Dispozitive de vid și aplicarea acestora. Instrumente și dispozitive electronice de vid

Caracteristicile statice, dintre care cele mai importante sunt anodul-grilă și anodul, sunt măsurate la un parametru constant.

Caracteristicile anod-grilă reflectă dependența curentului anodic de tensiunea de pe rețea la o anumită tensiune anodică constantă, adică I a =f(U c) la U a =const.

Astfel de caracteristici sunt luate pentru mai multe tensiuni anodice și se obține o familie de caracteristici anod-grilă, prezentate în figura de mai jos:

1 - caracteristicile grilei anodice ale triodei; 2 - caracteristicile anodului triodului.

Triodă este un aparat de vid electric cu trei electrozi, unul dintre cele mai comune în tehnologia electronică.

Cei trei electrozi ai săi - anodul, catodul și grila - sunt plasați în interiorul unui cilindru din care este evacuat aerul. Între catod, care este de obicei situat în centrul cilindrului, și anod, care este cel mai adesea cilindric sau în formă de cutie, există o grilă de control în formă de spirală. Simbolul unei triode reflectă structura sa fundamentală.

Având în vedere proiectarea triodei, nu este greu de înțeles că, deoarece secțiunea transversală este situată mult mai aproape de catod decât anod, influența potențialului său asupra curentului lămpii depășește semnificativ influența potențialului anodului. Așa se explică funcția principală a triodei: controlul unui curent mare în circuitul anodului prin semnale (potenţiale) de putere redusă furnizate circuitului reţelei.

a - dispozitiv triodă; b - desemnarea pe diagrame; c - schema de conectare pentru luarea caracteristicilor

Figura de mai sus (c) arată una dintre opțiunile pentru conectarea unei triode. Sursa de alimentare E a, rezistorul Ra și secțiunea anod - catod formează circuitul anod, iar sursa de alimentare E c, rezistența și secțiunea grilă - catod formează circuitul grilă. În acest circuit, prin schimbarea poziției contactului culisant pe rezistorul Rc, se poate seta una sau alta tensiune pe rețea.

Când tensiunea nu este aplicată rețelei (egal cu zero), practic nu are niciun efect asupra funcționării lămpii și trioda acționează, în esență, în același mod ca lampa cu doi electrozi discutată anterior - dioda.

Dacă există o tensiune negativă pe rețea și e, atunci apare un câmp electric între acesta și catod, care împiedică mișcarea electronilor și limitează curentul anodului. Este posibil să setați o astfel de tensiune negativă pe rețea încât curentul anodului să se oprească cu totul, deoarece toți electronii vor fi respinși de rețea înapoi la catod. În acest caz, se spune că lampa este blocată și se numește tensiunea rețelei corespunzătoare potenţial de blocare.

Dioda- cel mai simplu tub de electroni cu doi electrozi. Cei doi electrozi ai săi sunt catodul (încălzit direct sau indirect) și anodul (de obicei cilindric). Principala proprietate a diodelor este conductivitatea unidirecțională, adică capacitatea de a trece curentul într-o singură direcție.

Circuite de conectare a diodelor:

a - cu catod încălzit direct; b - cu catod încălzit indirect.

Catodul este conectat la o sursă de curent E n (pentru diode cu catod încălzit direct E n este de aproximativ 1-2 V, pentru diode cu catod încălzit indirect 6,3 V), iar circuitul anodic este conectat la o sursă de curent E a (de obicei, valorile lui E a sunt în intervalul 80-300 V, dar pentru lămpile de mare putere ajung la câțiva kilovolți). Este caracteristic că în lămpile cu catod încălzit circuitul filamentului și circuitul anodului sunt complet separate, ceea ce creează o serie de avantaje de proiectare.

Lampa electrica- cel mai comun aparat de aspirare electric. Electrozii sunt plasați într-un cilindru de lampă din sticlă, metal, metal-ceramic sau plastic, din care a fost evacuat aerul.

În funcție de scopul și tipul lămpii, pot fi mai multe dintre ele, dar orice lampă are doi electrozi principali:

• catod— sursa de electroni;
• anod- receptor de electroni.

Mișcarea electronilor în vid de la un electrod la altul determină curentul electric al lămpii.

Există catozi încălziți direct și indirect.

Catod cu filament direct

Catodul cu filament direct este un filament metalic 1 atașat la suporturile 2. Acest filament este întins de arcuri 3, care sunt atașate la traverse instalate în cilindrul lămpii. Firul este încălzit de un curent electric care trece prin el (de obicei constant).

Dispozitive de electrovacuum(tuburi electronice, tuburi catodice, fotomultiplicatoare, fotocelule etc.), alături de semiconductori, formează baza tehnologiei radio-electronice moderne.

Dispozitivele electrovacuum utilizează în activitatea lor un flux direcționat de electroni în vid, care apare și ca urmare a fenomenului fizic de emisie de electroni, care este înțeles ca fenomenul de emisie de electroni de către un metal sub influența căldurii, luminii. sau alte influențe.

Esența emisiei electronice este următoarea. După cum se știe, electronii din metale sunt capabili să-și părăsească atomii relativ ușor. Astfel de electroni se numesc electroni liberi. Locul lor în atomi este ocupat de electronii liberi, care pot părăsi la fel de ușor atomii. Dacă conductorului nu este aplicată tensiune electrică, atunci electronii liberi se mișcă haotic, într-o varietate de direcții și cu viteze diferite. Electronii liberi pot părăsi conductorul, dar acest lucru este împiedicat din două motive.

În primul rând, deasupra suprafeței conductorilor se formează un strat de sarcini negative, creat de acei electroni care părăsesc momentan conductorul și revin din nou. Acest strat există în mod constant, deoarece chiar dacă electronii revin la conductor, alții noi apar deasupra suprafeței sale etc. Dar, deoarece un anumit număr de electroni se află în afara conductorului, atunci conductorul însuși trebuie să aibă sarcini pozitive în exces formate de acei atomi care au electroni pierduti. Sarcinile pozitive sunt concentrate în apropierea suprafeței interioare a conductorului. Un strat electric dublu de sarcini negative și pozitive creează un câmp de întârziere la suprafața conductorului. Aceasta înseamnă că, pentru a părăsi conductorul, electronul trebuie să depășească acest câmp, adică să lucreze. Prin urmare, electronul trebuie să aibă energia corespunzătoare.

DISPOZITIVE ELECTRICE DE VACUUM-dispozitive în care curentul este transferat de electroni sau ioni care se deplasează între electrozi prin mare sau gaz în interiorul unui înveliș etanș la gaz.

Dispozitivele electronice sunt împărțite în două mari clase: dispozitive electronice și dispozitive ionice.În dispozitivele electronice, transferul de energie electrică. în spațiul interelectrod este determinată de mișcarea electronilor liberi emiși de catod în vid înalt. În dispozitivele cu descărcare în gaz (ion) în transferul de energie electrică. Sarcina implică atât electroni, cât și sarcini grele. particule - ioni formați prin interacțiunea electronilor care se mișcă într-un curent electric. câmp, cu atomi de gaz umplând dispozitivul.

Una dintre caracteristicile trecerii curentului într-un dispozitiv electronic este dependența neliniară a mărimii curentului care curge prin dispozitiv de mărimea curentului aplicat - neliniar caracteristici volt-amper, margini pentru dispozitive electronice la plural. cazurile pot fi descrise printr-o funcție exponențială. Caracteristicile dispozitivelor de descărcare în gaze au diferite tipuri: în sus, în coborâre, explozive etc. Multe. Tipurile de energie electrică au conductivitate unidirecțională - condițiile de trecere a curentului se schimbă brusc atunci când polaritatea tensiunii aplicate se modifică.

Mărimea curentului care trece prin curentul electric poate fi controlată într-o gamă largă - de la „blocare” (zero) până la valoarea maximă posibilă pentru un dispozitiv dat și practic fără consum de energie.

Dispozitivele electrice electronice sunt practic fără inerție, adică modificarea curentului care circulă prin dispozitiv are loc aproape instantaneu atunci când tensiunea aplicată se modifică. Acest lucru este determinat de faptul că electronii se mișcă în electric câmp în spațiul liber (vid mare), poate dobândi o viteză apropiată de: la trecerea printr-un câmp accelerator cu o diferență de potențial de 100 kV, viteza electronului este ~(2/3) Cu. La astfel de viteze, timpul de zbor al unui electron prin spațiul interelectrod este<=10 -10 -10 -9 с, что позволяет считать Э. п. приборами мгновенного действия.

Majoritatea dispozitivelor electronice sunt convertoare de informații (semnale), atât în ​​ceea ce privește tipul de energie convertită, cât și parametrii de conversie.

În funcție de tipul de energie care se transformă, centralele electrice sunt împărțite în grupe: energie electrică de conversie. semnale electrice cu alți parametri; transformatoare electrice semnale în optică (luminoasă); optic - la electric; optic-optic cu alți parametri.

EP-urile pot transforma magnitudinea (amplitudinea) unui semnal, amplificând tensiunea, curentul, puterea și luminozitatea optică. imagini etc. într-o gamă foarte largă de modificări ale valorii semnalului convertit, de exemplu. din punct de vedere al puterii – de la fracțiuni de W la zeci de MW. E.p. poate converti semnalele în frecvență, generând oscilații HF și microunde, detectând, redresând AC. curent (de asemenea, într-o gamă foarte largă - de la zero la zeci de GHz). Un număr de E. p. sunt folosite pentru comutarea (comutarea) electrică. circuite de mare putere și de înaltă tensiune folosind semnale de control de putere redusă.

La E. p., conversia electrică. semnalele în cele electrice cu alți parametri includ tuburi vid, dispozitive electronice cu microunde ( klystroni, magnetroni, tub cu undă călătoare, tub cu undă înapoi), tuburi catodice de stocare, anumite dispozitive de descărcare în gaz (supape de mercur, gastroni, tiratroni cu arc etc.). Dispozitive care convertesc electricitatea. Semnalele optice primesc tuburi catodice (osciloscoape, tuburi indicatoare, tuburi imagine), indicatoare de tensiune a luminii electronice, lămpi cu incandescență, surse de lumină cu descărcare în gaz, inclusiv lămpi fluorescente (vezi. ) . Conversia semnalelor optice (luminoase) în cele electrice se realizează prin vid fotocelule difuzarea televiziunii. tuburi (disectoare, superorticoane, vidiconi etc.). Conversie optică semnale în cele optice cu alți parametri are loc folosind convertoare electron-optice, intensificatoare de luminozitate, intensificatoare de imagine cu raze X.

E. p. includ, de asemenea, stabilizatori de curent (barretters), stabilizatori de tensiune cu descărcare în gaz (diode zener) și mecanotroni - dispozitive care convertesc energia mecanică. parametrii (modificarea distanței dintre electrozi, presiunea, accelerația, amplitudinea și frecvența vibrațiilor) în electricitate. semnale.

Lit.: Tyagunov G. A., Electrovacuum and, M.-L., 1962; Dispozitive electronice, ed. G.G. Shishkina, ed. a 4-a, M., 1989; Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S., Dispozitive electronice electrovacuum și cu descărcare în gaz. Director, ed. a II-a, M., 1985.

A. A. Jigarev.

Dispozitive de electrovacuum.

1. Electrovacuum sunt dispozitive în care conductivitatea electrică este realizată de electroni sau ioni care se deplasează între electrozi prin vid sau gaz. Dispozitivele de electrovacuum sunt împărțite în lămpi controlate electronic, fascicul de electroniȘi dispozitive de evacuare a gazelor.

Elementele structurale de bază ale oricărui dispozitiv electric de vid sunt electrozii plasați în interiorul unui cilindru (carcasa etanșă la gaz). Electrodul unui dispozitiv electric de vid este un conductor care emite (emite) sau colectează electroni (ioni) sau controlează mișcarea acestora de la electrod la electrod folosind un câmp electric. În funcție de scop, se disting următorii electrozi ai unui dispozitiv electric de vid: catodici, anod și de control.

^ Catod– este o sursă de electroni într-un dispozitiv electric de vid.

Anod– electrod de accelerare – servește de obicei atât ca electrod de ieșire, cât și ca colector principal (colector) de electroni.

Managerii numit electrod conceput pentru a controla fluxul principal de electroni. Dacă electrodul de control este realizat sub formă de grilă, este adesea numit grilă de control. Electrozii sunt realizați sub formă de fire, plăci plate, cilindri goale și spirale; se fixeaza in interiorul cilindrului pe suporturi speciale - traverse si izolatori mica sau ceramici. Capetele suporturilor sunt lipite în baza de sticlă a cilindrului.

Cilindrii Dispozitivele de electrovacuum sunt carcase etanșe la gaze din sticlă, metal sau ceramică. În cilindrii lămpilor controlate electronic se creează un vid de 10 -8 ... 10 -4 Pa, iar în cilindrii dispozitivelor cu descărcare în gaz - 10 -1 ... 10 4 Pa.

^ Primul dispozitiv de electrovacuum din lume – lampa cu incandescență a fost inventată în 1873 de omul de știință rus A.N. Lodygin. În 1883, inventatorul american T.A. Edison a descoperit efectul unui flux unidirecțional de electroni în vid de la un filament încălzit la o placă de metal dacă li se aplică o anumită diferență de potențial, de exemplu, prin conectarea acesteia la o celulă galvanică. Așa a apărut prototipul tubului electronic. La acel moment, o astfel de lampă nu putea găsi aplicații practice, dar au continuat lucrările de studiere a proprietăților sale și a condițiilor de trecere a electronilor în vid.
^ 2. Baza fizică a funcționării lămpilor controlate electronic.

Lampă controlată electronic se numește dispozitiv electrovacuum, a cărui funcționare se bazează pe controlul unui curent limitat de o sarcină spațială folosind potențialele electrodului. În funcție de scopul lor, lămpile controlate electronic sunt împărțite în generator, modulator, control, amplificare și redresor. După tipul de lucru, se disting lămpile continue și în impulsuri, iar după intervalul de frecvență - frecvență joasă, frecvență înaltă și frecvență ultra-înaltă. În funcție de numărul de electrozi, lămpile sunt împărțite în diode, triode, tetrode, pentode, hexode, heptode, octode, ennode și decodificări.

^ Emisia electronica numită emisie de electroni de la suprafața substanțelor în spațiul înconjurător. În metalele din care sunt fabricați catozii aparatelor electrice de vid, electronii liberi se află într-o stare de mișcare termică continuă haotică și au o anumită energie cinetică, în funcție de temperatura catodului.

Termionic numită emisie de electroni cauzată numai de încălzirea catodului (electrodul). Ca urmare a încălzirii metalului, energia cinetică a electronilor și viteza lor cresc. Principiul de funcționare al catozilor termoionici, care sunt utilizați pe scară largă în lămpile controlate electronic, se bazează pe fenomenul de emisie termoionică.
^ 3. Dispozitive cu fascicul de electroni.

Fascicul de electroni se numesc astfel de dispozitive electrovacuum care folosesc un flux de electroni concentrat într-un fascicul îngust - un fascicul de electroni controlat atât în ​​intensitate, cât și în poziție în spațiu. Unul dintre cele mai comune dispozitive cu raze catodice este un tub cu raze catodice receptoare (CRT).

CRT transformă semnalul electric într-o imagine optică. Există mai multe tipuri de CRT de recepție: proiecție, oscilografic, indicator, tipărire a semnelor, color, monocrom, supapă de lumină și tuburi de imagine.

Tuburile de imagine moderne folosesc controlul fasciculului mixt. Un câmp electric este folosit pentru a focaliza, iar un câmp magnetic este folosit pentru a devia fasciculul.

^ desemnarea CRT. Primul element al desemnării CRT este un număr care indică dimensiunea ecranului - diametrul sau diagonala acestuia (pentru tuburile de imagine cu ecran dreptunghiular). Al doilea element este două litere care indică tipul de tub (de exemplu, LO - oscilografic cu un sistem de control al fasciculului electrostatic, LC - tuburi de imagine cu deflexie magnetică a fasciculului). După litere există un număr prin care sunt comparate tuburi de același tip cu parametri diferiți. La sfârșitul desemnării există o literă care determină culoarea ecranului (B - alb, C - colorat, I - verde, A - albastru etc.). De exemplu, 40LK6B este un cinescop cu o dimensiune a ecranului de 40 cm în diagonală, a șasea opțiune de design, care are o culoare albă strălucitoare a ecranului. De obicei, companiile de producție străine indică dimensiunea diagonală a kinescopului în inci (1 inch este egal cu 2,54 cm).
^ 4. Dispozitive de evacuare a gazelor. Principii fizice de funcționare a dispozitivelor de descărcare în gaz.

O descărcare electrică în gaze (sau vapori) este un ansamblu de fenomene care au loc în ele în timpul trecerii unui curent electric. Dispozitivele de electrovacuum, ale căror caracteristici electrice sunt determinate în principal de ionizarea gazului sau aburului introdus intenționat, se numesc descarcare de gaze.

Acestea includ, de exemplu, supape de ioni și mercur, tiratroni, opritoare de ioni, indicatori de descărcare luminoasă.

Spre deosebire de lămpile controlate electronic, în aceste dispozitive nu numai electronii, ci și particulele încărcate (atomi, molecule) de gaz sau vapori - ioni - participă la crearea curentului.

^ Dispozitive de evacuare a gazelor Acestea constau dintr-un cilindru etanș la gaz (de obicei din sticlă) umplut cu un gaz inert, hidrogen sau vapori de mercur și un sistem de electrozi metalici. Presiunea gazului în butelie, în funcție de tipul de dispozitiv, variază de la 10 -1 la 10 3 Pa și ajunge uneori la 10 4 Pa.

În absența expunerii la sursele de ionizare, gazele constau din atomi și molecule neutre, deci practic nu conduc curentul electric. Curentul trece printr-un gaz (ca prin orice mediu) numai dacă există particule libere încărcate electric - purtători de sarcină - în acest mediu. Într-un gaz, ele se pot forma dacă electronii sunt „smulși” din atomii (sau molecule) neutri datorită acțiunii unei surse de energie. În acest caz, se formează purtători de sarcină de diferite semne: electroni - sarcini negative și ioni pozitivi - atomi de gaz care au pierdut electroni - sarcini pozitive.

În condiții reale, orice gaz este întotdeauna afectat (chiar dacă foarte slab) de temperatura ambiantă, radiațiile cosmice și radioactive din instalațiile industriale etc., contribuind la formarea particulelor încărcate. Prin urmare, în orice volum de gaz există întotdeauna electroni și ioni care pot provoca o descărcare electrică. Într-o descărcare electrică, se disting trei procese: excitarea atomilor, ionizarea lor și recombinarea purtătorilor de sarcină de diferite semne.

Excitația atomilor este procesul de tranziție a unuia dintre electronii săi exteriori pe o orbită mai îndepărtată de nucleu datorită energiei dobândite ca urmare a unei coliziuni cu un electron liber. Această stare a atomului este instabilă și nu durează mult: de la câteva până la zeci de nanosecunde. Electronul revine apoi pe orbita sa originală, iar atomul radiază energia primită în timpul coliziunii în spațiul cosmic. Această energie este eliberată sub formă de radiație electromagnetică, adesea însoțită de o strălucire vizibilă a gazului.

Ionizarea atomică este procesul de formare a ionilor și a electronilor liberi din atomi neutri din punct de vedere electric.

Dispozitivele moderne de vid își datorează aspectul inventatorului american Thomas Edison. El a fost cel care a dezvoltat prima metodă de iluminat de succes, folosind un bec electric.

Istoria lămpii

În zilele noastre este greu de crezut că electricitatea nu a existat în toate perioadele istorice. Primele becuri cu incandescență au apărut abia la sfârșitul secolului al XIX-lea. Edison a reușit să dezvolte un model de bec care conținea filamente de carbon, platină și bambus. Acest om de știință este numit pe bună dreptate „părintele” becului modern, a simplificat circuitul becului și a redus semnificativ costul de producție. Drept urmare, pe străzi a apărut nu gazul, ci iluminatul electric, iar noi dispozitive de iluminat au început să se numească lămpi Edison. Thomas a lucrat mult timp pentru a-și îmbunătăți invenția, drept urmare, utilizarea lumânărilor a devenit o întreprindere neprofitabilă.

Principiul de funcționare

Ce dispozitiv au becurile cu incandescență Edison? Fiecare dispozitiv are un corp de filament, un bec de sticlă, un contact principal, electrozi și o bază. Fiecare dintre ele are propriul său scop funcțional.

Esența funcționării acestui dispozitiv este următoarea. Când un corp de filament este puternic încălzit de un flux de particule încărcate, energia electrică este convertită în lumină.

Pentru ca radiația să fie percepută de ochiul uman este necesar să se ajungă la o temperatură de cel puțin 580 de grade.

Dintre metale, wolfram are punctul maxim de topire, așa că din el este realizat corpul filamentului. Pentru a reduce volumul, firul a început să fie aranjat în spirală.

În ciuda rezistenței chimice ridicate a wolframului, pentru protecția sa maximă împotriva procesului de coroziune, corpul filamentului este plasat într-un vas de sticlă etanș din care aerul a fost pompat în prealabil. În schimb, în ​​balon este pompat un gaz inert, care împiedică firul de wolfram să intre în reacții de oxidare. Argonul este folosit cel mai adesea ca gaz inert, uneori se folosește azot sau cripton.

Esența invenției lui Edison este că evaporarea care are loc în timpul încălzirii prelungite a metalului este împiedicată de presiunea creată de gazul inert.

Caracteristicile lămpii

Există destul de multe lămpi diferite concepute pentru a ilumina o zonă mare. Particularitatea invenției lui Edison este capacitatea de a regla puterea acestui dispozitiv ținând cont de zona iluminată.

Producătorii oferă diferite tipuri de lămpi, care diferă în funcție de viață, dimensiune și putere. Să ne uităm la câteva tipuri de aceste aparate electrice.

Cele mai comune tuburi cu vid sunt LON. Ele respectă pe deplin cerințele de igienă, iar durata lor medie de viață este de 1000 de ore.

Printre dezavantajele lămpilor de uz general, evidențiem scăderea Aproximativ 5 la sută din energia electrică se transformă în lumină, restul este eliberat sub formă de căldură.

Lămpi reflectoare

Au o putere destul de mare și sunt concepute pentru a ilumina suprafețe mari. Dispozitivele de electrovacuum sunt împărțite în trei grupe:

• proiecție de film;
• faruri;
• scop general.

Sursa de lumină reflector diferă în lungimea corpului filamentului; are dimensiuni mai compacte, ceea ce face posibilă creșterea luminozității generale și îmbunătățirea focalizării fluxului de lumină.

Dispozitivele de vid electric cu oglindă au un strat reflectorizant de aluminiu și un design diferit al becului.

Partea sa care este destinată să conducă lumina este făcută din sticlă mată. Acest lucru vă permite să faceți lumina moale și să reduceți umbrele contrastante de la diferite obiecte. Astfel de dispozitive de electrovacuum sunt folosite pentru iluminatul interior.

În interiorul balonului cu halogen există compuși de brom sau iod. Datorită capacității lor de a rezista la temperaturi de până la 3000 K, lămpile au o durată de viață de aproximativ 2000 de ore. Dar această sursă are și dezavantajele ei, de exemplu, o lampă cu halogen are rezistență electrică scăzută la răcire.

Setări principale

Într-o lampă cu incandescență Edison, filamentul de tungsten este aranjat în diferite forme. Pentru funcționarea stabilă a unui astfel de dispozitiv, este necesară o tensiune de 220 V. În medie, durata de viață a acestuia variază de la 3000 la 3500 de ore. Avand in vedere ca temperatura de culoare este de 2700 K, lampa ofera un spectru alb cald sau galben. În prezent, lămpile sunt oferite în diferite dimensiuni (E27). Dacă doriți, puteți alege o lampă sub formă de ac de păr, os de hering sau spirală pentru un candelabru de tavan sau un corp de iluminat de perete.

Invenția lui Edison este împărțită în clase separate în funcție de numărul de filamente de wolfram. Costul dispozitivului de iluminat, puterea acestuia și durata de viață depind direct de acest indicator.

Principiul de funcționare al EVL

Emisia termoionică constă în emisia de electroni de către un corp de filament încălzit într-un mediu vid sau inert creat în interiorul becului. Un câmp magnetic sau electric este folosit pentru a controla fluxul de electroni.

Emisia termoionică face posibilă utilizarea practic a calităților pozitive ale fluxului de electroni - pentru a genera și amplifica oscilații electrice de diferite frecvențe.

Caracteristicile tuburilor radio

Dioda în vid este baza ingineriei radio. Designul lămpii are doi electrozi (catod și anod) și o rețea. Catodul asigură emisia; pentru aceasta, un strat de wolfram este acoperit cu bariu sau toriu. Anodul este realizat sub forma unei plăci din nichel, molibden și grafit. Grila este un separator între electrozi. Când fluidul de lucru este încălzit din particulele în mișcare, se creează un curent electric puternic în vid. Dispozitivele electrovacuum de acest tip formează baza ingineriei radio. În a doua jumătate a secolului trecut, tuburile cu vid au fost folosite în diverse domenii ale industriilor tehnice și radio-electronice.

Fără ele era imposibil să se producă radiouri, televizoare, echipamente speciale și computere.

Domenii de aplicare

Odată cu dezvoltarea instrumentației de precizie și a electronicii radio, aceste lămpi și-au pierdut relevanța și au încetat să fie utilizate pe scară largă.

Dar și astăzi există zone industriale care necesită EVL, deoarece doar o lampă cu vid poate asigura funcționarea dispozitivelor în funcție de parametrii dați într-un anumit mediu.

EVL prezintă un interes deosebit pentru complexul militar-industrial, deoarece tuburile vidate se caracterizează printr-o rezistență crescută la impulsurile electromagnetice.

Un aparat militar poate conține până la o sută de EVL. Majoritatea materialelor semiconductoare și electronice electronice nu pot funcționa sub radiații crescute, precum și în condiții de vid natural (în spațiu).

EVL contribuie la creșterea fiabilității și durabilității sateliților și a rachetelor spațiale.

Concluzie

În dispozitivele de electrovacuum care permit generarea, amplificarea și convertirea energiei electromagnetice, spațiul de lucru este complet lipsit de aer, împrejmuit de atmosferă de o carcasă impenetrabilă.

Descoperirea emisiei termoionice a dus la crearea unei lămpi simple cu doi electrozi numită diodă în vid.

Când este conectat la un circuit electric, în interiorul dispozitivului apare un curent. Când polaritatea tensiunii se modifică, aceasta dispare, indiferent de cât de fierbinte este catodul. Prin menținerea unei temperaturi constante a catodului încălzit, a fost posibilă stabilirea unei relații directe între tensiunea anodului și puterea curentului. Rezultatele obținute au început să fie utilizate în dezvoltarea dispozitivelor electronice de vid.

De exemplu, o triodă este un tub de electroni care are trei electrozi: un anod, un catod termoionic și o grilă de control.

Au fost triodele care au devenit primele dispozitive folosite pentru amplificarea semnalelor electrice la începutul secolului trecut. În prezent, triodele au fost înlocuite cu tranzistoare semiconductoare. Triodele de vid sunt folosite numai în acele zone în care este necesară convertirea semnalelor de mare putere cu un număr mic de componente active, iar greutatea și dimensiunile pot fi neglijate.

Tuburile radio puternice sunt comparabile cu tranzistoarele în ceea ce privește eficiența și fiabilitatea, dar durata lor de viață este mult mai scurtă. În triodele de putere redusă, cea mai mare parte a filamentului merge la consumul de energie în cascadă, uneori valoarea acestuia ajunge la 50%.

Tetrodele sunt un tub electronic cu rețea dublă care este conceput pentru a crește puterea și tensiunea semnalelor electrice. Aceste dispozitive au un câștig mai mare în comparație cu o triodă. Astfel de caracteristici de proiectare fac posibilă utilizarea tetrodelor pentru a amplifica frecvențele joase în televizoare, receptoare și alte echipamente radio.

Consumatorii folosesc în mod activ lămpi cu incandescență, în care corpul filamentului este o spirală sau un fir de tungsten. Aceste dispozitive au o putere de la 25 la 100 W, durata lor de viață este de 2500-3000 de ore. Producătorii oferă lămpi cu baze, forme și dimensiuni diferite, astfel încât să puteți alege o opțiune de lampă ținând cont de caracteristicile dispozitivului de iluminat și de zona camerei.

Crearea tuburilor cu vid a făcut posibilă crearea de sisteme de comunicații radio și de difuzare. Dezvoltarea și producția de dispozitive cu fascicul de electroni au contribuit la apariția și dezvoltarea televiziunii. În anii 20-50. secolul trecut, electronica și industria vidului s-au format ca o ramură independentă. La mijlocul secolului trecut a fost creată prima generație de computere bazate pe dispozitive electronice cu vid.

O etapă calitativ nouă în dezvoltarea electronicii cu vid a început odată cu dezvoltarea gamei de frecvență de peste 500 MHz. Odată cu creșterea frecvenței și scăderea lungimii de undă a radiației, crește posibilitatea de a concentra radiația electromagnetică într-un fascicul îngust. Utilizarea fasciculelor radio foarte direcționale reduce interferența reciprocă între radarele care funcționează simultan, mărește raza de acțiune a sistemelor radio și face posibilă obținerea unei precizii ridicate în determinarea coordonatelor obiectelor. Au fost dezvoltate principii pentru controlul dinamic al fluxului de electroni. Au apărut noi clase de dispozitive - klystroni, magnetroni, tuburi cu undă călătorie (TWT) și altele, bazate pe interacțiunea electronilor cu câmpurile electromagnetice. Undele electromagnetice din domeniul microundelor au o capacitate mare de informare. În sistemele de comunicații radio, acest lucru vă permite să creșteți numărul de canale de comunicații telefonice și telegrafice. În comunicațiile spațiale, mecanismul de trecere a radiațiilor electromagnetice prin straturile ionizate ale atmosferei este deosebit de important. Aceste straturi ale atmosferei sunt cele mai permeabile la radiațiile cu microunde. Toate acestea au făcut posibilă formarea electronicii cu microunde ca direcție independentă în electronica cu vid.

În funcție de principiul de funcționare și scop, instrumentele și dispozitivele electronice cu vid sunt împărțite în tuburi vid, dispozitive cu microunde, dispozitive cu fascicul de electroni, dispozitive fotoelectronice și cu raze X.

Clasificarea dispozitivelor electronice cu vid este prezentată în Fig. 2.1.

2.1. Tuburi electronice

Tuburile electronice sunt dispozitive electrice de vid cu catod termoionic și control electrostatic al fluxului de electroni, utilizate pentru a detecta, genera și converti semnale electrice. Pentru a controla fluxul de electroni, este utilizat un număr diferit de electrozi. Electrozii permeabili la fluxul de electroni se numesc grile. Pe baza numărului de electrozi se disting diode, triode, tetrode, pentode etc.

Tuburile electronice concepute pentru detectarea (rectificarea), conversia frecvenței și amplificarea semnalelor electrice, în principal la frecvențe de până la 300 MHz, precum și pentru generarea de oscilații electrice de mică putere în diferite dispozitive de recepție, amplificare și măsurare de inginerie radio sunt de obicei numite recepție și tuburi de amplificare (RAV) .

Din punct de vedere istoric, primul PUL a fost o diodă electrică în vid, inventată de omul de știință englez J.A. Fleming în 1905. În 1907, inginerul american Lee de Forest a creat o triodă, în care, folosind o grilă de control, a fost efectuat pentru prima dată controlul electrostatic al electronilor liberi. În urma triodei, au fost proiectate tetroda și tetroda fasciculului, pentoda. Apoi au apărut PUL-uri multifuncționale (hexode, heptode, octode, pentagride), precum și lămpi combinate (triode duble, diode - pentode, triode - heptode etc.).

Din punct de vedere structural, PUL este un cilindru în care este plasat un sistem de electrozi, conectați prin sudare prin contact la bornele etanșe la vid ale dispozitivului. Etanșarea lămpii se realizează fie prin sudare electrică pentru PUL într-un cilindru metalic, fie prin sudare cu arzătoare cu gaz-plasmă pentru cilindri de sticlă. PUL-urile moderne fac posibilă efectuarea transformărilor liniare și neliniare ale oscilațiilor electrice cu frecvențe de ordinul a 10 10 Hz.

O diodă este un dispozitiv de vid cu doi electrozi având un anod și un catod. Dioda conduce curentul într-o singură direcție - de la catod la anod și este folosită pentru a converti curentul alternativ în curent continuu (kenotron).

Electronii emiși de catod creează o sarcină spațială între catod și anod. La un potențial pozitiv la anod, bariera de potențial negativ a sarcinii spațiale este depășită de electroni mai rapizi, care creează 42

curent anodic în circuitul extern (Fig. 2.2, b, curba 1). Curentul anodului este determinat de tensiunea anodică U&, precum și de curentul de emisie a catodului. Pe măsură ce tensiunea anodică crește, apar electroni energetici care depășesc potențialul negativ al sarcinii electronice (curba 2). În acest caz, curentul anodului este mai mic decât curentul de emisie. În modul de încărcare spațială, creșterea curentului anodic respectă legea celor trei secunde: / a = kU & yi.

Cu o creștere suplimentară a tensiunii anodului în toate punctele spațiului interelectrod, potențialul devine pozitiv în raport cu catod și toți electronii emiși de catod ajung la anod (Fig. 2.2, curba 3). Un regim de saturație are loc la diferite £/ a și U Hac. În fig. 2.2, c arată familia de caracteristici anodului diodei.

Parametrii principali ai diodei sunt: ​​panta S = dlJdU^ rezistenta interna D = 1/S. Conductivitatea unidirecțională a diodei îi permite să fie utilizată pentru redresarea curentului alternativ, detectarea oscilațiilor electromagnetice și conversia frecvențelor.

O triodă este un dispozitiv electric de vid, un tub de vid cu trei electrozi cu o grilă de control între anod și catod (Fig. 2.3). Prin modificarea potențialului rețelei Uc, puteți controla valoarea curentului anodic /a sau, ceea ce este același lucru, numărul de electroni care trec prin rețea de la catod la anod. Prezența unei rețele permite utilizarea triodelor pentru a amplifica și genera oscilații electromagnetice. Există caracteristici anod-grilă / a = D £ 4) la o tensiune constantă a anodului, grilă / c = LYu (Fig. 2.3, b) și caracteristicile anodului / a = LYu P R I tensiune constantă a rețelei (Fig. 2.3, c). Aceste caracteristici se numesc statice.

Orez. 2.2. Dioda:

d - simbol; 6-distribuție potențială în catodul gap - anol-

c - caracteristica anodica

Dacă o sarcină este conectată la circuitul anodului, atunci când curentul se schimbă, tensiunea se va schimba simultan. Acest mod și parametrii corespund modului de încărcare dinamică.

Caracteristicile anod-grid / a = D Shch la U a - const și grid input / c ~AUc) at și l = const curent-tensiune sunt prezentate în Fig. 2.3, b. Caracteristicile de ieșire anodului / a = / £4) la U c = const pentru diferite valori de tensiune pe rețea sunt prezentate în Fig. 2.3, c.

Triodele sunt utilizate în principal pentru a converti informații, în special, pentru a amplifica și genera oscilații electrice. Dezavantajele triodelor includ un câștig relativ scăzut și o capacitate mare de trecere Cca, care formează feedback între ieșirea și intrarea circuitului lămpii.În anumite condiții, apar autoexcitarea și deteriorarea caracteristicilor. Dispozitive precum tetrode și pentode, care au grile suplimentare pentru controlul parametrilor fluxului de electroni, sunt în mare măsură lipsite de aceste deficiențe.

O tetrodă este un dispozitiv electric de vid, o lampă cu patru electrozi cu oa doua grilă de ecran C2, care face posibilă reducerea capacității de debit. Când tetroda funcționează în circuitul amplificatorului, grila ecranului este aplicată o tensiune pozitivă constantă în raport cu catodul și Se ~ 0,5 £/ a - Electronii care trec prin grila ecranului sunt parțial interceptați de acesta, formând un curent de 1 C b În acest caz, capacitatea de trecere a lămpii poate scădea cu două ordine de mărime și poate crește câștigul static (Fig. 2.4, b).

La tensiuni joase pe grila Q, se observă o porțiune în scădere a caracteristicii, asociată cu scoaterea electronilor secundari din anod - efectul dinatron. Secțiunea de cădere reduce aria de schimbare în C/a, iar circuitul se autoexcita. Pentru a elimina dina-

Orez. 2.4. Tetrode:

a - simbol, b - caracteristica anodului la tensiuni diferite pe grila C,

Efectul de tron ​​introduce o altă rețea - antidinatron C 3 . Este situat între plasa de ecranare și anod și este la potențialul catodului sau la un potențial ușor pozitiv.

Dacă creați un flux de electroni sub forma unei panglici, fascicul ușor divergent, atunci din cauza creșterii densității de încărcare a spațiului în apropierea anodului, se creează o mică barieră de potențial. Acest element reflectă electronii secundari emiși de anod, ceea ce face posibilă să nu se introducă în proiect o a treia grilă antidinatron. Acest design de tetrodă se numește tetrodă fasciculă. În etapele de ieșire ale dispozitivelor de transmisie radio, tetrodele fasciculului sunt utilizate pe scară largă pentru a genera oscilații RF (1 GHz).

Tetrodele includ Nuvistor, o lampă de recepție și amplificare metal-ceramică în miniatură cu un sistem de electrozi cilindric, montați în consolă. Acest design oferă rezistență crescută la vibrații și stabilitate termică.

Pentode este o lampă cu cinci electrozi (Fig. 2.5). Datorită plasei de protecție C3, se creează un câmp în spațiul dintre anod și plasa de ecranare care împiedică electronii secundari să ajungă în plasa C2 (Fig. 2.5, a). Acest lucru previne pătrunderea electronilor de la anod în grila ecranului. Scăderea în caracteristica anodului, caracteristică tetrodelor, este eliminată la pentod (Fig. 2.5, b).

Pentodele sunt împărțite în receptor-amplificatoare și generatoare, care au o tensiune pozitivă pe rețeaua C3. În pentodele cu control dublu, grila C 3 este a doua grilă de control, căreia i se aplică un potențial negativ. În acest caz, între rețelele C 2 și C 3 se formează o sarcină spațială și

catod virtual. În această regiune, potențialul este zero, electronii sunt încetiniți, creând ceva ca un catod. Dezavantajele pentodelor includ capacitatea mare dintre a treia grilă și anod. Aceasta limitează limita superioară a domeniului de frecvență a oscilațiilor electromagnetice amplificate.

Pentru a elimina acest dezavantaj, se introduce o altă plasă. Acest design se numește hexodă.

Hexode este un dispozitiv electric de vid; un tub de electroni cu șase electrozi acționează ca un mixer de frecvență. Tensiunea semnalului este de obicei aplicată primei rețele de control. Tensiunea alternativă de pe a doua rețea de control modifică distribuția curentului în lampă. În acest caz, panta caracteristicii curentului anodic de pe prima grilă se modifică cu frecvența oscilatorului local, iar tensiunea de pe acesta se modifică cu frecvența semnalului de intrare.

Ca rezultat, curentul anodic reprezintă oscilații combinate, în special, oscilații ale frecvenței intermediare f np 0 M = =/g-/s, unde /g este frecvența oscilatorului local; f c - frecventa semnalului. Hexodele sunt, de asemenea, folosite pentru a amplifica semnale de înaltă frecvență. În circuitele radio, se folosesc de obicei lămpi combinate de tip triodă-hexodă.

Un heptod este un tub de electroni cu șapte electrozi care servește ca convertor de frecvență și, de asemenea, ca tub de amestecare. Circuitul oscilatorului local este inclus în circuitul primei grile de control, bobina de feedback este inclusă în circuitul celei de-a doua grile, a treia și a cincea grilă sunt utilizate pentru ecranare, deoarece într-un hexod o grilă de ecranare nu este suficientă. A patra grilă servește, de asemenea, la controlul fluxului; i se aplică o tensiune de semnal.

Uneori, o heptodă este considerată o triodă plus o tetrodă. O lampă cu două comenzi, două ecranare și o grilă fără ture se numește petagrid (din latinescul pente - cinci, grilă - grilă).

Octode - un tub de vid cu opt electrozi are șase

grile și este proiectat să funcționeze în dispozitivele de conversie a frecvenței ale receptoarelor radio. În esență, acesta este o heptodă îmbunătățită. A șasea grilă este antidinatron, care vă permite să creșteți amplitudinea semnalelor de ieșire. Octodele nu sunt deosebit de răspândite.

Au fost create tuburi de vid cu nouă și zece electrozi (decodificări). Cu toate acestea, nu au găsit aplicații practice. Cele mai utilizate sunt diode duble - triode, triode duble, triode - pentode.

Rețineți că din punctul de vedere al analizei sistemului, toate modelele luate în considerare corespund modelului propus de dispozitive electronice cu vid. ^J

Modele de lămpi. Tuburile electronice concepute pentru a converti energia unei surse de curent continuu sau alternativ în energie de înaltă frecvență de până la 10 GHz se numesc tuburi generatoare. Există diferite modele de lămpi generatoare. La lămpile miniaturale și subminiaturale, parametrul determinant este dimensiunea. O astfel de lampă este lampa cu tijă. Particularitatea designului său este prezența unui catod încălzit direct, precum și proiectarea grilelor sub formă de tije metalice situate paralel cu catodul.

Tuburile de recepție și amplificare (RAV) sunt tuburi electronice concepute pentru detectarea, conversia de frecvență și amplificarea semnalelor electrice la frecvențe de până la 300 MHz, precum și pentru generarea de oscilații electrice.

PUL-urile sunt utilizate ca elemente de control ale unui generator sau amplificator în transmițătoarele radio pentru transmisii radio, televiziune, radar, acceleratoare de particule încărcate și electronice medicale. Sunt de putere redusă (până la 25 W), medii

lămpi de putere (până la 1 kW), de mare putere (până la 200 kW) și de superputere (peste 200 kW). Acestea pot funcționa în intervalele de lungimi de undă HF (până la 30 MHz), VHF (până la 300 MHz) sau microunde (până la 10 GHz).

De interes deosebit sunt tuburile generatoare și modulatoare puternice. Proiectele dispozitivelor electronice de mare putere includ măsuri de eliminare a energiei din anod. În funcție de metoda de selectare a energiei termice în exces din anod, se disting radiatoare, aer, apă și radiatoare prin evaporare.

Pentru a crește disiparea căldurii, suprafața anodului este mărită cu ajutorul unui radiator cu nervuri, iar lampa este plasată într-un volum etanș prin care aerul curățat de praf, murdărie și vapori de ulei este forțat prin el folosind un ventilator.

La lămpile cu apă și răcire prin evaporare, anodul cu o parte din cilindru este plasat într-un vas închis, etanș, prin care sunt trecute fluxuri de apă sub o presiune de (2...3) 10 5 Pa.

La lămpile cu răcire prin evaporare, anodul este răcit prin îndepărtarea căldurii de vaporizare.

Lămpile puternice sunt demontabile pentru a permite repararea și înlocuirea pieselor individuale. Aceste dispozitive necesită întreținere specială în timpul funcționării. În fig. 2.6 prezintă diferite tipuri de lămpi metalo-ceramice fabricate la uzina Svetlana.

Uneori sunt plasate ecrane între anod și rețea, care îmbunătățesc ecranarea anodului și, prin urmare, reduc capacitatea rețelei-anod (Fig. 2.7).

2.2. Dispozitive cu microunde

Tuburi electronice pentru microunde. În intervalul de frecvență de peste 100 MHz, funcționarea tuburilor vidate este afectată semnificativ de inerția electronilor, capacitățile interelectrode și inductanțe de intrare-ieșire. Pentru a reduce inerția, electrozii plati sunt fabricați cu o distanță interelectrodă de 0,1...0,3 mm, bornele electrozilor sunt realizate sub formă de conductori groși, bornele grilei și catodice sunt contacte în formă de inel presate pe contactele dispozitivelor coaxiale rezonante. , terminalul anodului este un știft de diametru mare (Fig. 2.8).

Pentru un interval de diodă plat, un timp de zbor t = - =

Un factor important este unghiul de zbor 0, egal cu modificarea fazei tensiunii de înaltă frecvență pe electrozi în timpul t al electronilor care zboară prin distanța interelectrodului d. Ecuația de determinare a unghiului de zbor are forma 0 = 18/rf/ > /Z/o, unde f este frecvența, MHz; d, cm;

(/o - tensiune la anod, V.

La frecvențe joase dioda reprezintă o rezistență activă R h iar la frecvențe înalte reprezintă o rezistență complexă. Proiectarea tuburilor de electroni cu microunde trebuie să respecte la maximum cerințele privind timpul minim de zbor al electronilor și capacitățele minime interelectrozi și inductanțe de ieșire. Există tuburi generatoare și modulatoare.

Lămpile cu microunde sunt triode, tetrode cu fascicul, pentode. Pentodele și tetrodele fasciculului sunt folosite pentru a genera unde de măsurare (mai mult de 6 m). În modul în impulsuri, tuburile generatoare de impulsuri sunt utilizate pentru radar. Triodele modulatoare sunt utilizate pentru modulare în transmițătoarele radiotelefonice și amplificatoarele de transmisie.

Klystrons [din greacă. klyzi - lovitură, rostogolire (undă) și...tron] - dispozitive electrice cu microunde cu vid, a căror funcționare se bazează pe modularea vitezei Fig. 2.8. Metalo-ceramice ELECTRON FLOW triodă electrică câmpuri de microunde de oscilații rezonante

sistemele nale. Electronii sunt grupați în mănunchiuri, iar apoi energia cinetică a electronilor grupați este convertită în energia oscilațiilor cu microunde. Klystronii sunt proiectați pentru a genera și amplifica oscilațiile electromagnetice.

Pe baza metodei de conversie a energiei sursei de energie în energia oscilațiilor cu microunde, klystronii sunt clasificați ca dispozitive de tip O sau dispozitive cu control dinamic al fluxului de electroni. Astfel de dispozitive folosesc un mecanism de modulație de mare viteză. Principiul grupării electronilor în mănunchiuri stă la baza fizicii klystronilor. În fig. Figura 1.16b prezintă o diagramă a grupării electronilor în spațiul rezonatorului. Electroni pentru care relaţia Usin cu? > 0, primesc accelerație suplimentară și electroni cu SLsin co/< 0 замедляются. Электроны

1, 2, 3 revin la rezonator la un moment dat și formează o grămadă de electroni (vezi Fig. 1.15, b).

Trebuie remarcat mai ales că în dispozitivele de acest tip purtătorii semnalului de informație sunt așa-numitele neomogenități dinamice. În acest caz, acestea sunt mănunchiuri de electroni. Formarea mănunchiurilor de electroni este afectată atât de forțele Coulomb, cât și de timpul finit de zbor al electronilor între grilele rezonatoare.

În fig. Figura 2.9 prezintă proiectarea klystronului. Fasciculul de electroni format de tunul de electroni 1 este accelerat de câmpul electrodului 2 și pătrunde în spațiul îngust A dintre pereții rezonatorului toroidal de intrare (grouper de electroni) 4 și se deplasează în tubul de deriva 6.

Nu există câmpuri electrice în tubul de deriva, iar în el are loc conversia modulării vitezei fluxului în modulația densității. Apoi, fluxul de mănunchiuri de electroni intră în rezonatorul de ieșire 5.

Al doilea rezonator servește la selectarea energiei de înaltă frecvență din fluxul de electroni. Frecvența fasciculelor de electroni care intră în al doilea rezonator este egală cu frecvența semnalului de intrare. Curentul este indus pe suprafața interioară a pereților celui de-al doilea rezonator (de ieșire). Energia electrică care apare între grilele rezonatoare

câmpul încetinește electronii. Energia cinetică a electronilor primite de la o sursă de tensiune acceleratoare este convertită în energia oscilațiilor cu microunde. Electronii care trec prin al doilea gol intră în colector și sunt disipați în acesta sub formă de căldură.

Caracteristicile klystronului în comparație cu lămpile cu microunde sunt:

lipsa controlului electrostatic al fluxului de electroni;

utilizarea controlului dinamic bazat pe modularea de mare viteză și gruparea electronilor;

folosind principiul inducerii curentului în decalajul de ieșire B și separând funcțiile decalajului de ieșire și colectorul de electroni;

utilizarea rezonatoarelor goale care îndeplinesc cerințele gamei de microunde;

separarea catodului de circuitul de înaltă frecvență și plasarea intervalului de accelerare în fața intervalului de control de înaltă frecvență.

Un klystron (amplificator) poate fi convertit într-un auto-oscilator prin introducerea unui feedback pozitiv între rezonatoarele de ieșire și de intrare.

Creșterea câștigului klystron este posibilă printr-o conexiune în cascadă sau prin crearea de structuri multicavitate cu focalizare electrostatică periodică a fasciculului de electroni. Un klystron de tip reflex are un rezonator de câmp, care este pătruns de două ori de un electron

curgere. Rezonatorul joacă rolul unui grupator de electroni atunci când electronii trec prima dată prin gol și rolul unui circuit de ieșire atunci când trec din nou prin gol.

Pentru ca klystronul să genereze oscilații cu microunde, mănunchiurile de electroni trebuie să treacă prin spațiu în timpul mișcării inverse în acele momente în care există un câmp electric de frânare de înaltă frecvență în el. In acest scop se regleaza concomitent tensiunea pe electrodul de acceleratie si tensiunea pe reflector (Fig. 2.10).Returul electronilor in golul rezonatorului A se asigura cu ajutorul unui reflector situat la potential negativ fata de

la catod. Când se folosește un klystron reflectorizant ca amplificator, curentul din fascicul este mai mic decât cel de pornire, iar fasciculul de electroni cu viteza modulată în fluxul reflectat se transformă într-un fascicul cu densitate modulată. În acest caz, un semnal amplificat este excitat în rezonator.

Scopul principal al klystronelor reflectorizante este de a genera oscilații cu microunde de putere redusă. Avantajul lor este simplitatea designului, ușurința de configurare și caracteristicile bune de modulare. Un avantaj important este rezistența mecanică ridicată și fiabilitatea.

Există klystroni reflectorizante cu rezonatoare externe și interne. S-au răspândit pe scară largă Klystron-urile cu reglare integrală a frecvenței, a căror creare a devenit posibilă datorită tehnologiei dezvoltate pentru fabricarea contactelor electrice glisante în vid. Intervalul de reglaj este de 10... 15%, iar eficiența este de peste 40%.

Klystroni cu intensificare a fasciculului multiplu (MJIK) s-au dezvoltat în anii 1960. au o tensiune de alimentare de 2-3 ori mai mică, o masă a dispozitivului de 3-4 ori mai mică și o bandă de frecvență de operare de 2-5 ori mai mare în comparație cu dispozitivele cu un singur fascicul. Klistronele multifasci puternice au de la 6 la 36 de fascicule și funcționează la tipuri mai mari de vibrații.

Klystronii de amplificare cu fascicule multiple sunt utilizați pe scară largă în sistemele moderne de echipamente electronice. Ele sunt baza transmițătoarelor pentru sistemele moderne avansate de transport aerian, maritim și terestre. A fost dezvoltată o gamă extinsă de klystroni domestici (Fig. 2.11).

Lămpile cu undă de călătorie sunt dispozitive electrovacuum cu interacțiune sincronă pe termen lung a unui flux de electroni cu o undă electromagnetică lentă. Câmpul electromagnetic al sistemului de unde lente este suma unui număr infinit de armonici spațiale. Dacă viteza de fază coincide cu direcția vitezei de grup a undei electromagnetice, atunci astfel de armonici sunt directe. Dacă viteza de fază este opusă vitezei de grup, atunci vorbim de armonici inverse.

Pentru interacțiunea pe termen lung a electronilor cu câmpul electromagnetic, este necesar să se îndeplinească condiția sincronismului de fază, în care viteza electronilor în fluxul Vrp coincide cu faza VELOCITATEA UNDEI UV.

Interacțiunea pe termen lung a electronilor cu o undă electromagnetică care se propagă într-un sistem oscilator nerezonant stă la baza funcționării TWT-urilor de amplificare și generatoare.

În acest caz, are loc o grupare de electroni accelerați și energia electronilor încetiniți este transferată în câmpul de ultra-frecvență.

Există lămpi cu undă directă sau TWT și lămpi cu undă inversă (BWV).

În TWT, direcția mișcării electronilor coincide cu direcția mișcării energiei prin sistemul de moderare. În aceste dispozitive, fluxul de electroni interacționează cu o undă lentă directă sau cu o armonică spațială pozitivă (Fig. 2.12).

Dispozitivele care utilizează interacțiunea unui flux de electroni cu unde înapoi sau armonici spațiale negative se numesc BWO. În lămpile cu undă inversă, fluxul de electroni se deplasează spre fluxul de energie. În fig. 2.12, c prezintă un TWT de tip O într-o armătură coaxială.Electronii emiși de catod sunt accelerați de tensiunea Uo, care asigură condiția necesară de sincronism între electroni și unda încetinită la o viteză v = 0,1 s, unde c este viteza luminii. Mișcarea energiei prin sistemul de moderare are loc în direcția mișcării electronilor. Fluxul de electroni este focalizat folosind un câmp magnetic constant creat de un solenoid. Se formează mănunchiuri de electroni 54

pe măsură ce se deplasează de-a lungul axei lămpii, induc curent în spirale și, de asemenea, creează un câmp de frânare de înaltă frecvență. Acest câmp de frânare este cel care asigură selectarea energiei din fluxul de electroni și amplificarea semnalului de intrare.

Principalul avantaj al TWT este banda largă de frecvențe amplificate. Împreună cu TWT-urile de amplificare, au fost dezvoltate și convertitoarele TWT. La lămpile de acest tip, fluxul de electroni este mai întâi modulat în viteză de un semnal de frecvență Q și intră în spațiul de interacțiune al sistemului de unde lente. Oscilațiile cu microunde cu o frecvență de * 10Q sunt furnizate prin dispozitivul de intrare. Interacțiunea unui flux de electroni modulat de două frecvențe cu câmpul unei unde călătoare duce la formarea unei structuri periodice complexe de mănunchiuri de electroni. Ele excită oscilații în sistemul de încetinire cu frecvențele co și co ± mQ, unde m este un număr întreg. De obicei, parametrii sistemului de unde lente sunt optimizați pentru funcționarea la o frecvență cu + Q. În funcție de modul de funcționare, TWT-urile sunt împărțite în pulsate, continue și cvasi-continue. Pe baza nivelului de putere de ieșire, TWT-urile se disting între putere scăzută (1...100 W), medie (10...100 W) și putere mare.

Primele TWT au fost create pentru radar, recunoaștere radio și contramăsuri radio. În ultimii ani, TWT-urile cu fascicule multiple au fost folosite pentru sisteme de comunicații, inclusiv pentru comunicații spațiale. Creată

dar o nouă direcție este TWT-urile cu fascicule multiple, care fac posibilă implementarea sistemelor de transmisie cu mai multe moduri în ceea ce privește puterea de ieșire. Au fost dezvoltate lanțuri TWT care asigură controlul puterii de la sute de wați la zeci de kilowați, eficiență ridicată și lățime de bandă largă. Au fost create TWT-uri pulsate cu unde milimetrice cu o putere de ieșire de 20 W în intervalul de 3 mm și 2 kW în intervalul de 8 mm.

Tuburile cu undă inversă sunt uneori numite și carsinotroni. Munca lor se bazează pe fenomenul fizic al interacțiunii pe termen lung a unui flux de electroni și a unei undă inversă a unui câmp electromagnetic. Diagrama COV este prezentată în Fig. 2.13.

Electronii emiși de catod sunt accelerați de tensiune astfel încât condiția de sincronism este îndeplinită. În acest caz, viteza electronilor și viteza de fază a armonicii inverse din BWO coincid în direcție, iar fluxul de energie este direcționat în direcția opusă de la colectorul de electroni la tunul de electroni. Prin urmare, ieșirea de energie este situată la capătul tunului al sistemului de decelerare. Toate armonicile directe sunt absorbite de sarcina potrivită.

Energia cinetică a fluxului de electroni este convertită în energia câmpului electromagnetic, a cărui intensitate în sistemul de ghidare de undă crește de la colector la catod. Undele electromagnetice amplificate care se propagă spre fluxul de electroni interacționează cu fluxul de electroni cu efect crescător. Fluxul de electroni este atât o sursă de energie, cât și o legătură care oferă feedback pozitiv în lampă. Generarea de oscilații în BWO se realizează datorită prezenței feedback-ului intern distribuit de-a lungul lungimii lămpii. Această conexiune se datorează mișcării inverse a energiei și a undelor în sistemul de unde lente al BWO și oferă posibilitatea

capacitatea de a regla fără probleme frecvența de generare la schimbarea tensiunii de accelerare.

Lămpile de tip TWT și LOV sunt împărțite în două grupuri principale. Dispozitivele de tip O includ lămpi cu un câmp magnetic longitudinal, care servește numai pentru focalizarea unui fascicul de electroni rectiliniu. Dispozitivele de tip M includ toate dispozitivele cu microunde în care câmpul magnetic constant este transversal.

În acest caz, electronii se mișcă în câmpuri electrice și magnetice încrucișate. Într-un BWO de tip M, fluxul de electroni eliberează o parte din energia sa potențială undei electromagnetice. Fluxul de electroni se formează în dispozitive de acest tip în unde electromagnetice încrucișate. Puterea de ieșire este înăuntru

0,1...1,0 kW cu reglaj electronic al frecvenței. BWO funcționează în intervalul de frecvență 0,5... 18,0 GHz, puterea de ieșire este în intervalul 0,1... 1,0 kW cu reglaj electronic de frecvență de până la 30%, eficiența este în intervalul 5...50%.

Magnetronii (din latină magnetis - magnet) sunt diode cilindrice coaxiale într-un câmp magnetic îndreptat de-a lungul axei sale. Magnetronul aparține clasei de dispozitive electrice cu microunde cu vid generator în care formarea unui flux de electroni și interacțiunea acestuia cu câmpul electromagnetic al microundelor are loc în spațiul de interacțiune în care sunt încrucișate câmpurile electrice și magnetice. O vedere generală a magnetronului este prezentată în Fig. 2.14.

Numărul de rezonatoare dintr-o diodă de tip magnetron este întotdeauna egal.

În spațiul dintre catod și anod, au loc procese care sunt caracteristice oricărui dispozitiv cu microunde. Controlul fluxului de electroni, formarea de mănunchiuri de electroni și eliberarea energiei într-un câmp electric de înaltă frecvență - toate aceste procese au loc într-un singur spațiu.

Datorită împrăștierii câmpurilor rezonatoarelor individuale, oscilațiile acestora sunt cuplate rigid între ele, iar sistemul

Orez. 2.15. Traiectoriile cicloidale ale electronilor într-un magnetron plat (a) și formarea de mănunchiuri de electroni (spițe) în spațiul de interacțiune al unui magnetron cilindric (b)

Tema tuturor rezonatoarelor este un singur sistem oscilator.

Oscilațiile de înaltă frecvență în spațiul de interacțiune al magnetronului au forma unei unde staționare (Fig. 2.15, b). Astfel de unde pot fi interpretate ca suma a două unde care se propagă în direcții opuse.

Acest lucru se realizează prin selectarea valorilor tensiunii anodului și intensității câmpului magnetic. Electronii sunt compactați în aglomerări care arată ca niște spițe. În interiorul spițelor, traiectorii electronilor sunt complexe (vezi Fig. 2.15, b).

Energia cinetică a electronilor în timp ce se mișcă în spițe este determinată de viteza electronilor pe măsură ce se deplasează de-a lungul unei traiectorii cicloidale. Este maximă în vârful cicloidei, unde viteza este definită ca v max = 2E/B.

Mecanismul de transfer al energiei electronilor într-un câmp de înaltă frecvență este reducerea energiei electronilor, care este maximă la catod și aproape de zero la anod. Conversia energiei electronilor în energie de câmp de microunde continuă din momentul emiterii lor din catod până în momentul în care ajung la anod. Rețineți că unii electroni, ca urmare a traiectoriilor complexe, revin la catod și contribuie la o creștere a emisiei datorită efectului emisiei de electroni secundari. Condițiile de sincronism sunt îndeplinite la un raport optim între tensiunea anodului și valoarea câmpului magnetic.

La dispozitivele de tip M se observă fenomenul de bombardament invers al catodului. Uneori, aceste dispozitive folosesc catozi de emisie secundară în loc de catozi termoionici, care nu necesită un încălzitor. Acest lucru vă permite să creșteți durata de viață și fiabilitatea dispozitivelor. 58

EiN V, ■ ■

În funcție de modul de funcționare, se disting magnetronii pulsați și continui. Prin proiectare, magnetronii pot fi fie reglabili în frecvență, fie reglați la o anumită frecvență. Unele tipuri de magnetroni sunt prezentate în Fig. 2.16. Iată câteva tipuri de magnetroni.

Mitronul este un magnetron, frecvența oscilațiilor generate variază pe o gamă largă și este proporțională cu tensiunea anodului.

Amplitron (platinotron) este un amplificator puternic de tip magnetron cu undă inversă, cu un flux de electroni închis.

Dematron este un amplificator cu undă directă de tip magnetron cu emisie distribuită.

Injectronul este un tub de modulație pulsată cu trei electrozi în care un pistol magnetron este folosit pentru a forma un fascicul de electroni și a controla curentul.

Karmatron este un dispozitiv cu undă inversă de tip magnetron care utilizează interacțiunea unui flux de electroni închis cu un sistem de unde lentă potrivit.

Un maser cu rezonanță ciclotron este un dispozitiv cu microunde cu electrovacuum. Funcționarea sa se bazează pe procesul de interacțiune a unui flux de electroni care se deplasează într-un câmp magnetic constant de-a lungul traiectoriilor elicoidale cu câmpuri de înaltă frecvență ale rezonatoarelor sau ghidurilor de undă la o frecvență apropiată sau un multiplu al frecvenței ciclotronilor a electronilor. Aceste dispozitive sunt asemănătoare cu cele cuantice. În ele, undele electromagnetice sunt amplificate prin radiații induse. Aceste dispozitive formează o clasă separată de dispozitive cu microunde. Primul dispozitiv din această clasă a fost un girotron - un generator în intervalul milimetric, cu o putere atinsă de sute de kilowați. S-a dezvoltat o întreagă clasă de dispozitive de amplificare: gyrolystron, gyrovistron, gyro-TWT.

2.3. Dispozitive cu fascicul de electroni

Dispozitivele cu fascicul de electroni sunt o clasă de dispozitive electro-vid concepute pentru a converti informații, în care un flux de electroni sub formă de fascicul sau fascicul de raze este utilizat în aceste scopuri.

Există patru tipuri principale de dispozitive cu fascicul de electroni: semnal - lumină; lumina este un semnal; semnal - semnal; lumina - lumina.

Dispozitivele cu lumină semnal sunt dispozitive cu fascicul de electroni care convertesc semnalele electrice în imagini luminoase.

În conformitate cu modelul propus de dispozitiv electric de vid, fasciculul de electroni generat de dispozitivul de control este transformat într-un semnal luminos ca rezultat al detectării.

Un tub de osciloscop este un dispozitiv cu raze catodice conceput pentru a afișa și înregistra în formă grafică progresul proceselor rapide. Un exemplu de diagramă a unui tub de osciloscop este prezentat în Fig. 1.11, iar în 2.17 este o diagramă simplificată a unui osciloscop cu raze catodice bazată pe acesta.Generatorul de scanare Г generează impulsuri de o anumită frecvență de tip „fierăstrău”, care sunt alimentate prin amplificatorul de deviere orizontal Yx la plăcile de deviere orizontală Pentru a * studia procese simple sau care se repetă neperiodic, generatorul trebuie să genereze impulsuri individuale - Semnalul studiat ajunge prin amplificatorul Y y la plăci * Adunarea acestor mișcări de-a lungul Axele x și y duc la desenul 60

analiza oscilogramei procesului fizic. Pentru a calibra scala de timp, în osciloscop este încorporat un generator de marcaj de timp MB, care generează semnale periodice de o anumită durată. Aceste semnale sunt transmise prin amplificatorul Ur către electrodul modulator al tubului, care formează semnele. Cu ajutorul lor, devine posibil să se determine durata procesului studiat, precum și detaliile individuale ale acestuia.

Principalele caracteristici ale unui tub de osciloscop sunt banda de frecvență înregistrată, sensibilitatea sistemului de deviere și viteza de înregistrare a semnalului fără distorsiuni. Dispozitivele cu fascicul de electroni oscilografic de stocare vă permit să vă amintiți atât procesele unice, cât și procesele care apar continuu. Viteza de înregistrare a semnalelor este în intervalul de până la 10 4 km/s, iar acestea pot fi stocate ore întregi și vizualizate din nou pe ecran. Au fost create tuburi de bandă largă și oscilografice în gama de microunde care fac posibilă înregistrarea semnalelor în intervalul de frecvență de până la 10 GHz. În acest scop, în locul plăcilor de deviere, au început să fie utilizate sisteme de deviere a semnalului de tip val care călătoresc.

Un kinescop (din grecescul kinesis - mișcare și skopeo - privire) este un dispozitiv cu raze catodice conceput pentru a recepționa semnale electrice și a le transforma într-o imagine luminoasă, de exemplu una de televiziune. Există tuburi de imagine monocrome și color.

Funcționarea unui kinescop se bazează pe fenomenul de conversie a energiei unui fascicul de electroni într-un semnal luminos ca urmare a catodoluminiscenței. Să luăm în considerare proiectarea unui kinescop pe baza modelului propus al unui dispozitiv electric de vid.

Fasciculul de electroni este controlat atât cu ajutorul sistemelor de deviere electrostatică, cât și cu ajutorul a două perechi de bobine magnetice de deviere montate pe gâtul kinescopului (Fig. 2.18, a). Simbolul pentru tuburile de imagine este destul de complex. În fig. 2.18, b arată această denumire pentru un cinescop cu trei fascicule de producție internă. Luminozitatea strălucirii într-un anumit punct de pe ecran este determinată de intensitatea instantanee a fasciculului, controlată de semnalul de televiziune primit. Conductivitatea electrică a fosforilor este destul de scăzută. Electronii depuși pe ecran îl încarcă cu o sarcină negativă, iar fluxul fasciculului de electroni pe ecran se poate opri. Cu toate acestea, fosforii au un coeficient ridicat de emisie de electroni secundari. Acest fenomen este folosit pentru a elimina sarcinile prin acoperirea interiorului ecranului cu un strat conductiv și conectarea acestuia la anod.

În televiziunea color, sunt utilizate pe scară largă tuburile de imagine pentru mască, al căror ecran este format din benzi înguste de fosfor roșu (K), verde (3) și albastru (C). Acest tip de mască se numește mască de umbră cu fante (Fig. 2.19, a) - Trei spoturi electronice formează trei care converg la ecran

fascicul de electroni, fiecare din care excită strălucirea unui fosfor de o singură culoare. Cu o mască cu fantă, reflectoarele sunt situate în același plan, iar atunci când se utilizează o mască cu găuri rotunde, acestea sunt situate la vârfurile unui triunghi echilateral (Fig. 2.19, b). Acest tip mai este numit și aranjament în formă de deltă într-un singur plan.

Percepția întregii game de culori este asigurată la nivel fiziologic - adăugarea de radiații de la trei fosfori deodată pe retină. Intensitatea excitației lor este proporțională cu semnalul video.

Display (din engleză display - show) este un dispozitiv pentru afișarea vizuală a informațiilor, de obicei pe ecranul unui dispozitiv cu raze catodice.

Informațiile de pe afișaj vin direct de la computer, sau sunt introduse de către operator de la tastatura panoului de control.

Ecranul include un panou de control cu ​​o tastatură și un microcontroler pentru comunicarea cu un computer.

Un dispozitiv de tip semnal luminos servește în principal la convertirea unei imagini într-o secvență de impulsuri electrice în scopul transmiterii acestora la distanță.

Iconoscopul (din greaca eikon - imagine si skopeo - ma uit) este primul dintre dispozitivele de acest tip. Principiul funcționării sale se bazează pe acumularea de sarcină electrică pe o țintă fotosensibilă mozaic datorită proceselor cu efect fotoelectric extern.

Ținta sensibilă la lumină a iconoscopului este un substrat dielectric pe care se aplică un strat fotosensibil. Un strat de metal este aplicat pe cealaltă parte a substratului, care este o placă de semnal (Fig. 2.20)

Orez. 2.20. Diagrama iconoscopului:

/ - catod (proiector electronic); 2 - sistem de deviere; 3 - lentila; 4 - colector de foto-electroni și deflectori; 5- placa de semnalizare mozaic; 6 - semnal video; 7 - țintă foto;

Imaginea proiectată creează pe mozaic, datorită efectului fotoelectric, un potențial relief corespunzător distribuției de iluminare a obiectului. Fasciculul de electroni scanează suprafața și încarcă toate elementele ecranului mozaic în conformitate cu sarcina acumulată anterior. Curentul din circuitul plăcii de semnal devine modulat de sarcinile acumulate.

Iconoscopul a fost dezvoltat în continuare în supericonoscop. În acesta, mozaicul fotosensibil este înlocuit cu un fotocatod solid și o țintă solidă (sensibilitatea este cu un ordin de mărime mai mare), care sunt separate în spațiu. Acumularea de sarcină și formarea unui potențial relief are loc datorită emisiei de electroni secundari atunci când ținta este bombardată cu fotoelectroni în timpul transferului unei imagini de electroni.

Dispozitive cu stocare de încărcare.

Vidicon (din latină video - vezi și greacă eikon - imagine) este un dispozitiv cu fascicul de electroni transmisor de televiziune cu acumulare de sarcină, a cărui acțiune se bazează pe efectul fotoelectric intern.

Imaginea care trebuie transmisă printr-un canal de televiziune este focalizată pe ținta vidiconului folosind o lentilă (Fig. 2.21). Ținta este un strat subțire de semiconductor depus pe un substrat conductor transparent - o placă de semnal (Fig. 2.21, b). Fiecare element acoperit de fascicul poate fi reprezentat ca un circuit cu o capacitate și o rezistență dependentă de lumină între suprafața iradiată de fasciculul de electroni și placa de semnal.

Procesul de formare a imaginii are loc sub forma creării pachetelor de taxe. Capacitatele elementare ale elementelor țintă sunt descărcate prin rezistențe locale. Rețineți că cu cât iluminarea locală este mai mare, cu atât rezistența devine mai mică.

zona corespunzătoare și capacitatea corespunzătoare sunt descărcate mai puternic decât în ​​zonele mai puțin iluminate. Este creată o așa-numită scutire de încărcare.

În timpul următorului ciclu de scanare cu un fascicul de electroni, condensatoarele sunt reîncărcate. Curentul de reîncărcare depinde de gradul de descărcare al condensatorului. Astfel, pe placă se formează un semnal video Uc.

Mai târziu, au apărut vidiconii, a căror trăsătură distinctivă a fost compoziția țintei, care a determinat în mare măsură caracteristicile vidiconilor.

Primii astfel de vidiconi au avut o țintă din trisulfură de antimoniu SbS3. De-a lungul timpului, au apărut varietăți de vidiconi.

Plumbicon este un vidicon a cărui țintă este un strat de oxid de plumb PbO depus pe o peliculă transparentă de dioxid de staniu Sn0 2, care servește drept placă de semnalizare. Se caracterizează prin sensibilitate ridicată la lumină și inerție scăzută.

Cadmicon este un vidicon a cărui țintă este realizată pe baza de seleniră de cadmiu CdSe.

Saticon este un vidicon cu o țintă amorfă bazată pe Se - As - Te.

Njuvikon - vidicon cu o țintă bazată pe compusul ZnS - Cd - Te.

Halnikon este un vidicon bazat pe heterojuncția selenidă de cadmiu CaSe.

Kremnikon - dispozitive bazate pe mozaic de joncțiuni din siliciu. Supersiliciul folosește electroni de înaltă energie care sunt accelerați la 10 kV.

Rebiconul este un vidicon cu un fascicul de electroni invers, în care un semnal electric este eliminat dintr-un colector care primește un flux modulat de electroni secundari, amplificat de un multiplicator de electroni secundari.

Sekon este un dispozitiv transmisor cu fascicul de electroni (un tip de vidicon) cu o țintă ale cărei acțiuni se bazează pe fenomenul conductivității electronilor secundare. Secons se caracterizează prin sensibilitate ridicată, inerție scăzută și dimensiuni de gabarit mici, simplitate și fiabilitate.

Orticon este un dispozitiv de transmisie cu fascicul de electroni cu acumulare de sarcină pe o țintă fotosensibilă mozaic și citirea imaginii de către un fascicul de electroni lenți. Numele se datorează incidenței ortogonale a fasciculului de electroni de scanare pe țintă. Funcționarea orticului se bazează pe fenomenul fizic al efectului fotoelectric extern.

Superorticon. - un dispozitiv de televiziune de transmisie foarte sensibil cu acumulare de sarcină, transfer de imagine de la un fotocatod la o țintă cu două fețe, cu citirea imaginii de la țintă cu electroni lenți și amplificarea ulterioară a semnalului video folosind un multiplicator de electroni secundar. Superorticoanele sunt operaționale în întuneric aproape complet (cu iluminarea catodului de câmp 1 10~ 7 ...10 -8 lux). Dezavantaje: dimensiuni mari de gabarit, greutate mare și surse de putere și putere.

Isocon este un dispozitiv din clasa superorticonului, în care există un sistem de separare a fasciculului de întoarcere, o țintă care transmite electroni împrăștiați.

Contrastcon - orticonă cu o îmbunătățire specială a contrastului imaginii transmise.

Pentru utilizarea în televiziunea color, sunt utilizate fie trei vidicon-uri cu filtre de culoare adecvate, fie un vidicon cu un design special de țintă. Pe țintă

structuri de filtru de lumină încorporate care asigură codarea și separarea semnalelor corespunzătoare celor trei culori primare.

Dispozitive fără stocare de încărcare.

Disectoarele (din latină disector - a tăia) sunt un dispozitiv transmisor cu fascicul de electroni fără acumulare de sarcină, folosit pentru a converti o imagine optică într-o secvență de semnale electrice (Fig. 2.22). Funcționarea dispozitivului se bazează pe efectul fotoelectric extern. Absența principiului de acumulare a sarcinii crește performanța disectoarelor și posibilitatea utilizării lor în procese rapide. Industria autohtonă a dezvoltat o gamă largă de dispozitive de transmitere a fasciculului de electroni.

Dispozitivele de tip semnal-semnal sunt convertoare cu fascicul de electroni ai semnalelor electrice care fac posibilă convertirea unei secvențe de semnale electrice de intrare într-o secvență modificată de semnale electrice de ieșire. Din punct de vedere structural, aceste dispozitive se bazează pe un tub oscilografic cu raze catodice. În locul unei unități de emisie, se folosește o matrice funcțională cu transparență electronică variabilă peste zona iradiată.

Curentul care trece prin această matrice este modulat de o anumită funcție a două variabile și este amplificat în continuare de colector. Puteți obține instantaneu valorile necesare ale corecției liniare sau unghiulare necesare, plumb sau offset. Precizia calculului este mai mică de 1%, timpul de calcul este de microsecunde.

Dispozitivele semnal la semnal vă permit să convertiți un semnal analogic într-unul discret, să stocați semnalul cu redarea ulterioară, să convertiți semnalele de televiziune conform diverselor standarde etc.

În dispozitivele de stocare, fasciculul de electroni este modulat de un semnal electric de intrare în timp ce scanează o țintă, care este un strat dielectric pe suprafața unui metal. Fasciculul de electroni formează un potențial relief pe suprafața dielectricului. Citirea este efectuată de același fascicul de electroni sau de un alt fascicul de electroni. Convertoarele de memorie vă permit să reproduceți în mod repetat informații odată înregistrate.

Convertoarele de memorie includ graphekon, lithocon, potențialoscop și alte convertoare. Instrumentele de acest tip au folosit pe scară largă funcționalitatea bogată a fasciculului de electroni.

În ultimii ani, dispozitivele electrovacuum de tip semnal-semnal au fost înlocuite cu dispozitive micro și fotoelectronice.

Dispozitivele de tip lumină-lumină sunt concepute pentru a transforma o imagine dintr-o regiune a spectrului în alta, precum și pentru a spori luminozitatea imaginilor și pentru a vizualiza obiecte slab luminoase care sunt inaccesibile pentru observarea directă a ochiului.

Dispozitivele de acest tip includ convertoare electro-optice (EOC). Funcționarea intensificatorului de imagine se bazează pe principiul conversiei radiației optice în radiații electronice, amplificarea acesteia și conversia inversă a imaginii electronice într-una optică (vezi Fig. 2.22). Amplificarea este asigurată de procese de accelerare a electronilor printr-un câmp electric puternic. În acest caz, o imagine invizibilă pentru ochi este convertită într-un spectru optic. Amplificarea radiației optice poate atinge câteva ordine de mărime. Prin crearea unor tuburi intensificatoare de imagine cu mai multe camere, este posibil să se obțină un câștig de până la 10 7 ori. Acest lucru face posibilă înregistrarea fiecărui act de fotoemisie. Acoperirile multi-alcaline de antimoniu-cesiu sau oxigen-cesiu sunt utilizate ca fotocatozi. Rezoluția N, caracterizată prin claritatea imaginii, este limitată de aberațiile sistemului electro-optic. De obicei, N * 25 linii/mm. Tuburile intensificatoare de imagine sunt utilizate pe scară largă în tehnologia IR, spectroscopie, medicină, fizica nucleară etc.

Recent, plăci cu microcanale, caracterizate printr-un coeficient ridicat de emisie de electroni secundari, au fost folosite pentru a îmbunătăți imaginile.

2.4. Dispozitive fotoelectronice

Dispozitivele fotoelectronice sunt dispozitive electrovacuum care convertesc semnalele electromagnetice din domeniul optic în semnale electrice. Dispozitivele fotoelectronice cu vid includ în primul rând fotocelule și fotomultiplicatoare, care utilizează efectul fotoelectric extern.

O fotocelulă de vid constă dintr-un fotocatod, un anod și un cilindru cu vid (Fig. 2.23). Stratul fotosensibil se aplică fie direct pe recipientul de sticlă (Fig. 2.23, b, d), fie pe suprafața unui substrat special montat în interiorul recipientului (Fig. 2.23, c). Fluxul luminos F lovește fotocatodul și stimulează emisia de fotoelectroni, rezultând un flux de electroni liberi care se creează între fotocatod și anod.

Cele mai utilizate sunt fotocelulele de vid cu fotocatozi de antimoniu-cesiu, polialcali sau oxigen-argint-cesiu (Fig. 2.23, d). Utilizarea fotocelulelor umplute cu gaz este limitată de instabilitatea și neliniaritatea caracteristicilor luminii lor.

Un tub fotomultiplicator (PMT) este proiectat pentru a amplifica fotocurenții slabi. Activitatea sa se bazează pe efectul emisiei secundare de electroni. Fotomultiplicatorul constă dintr-un fotocatod, o cascadă de dinozi care asigură multiplicarea electronilor datorită emisiei secundare de electroni, un anod și electrozi suplimentari plasați într-un cilindru cu vid (Fig. 2.24).

Fluxul luminos stimulează emisia de fotoelectroni din fotocatod. Sistemul electro-optic al camerei de intrare direcționează electronii emiși către sistemul de multiplicare a electronilor din dinod. Un flux de electroni secundari înmulțit de fiecare dinod lovește anodul.

Modelele fotomultiplicatoarelor sunt foarte diverse, dar principiul este același: electronii sunt înmulțiți în sistem

dinode discrete. Au o formă de jgheab, de cutie, toroidală sau lambriuită cu un aranjament liniar sau circular. Fotocurentul datorat efectului emisiei secundare de electroni poate fi crescut de până la 10 8 ori.

După scopul lor funcțional, fotomultiplicatoarele formează două grupuri mari: metri de fluxuri de lumină extrem de mici, constante sau care se schimbă lent; înregistratoare ale fluxurilor de lumină slabe pe termen scurt.

PMT-urile sunt utilizate pe scară largă pentru înregistrarea radiațiilor slabe până la cuante unice, precum și în diferite echipamente optice. Modelele PMT au fost dezvoltate pentru a funcționa în diferite regiuni ale spectrului de radiații electromagnetice.

Un fotomultiplicator de electroni cu un singur canal este un dinod sau canal continuu, la capetele căruia se aplică o tensiune de aproximativ 1...3 kV. Un strat activ este creat pe partea interioară a suprafeței canalului, care are emisie secundară de electroni și rezistență electrică distribuită. Mișcarea electronilor secundari are loc sub influența unui câmp electric axial. Câștigul într-un astfel de fotomultiplicator atinge valori de ordinul a 10.

Un multiplicator de electroni secundari (SEM) este un dispozitiv electronic cu vid conceput pentru a multiplica electronii secundari. Turbinele eoliene fără carcasă se numesc deschise și sunt folosite în condiții naturale de vid. Turbinele eoliene cu carcasă sau tip închis sunt utilizate pe scară largă în diverse echipamente de cercetare și industriale.

1. Ce sunt tuburile cu vid?

2. Ce parametri de triodă cunoașteți?

3 q T 0 Ce este un klystron și ce funcții îndeplinește? Descrieți designul unui klystron.

4. Ce este o lampă cu val care călătorește și cum funcționează?

5. Ce este o lampă cu val invers și cum funcționează?

6. Ce sunt dispozitivele de tip M și prin ce diferă acestea de dispozitivele de tip O?

7. Ce este un magnetron? Descrieți designul unui magnetron.

8. Ce dispozitive cu fascicul de electroni cunoașteți?

9. Ce este un kinescop și cum funcționează?

10. Ce este un iconoscop și cum funcționează?

11. Ce este un vidicon și ce tipuri de vidiconi cunoașteți?

12. Ce este un intensificator de imagine și cum funcționează?

13. Ce este un fotomultiplicator și ce fenomene fizice stau la baza funcționării lui?