fino a 1,4 V;

E - tensione del filamento 6,3 V;

F - tensione del filamento 12,6 V;

G - tensione del filamento 5 V;

H - corrente del filamento 150 mA;

K - tensione del filamento 2 V;

P - corrente del filamento 300 mA;

U - corrente del filamento 100 mA;

V - corrente del filamento 50 mA;

X - corrente del filamento 600 mA.

- La seconda e le successive lettere nella designazione determinano il tipo di lampada:

B - doppi diodi (con un catodo comune);

C - triodi (eccetto i fine settimana);

D - triodi di uscita;

E - tetrodi (eccetto fine settimana);

F - pentodi (eccetto i fine settimana);

L - pentodi e tetrodi di uscita;

H - esodi o eptodi (tipo esodo);

K - ottodi o eptodi (tipo ottodo);

M - indicatori elettronici di impostazione della luce;

P - tubi di amplificazione con emissione secondaria;

Y - kenotron a semionda;

Z - kenotron a onda intera.

- Un numero a due o tre cifre indica il design esterno della lampada e il numero di serie di questo tipo, con la prima cifra che solitamente caratterizza il tipo di base o gamba, ad esempio:

1-9 - lampade in vetro con base lamellare (“serie rossa”)

1x - lampade con base a otto pin ("serie 11")

3x - lampade in un cilindro di vetro con base ottale;

5x - lampade con base locale;

6x e 7x - lampade subminiaturizzate in vetro;

8x e da 180 a 189 - vetro in miniatura con gamba a nove perni;

9x - miniature in vetro con gamba a sette perni.

Guarda anche

Lampade a scarica di gas

Le lampade a scarica di gas utilizzano tipicamente la scarica di gas inerte a basse pressioni. Esempi di tubi sottovuoto a scarica di gas:

• Scaricatori di gas per la protezione dall'alta tensione (ad esempio su linee di comunicazione aeree, potenti ricevitori radar, ecc.)
• Thyratron (lampade a tre elettrodi - triodi a scarica di gas, lampade a quattro elettrodi - tetrodi a scarica di gas)
• Lampade allo xeno, al neon e altre sorgenti luminose a scarica di gas.

Guarda anche

• ATubo aperto AX4B-533 - Scheda madre SU Chipset Intel 845 Sk478 con amplificatore audio a valvole
• AOpen AX4GE Tube-G - Scheda madre basata sul chipset Intel 845GE Sk478 con amplificatore audio a valvole
• AOpen VIA VT8188A - Scheda madre accesa Chipset VIA K8T400M Sk754 Con amplificatore audio valvolare a 6 canali.
• Dongle USB Hanwas X-Tube - Audio USB scheda per laptop con supporto DTS, simulazione aspetto tubo elettronico.

Appunti

Collegamenti

• Manuale dei tubi radio nazionali ed esteri. Più di 14.000 tubi radio
• Guide ai tubi radio e tutte le informazioni necessarie

Un tempo, il tubo elettronico ha compiuto una vera rivoluzione nell'ingegneria radiofonica: ha cambiato radicalmente la progettazione dei dispositivi di trasmissione e ricezione, ne ha aumentato la portata, ha permesso all'ingegneria radiofonica di fare un passo da gigante e di occupare un posto d'onore letteralmente in tutte le aree della scienza e tecnologia, produzione e ns Vita di ogni giorno. Ma anche adesso, quando vengono utilizzati principalmente dispositivi radioelettronici dispositivi a semiconduttore E circuiti integrati per vari scopi, i tubi elettronici continuano a “funzionare” in molti ricevitori, radio, registratori e televisori. Ecco perché ho deciso di presentarvi la struttura e il lavoro di questi “veterani” della radioingegneria, con alcuni progetti amatoriali che utilizzano tubi a vuoto.

DISPOSITIVO LAMPADA ELETTRONICA

Qualsiasi tubo elettronico, o, in breve, tubo radio, è un cilindro di acciaio, vetro o ceramica, all'interno del quale gli elettrodi sono montati su supporti metallici. L'aria proveniente dal cilindro della lampada viene pompata attraverso una piccola estensione nella parte inferiore o superiore del cilindro. Una forte rarefazione dell'aria all'interno del cilindro - il vuoto - è una condizione indispensabile per il funzionamento di un tubo radio.

Ogni tubo radio deve avere un catodo - un elettrodo negativo, che è la fonte di elettroni nella lampada, e un anodo - elettrodo positivo. Il catodo può essere un filamento di tungsteno, simile al filamento di una lampadina, oppure un cilindro metallico riscaldato da un filamento, e l'anodo può essere una piastra metallica, o più spesso una scatola a forma di cilindro o parallelepipedo. Il filamento di tungsteno, che funge da catodo, è anche chiamato filamento.

Nei diagrammi, il cilindro della lampada è convenzionalmente indicato come un cerchio, il catodo come un arco inscritto nel cerchio, l'anodo come una breve linea situata sopra il catodo e i loro terminali come linee che si estendono oltre il cerchio. I tubi radio contenenti solo un catodo e un anodo sono chiamati tubi a due elettroni o diodi.

Nella fig. 215 mostrato organizzazione interna due diodi di design diverso. La lampada mostrata a destra si distingue per il fatto che il suo catodo (filamento) ricorda un invertito Lettera latina V, e l'anodo ha la forma di un cilindro appiattito. Gli elettrodi sono montati su supporti di filo saldati sul fondo ispessito del cilindro. I supporti sono anche i cavi degli elettrodi. Attraverso uno speciale blocco con prese - un portalampada - gli elettrodi sono collegati ad altre parti del dispositivo radio.

Riso. 215. Disegno e immagine di una lampada a due elettrodi in diagrammi

La maggior parte dei tubi radio hanno sottili spirali di filo chiamate maglie tra il catodo e l'anodo. Circondano il catodo e, senza toccarsi, si trovano distanze diverse Da lui. A seconda dello scopo delle lampade, il numero di griglie al suo interno può variare da uno a cinque. Di numero totale sugli elettrodi, inclusi catodo e anodo, ci sono lampade a tre, quattro, cinque elettroni, ecc. Di conseguenza, sono chiamati triodi (con una griglia), tetrodi (con due griglie), pentodi (con tre griglie).

La struttura interna di una di queste lampade - un triodo - è mostrata in Fig. 216. Questa lampada differisce dai diodi per la presenza di una spirale - una griglia - al suo interno. Nei diagrammi le griglie sono indicate da linee tratteggiate poste tra catodo e anodo.

Triodi, tetrodi e pentodi sono tubi radio universali. Sono usati per migliorare le variabili e correnti dirette e tensioni, come rilevatori, da generare vibrazioni elettriche frequenze diverse e molti altri scopi. Il principio di funzionamento di un tubo radio si basa sul movimento direzionale degli elettroni al suo interno. Il “fornitore” di elettroni all'interno della lampada è il catodo, riscaldato ad una certa temperatura.

Qual è l'essenza di questo fenomeno?

Se metti sul fuoco una padella piena d'acqua, man mano che si riscalda, le particelle d'acqua inizieranno a muoversi sempre più velocemente. Alla fine l'acqua bollirà. In questo caso, le particelle d'acqua si muoveranno a velocità così elevate che alcune di esse si staccheranno dalla superficie dell'acqua e la lasceranno: l'acqua inizierà ad evaporare. Qualcosa di simile si osserva in un tubo elettronico. Gli elettroni liberi contenuti nel metallo caldo del catodo si muovono a velocità enormi.

Riso. 216. Struttura e immagine di un triodo in diagrammi

Allo stesso tempo, alcuni di essi lasciano il catodo, formando attorno ad esso una “nuvola” di elettroni. Questo fenomeno di emissione, o radiazione, da parte del catodo di elettroni è chiamato emissione termoionica: quanto più caldo è il catodo, tanto più elettroni emette, tanto più spessa è la nuvola di elettroni. Quando si dice che "la lampada ha perso emissione", significa che per qualche motivo gli elettroni liberi vengono emessi dalla superficie del suo catodo in quantità molto piccole. Una lampada con perdita di emissione non funzionerà.

Tuttavia, affinché gli elettroni fuoriescano dal catodo, è necessario non solo riscaldarlo, ma anche liberare lo spazio circostante dall'aria. Se ciò non viene fatto, gli elettroni in fuga perderanno velocità e “rimarranno bloccati” nelle molecole dell’aria. Questo è il motivo per cui si crea il vuoto in un tubo elettronico. È anche necessario pompare l'aria perché quando alta temperatura Il catodo assorbe l'ossigeno dall'aria, si ossida e si deteriora rapidamente. A ciò va aggiunto che sulla superficie del catodo viene applicato uno strato di ossidi di bario, stronzio e calcio, che ha la capacità di emettere elettroni a una temperatura di riscaldamento relativamente bassa.