Dispositivi per il vuoto e loro applicazione. Dispositivi e dispositivi dell'elettronica del vuoto

Le caratteristiche statiche, le più importanti delle quali sono la griglia anodica e l'anodo, sono prese a un parametro costante.

Le caratteristiche anodo-griglia riflettono la dipendenza della corrente anodica dalla tensione sulla rete ad una certa tensione anodica costante, cioè I a =f(U c) a U a = cost.

Tali caratteristiche sono prese per diverse tensioni anodiche e si ottiene una famiglia di caratteristiche anodo-griglia, mostrate nella figura seguente:

1 - caratteristiche della griglia anodica del triodo; 2 - caratteristiche dell'anodo del triodo.

Triodo- Si tratta di un dispositivo elettrovuoto a tre elettrodi, uno dei più comuni nella tecnologia elettronica.

I suoi tre elettrodi - l'anodo, il catodo e la griglia - sono posti all'interno del cilindro, da cui viene espulsa l'aria. Tra il catodo, che di solito si trova al centro del palloncino, e l'anodo, a cui il più delle volte è data una forma cilindrica o scatolare, c'è una griglia di controllo a spirale. Il simbolo del triodo riflette la sua struttura fondamentale.

Considerando il design del triodo, è facile capire che, poiché il taglio si trova molto più vicino al catodo rispetto all'anodo, l'effetto del suo potenziale sulla corrente della lampada è molto maggiore dell'effetto del potenziale dell'anodo. Questo spiega la funzione principale del triodo: controllare una grande corrente nel circuito dell'anodo per mezzo di segnali a bassa potenza (potenziali) forniti al circuito di rete.

a - dispositivo a triodo; b - designazione sui diagrammi; c - circuito di commutazione per la caratterizzazione

La figura sopra (c) mostra una delle opzioni per accendere il triodo. Il generatore E a, il resistore R a e la sezione anodo-catodo formano il circuito anodico, mentre il generatore E c, il resistore e la sezione griglia-catodo costituiscono il circuito di griglia. In questo circuito, modificando la posizione del contatto strisciante sul resistore R c, è possibile impostare l'una o l'altra tensione sulla rete.

Quando la tensione non viene applicata alla griglia (uguale a zero), non ha praticamente alcun effetto sul funzionamento della lampada e il triodo agisce, in sostanza, allo stesso modo della lampada a due elettrodi considerata in precedenza: il diodo.

Se c'è una tensione negativa sulla griglia, si crea un campo elettrico tra essa e il catodo, che impedisce il movimento degli elettroni e limita la corrente anodica. La tensione sulla griglia può essere impostata in modo così negativo che la corrente anodica si interromperà del tutto, poiché tutti gli elettroni saranno respinti dalla griglia al catodo. In questo caso, diciamo che la lampada è bloccata e viene chiamata la tensione corrispondente sulla griglia potenziale di blocco.

Diodo- la più semplice lampada elettronica a due elettrodi. I suoi due elettrodi sono il catodo (riscaldamento diretto o indiretto) e l'anodo (solitamente cilindrico). La proprietà principale dei diodi è la conduttività unidirezionale, ovvero la capacità di far passare la corrente in una sola direzione.

Circuiti di commutazione a diodi:

a - con catodo a riscaldamento diretto; b - con un catodo riscaldato indirettamente.

Il catodo è collegato a una sorgente di corrente E n (per diodi con catodo a riscaldamento diretto, E n è di circa 1-2 V, per diodi con catodo a riscaldamento indiretto 6,3 V) e il circuito dell'anodo è collegato a una sorgente di corrente E a (di solito i valori di E a sono compresi nell'intervallo 80-300 V, ma per lampade potenti raggiungono diversi kilovolt). Tipicamente, nelle lampade con catodo riscaldato, il circuito del filamento e il circuito dell'anodo sono completamente separati, il che crea una serie di vantaggi di progettazione.

Lampada elettrica- il più comune dispositivo di elettrovuoto. Gli elettrodi sono posti in un bulbo di vetro, metallo, ceramica-metallo o plastica della lampada, da cui viene espulsa l'aria.

A seconda dello scopo e del tipo di lampada, potrebbero essercene diversi, ma in ogni lampada ci sono due elettrodi principali:

• catodoè la fonte di elettroni;
• anodo- un ricevitore di elettroni.

Il movimento degli elettroni nel vuoto da un elettrodo all'altro determina la corrente elettrica della lampada.

Ci sono catodi di riscaldamento diretto e indiretto.

catodo a filamento diretto

Un catodo a riscaldamento diretto è un filo metallico 1 fissato ai supporti 2. Questo filo è teso da molle 3, che sono fissate a traverse installate nel bulbo della lampada. Il filo viene riscaldato da una corrente elettrica che lo attraversa (solitamente costante).

Dispositivi per elettrovuoto(lampade elettroniche, tubi catodici, fotomoltiplicatori, fotocellule, ecc.), insieme ai semiconduttori, costituiscono la base della moderna tecnologia radioelettronica.

I dispositivi per elettrovuoto utilizzano nel loro lavoro un flusso diretto di elettroni nel vuoto, che deriva anche dal fenomeno fisico dell'emissione di elettroni, inteso come il fenomeno dell'emissione di elettroni da parte di un metallo sotto l'influenza di calore, luce o altre influenze .

L'essenza dell'emissione elettronica è la seguente. Come è noto, gli elettroni nei metalli sono in grado di lasciare i loro atomi con relativa facilità. Tali elettroni sono chiamati liberi. Il loro posto negli atomi è occupato da altri elettroni liberi, che possono altrettanto facilmente lasciare gli atomi. Se non viene applicata alcuna tensione al conduttore, gli elettroni liberi si muovono in modo casuale, in una varietà di direzioni ea velocità diverse. Gli elettroni liberi possono lasciare il conduttore, ma ciò è impedito da due motivi.

Innanzitutto, sopra la superficie dei conduttori si forma uno strato di cariche negative, creato da quegli elettroni che lasciano il conduttore per un momento e ritornano di nuovo. Questo strato esiste costantemente, poiché se gli elettroni ritornano al conduttore, ne compaiono di nuovi sopra la sua superficie, ecc. Ma poiché un certo numero di elettroni è al di fuori del conduttore, allora il conduttore stesso deve avere cariche positive in eccesso formate da quegli atomi che hanno perso elettroni. Le cariche positive sono concentrate vicino alla superficie interna del conduttore. Un doppio strato elettrico di cariche negative e positive crea un campo ritardante sulla superficie del conduttore. Ciò significa che per lasciare il conduttore, l'elettrone deve superare questo campo, cioè fare un po' di lavoro. Pertanto, l'elettrone deve avere l'energia corrispondente.

DISPOSITIVI EV-dispositivi, in cui il trasferimento di corrente è effettuato da elettroni o ioni che si muovono tra gli elettrodi attraverso un alto o gas all'interno di un guscio a tenuta di gas.

E. p. sono divisi in due grandi classi: dispositivi elettronici e dispositivi ionici.Nei dispositivi elettronici, il trasferimento di energia elettrica nello spazio interelettrodico è dovuto al movimento degli elettroni liberi emessi dal catodo in alto vuoto. Nei dispositivi a scarica di gas (ioni) nel trasferimento di energia elettrica. la carica coinvolge sia gli elettroni che le cariche pesanti. particelle - ioni formati dall'interazione di elettroni che si muovono in un elettrico. campo, con atomi di gas che riempiono il dispositivo.

Una delle caratteristiche del passaggio di corrente in E. p. è la dipendenza non lineare dell'entità della corrente che scorre attraverso il dispositivo dall'intensità dell'applicazione - non lineare caratteristiche volt-ampere, ai cieli per i dispositivi elettronici in pl. i casi possono essere descritti dalla funzione esponenziale. Le caratteristiche dei dispositivi a scarica di gas sono di vario tipo: crescente, decrescente, discontinuo, ecc. Mn. i tipi di elettromagneti hanno conduttività unilaterale: le condizioni per il passaggio della corrente cambiano drasticamente con un cambiamento nella polarità della tensione applicata.

L'intensità della corrente che passa attraverso l'E.p.

I dispositivi elettrici elettronici sono praticamente privi di inerzia, ovvero la variazione della corrente che scorre attraverso il dispositivo avviene quasi istantaneamente al variare della tensione applicata. Ciò è determinato dal fatto che gli elettroni si muovono nell'elettrico. campo nello spazio libero (alto vuoto) può acquisire una velocità prossima a: quando si attraversa un campo in accelerazione con una differenza di potenziale di 100 kV, la velocità dell'elettrone è ~ Insieme a. A tali velocità, il tempo di volo di un elettrone nello spazio interelettrodico è<=10 -10 -10 -9 с, что позволяет считать Э. п. приборами мгновенного действия.

La maggior parte dei dispositivi elettronici sono convertitori di informazioni (segnale) sia in termini di tipo di energia convertita che in termini di parametri di conversione.

A seconda del tipo di energia da convertire, gli E.p. sono divisi in gruppi: converting elettrico. segnali ad elettrico con altri parametri; conversione elettrica segnali in ottica (luce); ottico - ad elettrico; ottico-ottico con altri parametri.

E. p. può convertire l'ampiezza (ampiezza) del segnale, amplificando la tensione, la corrente, la potenza, la luminosità dell'ottica. immagini, ecc. in una gamma molto ampia di variazioni nell'ampiezza del segnale convertito, per esempio. in termini di potenza - da frazioni di watt a decine di MW. E. p. può convertire segnali in frequenza, generare oscillazioni ad alta frequenza e microonde, rilevamento, rettifica di AC. corrente (anche in un intervallo molto ampio - da zero a decine di GHz). Un certo numero di E. p. viene utilizzato per la commutazione (commutazione) elettrica. circuiti di alta potenza e alta tensione che utilizzano segnali di controllo a bassa potenza.

Ad E.p., conversione elettrica. segnali elettrici con altri parametri includono lampade elettroniche, dispositivi elettronici a microonde ( klystron, magnetron, lampada ad onda mobile, lampada ad onda all'indietro), tubi a raggi catodici a memoria, alcuni dispositivi a scarica di gas (valvole di mercurio, gastroni, tiratroni ad arco e ad arco). Dispositivi che convertono l'elettricità segnali in quelli ottici ricevono tubi a raggi catodici (oscilloscopio, indicatore, cinescopi), indicatori elettronici di tensione luminosa, lampade a incandescenza, sorgenti luminose a scarica di gas, comprese le lampade fluorescenti (vedi. ) . La conversione dei segnali ottici (luminosi) in segnali elettrici avviene tramite vuoto fotocellule trasmettere la televisione. tubi (dissettori, superorticon, vidicon, ecc.). Conversione ottica segnali in ottica con altri parametri si verifica utilizzando convertitori elettroni-ottici, intensificatori di luminosità, intensificatori di immagine a raggi X.

Ep includono anche stabilizzatori di corrente (barretter), stabilizzatori di tensione a scarica di gas (diodi zener) e meccanotroni - dispositivi che convertono la meccanica. parametri (variazione della distanza tra gli elettrodi, pressione, accelerazione, ampiezza e frequenza delle vibrazioni) nell'elettrico. segnali.

Illuminato.: Tyagunov GA, Electrovacuum e, M.-L., 1962; Dispositivi elettronici, ed. GG Shishkina, 4a ed., M., 1989; Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov AS, Electrovacuum dispositivi elettronici e a scarica di gas. Manuale, 2a ed., M., 1985.

A. A. Zhigarev.

Dispositivi per elettrovuoto.

1. Elettrovuoto chiamati dispositivi in ​​cui la conduttività elettrica è effettuata da elettroni o ioni che si muovono tra gli elettrodi attraverso un vuoto o un gas. I dispositivi di elettrovuoto sono suddivisi in lampade a controllo elettronico, fascio di elettroni e dispositivi di scarico del gas.

Gli elementi strutturali di base di qualsiasi dispositivo elettrovuoto sono elettrodi posti all'interno del cilindro (guscio a tenuta di gas). L'elettrodo di un dispositivo elettrovuoto è un conduttore che emette (emette) o raccoglie elettroni (ioni) o controlla il loro movimento da un elettrodo all'altro utilizzando un campo elettrico. A seconda dello scopo, si distinguono i seguenti elettrodi di un dispositivo elettrovuoto: catodo, anodo ed elettrodi di controllo.

^ Catodo- è una sorgente di elettroni in un dispositivo elettrovuoto.

Anodo– elettrodo accelerante - di solito funge sia da elettrodo di uscita che da collettore principale (collettore) di elettroni.

gestore chiamato elettrodo progettato per controllare il flusso principale di elettroni. Se l'elettrodo di controllo è realizzato sotto forma di griglia, viene spesso chiamato griglia di controllo. Gli elettrodi sono realizzati sotto forma di fili, piastre piatte, cilindri cavi e spirali; sono fissati all'interno del cilindro su appositi supporti - traverse e isolatori in mica o ceramica. Le estremità dei supporti sono saldate nella base in vetro del cilindro.

Cilindri i dispositivi per elettrovuoto sono gusci a tenuta di gas in vetro, metallo o ceramica. Nei cilindri delle lampade a controllo elettronico viene creato un vuoto di 10 -8 ... 10 -4 Pa e nei cilindri dei dispositivi a scarica di gas - 10 -1 ... 10 4 Pa.

^ Il primo dispositivo elettrovuoto al mondo - la lampada a incandescenza è stata inventata nel 1873 dallo scienziato russo A.N. Lodygin. Nel 1883, l'inventore americano T.A. Edison ha scoperto l'effetto del passaggio unidirezionale di un flusso di elettroni nel vuoto da un filamento riscaldato a una piastra metallica, se ad essi viene applicata una certa differenza di potenziale, ad esempio collegandosi a una cella galvanica. Così è apparso il prototipo della lampada elettronica. A quel tempo, una lampada del genere non poteva trovare applicazione pratica, ma continuava il lavoro sullo studio delle sue proprietà e delle condizioni per il passaggio degli elettroni nel vuoto.
^ 2. La base fisica del funzionamento delle lampade a controllo elettronico.

Lampada a controllo elettronico chiamato dispositivo elettrovuoto, il cui funzionamento si basa sul controllo di una corrente limitata da una carica spaziale, utilizzando i potenziali degli elettrodi. A seconda dello scopo, le lampade a controllo elettronico si suddividono in generatore, modulatore, controllo, amplificazione, raddrizzatore. In base al tipo di lavoro, si distinguono le lampade ad azione continua e pulsata e, in base alla gamma di frequenza, a bassa frequenza, alta frequenza e altissima frequenza. In base al numero di elettrodi, le lampade sono suddivise in diodi, triodi, tetrodi, pentodi, esodi, eptodi, ottodi, ennodi e decodifiche.

^ Emissione elettronica chiamata emissione di elettroni dalla superficie delle sostanze nello spazio circostante. Nei metalli, da cui sono fatti i catodi dei dispositivi per elettrovuoto, gli elettroni liberi sono in uno stato di moto termico continuo caotico e hanno una certa energia cinetica che dipende dalla temperatura del catodo.

termoionico chiamata emissione di elettroni, dovuta solo al riscaldamento del catodo (elettrodo). Come risultato del riscaldamento del metallo, l'energia cinetica degli elettroni e la loro velocità aumentano. Il principio di funzionamento dei catodi termoionici, ampiamente utilizzati nelle lampade a controllo elettronico, si basa sul fenomeno dell'emissione termoionica.
^ 3. Dispositivi a fascio di elettroni.

fascio di elettroni chiamati tali dispositivi di elettrovuoto che utilizzano un flusso di elettroni concentrato in un raggio stretto - un raggio di elettroni controllato sia in intensità che in posizione nello spazio. Uno dei dispositivi a raggi catodici più comuni è il tubo catodico ricevente (CRT).

CRT converte un segnale elettrico in un'immagine ottica. Esistono diversi tipi di CRT riceventi: proiezione, oscilloscopio, indicatore, stampa di caratteri, colore, monocromatico, valvola di luce e cinescopi.

I cinescopi moderni utilizzano la direzione del raggio misto. Un campo elettrico viene utilizzato per mettere a fuoco e un campo magnetico viene utilizzato per deviare il raggio.

^ Designazione CRT. Il primo elemento della designazione CRT è un numero che indica la dimensione dello schermo: il suo diametro o diagonale (per cinescopi con schermo rettangolare). Il secondo elemento sono due lettere che indicano il tipo di tubo (ad esempio, LO - oscilloscopio con sistema di controllo del raggio elettrostatico, LK - cinescopi con deflessione del raggio magnetico). Le lettere sono seguite da un numero con il quale vengono confrontati tubi dello stesso tipo con parametri diversi. Alla fine della designazione, viene inserita una lettera, in base alla quale viene determinato il colore del bagliore dello schermo (B - bianco, C - colore, I - verde, A - blu, ecc.). Ad esempio, 40LK6B è un cinescopio con una dimensione dello schermo diagonale di 40 cm, la sesta opzione di sviluppo, che ha un bagliore dello schermo bianco. Di solito, i produttori stranieri indicano la dimensione della diagonale del cinescopio in pollici (1 pollice equivale a 2,54 cm).
^ 4. Dispositivi di scarico del gas. Basi fisiche di funzionamento dei dispositivi a scarica di gas.

Una scarica elettrica nei gas (o vapori) è un insieme di fenomeni che si verificano in essi durante il passaggio di una corrente elettrica. Sono chiamati dispositivi elettrovuoto, le cui caratteristiche elettriche sono determinate principalmente dalla ionizzazione di un gas o vapore introdotto intenzionalmente scarico del gas.

Questi includono, ad esempio, valvole ioniche e di mercurio, tiratroni, spinterometri ionici, indicatori di scarica a bagliore.

A differenza delle lampade a controllo elettronico, in questi dispositivi, non solo gli elettroni, ma anche le particelle cariche (atomi, molecole) di gas o vapore - ioni - partecipano alla creazione di corrente.

^ Dispositivi a scarica di gas Sono costituiti da un contenitore a tenuta di gas (il più delle volte di vetro) riempito con un gas inerte, idrogeno o vapore di mercurio e un sistema di elettrodi metallici. La pressione del gas nella bombola, a seconda del tipo di dispositivo, varia da 10 -1 a 10 3 Pa e talvolta raggiunge 10 4 Pa.

In assenza dell'influenza delle fonti di ionizzazione, i gas sono costituiti da atomi e molecole neutri, quindi praticamente non conducono corrente elettrica. La corrente attraverso il gas (così come attraverso qualsiasi mezzo) scorre solo se in questo mezzo sono presenti particelle cariche elettricamente libere - portatori di carica. In un gas, possono formarsi se gli elettroni vengono "strappati" da atomi (o molecole) neutri a causa dell'azione di una sorta di fonte di energia. In questo caso si formano portatori di carica di segni diversi: elettroni - cariche negative e ioni positivi - atomi di gas che hanno perso elettroni - cariche positive.

In condizioni reali, qualsiasi gas risente sempre (anche se molto debolmente) della temperatura ambiente, delle radiazioni cosmiche e radioattive degli impianti industriali, ecc., contribuendo alla formazione di particelle cariche. Pertanto, in qualsiasi volume di gas ci sono sempre elettroni e ioni che possono causare una scarica elettrica. In una scarica elettrica si distinguono tre processi: l'eccitazione degli atomi, la loro ionizzazione e la ricombinazione di portatori di carica di segni diversi.

L'eccitazione degli atomi è il processo di transizione di uno dei suoi elettroni esterni verso un'orbita più distante dal nucleo a causa dell'energia acquisita a seguito di una collisione con un elettrone libero. Questo stato dell'atomo è instabile e dura poco: dalle unità alle decine di nanosecondi. Quindi l'elettrone ritorna alla sua precedente orbita e l'atomo irradia nello spazio esterno l'energia ricevuta durante la collisione. Questa energia viene rilasciata sotto forma di radiazione elettromagnetica, spesso accompagnata da un bagliore visibile del gas.

La ionizzazione degli atomi è il processo di formazione di ioni ed elettroni liberi da atomi elettricamente neutri.

I moderni dispositivi per elettrovuoto devono il loro aspetto all'inventore americano Thomas Edison. È stato lui a sviluppare il primo metodo di illuminazione di successo, utilizzando una lampadina elettrica per questo.

La storia della lampada

Al momento, è difficile credere che l'elettricità non sia esistita in tutti i periodi storici. Le prime lampadine a incandescenza apparvero solo alla fine dell'ottocento. Edison è riuscita a sviluppare un modello di lampadina, in cui si trovavano filamenti di carbonio, platino e bambù. È questo scienziato che è giustamente chiamato il "padre" del moderno, ha semplificato il circuito della lampadina, ha ridotto notevolmente i costi di produzione. Di conseguenza, nelle strade non apparve l'illuminazione a gas, ma elettrica e i nuovi dispositivi di illuminazione iniziarono a essere chiamati lampade Edison. Thomas ha lavorato a lungo per migliorare la sua invenzione, di conseguenza l'uso delle candele è diventato una misura non redditizia.

Principio di funzionamento

Che dispositivo hanno le lampadine a incandescenza Edison? Ogni dispositivo ha un corpo riscaldante, un bulbo di vetro, un contatto principale, elettrodi e una base. Ognuno di loro ha il suo scopo funzionale.

L'essenza di questo dispositivo è la seguente. Quando il corpo riscaldante è fortemente riscaldato da un flusso di particelle cariche, l'energia elettrica viene convertita in una forma leggera.

Affinché la radiazione possa essere percepita dall'occhio umano, è necessario raggiungere una temperatura di almeno 580 gradi.

Tra i metalli, il tungsteno ha il punto di fusione più alto, quindi è da esso che viene prodotto il corpo riscaldante. Per ridurre il volume, il filo iniziò a essere disposto a forma di spirale.

Nonostante l'elevata resistenza chimica del tungsteno, per la sua massima protezione contro il processo di corrosione, il corpo del filamento è posto in un recipiente di vetro sigillato, dal quale è stata preventivamente espulsa l'aria. Al contrario, nel pallone viene pompato un gas inerte, che impedisce al filo di tungsteno di entrare in reazioni di ossidazione. L'argon è spesso usato come gas inerte, a volte viene utilizzato azoto o krypton.

L'essenza dell'invenzione di Edison è che l'evaporazione che si verifica durante il riscaldamento prolungato del metallo è impedita dalla pressione creata da un gas inerte.

Caratteristiche della lampada

Ci sono diverse lampade progettate per illuminare una vasta area. Una caratteristica dell'invenzione di Edison è la possibilità di regolare la potenza di questo dispositivo, tenendo conto dell'area illuminata.

I produttori offrono diversi tipi di lampade, che differiscono per durata, dimensioni, potenza. Soffermiamoci su alcuni tipi di questi apparecchi elettrici.

I tubi a vuoto più comuni sono LON. Sono pienamente conformi ai requisiti igienici e la loro durata media è di 1000 ore.

Tra le carenze delle lampade per uso generale, ne segnaliamo una bassa: circa il 5 percento dell'energia elettrica viene convertito in luce, il resto viene rilasciato sotto forma di calore.

Lampade per proiettori

Hanno una potenza abbastanza elevata, pensati per illuminare grandi aree. I dispositivi per elettrovuoto sono divisi in tre gruppi:

• proiezione di film;
• fari;
• scopo generale.

La sorgente luminosa del proiettore si differenzia per la lunghezza del corpo del filamento, ha una dimensione più compatta, che consente di aumentare la luminosità complessiva e migliorare la focalizzazione del flusso luminoso.

I dispositivi di elettrovuoto a specchio hanno uno strato di alluminio riflettente, un diverso design della lampadina.

Quella parte di esso, che è progettata per condurre la luce, è realizzata in vetro smerigliato. Ciò ti consente di rendere la luce morbida, ridurre le ombre contrastanti di vari oggetti. Tali dispositivi di elettrovuoto sono utilizzati per l'illuminazione interna.

All'interno del pallone alogeno ci sono composti di bromo o iodio. Grazie alla loro capacità di resistere a temperature fino a 3000 K, la durata delle lampade è di circa 2000 ore. Ma questa sorgente ha anche i suoi inconvenienti, ad esempio una lampada alogena ha una bassa resistenza elettrica durante il raffreddamento.

parametri principali

In una lampada a incandescenza Edison, il filamento di tungsteno è disposto in diverse forme. Per un funzionamento stabile di un tale dispositivo è necessaria una tensione di 220 V. In media, la sua durata è compresa tra 3000 e 3500 ore. Considerando che la temperatura di colore è di 2700 K, la lampada fornisce uno spettro bianco caldo o giallo. Le lampade sono attualmente offerte in diverse dimensioni (E27). Se lo desideri, puoi prendere una lampada a forma di forcina, albero di Natale, spirale in un lampadario a soffitto o un'illuminazione a parete.

L'invenzione di Edison è suddivisa in classi separate in base al numero di filamenti di tungsteno. Il costo del dispositivo di illuminazione, la sua potenza e la vita operativa dipendono direttamente da questo indicatore.

Il principio di funzionamento di EVL

L'emissione termoionica consiste nell'emissione di elettroni da parte di un corpo incandescente riscaldato nel vuoto o in un mezzo inerte creato all'interno del bulbo. Per controllare il flusso di elettroni, viene utilizzato un campo magnetico o elettrico.

L'emissione termoionica consente di utilizzare praticamente le qualità positive del flusso di elettroni per generare, amplificare oscillazioni elettriche di varie frequenze.

Caratteristiche del tubo radio

Un diodo elettrovuoto è la base dell'ingegneria radio. Il design della lampada ha due elettrodi (catodo e anodo), una griglia. Il catodo fornisce l'emissione, per questo lo strato di tungsteno è ricoperto di bario o torio. L'anodo è costituito da una lastra di nichel, molibdeno e grafite. La griglia è un separatore tra gli elettrodi. Quando il fluido di lavoro viene riscaldato, viene creata una potente corrente elettrica dalle particelle in movimento nel vuoto. I dispositivi di elettrovuoto di questo tipo costituiscono la base dell'ingegneria radio. Nella seconda metà del secolo scorso, i tubi a vuoto sono stati utilizzati in vari campi dell'industria tecnica, radioelettronica.

Senza di loro, era impossibile produrre radio, televisori, apparecchiature speciali, computer.

Applicazioni

Con lo sviluppo della strumentazione di precisione, dell'elettronica radio, queste lampade hanno perso la loro rilevanza, hanno cessato di essere utilizzate su larga scala.

Ma anche ora ci sono tali aree industriali in cui è richiesto EVL, perché solo una lampada a vuoto è in grado di garantire le prestazioni dei dispositivi secondo i parametri specificati, in un determinato ambiente.

Gli EVL sono di particolare interesse per il complesso militare-industriale, poiché sono i tubi a vuoto che si distinguono per una maggiore resistenza agli impulsi elettromagnetici.

Un apparato militare può contenere fino a cento EVL. La maggior parte dei materiali semiconduttori, REC non può funzionare con una maggiore radiazione, così come in condizioni di vuoto naturale (nello spazio).

EVL contribuisce ad aumentare l'affidabilità e la durata di satelliti e razzi spaziali.

Conclusione

Nei dispositivi a elettrovuoto che consentono di generare, amplificare, convertire energia elettromagnetica, lo spazio di lavoro è completamente svincolato dall'aria, recintato dall'atmosfera da un guscio impenetrabile.

La scoperta dell'emissione termoionica ha contribuito alla creazione di una semplice lampada a due elettrodi chiamata diodo a vuoto.

Quando è collegato a un circuito elettrico, all'interno del dispositivo appare una corrente. Quando la polarità della tensione cambia, scompare e non importa quanto sia caldo il catodo. Mantenendo un valore costante della temperatura del catodo riscaldato, è stato possibile stabilire una relazione diretta tra la tensione anodica e l'intensità della corrente. I risultati ottenuti sono stati utilizzati nello sviluppo di dispositivi elettronici per il vuoto.

Ad esempio, un triodo è un tubo a vuoto con tre elettrodi: un anodo, un catodo termoionico e una griglia di controllo.

Furono i triodi a diventare i primi dispositivi utilizzati per amplificare i segnali elettrici all'inizio del secolo scorso. Attualmente, i triodi sono stati sostituiti da transistor a semiconduttore. I triodi a vuoto vengono utilizzati solo in quelle aree in cui è necessario convertire segnali potenti con un numero ridotto di componenti attivi e peso e dimensioni possono essere trascurati.

I potenti tubi radio sono paragonabili ai transistor in termini di efficienza e affidabilità, ma la loro durata è molto più breve. Nei triodi a bassa potenza, la maggior parte del calore va alla potenza in cascata consumata, a volte il suo valore raggiunge il 50%.

I tetrodi sono un tubo elettronico a doppia griglia progettato per aumentare la potenza e la tensione dei segnali elettrici. Questi dispositivi hanno un guadagno maggiore rispetto al triodo. Tali caratteristiche di progettazione consentono di utilizzare i tetrodi per amplificare le basse frequenze in televisori, ricevitori e altre apparecchiature radio.

I consumatori utilizzano attivamente lampade a incandescenza, in cui il corpo del filamento è un filamento o filo di tungsteno. Questi dispositivi hanno una potenza da 25 a 100 W, la loro durata è di 2500-3000 ore. I produttori offrono lampade con basi, forme e dimensioni diverse, quindi puoi scegliere l'opzione della lampada, tenendo conto delle caratteristiche del dispositivo di illuminazione, dell'area della stanza.

La creazione di tubi a vuoto ha permesso di creare sistemi di comunicazione radio e di trasmissione. Lo sviluppo e la produzione di dispositivi a raggi catodici ha contribuito all'emergere e allo sviluppo della televisione. Negli anni 20-50. il secolo scorso si è formata come un ramo indipendente dell'elettronica e dell'industria del vuoto. A metà del secolo scorso, è stata creata la prima generazione di computer sulla base di dispositivi elettronici per il vuoto.

Con lo sviluppo della gamma di frequenza superiore a 500 MHz è iniziata una fase qualitativamente nuova nello sviluppo dell'elettronica del vuoto. Con un aumento della frequenza e una diminuzione della lunghezza d'onda della radiazione, aumenta la possibilità di concentrare la radiazione elettromagnetica in un raggio stretto. L'uso di raggi altamente direzionali nella gamma radio riduce l'interferenza reciproca dei radar che operano contemporaneamente, aumenta la portata dei sistemi radio e consente di ottenere un'elevata precisione nella determinazione delle coordinate degli oggetti. Sono stati sviluppati i principi del controllo dinamico del flusso elettronico. Apparvero dispositivi di nuove classi: klystron, magnetron, tubi a onde mobili (TWT) e altri basati sull'interazione degli elettroni con i campi elettromagnetici. Le onde elettromagnetiche nella gamma delle microonde hanno una grande capacità informativa. Nei sistemi di comunicazione radio, ciò consente di aumentare il numero di canali di comunicazione telefonica e telegrafica. Nelle comunicazioni spaziali, il meccanismo del passaggio della radiazione elettromagnetica attraverso gli strati ionizzati dell'atmosfera è particolarmente importante. Questi strati dell'atmosfera sono i più permeabili alle radiazioni a microonde. Tutto ciò ha permesso di formare l'elettronica a microonde come una direzione indipendente nell'elettronica del vuoto.

A seconda del principio di funzionamento, dello scopo, i dispositivi e i dispositivi dell'elettronica del vuoto sono suddivisi in lampade elettroniche, dispositivi a microonde, dispositivi a raggi catodici, dispositivi fotoelettronici e a raggi X.

La classificazione dei dispositivi elettronici per il vuoto è mostrata in fig. 2.1.

2.1. Lampade elettroniche

I tubi a vuoto sono dispositivi a vuoto con catodo termoionico e controllo elettrostatico del flusso di elettroni, utilizzati per rilevare, generare e convertire segnali elettrici. Diversi numeri di elettrodi vengono utilizzati per controllare il flusso di elettroni. Gli elettrodi permeabili al flusso di elettroni sono chiamati griglie. In base al numero di elettrodi, si distinguono diodi, triodi, tetrodi, pentodi, ecc.

I tubi a vuoto progettati per rilevare (raddrizzare), convertire in frequenza e amplificare segnali elettrici, principalmente a frequenze fino a 300 MHz, nonché per generare oscillazioni elettriche a bassa potenza in vari dispositivi di ricezione, amplificazione e misurazione, sono comunemente chiamati lampade amplificatrici (PUL) .

Storicamente, il primo PUL era un diodo elettrovuoto inventato dallo scienziato inglese J.A. Fleming nel 1905. Nel 1907, l'ingegnere americano Lee de Forest creò un triodo in cui, per la prima volta, il controllo elettrostatico degli elettroni liberi veniva effettuato utilizzando una griglia di controllo. Dopo il triodo, sono stati costruiti un tetrodo e un tetrodo a raggio, un pentodo. Quindi sono comparsi i PUL multifunzionali (esodo, eptodi, ottodi, pentagridi), nonché lampade combinate (doppi triodi, diodi - pentodi, triodi - eptodi, ecc.).

Strutturalmente, il PUL è un cilindro in cui è inserito un sistema di elettrodi, collegati mediante saldatura a resistenza ai terminali a tenuta di vuoto del dispositivo. La sigillatura della lampada si ottiene sia mediante saldatura elettrica per PUL in un cilindro metallico, sia mediante saldatura con torce gas-plasma per cilindri di vetro. I moderni PUL consentono di eseguire trasformazioni lineari e non lineari di oscillazioni elettriche con frequenze dell'ordine di 10 10 Hz.

Un diodo è un dispositivo sottovuoto a due elettrodi avente un anodo e un catodo. Il diodo conduce la corrente in una direzione, dal catodo all'anodo e viene utilizzato per convertire la corrente alternata in corrente continua (kenotron).

Gli elettroni emessi dal catodo creano una carica spaziale tra il catodo e l'anodo. A un potenziale positivo all'anodo, la barriera di potenziale negativo della carica spaziale viene superata da elettroni più veloci, che creano 42

corrente anodica nel circuito esterno (Fig. 2.2, b, curva 1). La corrente anodica è determinata dalla tensione anodica U & , nonché dalla corrente di emissione del catodo. Con un aumento della tensione anodica, compaiono elettroni energetici che superano il potenziale negativo della carica dell'elettrone (curva 2). In questo caso, la corrente anodica è inferiore alla corrente di emissione. Nella modalità di carica spaziale, la crescita della corrente anodica obbedisce alla legge di tre secondi: / a = kU & yi.

Con un ulteriore aumento della tensione anodica in tutti i punti dello spazio interelettrodico, il potenziale diventa positivo rispetto al catodo e tutti gli elettroni emessi dal catodo raggiungono l'anodo (Fig. 2.2, curva 3). Il regime di saturazione prevede vari £/a e U Hac. Sulla fig. 2.2, nella famiglia degli anodi vengono fornite le caratteristiche del diodo.

I parametri principali del diodo sono: pendenza S = dlJdU ^ resistenza interna D = 1/S. La conduzione unilaterale del diodo ne consente l'utilizzo per rettificare la corrente alternata, rilevare le oscillazioni elettromagnetiche e convertire le frequenze.

Un triodo è un dispositivo elettrovuoto, un tubo a vuoto a tre elettrodi con una griglia di controllo tra l'anodo e il catodo (Fig. 2.3). Modificando il potenziale di griglia U c , si può controllare il valore della corrente anodica /a o, che è la stessa cosa, il numero di elettroni che passano attraverso la griglia dal catodo all'anodo. La presenza di una griglia consente l'utilizzo di triodi per amplificare e generare oscillazioni elettromagnetiche. Esistono caratteristiche della griglia dell'anodo / a \u003d D £ 4) a una tensione anodica costante, griglia / c \u003d LYu (Fig. 2.3, b) e caratteristiche dell'anodo / a \u003d LYu P R E tensione di rete costante (Fig. 2.3 , c). Queste caratteristiche sono dette statiche.

Riso. 2.2. Diodo:

d - simbolo; 6-distribuzione potenziale nel catodo gap - anol-

c - caratteristica dell'anodo

Se un carico è incluso nel circuito dell'anodo, quando la corrente cambia, la tensione cambierà contemporaneamente. Questa modalità e parametri corrispondono alla modalità di carico dinamico.

Anodo-grid / a \u003d D Shch a U a - const e ingresso di rete / c ~AUc) a e l \u003d const le caratteristiche di corrente-tensione sono mostrate in Fig. 2.3, b. Le caratteristiche dell'uscita dell'anodo / a = / £4) a U c = const per diversi valori della tensione sulla rete sono mostrate in fig. 2.3, c.

I triodi vengono utilizzati principalmente per convertire informazioni, in particolare per amplificare e generare oscillazioni elettriche. Gli svantaggi dei triodi includono un guadagno relativamente basso e una grande capacità C ca, che forma un feedback tra l'uscita e l'ingresso del circuito della lampada - In determinate condizioni si verificano autoeccitazione e deterioramento delle prestazioni. Da queste carenze, dispositivi come tetrodi e pentodi, che hanno griglie aggiuntive per controllare i parametri del fascio di elettroni, sono in gran parte esenti.

Un tetrodo è un dispositivo elettrovuoto, una lampada a quattro elettrodi con una seconda griglia dello schermo C 2, che consente di ridurre la capacità di trasmissione. Quando il tetrodo funziona nel circuito di amplificazione, viene applicata una tensione positiva costante alla griglia dello schermo rispetto al catodo e Ce ~ 0,5 £ / a - Gli elettroni che passano attraverso la griglia dello schermo vengono parzialmente intercettati da essa, formando una corrente di 1 Cb In questo caso, la capacità di trasmissione della lampada può diminuire di due ordini di grandezza e aumentare il guadagno statico (Fig. 2.4, b).

A basse tensioni sulla griglia Q, si nota una sezione in caduta della caratteristica, associata all'eliminazione degli elettroni secondari dall'anodo: l'effetto dinatrone. La sezione in caduta riduce la regione di cambio C / a e il circuito si autoeccita. Per rimuovere la dina-

Riso. 2.4. Tetrodo:

a - simbolo, b - caratteristica dell'anodo a diverse tensioni sulla griglia C,

effetto tron, viene introdotta un'altra griglia - antidynatron C 3 . Si trova tra la griglia di schermatura e l'anodo ed è sotto il potenziale catodico o un piccolo potenziale positivo.

Se creiamo un raggio di elettroni a forma di nastro, un raggio leggermente divergente, a causa dell'aumento della densità di carica spaziale vicino all'anodo, viene creata una piccola barriera di potenziale. È lui che riflette gli elettroni secondari emessi dall'anodo, il che rende possibile non introdurre una terza griglia di antidinatrone nel progetto. Questo design del tetrodo è chiamato tetrodo a raggio. Negli stadi di uscita dei trasmettitori radio, i tetrodi a fascio sono ampiamente utilizzati per generare oscillazioni RF (1 GHz).

I tetrodi includono nuvistor, una lampada ricevente-amplificatrice in miniatura in ceramica-metallo con un sistema di elettrodi cilindrici a sbalzo. Questo design fornisce una maggiore resistenza alle vibrazioni e stabilità termica.

Pentodo - lampada a cinque elettrodi (Fig. 2.5). Grazie alla griglia protettiva Cz, nello spazio tra l'anodo e la griglia schermante si crea un campo che impedisce agli elettroni secondari di entrare nella griglia C 2 (Fig. 2.5, a). Ciò consente di impedire la penetrazione di elettroni dall'anodo alla griglia dello schermo. Per il pentodo viene eliminata la flessione nella caratteristica dell'anodo, caratteristica dei tetrodi (Fig. 2.5, b).

I pentodi sono divisi in ricetrasmettitore e generatore, che hanno una tensione positiva sulla griglia C3. Nei pentodi a doppio controllo, la griglia C3 è la seconda griglia di controllo, a cui viene applicato un potenziale negativo. In questo caso si forma una carica spaziale tra le griglie C 2 e C 3 e a

catodo virtuale. In questa regione il potenziale è zero, gli elettroni vengono decelerati, creando una parvenza di catodo. Gli svantaggi dei pentodi includono una grande capacità tra la terza griglia e l'anodo. Ciò limita il limite superiore della gamma di frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche amplificate.

Per eliminare questa mancanza, viene introdotta un'altra griglia. Questo disegno è chiamato esodo.

Hexode è un dispositivo elettrovuoto, una lampada elettronica con sei elettrodi funge da mixer di frequenza. La tensione del segnale viene solitamente applicata alla prima griglia di controllo. Una tensione alternata sulla seconda griglia di controllo modifica la distribuzione della corrente nella lampada. In questo caso, la pendenza della caratteristica della corrente anodica sulla prima griglia cambia con la frequenza dell'oscillatore locale, la tensione ai suoi capi cambia con la frequenza del segnale in ingresso.

Di conseguenza, la corrente anodica è una combinazione di oscillazioni, in particolare oscillazioni della frequenza intermedia f np 0 M = = / g - / s, dove / g è la frequenza dell'oscillatore locale; f c - frequenza del segnale. Gli esodi sono usati anche per amplificare i segnali ad alta frequenza. Nei circuiti radio vengono solitamente utilizzate lampade combinate del tipo triodo-esodo.

Heptode: un tubo elettronico a sette elettrodi, funge da convertitore di frequenza e lampada di miscelazione. L'anello dell'oscillatore locale è incluso nel circuito della prima griglia di controllo, la bobina di retroazione è inclusa nel circuito della seconda griglia, la terza e la quinta griglia sono utilizzate per la schermatura, perché nell'esodo una griglia di schermatura non è sufficiente . La quarta griglia serve anche per controllare il flusso, è alimentata con una tensione di segnale.

A volte un eptodo è considerato come un triodo più un tetrodo. Una lampada con due comandi, due scudi e una griglia senza giri è chiamata petagrid (dal latino pente - cinque, griglia - griglia).

Octode: un tubo a vuoto a otto elettrodi ne ha sei

reti ed è progettato per funzionare nei convertitori di frequenza dei ricevitori radio. In sostanza, questo è un eptodo migliorato. La sesta griglia è l'antidinatron, che consente di aumentare l'ampiezza dei segnali di uscita. Octodes non ha ricevuto molta distribuzione.

Sono stati creati tubi a vuoto con nove e dieci elettrodi (decodifica). Tuttavia, non hanno trovato applicazione pratica. I più diffusi sono i doppi diodi - triodi, doppi triodi, triodi - pentodi.

Si noti che dal punto di vista dell'analisi del sistema, tutti i progetti considerati corrispondono al modello proposto di dispositivi elettronici per il vuoto. ^J

Disegni lampada. Le lampade elettroniche progettate per convertire l'energia di una sorgente di corrente continua o alternata in energia ad alta frequenza fino a 10 GHz sono chiamate lampade generatore. Ci sono vari modelli di lampade del generatore. Nelle lampade miniaturizzate e subminiaturizzate, le dimensioni sono il parametro determinante. Una di queste lampade è la lampada a stelo. Una caratteristica del suo design è la presenza di un catodo a riscaldamento diretto, nonché il design di griglie sotto forma di barre metalliche poste parallele al catodo.

Lampade di ricezione-amplificazione (PUL) - tubi a vuoto progettati per il rilevamento, la conversione di frequenza e l'amplificazione di segnali elettrici a frequenze fino a 300 MHz, nonché per la generazione di oscillazioni elettriche.

I PUL sono utilizzati come elementi di controllo di un generatore o amplificatore nei trasmettitori radio per trasmissioni, televisione, radar, acceleratori di particelle ed elettronica medica. Ci sono bassa potenza (fino a 25 W), media

lampade di potenza (fino a 1 kW), potenti (fino a 200 kW) e per impieghi gravosi (oltre 200 kW). Possono funzionare nelle lunghezze d'onda HF (fino a 30 MHz), VHF (fino a 300 MHz) o microonde (fino a 10 GHz).

Di particolare interesse sono le potenti lampade del generatore e del modulatore. I progetti di potenti dispositivi elettronici prevedono misure per rimuovere l'energia dall'anodo. A seconda del metodo di estrazione dell'energia termica in eccesso dall'anodo, si distinguono i dissipatori di calore radiante, aria, acqua e evaporativo.

Per aumentare la dissipazione del calore, la superficie dell'anodo viene aumentata con l'aiuto di un radiatore alettato e la lampada viene posta in un volume sigillato, attraverso il quale l'aria purificata da polvere, sporco e vapori d'olio viene azionata forzatamente da una ventola.

Nelle lampade con raffreddamento ad acqua e evaporativo, l'anodo con parte del cilindro è posto in un recipiente ermetico chiuso, attraverso il quale scorre l'acqua ad una pressione di (2 ... 3) 10 5 Pa.

Nelle lampade con raffreddamento evaporativo, l'anodo viene raffreddato rimuovendo il calore di vaporizzazione.

Le potenti lampade sono rese pieghevoli per la possibilità di riparazione e sostituzione di singole parti. Questi dispositivi richiedono una manutenzione speciale durante il funzionamento. Sulla fig. 2.6 mostra vari tipi di lampade in ceramica-metallo prodotte nello stabilimento di Svetlana.

Tra l'anodo e la griglia sono talvolta posti degli schermi che migliorano la schermatura dell'anodo e quindi riducono la capacità della griglia-anodo (Fig. 2.7).

2.2. dispositivi a microonde

lampade elettroniche a microonde. Nell'intervallo di frequenza superiore a 100 MHz, il funzionamento dei tubi elettronici è notevolmente influenzato dall'inerzia degli elettroni, dalle capacità degli interelettrodi e dalle induttanze di ingresso-uscita. Per ridurre l'inerzia, gli elettrodi piatti sono realizzati con una distanza tra gli elettrodi di 0,1 ... 0,3 mm, i conduttori degli elettrodi sotto forma di conduttori spessi, i cavi della griglia e del catodo - i contatti a forma di anello premuti contro i contatti dei dispositivi coassiali risonanti, il cavo dell'anodo - un perno di grande diametro (Fig. 2.8).

Per un diodo piatto e il tempo di volo t = - =

Un fattore importante è l'angolo di volo 0, che è uguale alla variazione di fase della tensione ad alta frequenza sugli elettrodi durante il tempo t del volo degli elettroni della distanza interelettrodo d. L'equazione per determinare l'angolo di span è 0 = 18/rf/ > /Z/o, dove/ è la frequenza, MHz; d, cm;

(/o - tensione all'anodo, V.

Alle basse frequenze, il diodo è una resistenza attiva R h e alle alte frequenze è una resistenza complessa. La progettazione dei tubi sottovuoto a microonde dovrebbe soddisfare al massimo i requisiti del tempo minimo di volo degli elettroni e delle capacità minime degli interelettrodi e delle induttanze di uscita. Distinguere le lampade del generatore e del modulatore.

Le lampade a microonde sono triodi, tetrodi a fascio, pentodi. Per generare onde metriche (più di 6 m), vengono utilizzati pentodi e tetrodi a fascio. Nella modalità pulsata, le lampade del generatore di impulsi vengono utilizzate per il radar. I triodi modulatori vengono utilizzati per la modulazione nei trasmettitori radiotelefonici, negli amplificatori di trasmissione.

Klystrons [dal greco. klyzi - per colpire, colomba (onda) e ... trono] - dispositivi a microonde elettrovuoto, il cui funzionamento si basa sulla modulazione della velocità Fig. 2.8. Triodo elettrico metallo-ceramica- FLUSSO DI ELETTRONICO mediante campi a microonde di risonanza vibrazionale

sistemi. Gli elettroni sono raggruppati in grappoli e quindi l'energia cinetica degli elettroni raggruppati viene convertita nell'energia delle vibrazioni a microonde. I Klystron sono progettati per generare e amplificare le oscillazioni elettromagnetiche.

Secondo il metodo di conversione dell'energia della fonte di alimentazione nell'energia delle oscillazioni delle microonde, i klystron appartengono a dispositivi di tipo O o dispositivi con controllo dinamico del flusso di elettroni. In tali dispositivi viene utilizzato il meccanismo della modulazione ad alta velocità. Il principio di raggruppare gli elettroni in grappoli è alla base della fisica dei klystron. Sulla fig. 1.16, b mostra un diagramma del raggruppamento di elettroni nello spazio del risonatore. Elettroni per i quali l'Usin co? > 0, riceve un'accelerazione aggiuntiva ed elettroni con СЛsin с/< 0 замедляются. Электроны

1, 2, 3 ritornano al risonatore in un momento e formano un gruppo di elettroni (vedi Fig. 1.15, b).

Va notato in particolare che in dispositivi di questo tipo i portatori del segnale informativo sono le cosiddette disomogeneità dinamiche. In questo caso, questi sono mazzi di elettroni. La formazione di grappoli di elettroni è peggiorata sia dalle forze di Coulomb che dal tempo finito di volo degli elettroni tra le griglie del risonatore.

Sulla fig. 2.9 mostra il design del klystron. Il fascio di elettroni formato dal cannone elettronico 1 viene accelerato dal campo dell'elettrodo 2 e penetra nello stretto spazio A tra le pareti del risonatore toroidale di ingresso (raggruppatore di elettroni) 4 e si sposta nel tubo di deriva 6.

Non ci sono campi elettrici nel tubo di deriva e la modulazione della velocità del flusso viene convertita in modulazione della densità al suo interno. Successivamente, il flusso di fasci di elettroni entra nel risonatore di uscita 5.

Il secondo risonatore serve per estrarre energia ad alta frequenza dal flusso di elettroni. La frequenza di arrivo di mazzi di elettroni nel secondo risonatore è uguale alla frequenza del segnale in ingresso. La corrente viene indotta sulla superficie interna delle pareti del secondo risonatore (di uscita). Apparendo tra le griglie del risuonatore elettrico

il campo rallenta gli elettroni. L'energia cinetica degli elettroni ricevuti dalla sorgente di tensione in accelerazione viene convertita nell'energia delle oscillazioni delle microonde. Gli elettroni che passano attraverso il secondo spazio vuoto entrano nel collettore e si dissipano su di esso sotto forma di calore.

Le caratteristiche del klystron rispetto alle lampade a microonde sono:

mancanza di controllo elettrostatico del flusso di elettroni;

uso del controllo dinamico basato sulla modulazione ad alta velocità e sul raggruppamento di elettroni;

utilizzare il principio di indurre corrente nell'output gap B e separare le funzioni dell'output gap e del collettore di elettroni;

l'uso di risonatori cavi che soddisfano i requisiti della gamma delle microonde;

separazione del catodo dalla composizione del circuito ad alta frequenza e posizione del gap di accelerazione davanti al gap di controllo ad alta frequenza.

Un klystron (amplificatore) può essere convertito in un auto-oscillatore introducendo un feedback positivo tra i risonatori di uscita e di ingresso.

Un aumento del guadagno del klystron è possibile a causa di una connessione a cascata o della creazione di strutture multicavità con focalizzazione elettrostatica periodica del fascio di elettroni. Il klystron riflettente ha un risuonatore di campo, che viene perforato due volte da un'elettronica

fluire. Il risonatore svolge il ruolo di accumulatore di elettroni durante il primo passaggio di elettroni attraverso lo spazio vuoto e il ruolo di circuito di uscita durante il secondo passaggio attraverso lo spazio vuoto.

Affinché il klystron sia in grado di generare oscillazioni a microonde, i fasci di elettroni devono passare attraverso lo spazio vuoto durante il movimento inverso nei momenti in cui è presente un campo elettrico ad alta frequenza ritardante. A tal fine, R e ", la tensione sull'elettrodo accelerante e la tensione sul riflettore vengono regolate contemporaneamente (Fig. 2.10). Il ritorno degli elettroni nell'intervallo del risonatore A è assicurato utilizzando un riflettore che si trova sotto un negativo potenziale rispetto a

al catodo. Quando si utilizza un klystron riflettente come amplificatore, la corrente nel raggio viene ridotta rispetto a quella iniziale e il raggio di elettroni a velocità modulata nel flusso riflesso si trasforma in un raggio a densità modulata. In questo caso, nel risonatore viene eccitato un segnale amplificato.

Lo scopo principale dei klystron riflettenti è generare oscillazioni a microonde a bassa potenza. Il loro vantaggio è la semplicità del design, la facilità di sintonizzazione e le buone caratteristiche di modulazione. Un importante vantaggio risiede nell'elevata resistenza meccanica e affidabilità.

Ci sono klystron riflettenti con risonatori esterni e interni. I Klystron con sintonizzazione della frequenza integrata si sono diffusi, la cui creazione è diventata possibile grazie alla tecnologia sviluppata per la produzione di contatti elettrici scorrevoli nel vuoto. La gamma di sintonia è 10 ... 15% e l'efficienza è superiore al 40%.

Klystron amplificatori multibeam (MJIK), sviluppati negli anni '60. hanno una tensione di alimentazione 2-3 volte inferiore, una massa del dispositivo 3-4 volte inferiore e una banda di frequenza operativa 2-5 volte maggiore rispetto ai dispositivi a raggio singolo. I potenti klystron multibeam hanno da 6 a 36 raggi e operano sui più alti tipi di oscillazioni.

I klystron amplificatori multibeam sono ampiamente introdotti nei moderni sistemi di apparecchiature radioelettroniche. Sono la base dei trasmettitori dei moderni complessi avanzati aviotrasportati, marini e terrestri. È stata sviluppata una vasta gamma di klystron domestici (Fig. 2.11).

Le lampade a onde mobili sono dispositivi a vuoto con interazione sincrona a lungo termine di un flusso di elettroni con un'onda elettromagnetica lenta. Il campo elettromagnetico del sistema di rallentamento è la somma di un insieme infinito di armoniche spaziali. Se la velocità di fase coincide con la direzione della velocità di gruppo dell'onda elettromagnetica, allora tali armoniche sono dirette. Se la velocità di fase è opposta alla velocità di gruppo, allora stiamo parlando di armoniche inverse.

Per un'interazione a lungo termine degli elettroni con un campo elettromagnetico, è necessario soddisfare la condizione di adattamento di fase, in base alla quale la velocità dell'elettrone nel flusso Vrp coincide con la VELOCITÀ D'ONDA di fase Uf.

L'interazione a lungo termine degli elettroni con un'onda elettromagnetica itinerante che si propaga in un sistema oscillatorio non risonante è alla base del funzionamento dei TWT amplificatori e generatori.

In questo caso, gli elettroni accelerati vengono raggruppati e l'energia degli elettroni rallentati viene trasferita al campo delle microonde.

Ci sono lampade ad onda diretta, o TWT, e lampade ad onda inversa (BWO).

In un TWT, la direzione del movimento dell'elettrone coincide con la direzione del movimento dell'energia nel sistema a onde lente. In questi dispositivi, il flusso di elettroni interagisce con un'onda lenta diretta o con un'armonica spaziale positiva (Fig. 2.12).

I dispositivi che utilizzano l'interazione di un fascio di elettroni con onde all'indietro o armoniche spaziali negative sono chiamati BWO. Nelle lampade ad onda inversa, il flusso di elettroni si sposta verso il flusso di energia. Sulla fig. 2.12, c mostra un TWT di tipo O nei raccordi coassiali Gli elettroni emessi dal catodo sono accelerati da una tensione Uo, che fornisce la condizione di sincronismo richiesta tra gli elettroni e l'onda rallentata a una velocità di v \u003d 0,1 s, dove c è la velocità della luce. Il movimento dell'energia nel sistema di rallentamento avviene nella direzione del movimento degli elettroni. La focalizzazione del flusso di elettroni viene effettuata utilizzando un campo magnetico costante creato dal solenoide. I grappoli di elettroni formano 54

mentre si muovono lungo l'asse della lampada, inducono corrente nelle spirali e creano anche un campo ad alta frequenza ritardante. È questo campo ritardante che assicura l'estrazione di energia dal flusso di elettroni e l'amplificazione del segnale di ingresso.

Il principale vantaggio del TWT è un'ampia banda di frequenze amplificate. Oltre all'amplificazione dei TWT, sono stati sviluppati TWT di conversione. Nelle lampade di questo tipo, il flusso di elettroni viene prima modulato in velocità da un segnale di frequenza Q ed entra nello spazio di interazione del sistema di rallentamento. Attraverso il dispositivo di input vengono alimentate le oscillazioni a microonde con una frequenza di ω * 10Q. L'interazione di un fascio di elettroni modulato da due frequenze con il campo di un'onda itinerante porta alla formazione di una complessa struttura periodica di fasci di elettroni. Eccitano nel sistema ritardante oscillazioni con frequenze ω e ω ± mQ, dove m è un intero. Solitamente, i parametri del sistema di ritardo sono ottimizzati per il funzionamento a una frequenza ω + Q. A seconda della modalità operativa, il TWT è suddiviso in pulsato, continuo e quasi continuo. In base al livello di potenza di uscita, si distinguono i TWT di potenza bassa (1 ... Yu W), media (10 ... 100 W) e alta.

I primi TWT furono creati per radar, ricognizioni radio e contromisure radio. Negli ultimi anni, i TWT multipath sono stati utilizzati per i sistemi di comunicazione, comprese le comunicazioni spaziali. Creato-

ma una nuova direzione sono i TWT multi-beam, che consentono di realizzare i sistemi di trasmissione multimodali in termini di potenza di uscita. Sono state sviluppate catene TWT che forniscono controllo della potenza da centinaia di watt a decine di kilowatt, alta efficienza e un'ampia larghezza di banda. Sono stati realizzati TWT ad onde millimetriche pulsate con una potenza di uscita di 20 W nella banda da 3 mm e 2 kW nella banda da 8 mm.

Le lampade backwave sono talvolta chiamate anche carsinotroni. Il loro lavoro si basa sul fenomeno fisico dell'interazione a lungo termine del flusso di elettroni e dell'onda inversa del campo elettromagnetico. Lo schema del WTW è mostrato in fig. 2.13.

Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerati dalla tensione in modo che la condizione di sincronismo sia soddisfatta. In questo caso, la velocità dell'elettrone e la velocità di fase dell'armonica inversa nel BWO coincidono nella direzione e il flusso di energia è diretto nella direzione opposta dal collettore di elettroni al cannone elettronico. Pertanto, l'uscita di energia si trova all'estremità del cannone del sistema di decelerazione. Tutte le armoniche dirette vengono assorbite dal carico adattato.

L'energia cinetica del flusso di elettroni viene convertita nell'energia di un campo elettromagnetico, la cui intensità nel sistema di guida d'onda aumenta dal collettore al catodo. Le onde elettromagnetiche amplificate che si propagano verso il flusso di elettroni interagiscono con il flusso di elettroni con un effetto crescente. Il flusso di elettroni è sia una fonte di energia che un collegamento che fornisce un feedback positivo nella lampada. La generazione di oscillazioni nel BWO viene effettuata per la presenza di feedback interno distribuito lungo la lunghezza della lampada. Questa connessione è dovuta al contromovimento dell'energia e dell'onda nel sistema di rallentamento della WWO e fornisce

la possibilità di una regolazione regolare della frequenza di generazione con una variazione della tensione di accelerazione.

Le lampade dei tipi LBV e LBV sono divise in due gruppi principali. I dispositivi di tipo O includono lampade con un campo magnetico longitudinale, che serve solo allo scopo di focalizzare un raggio di elettroni rettilineo. I dispositivi di tipo M includono tutti i dispositivi a microonde in cui il campo magnetico costante è trasversale.

In questo caso, gli elettroni si muovono in campi elettrici e magnetici incrociati. In un BWO di tipo M, il flusso di elettroni cede parte della sua energia potenziale all'onda elettromagnetica. Il flusso elettronico si forma in dispositivi di questo tipo in onde elettromagnetiche incrociate. La potenza di uscita è all'interno

0,1...1,0 kW con sintonia elettronica della frequenza. I BWO funzionano nella gamma di frequenza di 0,5 ... 18,0 GHz, la potenza di uscita è nella gamma di 0,1 ... 1,0 kW con sintonizzazione elettronica della frequenza fino al 30%, l'efficienza è nella gamma di 5 ... 50% .

I magnetron (dal latino magnetis - magnete) sono diodi cilindrici coassiali in un campo magnetico diretto lungo il suo asse. Il magnetron appartiene alla classe dei dispositivi generatori di microonde a elettrovuoto, in cui la formazione di un fascio di elettroni e la sua interazione con il campo elettromagnetico a microonde avvengono nello spazio di interazione, dove si incrociano i campi elettrici e magnetici. La vista generale del magnetron è mostrata in fig. 2.14.

Il numero di risonatori in un diodo di tipo magnetron è sempre pari.

Nello spazio tra il catodo e l'anodo si verificano processi tipici di qualsiasi dispositivo a microonde. Il controllo del flusso di elettroni, la formazione di fasci di elettroni e il rilascio di energia in un campo elettrico ad alta frequenza: tutti questi processi si verificano nello stesso spazio.

A causa della dispersione dei campi dei singoli risonatori, le loro oscillazioni sono rigidamente collegate tra loro e il sistema

Riso. 2.15. Traiettorie cicloidali di elettroni in un magnetron piatto (a) e formazione di fasci di elettroni (raggi) nello spazio di interazione di un magnetron cilindrico (b)

il tema di tutti i risonatori è un unico sistema oscillatorio.

Le oscillazioni ad alta frequenza nello spazio di interazione del magnetron hanno la forma di un'onda stazionaria (Fig. 2.15, b). Tali onde possono essere interpretate come la somma di due onde in movimento che si propagano in direzioni opposte.

Ciò si ottiene selezionando i valori della tensione anodica e dell'intensità del campo magnetico. Gli elettroni si condensano in grappoli che sembrano raggi. All'interno dei raggi, le traiettorie degli elettroni sono complesse (vedi Fig. 2.15, b).

L'energia cinetica degli elettroni mentre si muovono nei raggi è determinata dalla velocità degli elettroni mentre si muovono lungo una traiettoria cicloidale. È massimo nella parte superiore della cicloide, dove la velocità è definita come v max = 2E/B.

Il meccanismo di trasferimento dell'energia dell'elettrone al campo ad alta frequenza consiste nel ridurre l'energia dell'elettrone, che è massima al catodo e prossima allo zero all'anodo. La trasformazione dell'energia dell'elettrone nell'energia del campo delle microonde continua dal momento della loro emissione dal catodo fino al momento in cui raggiungono l'anodo. Si noti che alcuni degli elettroni ritornano al catodo come risultato di traiettorie complesse e contribuiscono ad un aumento dell'emissione dovuto all'effetto dell'emissione di elettroni secondari. Le condizioni di sincronismo sono soddisfatte al rapporto ottimale tra la tensione anodica e il valore del campo magnetico.

Nei dispositivi di tipo M si osserva il fenomeno del bombardamento posteriore del catodo. A volte in questi dispositivi, al posto dei catodi termoionici, vengono utilizzati catodi a emissione secondaria, che non richiedono un riscaldatore. Ciò consente di aumentare la durata e l'affidabilità dei dispositivi. 58

EIN B, ■ ■

A seconda della modalità di funzionamento, ci sono magnetron ad azione pulsata e continua. In base alla progettazione, i magnetron possono essere sintonizzabili in frequenza o sintonizzati su una frequenza specifica. Alcuni tipi di magnetron sono mostrati in fig. 2.16. Ecco alcuni tipi di magnetron.

Il mitron è un magnetron, la cui frequenza delle oscillazioni generate varia in un ampio intervallo ed è proporzionale alla tensione anodica.

Amplitron (platinotron) è un potente amplificatore ad onda inversa di tipo magnetron con un flusso di elettroni chiuso.

Dematron è un amplificatore ad onda diretta di tipo magnetron con emissione distribuita.

L'iniettore è un tubo modulatore pulsato a tre elettrodi in cui un cannone magnetron viene utilizzato per formare un raggio di elettroni e controllare la corrente.

Karmatron è un dispositivo a onda all'indietro di tipo magnetron che utilizza l'interazione di un fascio di elettroni chiuso con un sistema di ritardo coordinato.

Il maser di risonanza del ciclotrone appartiene ai dispositivi a microonde elettrovuoto. Il suo lavoro si basa sul processo di interazione di un flusso di elettroni che si muovono in un campo magnetico costante lungo traiettorie elicoidali con campi ad alta frequenza di risonatori o guide d'onda a una frequenza vicina o multipla della frequenza ciclotronica degli elettroni. Questi dispositivi sono simili a quelli quantistici. In essi, l'amplificazione delle onde elettromagnetiche viene effettuata mediante radiazione indotta. Questi dispositivi formano una classe separata di dispositivi a microonde. Il primo dispositivo di questa classe era un girotron, un generatore nella gamma millimetrica, con una potenza raggiunta di centinaia di kilowatt. È stata sviluppata un'intera classe di dispositivi di amplificazione: gyroklystron, gyrotwistron, gyro-TWT.

2.3. dispositivi a fascio di elettroni

I dispositivi a fascio di elettroni sono chiamati una classe di dispositivi di elettrovuoto progettati per convertire informazioni, in cui per questi scopi viene utilizzato un flusso di elettroni sotto forma di raggio o raggio di raggi.

Esistono quattro tipi principali di dispositivi a raggi catodici: segnale - luce; la luce è un segnale; segnale - segnale; la luce è luce.

I dispositivi del tipo a luce di segnalazione sono dispositivi a fascio catodico che consentono di convertire i segnali elettrici in immagini luminose.

Secondo il modello proposto di un dispositivo elettrico a vuoto, il fascio di elettroni formato dal dispositivo di controllo viene convertito in un segnale luminoso come risultato del rilevamento.

Un tubo dell'oscilloscopio è un dispositivo a raggi catodici progettato per visualizzare e registrare in forma grafica il corso di processi veloci. Un esempio "diagramma di un tubo dell'oscilloscopio è mostrato in Fig. 1.11 e in 2.17 - un diagramma semplificato di un oscilloscopio a fascio catodico basato su di esso. Il generatore di spazzata G genera impulsi di una determinata frequenza del tipo "sega", che vengono alimentati attraverso l'amplificatore di deflessione orizzontale Y x a piastre deflettrici orizzontali Per studiare processi singoli o non periodici, il generatore deve generare impulsi singoli.

oscillogramma del processo fisico. Per calibrare la scala temporale, nell'oscilloscopio è integrato un generatore di timestamp MB, che genera segnali periodici di una determinata durata. Questi segnali vengono inviati attraverso l'amplificatore U g all'elettrodo modulante del tubo, che forma i segni. Con il loro aiuto, diventa possibile determinare la durata del processo in esame, nonché i suoi singoli dettagli.

Le caratteristiche principali di un tubo dell'oscilloscopio sono la banda di frequenza registrata, la sensibilità del sistema di deviazione e la velocità di registrazione del segnale senza distorsioni. La memorizzazione di dispositivi catodici oscillografici consente di memorizzare sia processi singoli che continui. La velocità di registrazione dei segnali è nell'intervallo fino a 10 4 km/s, e possono essere memorizzati per ore e nuovamente visualizzati sullo schermo. Sono stati realizzati tubi a banda larga e oscilloscopi per la gamma delle microonde, che consentono di rilevare segnali nella gamma di frequenza fino a 10 GHz. Per fare ciò, invece di deviare le piastre, hanno iniziato a utilizzare sistemi di deviazione del segnale come un'onda mobile.

Un cinescopio (dal greco kinesis - movimento e skopeo - guardo) è un dispositivo a raggio catodico progettato per ricevere segnali elettrici e convertirli in un'immagine luminosa, come quella televisiva. Ci sono cinescopi monocromatici ea colori.

Il funzionamento di un cinescopio si basa sul fenomeno di convertire l'energia di un fascio di elettroni in un segnale luminoso per effetto della catodoluminescenza. Considera il design del cinescopio, basato sul modello proposto del dispositivo elettrovuoto.

Il fascio di elettroni è controllato sia con l'ausilio di sistemi di deflessione elettrostatica sia con l'ausilio di due coppie di bobine magnetiche deflettrici montate sul collo del cinescopio (Fig. 2.18, a). Il simbolo per i cinescopi è piuttosto complicato. Sulla fig. 2.18, b mostra una tale designazione per un cinescopio a tre raggi di produzione domestica. La luminosità del bagliore in un certo punto dello schermo è determinata dall'intensità istantanea del raggio controllata dal segnale televisivo ricevuto. La conduttività elettrica dei fosfori è piuttosto bassa. Gli elettroni che si depositano sullo schermo lo caricano con una carica negativa e il flusso del fascio di elettroni verso lo schermo potrebbe interrompersi. Tuttavia, i fosfori hanno un alto coefficiente di emissione di elettroni secondari. Questo fenomeno viene utilizzato per deviare le cariche ricoprendo l'interno dello schermo con uno strato conduttivo e collegandolo all'anodo.

Nella televisione a colori sono ampiamente utilizzati i cinescopi mascherati, il cui schermo è formato da strisce strette di fosfori di colore rosso (K), verde (3) e blu (C). Questo tipo di maschera è chiamato maschera d'ombra a fessura (Fig. 2.19, a) - Tre proiettori elettronici formano tre convergenti sullo schermo

fascio di elettroni, ognuno dei quali eccita il bagliore del fosforo di un solo colore. Con una maschera scanalata, i faretti si trovano sullo stesso piano e, quando si utilizza una maschera con fori rotondi, si trovano lungo i vertici di un triangolo equilatero (Fig. 2.19, b). Questo tipo è anche chiamato disposizione a forma di delta su un piano.

La percezione dell'intera gamma di colori è fornita a livello fisiologico: l'aggiunta di radiazioni da tre fosfori contemporaneamente sulla retina. L'intensità della loro eccitazione è proporzionale al segnale video.

Display (dall'inglese display - show) - un dispositivo per la visualizzazione visiva di informazioni, solitamente sullo schermo di un dispositivo a raggi catodici.

Le informazioni sul display provengono direttamente dal computer, oppure vengono immesse dall'operatore dalla tastiera del pannello di controllo.

Il display include un pannello di controllo con una tastiera e un microcontrollore per la comunicazione con un computer.

Un dispositivo del tipo a segnale luminoso viene utilizzato principalmente per convertire un'immagine in una sequenza di impulsi elettrici per trasmetterli a distanza.

Iconoscopio (dal greco eikon - immagine e skopeo - guardo) - il primo di questo tipo di dispositivo. Il principio del suo funzionamento si basa sull'accumulo di una carica elettrica su un bersaglio fotosensibile a mosaico dovuto ai processi di un effetto fotoelettrico esterno.

Il bersaglio fotosensibile dell'iconoscopio è un substrato dielettrico su cui è depositato uno strato fotosensibile. Sull'altro lato del substrato viene applicato uno strato di metallo, che è una targa segnaletica (Fig. 2.20)

Riso. 2.20. Schema dell'iconoscopio:

/ - catodo (proiettore elettronico); 2 - sistema di deviazione; 3 - lente; 4 - collettore di foto e elettroni deviatori; 5- targa segnaletica a mosaico; 6 - segnale video; 7 - obiettivo fotografico;

L'immagine proiettata crea un potenziale rilievo sul mosaico dovuto all'effetto fotoelettrico, corrispondente alla distribuzione dell'illuminazione dell'oggetto. Il fascio di elettroni scansiona la superficie e carica tutti gli elementi dello schermo a mosaico in base alla carica accumulata in precedenza. La corrente nel circuito della piastra del segnale viene modulata dalle cariche accumulate.

L'iconoscopio è stato ulteriormente sviluppato nel supericonoscopio. In esso, il mosaico fotosensibile è sostituito da un fotocatodo solido e da un bersaglio solido (la sensibilità è un ordine di grandezza superiore), che sono separati nello spazio. L'accumulo di carica e la formazione di un potenziale rilievo si verificano a causa dell'emissione di elettroni secondari durante il bombardamento del bersaglio da parte di fotoelettroni nel processo di trasferimento dell'immagine elettronica.

Carica i dispositivi di archiviazione.

Vidicon (dal latino video - Vedo e greco eikon - immagine) - un dispositivo televisivo che trasmette raggi catodici con accumulo di carica, la cui azione si basa su un effetto fotoelettrico interno.

L'immagine che deve essere trasmessa su un canale televisivo viene focalizzata sul target vidicon utilizzando una lente (Fig. 2.21). Il bersaglio è un sottile strato di semiconduttore depositato su un substrato conduttivo trasparente - una piastra di segnale (Fig. 2.21, b). Ciascun elemento coperto dal fascio può essere rappresentato come un circuito di capacità e di resistenza dipendente dalla luce tra la superficie irradiata dal fascio di elettroni e la piastra di segnalazione.

Il processo di formazione dell'immagine avviene sotto forma di creazione di pacchetti di addebito. Le capacità elementari degli elementi target vengono scaricate tramite resistenze locali. Si noti che maggiore è l'illuminazione locale, minore diventa la resistenza.

l'area corrispondente e la capacità corrispondente vengono scaricate più fortemente che in aree meno illuminate. Viene creato un cosiddetto sgravio di addebito.

Durante il ciclo successivo di scansione da parte del fascio di elettroni, i condensatori vengono ricaricati. La corrente di carica dipende dal grado di scarica del condensatore. Pertanto, sulla piastra si forma un segnale video Uc.

Successivamente apparvero i vidicon, la cui caratteristica distintiva era la composizione del bersaglio, che determinava in gran parte le caratteristiche dei vidicon.

I primi vidicon di questo tipo avevano un bersaglio di antimonio trisulfur SbS3. Nel tempo sono apparse varietà di vidicon.

Plumbicon - vidicon, il cui bersaglio è uno strato di ossido di piombo Pb0 depositato su una pellicola trasparente di biossido di stagno Sn0 2 che funge da piastra di segnalazione. È caratterizzato da un'elevata sensibilità alla luce e da una bassa inerzia.

Cadmicon è un vidicon il cui target è realizzato sulla base del seleniuro di cadmio CdSe.

Saticon è un vidicon con un bersaglio amorfo basato su Se - As - Te.

Nuvicon è un vidicon con un target basato sul composto ZnS - Cd - Te.

Halnikon è un vidicon a base di CaSe a eterogiunzione di seleniuro di cadmio.

Kremnikon - dispositivi basati su mosaic />-i-junctions in silicio. Il supersilicio utilizza elettroni ad alta energia che vengono accelerati fino a 10 kV.

Rebicon è un vidicon a fascio di elettroni inversi in cui un segnale elettrico viene prelevato da un collettore che riceve un flusso modulato di elettroni secondari amplificati da un moltiplicatore di elettroni secondario.

Secon - un dispositivo di trasmissione a fascio di elettroni (una specie di vidicon) con un bersaglio le cui azioni si basano sul fenomeno della conduttività elettronica secondaria. I Secon sono caratterizzati da elevata sensibilità, bassa inerzia e ridotti ingombri, semplicità e affidabilità.

Orticon è un dispositivo trasmittente a fascio di elettroni con accumulo di carica su un bersaglio fotosensibile a mosaico e lettura dell'immagine da parte di un fascio di elettroni lenti. Il nome è dovuto all'incidenza ortogonale del fascio di elettroni a scansione sul bersaglio. Il fenomeno fisico dell'effetto fotoelettrico esterno è posto alla base del lavoro dell'orticon.

Superorthicone. - un apparecchio televisivo trasmittente ad alta sensibilità con accumulo di carica, trasferimento dell'immagine da un fotocatodo ad un target double-face, con lettura dell'immagine dal target mediante elettroni lenti e successiva amplificazione del segnale video mediante moltiplicatore di elettroni secondario. I superorthicon funzionano nell'oscurità quasi totale (quando l'illuminazione dell'autocatodo è 1 10~ 7 ... 10 -8 lux). Svantaggi: grandi dimensioni di ingombro, grande massa e potenza e fonti di alimentazione.

Isokon è un dispositivo della classe superorticon, in cui è presente un sistema per dividere il raggio di ritorno, un bersaglio che trasmette elettroni dispersi.

Contrastcon - un orticon con uno speciale miglioramento del contrasto dell'immagine trasmessa.

Per l'uso nella televisione a colori, vengono utilizzati tre vidicon con filtri colorati appropriati o un vidicon con uno speciale design del target. Al bersaglio

strutture integrate di filtri luminosi che forniscono la codifica e la separazione dei segnali corrispondenti ai tre colori primari.

Dispositivi senza accumulo di carica.

Dissectors (dal lat. dissector - cut) - un dispositivo di trasmissione a fascio di elettroni senza accumulo di carica, che serve a convertire un'immagine ottica in una sequenza di segnali elettrici (Fig. 2.22). Il funzionamento del dispositivo si basa sull'effetto fotoelettrico esterno. L'assenza del principio di accumulo di carica aumenta la velocità dei dissettori, la possibilità del loro utilizzo in processi veloci. L'industria nazionale ha sviluppato un'ampia gamma di dispositivi di trasmissione a raggi catodici.

I dispositivi del tipo segnale-segnale sono convertitori a fascio di elettroni di segnali elettrici che consentono di convertire una sequenza di segnali elettrici in ingresso in una sequenza modificata di segnali elettrici in uscita. Strutturalmente, questi dispositivi sono basati su un tubo catodico oscillografico. Invece di un nodo radiante, viene utilizzata una matrice funzionale con trasparenza elettronica variabile sull'area irradiata.

La corrente che passa attraverso questa matrice è modulata da una certa funzione di due variabili e ulteriormente amplificata dal collettore. È possibile ottenere istantaneamente i valori desiderati della correzione lineare o angolare richiesta, anticipo, offset. La precisione del calcolo è inferiore all'1%, il tempo di calcolo è di microsecondi.

I dispositivi da segnale a segnale consentono di convertire un segnale analogico in uno discreto, memorizzare il segnale con la successiva riproduzione, convertire i segnali televisivi secondo vari standard, ecc.

Nei dispositivi di memoria, un fascio di elettroni viene modulato da un segnale elettrico in ingresso durante la scansione di un bersaglio, che è uno strato dielettrico su una superficie metallica. Il fascio di elettroni forma un potenziale rilievo sulla superficie del dielettrico. La lettura viene effettuata dallo stesso fascio di elettroni o da un diverso. I convertitori di memoria consentono di riprodurre ripetutamente le informazioni registrate.

I trasduttori di memoria includono graphecon, lithokon, potenzialescopio e altri trasduttori. Strumenti di questo tipo hanno fatto ampio uso della ricca funzionalità del fascio di elettroni.

Negli ultimi anni i dispositivi elettrovuoto del tipo segnale-segnale sono stati soppiantati da dispositivi micro e fotoelettronici.

I dispositivi del tipo luce - luce sono progettati per convertire un'immagine da una regione dello spettro a un'altra, nonché per migliorare la luminosità delle immagini e visualizzare oggetti debolmente luminosi che sono inaccessibili all'osservazione diretta da parte dell'occhio.

I dispositivi di questo tipo includono convertitori elettroni-ottici (EOC). Il tubo intensificatore di immagine si basa sul principio di convertire la radiazione ottica in radiazione elettronica, amplificandola e convertendo inversamente un'immagine elettronica in una ottica (vedi Fig. 2.22). L'amplificazione è fornita dai processi di accelerazione degli elettroni da un forte campo elettrico. In questo caso, l'immagine invisibile all'occhio viene convertita in uno spettro ottico. L'amplificazione della radiazione ottica può raggiungere diversi ordini di grandezza. Creando tubi intensificatori di immagine multicamera, è possibile ottenere un'amplificazione fino a 10 7 volte. Ciò consente di registrare ogni atto di fotoemissione. Come fotocatodi vengono utilizzati rivestimenti multi-alcali di antimonio-cesio o ossigeno-cesio. La risoluzione N, che è caratterizzata dalla nitidezza dell'immagine, è limitata dalle aberrazioni del sistema elettrone-ottico. Solitamente N * 25 linee/mm. I tubi intensificatori di immagine sono ampiamente utilizzati nella tecnologia IR, nella spettroscopia, nella medicina, nella fisica nucleare, ecc.

Recentemente, per migliorare l'immagine, vengono utilizzate lastre a microcanali, caratterizzate da un elevato coefficiente di emissione di elettroni secondari.

2.4. Dispositivi fotoelettronici

I dispositivi fotoelettronici sono dispositivi di elettrovuoto che convertono i segnali elettromagnetici del campo ottico in segnali elettrici. I dispositivi fotoelettronici sottovuoto includono principalmente fotocellule e fotomoltiplicatori, che utilizzano un effetto fotoelettrico esterno.

Una fotocellula del vuoto è costituita da un fotocatodo, un anodo e un cilindro del vuoto (Fig. 2.23). Lo strato fotosensibile viene applicato direttamente sul contenitore di vetro (Fig. 2.23, b, d), o sulla superficie di uno speciale substrato montato all'interno del contenitore (Fig. 2.23, c). Il flusso luminoso Ф colpisce il fotocatodo e stimola l'emissione di fotoelettroni; di conseguenza, si crea un flusso di elettroni liberi tra il fotocatodo e l'anodo.

Le fotocellule sottovuoto con fotocatodi antimonio-cesio, multi-alcali o ossigeno-argento-cesio sono le più utilizzate (Fig. 2.23, d). L'utilizzo delle fotocellule a gas è limitato dalla loro instabilità e dalla non linearità delle loro caratteristiche luminose.

Un fotomoltiplicatore (PMT) è progettato per amplificare le deboli fotocorrenti. Il suo lavoro si basa sull'effetto dell'emissione di elettroni secondari. Il PMT è costituito da un fotocatodo, una cascata di dinodi che forniscono la moltiplicazione elettronica a causa dell'emissione di elettroni secondari, un anodo e elettrodi aggiuntivi posti in un contenitore sottovuoto (Fig. 2.24).

Il flusso luminoso stimola l'emissione di fotoelettroni dal fotocatodo. Il sistema elettro-ottico della camera d'ingresso dirige gli elettroni emessi verso il sistema di moltiplicazione elettronica del dinodo. Un flusso di elettroni secondari moltiplicato per ciascun dinodo entra nell'anodo.

I progetti dei fotomoltiplicatori sono molto diversi, ma il principio è lo stesso: la moltiplicazione degli elettroni avviene nel sistema

dinodi discreti. Hanno una forma ad avvallamento, scatolare, toroidale o a lamelle con disposizione lineare o circolare. La fotocorrente dovuta all'effetto dell'emissione di elettroni secondari può essere aumentata fino a 10 8 volte.

In base al loro scopo funzionale, i PMT formano due grandi gruppi: metri di flussi luminosi estremamente bassi costanti o che cambiano lentamente; registratori di flussi luminosi deboli a breve termine.

I PMT sono ampiamente utilizzati per rilevare radiazioni deboli fino a singoli quanti, nonché in varie apparecchiature ottiche. I progetti PMT sono stati sviluppati per il funzionamento in diverse regioni dello spettro delle radiazioni elettromagnetiche.

Un fotomoltiplicatore elettronico a canale singolo è un dinodo o canale continuo, alle estremità del quale viene applicata una tensione di circa 1 ... 3 kV. Uno strato attivo viene creato sul lato interno della superficie del canale, che ha emissione di elettroni secondari e resistenza elettrica distribuita. Il movimento degli elettroni secondari avviene sotto l'azione di un campo elettrico assiale. Il guadagno in un tale PMT raggiunge valori dell'ordine di 10 .

Un moltiplicatore di elettroni secondari (SEM) è un dispositivo elettronico sotto vuoto progettato per moltiplicare gli elettroni secondari. Le turbine eoliche senza guscio sono chiamate turbine eoliche aperte e sono utilizzate in condizioni di vuoto naturale. Le turbine eoliche con guscio o di tipo chiuso sono ampiamente utilizzate in varie apparecchiature di ricerca e industriali.

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