Dispositivos de electrovacío con control electrostático y dinámico. Diseño y principio de funcionamiento de dispositivos de electrovacío. Tipos de tubos de vacío y sus áreas de aplicación Clasificación y designación gráfica
Los dispositivos de vacío modernos deben su aparición al inventor estadounidense Thomas Edison. Fue él quien desarrolló el primer método exitoso de iluminación, utilizando una bombilla eléctrica.
Historia de la lámpara
Hoy en día cuesta creer que la electricidad no existiera en todos los períodos históricos. Las primeras bombillas incandescentes no aparecieron hasta finales del siglo XIX. Edison logró desarrollar un modelo de bombilla que contenía filamentos de carbono, platino y bambú. Precisamente este científico es llamado con razón el “padre” de la bombilla moderna: simplificó el circuito de la bombilla y redujo significativamente el coste de producción. Como resultado, no apareció en las calles alumbrado de gas, sino eléctrico, y los nuevos dispositivos de iluminación comenzaron a llamarse lámparas Edison. Thomas trabajó durante mucho tiempo para mejorar su invento, como resultado, el uso de velas se convirtió en una tarea no rentable.
Principio de funcionamiento
¿Qué dispositivo tienen las bombillas incandescentes Edison? Cada dispositivo tiene un cuerpo de filamento, una bombilla de vidrio, un contacto principal, electrodos y una base. Cada uno de ellos tiene su propio propósito funcional.
La esencia del funcionamiento de este dispositivo es la siguiente. Cuando un cuerpo filamentoso se calienta fuertemente mediante una corriente de partículas cargadas, la energía eléctrica se convierte en luz.
Para que el ojo humano pueda percibir la radiación, es necesario alcanzar una temperatura de al menos 580 grados.
Entre los metales, el tungsteno tiene el punto de fusión máximo, por lo que a partir de él se fabrica el cuerpo del filamento. Para reducir el volumen, el alambre comenzó a disponerse en espiral.
A pesar de la alta resistencia química del tungsteno, para su máxima protección contra el proceso de corrosión, el cuerpo del filamento se coloca en un recipiente de vidrio sellado del que previamente se ha extraído el aire. En su lugar, se bombea un gas inerte al matraz, lo que evita que el alambre de tungsteno entre en reacciones de oxidación. El argón se utiliza con mayor frecuencia como gas inerte, a veces se utiliza nitrógeno o criptón.
La esencia de la invención de Edison es que la evaporación que se produce durante el calentamiento prolongado del metal se evita mediante la presión creada por el gas inerte.
Características de la lámpara
Existen bastantes lámparas diferentes diseñadas para iluminar un área grande. La peculiaridad del invento de Edison es la capacidad de ajustar la potencia de este dispositivo teniendo en cuenta el área iluminada.
Los fabricantes ofrecen diferentes tipos de lámparas, que se diferencian en su vida útil, tamaño y potencia. Veamos algunos tipos de estos aparatos eléctricos.
Los tubos de vacío más comunes son los LON. Cumplen plenamente con los requisitos higiénicos y su vida útil media es de 1000 horas.
Entre las desventajas de las lámparas de uso general destacamos las bajas temperaturas. Aproximadamente el 5 por ciento de la energía eléctrica se transforma en luz y el resto se libera en forma de calor.
Lámparas de foco
Tienen una potencia bastante elevada y están diseñados para iluminar grandes superficies. Los dispositivos de electrovacío se dividen en tres grupos:
- proyección de películas;
- faros;
- propósito general.
La fuente de luz del reflector se diferencia por la longitud del cuerpo del filamento, tiene dimensiones más compactas, lo que permite aumentar el brillo general y mejorar la concentración del flujo luminoso.
Los dispositivos de vacío eléctricos con espejo tienen una capa de aluminio reflectante y un diseño de bombilla diferente.
La parte destinada a conducir la luz es de vidrio esmerilado. Esto le permite suavizar la luz y reducir las sombras contrastantes de varios objetos. Estos dispositivos de electrovacío se utilizan para la iluminación interior.
Dentro del matraz halógeno hay compuestos de bromo o yodo. Gracias a su capacidad para soportar temperaturas de hasta 3000 K, las lámparas tienen una vida útil de aproximadamente 2000 horas. Pero esta fuente también tiene sus inconvenientes, por ejemplo, una lámpara halógena tiene una baja resistencia eléctrica cuando se enfría.
Ajustes principales
En una lámpara incandescente Edison, el filamento de tungsteno está dispuesto en diferentes formas. Para el funcionamiento estable de un dispositivo de este tipo, se requiere un voltaje de 220 V. En promedio, su vida útil oscila entre 3000 y 3500 horas. Teniendo en cuenta que la temperatura de color es de 2700 K, la lámpara proporciona un espectro blanco cálido o amarillo. Actualmente, las lámparas se ofrecen en diferentes tamaños (E27). Si lo desea, puede elegir una lámpara en forma de horquilla, espiga o espiral para una lámpara de techo o un accesorio de iluminación de pared.
La invención de Edison se divide en clases separadas según el número de filamentos de tungsteno. El costo del dispositivo de iluminación, su potencia y su vida útil dependen directamente de este indicador.
Principio de funcionamiento de EVL
La emisión termoiónica consiste en la emisión de electrones por un cuerpo filamentoso calentado hacia un vacío o ambiente inerte creado dentro de la bombilla. Se utiliza un campo magnético o eléctrico para controlar el flujo de electrones.
La emisión termoiónica permite aprovechar en la práctica las cualidades positivas del flujo de electrones para generar y amplificar oscilaciones eléctricas de diversas frecuencias.
Características de los tubos de radio.
El diodo de vacío es la base de la ingeniería radioeléctrica. El diseño de la lámpara tiene dos electrodos (cátodo y ánodo) y una rejilla. El cátodo proporciona emisión, para ello se recubre una capa de tungsteno con bario o torio. El ánodo tiene la forma de una placa de níquel, molibdeno y grafito. La rejilla es un separador entre los electrodos. Cuando el fluido de trabajo se calienta a partir de partículas en movimiento, se crea una poderosa corriente eléctrica en el vacío. Los dispositivos de electrovacío de este tipo constituyen la base de la ingeniería radioeléctrica. En la segunda mitad del siglo pasado, los tubos de vacío se utilizaron en diversos sectores de la industria técnica y radioelectrónica.
Sin ellos era imposible fabricar radios, televisores, equipos especiales y computadoras.
Areas de aplicación
Con el desarrollo de la instrumentación de precisión y la radioelectrónica, estas lámparas perdieron su relevancia y dejaron de utilizarse a gran escala.
Pero incluso hoy en día hay áreas industriales que requieren EVL, porque sólo una lámpara de vacío puede garantizar el funcionamiento de los dispositivos según unos parámetros determinados en un entorno determinado.
Los EVL son de particular interés para el complejo militar-industrial, ya que los tubos de vacío se caracterizan por una mayor resistencia a los pulsos electromagnéticos.
Un aparato militar puede contener hasta cien EVL. La mayoría de los materiales semiconductores y la electrónica no pueden funcionar bajo una mayor radiación, así como en condiciones de vacío natural (en el espacio).
EVL contribuye a aumentar la fiabilidad y durabilidad de los satélites y cohetes espaciales.
Conclusión
En los dispositivos de electrovacío que permiten generar, amplificar y convertir energía electromagnética, el espacio de trabajo está completamente libre de aire, aislado de la atmósfera por una coraza impenetrable.
El descubrimiento de la emisión termoiónica condujo a la creación de una lámpara sencilla de dos electrodos llamada diodo de vacío.
Cuando se conecta a un circuito eléctrico, aparece una corriente dentro del dispositivo. Cuando cambia la polaridad del voltaje, este desaparece, independientemente de qué tan caliente esté el cátodo. Manteniendo una temperatura constante del cátodo calentado, fue posible establecer una relación directa entre el voltaje del ánodo y la intensidad de la corriente. Los resultados obtenidos comenzaron a utilizarse en el desarrollo de dispositivos electrónicos de vacío.
Por ejemplo, un triodo es un tubo de electrones que tiene tres electrodos: un ánodo, un cátodo termoiónico y una rejilla de control.
Fueron los triodos los que se convirtieron en los primeros dispositivos utilizados para amplificar señales eléctricas a principios del siglo pasado. Actualmente, los triodos han sido sustituidos por transistores semiconductores. Los triodos de vacío se utilizan solo en aquellas áreas donde es necesario convertir señales de alta potencia con una pequeña cantidad de componentes activos, y se pueden despreciar el peso y las dimensiones.
Los potentes tubos de radio son comparables a los transistores en términos de eficiencia y confiabilidad, pero su vida útil es mucho más corta. En los triodos de baja potencia, la mayor parte del filamento se destina al consumo de energía en cascada, a veces su valor alcanza el 50%.
Los tetrodos son un tubo electrónico de doble rejilla diseñado para aumentar la potencia y el voltaje de las señales eléctricas. Estos dispositivos tienen una ganancia mayor en comparación con un triodo. Estas características de diseño permiten utilizar tetrodos para amplificar bajas frecuencias en televisores, receptores y otros equipos de radio.
Los consumidores utilizan activamente lámparas incandescentes, en las que el cuerpo del filamento es una espiral o alambre de tungsteno. Estos dispositivos tienen una potencia de 25 a 100 W y su vida útil es de 2500 a 3000 horas. Los fabricantes ofrecen lámparas con diferentes bases, formas y tamaños, por lo que puedes elegir una opción de lámpara teniendo en cuenta las características del dispositivo de iluminación y el área de la habitación.
Los dispositivos de electrovacío son dispositivos para convertir, amplificar y generar energía electromagnética, en los que el espacio de trabajo está aislado del aire y protegido de la atmósfera circundante por una carcasa rígida estanca al gas.
Los dispositivos de electrovacío incluyen dispositivos electrónicos de descarga de gas, en los que el flujo de electrones pasa en un gas, dispositivos electrónicos de vacío, en los que el flujo de electrones pasa en el vacío y lámparas incandescentes.
Las lámparas incandescentes son el tipo más común de dispositivos eléctricos de vacío. Quitar el aire del cilindro de la lámpara evita que el oxígeno oxide el filamento. Después de eliminar el aire para reducir la evaporación del filamento caliente, algunos tipos de lámparas incandescentes se llenan con gas inerte. Esto permite aumentar la temperatura de funcionamiento del filamento, aumentando así la eficiencia luminosa de las lámparas sin reducir su vida útil. La presencia de un gas inerte no afecta la conversión en luz de la energía eléctrica suministrada a la lámpara. Los dispositivos electrónicos de vacío se fabrican de tal manera que en el modo de funcionamiento la presión de los gases residuales dentro del cilindro es igual a 10-6-KG10 mm Hg. Arte.
Los iones de los gases residuales en un determinado grado de rarefacción no afectan las trayectorias de los electrones y el ruido creado por el flujo de dichos iones cuando se acercan al cátodo es relativamente pequeño. Estos dispositivos de electrovacío abarcan varias clases de dispositivos.
1. Tubos electrónicos: pentodos, tetrodos, triodos, etc.; necesario convertir la energía de corriente continua en energía de vibraciones eléctricas con una frecuencia de hasta 3 x 109 Hz. Las principales áreas de uso de los tubos de vacío son la radiodifusión, la ingeniería de radio, las comunicaciones por radio y la televisión.
2. Dispositivos de microondas de electrovacío: magnetrones y dispositivos de tipo magnetrón, klistrones reflectantes y de tránsito, lámparas de ondas invertidas y lámparas de ondas progresivas, etc.; están diseñados para convertir la energía de corriente continua en energía de oscilaciones electromagnéticas con frecuencias que oscilan entre 3 x 108 y 3 x 1012 Hz. Los dispositivos de microondas de electrovacío se utilizan principalmente en dispositivos de radar y televisión para transmitir señales de televisión a través de líneas de comunicación por retransmisión de radio, comunicación por radio por microondas y líneas de satélite.
3. Dispositivos de rayos catódicos: tubos oscilográficos de rayos catódicos, tubos de almacenamiento de rayos catódicos, tubos de imagen, etc.; están destinados a diversas transformaciones de información presentada en forma de señales luminosas o eléctricas (por ejemplo, visualización visual de señales eléctricas, conversión de una imagen óptica bidimensional en una secuencia de señales de televisión y viceversa).
4. Dispositivos fotoelectrónicos: tubos transmisores de televisión, fotocélulas de vacío, fotomultiplicadores; sirven para convertir la radiación óptica en corriente eléctrica y se utilizan en dispositivos de automatización, física nuclear, televisión, astronomía, cine sonoro, comunicaciones por fax, etc.
5. Indicadores de vacío: lámparas indicadoras digitales, indicadores luminosos electrónicos, etc. El funcionamiento de las lámparas indicadoras se basa en la conversión de energía de corriente continua en energía luminosa. Utilizado en receptores de radio, dispositivos de visualización de información, instrumentos de medición, etc.
6. Tubos de rayos X; convertir la energía de la corriente continua en rayos X. Usado: en medicina - para diagnosticar una serie de enfermedades; en la industria: encontrar defectos internos invisibles en diversos productos; en química y física: para determinar la estructura de sustancias orgánicas, la composición química de la materia, los parámetros y la estructura de las redes cristalinas de sólidos; en biología: para determinar la estructura de moléculas complejas.
En los dispositivos electrónicos de descarga de gas, la presión del gas suele ser mucho menor que la presión atmosférica, por lo que se clasifican como dispositivos eléctricos de vacío. La clase de dispositivos de vacío eléctricos de descarga de gas cubre varios tipos de dispositivos.
1. Dispositivos iónicos de alta potencia de hasta varios megavatios con corrientes de hasta mil amperios, cuya acción se basa en la neutralización de la carga espacial por iones de gas. Dispositivos eléctricos de vacío similares incluyen válvulas de mercurio utilizadas para convertir corriente alterna en corriente continua en la industria, el transporte ferroviario y otras industrias; ta-sitrones y tiratrones de hidrógeno pulsado, diseñados para convertir corriente continua en corriente pulsada en dispositivos para el procesamiento de metales por chispa eléctrica, radares, etc.; Dispositivos cortapelos y explosores utilizados para proteger los equipos contra sobretensiones.
2. Fuentes luminosas de descarga de gas de radiación continua, utilizadas para la iluminación de locales, calles, en equipos cinematográficos, anuncios luminosos, etc., y fuentes de luz pulsada, utilizadas en dispositivos de telemecánica y automatización, transmisión de información, localización óptica, etc.
3. Indicadores de descarga de gas (matriz, signo, lineal, señal), diseñados para la reproducción visual de información en computadoras y otros dispositivos.
4. Dispositivos cuánticos de descarga de gas que convierten la energía de corriente continua en radiación coherente: láseres de gas, estándares de frecuencia cuántica.
Dispositivo de electrovacío- un dispositivo diseñado para generar, amplificar y convertir energía electromagnética, en el que el espacio de trabajo está libre de aire y protegido de la atmósfera circundante por una capa impenetrable.
Tales dispositivos incluyen tanto dispositivos electrónicos de vacío, en los que el flujo de electrones pasa en el vacío, como dispositivos electrónicos de descarga de gas, en los que el flujo de electrones pasa en un gas. Los dispositivos de vacío eléctricos también incluyen lámparas incandescentes.
En los dispositivos de electrovacío, la conducción se realiza mediante electrones o iones que se mueven entre electrodos a través de un vacío o gas.
El comienzo se hizo con el descubrimiento de los electrones termoiónicos. En 1884, el famoso inventor estadounidense Thomas Alva Edison, en busca de un diseño racional para una lámpara incandescente, descubrió el efecto que lleva su nombre. Aquí está su primera descripción: “Entre las ramas del filamento” de una bombilla incandescente, a la misma distancia de ambas, se coloca una placa de platino, que es un electrodo aislado... Si conectas un galvanómetro entre este electrodo y uno de los extremos del filamento, luego, cuando la lámpara se quema, se observa una corriente, que cambia de dirección dependiendo de si el extremo positivo o negativo del hilo de carbono está unido a la herramienta. Además, su intensidad aumenta con la fuerza de la corriente que pasa a través del hilo."
La explicación es la siguiente: “al parecer, en esta lámpara, partículas de aire (o carbón) salen volando del filamento en línea recta, llevándose una carga eléctrica”.
Edison es un inventor, no analiza el fenómeno. Las frases citadas esencialmente limitan el contenido de la nota. Esto no es más que un reclamo de prioridad. Los intentos de Edison de encontrar una aplicación práctica para este efecto no tuvieron éxito.
Así, se descubrió el fenómeno de la emisión termoiónica y se creó el primer diodo de vacío eléctrico de tubo de radio.
Emisión termoiónica (efecto Richardson, efecto edison) - el fenómeno de la emisión de electrones por cuerpos calentados. La concentración de electrones libres en los metales es bastante alta, por lo tanto, incluso a temperaturas promedio, debido a la distribución de las velocidades de los electrones (energía), algunos electrones tienen suficiente energía para superar la barrera de potencial en la frontera del metal. Al aumentar la temperatura, aumenta el número de electrones cuya energía cinética del movimiento térmico es mayor que la función de trabajo y se nota el fenómeno de la emisión termoiónica.
El estudio de las leyes de la emisión termoiónica se puede llevar a cabo utilizando la lámpara de dos electrodos más simple: un diodo de vacío, que es un cilindro al vacío que contiene dos electrodos: el cátodo K y el ánodo A.
Fig.3.1 Diseño de diodo de vacío
En el caso más simple, el cátodo es un filamento hecho de un metal refractario (por ejemplo, tungsteno) calentado por una corriente eléctrica. El ánodo suele adoptar la forma de un cilindro metálico que rodea el cátodo. La designación de un diodo en los diagramas de circuitos eléctricos se muestra en la Figura 3.2.
Arroz. 3.2. Designación de un diodo de vacío en diagramas de circuitos eléctricos.
Si se conecta un diodo a un circuito, cuando se calienta el cátodo y se aplica un voltaje positivo (relativo al cátodo) al ánodo, surge una corriente en el circuito anódico del diodo. Si cambia la polaridad del voltaje, la corriente se detiene, sin importar qué tan caliente esté el cátodo. En consecuencia, el cátodo emite partículas negativas: electrones.
Si mantiene constante la temperatura del cátodo calentado y elimina la dependencia de la corriente del ánodo del voltaje del ánodo (la característica corriente-voltaje), resulta que no es lineal, es decir, la ley de Ohm no se cumple para un diodo de vacío. . La dependencia de la corriente termoiónica del voltaje del ánodo en la región de pequeños valores positivos se describe mediante la ley de los tres segundos.
donde B es un coeficiente que depende de la forma y tamaño de los electrodos, así como de su posición relativa.
A medida que aumenta el voltaje del ánodo, la corriente aumenta hasta un cierto valor máximo, llamado corriente de saturación. Esto significa que casi todos los electrones que salen del cátodo llegan al ánodo, por lo que un aumento adicional de la intensidad del campo no puede conducir a un aumento de la corriente termoiónica. La dependencia de la corriente termoiónica del voltaje del ánodo se muestra en la Figura 3.3.
Arroz. 3.3. Dependencia de la corriente termoiónica del voltaje del ánodo.
En consecuencia, la densidad de corriente de saturación caracteriza la emisividad del material del cátodo. La densidad de corriente de saturación está determinada por la fórmula de Richardson-Deshman, derivada teóricamente sobre la base de la estadística cuántica:
donde A es la función de trabajo de los electrones que salen del cátodo,
T - temperatura termodinámica,
C es una constante, teóricamente la misma para todos los metales (esto no está confirmado experimentalmente, lo que aparentemente se explica por efectos superficiales). Una disminución de la función de trabajo conduce a un fuerte aumento de la densidad de corriente de saturación. Por lo tanto, los tubos de radio utilizan cátodos de óxido (por ejemplo, níquel recubierto con un óxido de metal alcalinotérreo), cuya función de trabajo es de 1 a 1,5 eV.
El funcionamiento de muchos dispositivos electrónicos de vacío se basa en el fenómeno de la emisión termoiónica.
Triodo de vacío eléctrico, o simplemente triodo, - un tubo de electrones que tiene tres electrodos: un cátodo termoiónico (calentado directa o indirectamente), un ánodo y una rejilla de control. Inventado y patentado en 1906 por el estadounidense Lee de Forest. El diseño de un triodo de vacío se muestra en la Fig. 3.4.
Fig.3.4 Diseño de triodo de vacío
Los triodos fueron los primeros dispositivos utilizados para amplificar señales eléctricas a principios del siglo XX. El diagrama del circuito eléctrico del triodo se muestra en la Fig. 3.5
Arroz. 3.5 Símbolo de un triodo en diagramas de circuitos eléctricos.
La característica corriente-voltaje del triodo se muestra en la Figura 3.6.
Arroz. 3.6 Característica corriente-voltaje del triodo
La característica corriente-voltaje del triodo es altamente lineal. Gracias a esto, los triodos de vacío introducen una distorsión no lineal mínima en la señal amplificada.
Actualmente, los triodos de vacío están siendo sustituidos por transistores semiconductores. La excepción son las áreas donde se requiere la conversión de señales con una frecuencia del orden de cientos de MHz - GHz de alta potencia con una pequeña cantidad de componentes activos, y las dimensiones y el peso no son tan críticos, por ejemplo, en las etapas de salida. de transmisores de radio, así como calentamiento por inducción para el endurecimiento de superficies. Los potentes tubos de radio tienen una eficiencia comparable a la de los potentes transistores; Su fiabilidad también es comparable, pero su vida útil es mucho más corta. Los triodos de baja potencia tienen una baja eficiencia, ya que una parte importante de la energía consumida por la cascada se gasta en incandescencia, a veces más de la mitad del consumo total de la lámpara.
Un tetrodo es un tubo de vacío de doble rejilla diseñado para amplificar el voltaje y la potencia de las señales eléctricas. El diagrama del circuito eléctrico del tetrodo se muestra en la Fig. 3.7
Arroz. 3.7 Símbolo del tetrodo en diagramas de circuitos eléctricos.
A diferencia del triodo, el tetrodo tiene una malla protectora entre la rejilla de control y el ánodo, que debilita el efecto electrostático del ánodo sobre la rejilla de control. En comparación con un triodo, un tetrodo tiene una alta ganancia, una capacitancia de rejilla de control de ánodo muy pequeña y una alta resistencia interna.
Según su finalidad, se dividen en tetrodos para amplificar tensión y potencia de baja frecuencia y tetrodos de banda ancha diseñados para amplificar señales de vídeo. Un tetrodo de haz, como uno común, es una lámpara de dos rejillas, pero se diferencia de esta última por la ausencia del efecto dinatrón, que se logra mediante el uso de placas formadoras de haz ubicadas entre la rejilla protectora y el ánodo y conectadas dentro del cilindro al cátodo. Los tetrodos de haz se utilizan principalmente para amplificar potencia de baja frecuencia en las etapas finales de receptores, televisores y otros equipos.
Pentodo(del griego antiguo πέντε cinco, según el número de electrodos): un tubo de electrones de vacío con una rejilla de protección, en el que se coloca una tercera rejilla (protectora o antidinatrón) entre la rejilla de protección y el ánodo. Por diseño y finalidad, los pentodos se dividen en cuatro tipos principales: amplificadores de alta frecuencia de baja potencia, pentodos de salida para amplificadores de vídeo, pentodos de salida para amplificadores de baja frecuencia y pentodos generadores de alta potencia.
Los tubos blindados, el tetrodo y el pentodo, son superiores al triodo en altas frecuencias. La frecuencia de funcionamiento superior del amplificador de pentodo puede alcanzar 1 GHz. La eficiencia de un amplificador de potencia que utiliza pentodos (alrededor del 35%) es significativamente mayor que la de un amplificador que utiliza triodos (15%-25%), pero ligeramente menor que la de un amplificador que utiliza tetrodos de haz.
Las desventajas de los pentodos (y en general de todas las lámparas blindadas) son mayores distorsiones no lineales que un triodo, en el que predominan los armónicos impares, una fuerte dependencia de la ganancia de la resistencia de carga y un mayor nivel de ruido intrínseco.
Más complejas son las lámparas multielectrodos con dos rejillas de control: los heptodos, que aparecieron en relación con la invención de la tecnología superheterodina.
Se llama dispositivo de electrovacío. Dispositivo en el que el espacio de trabajo está aislado por una carcasa (cilindro) estanca a los gases, tiene un alto grado de vacío o está lleno de un medio especial (vapores o gases) y cuya acción se basa en fenómenos eléctricos asociados con la Movimiento de partículas cargadas en el vacío o en gas. De acuerdo con la naturaleza del entorno de trabajo, los dispositivos de vacío eléctricos se dividen en electrónicos e iónicos (descarga de gas).
En EVP electrónico el. la corriente es causada por el movimiento únicamente de electrones libres en el vacío (tubos de electrones, dispositivos de rayos catódicos, dispositivos fotoelectrónicos de vacío, etc.)
El principio de funcionamiento de la EVP iónica se basa en el uso de santo el. descarga en gas o vapores metálicos. Estos dispositivos se llaman descarga de gas (fracturación de gas, incandescencia, descargas de alta frecuencia, etc.)
EVP consta de un sistema de electrodos diseñados. para el manejo físico Procesos dentro del cilindro que separan el exterior. ambiente desde el interior del trabajador. simplicidad del dispositivo.
En todos los tipos de EVP y fracturación hidráulica a gran escala existen: cátodos, electrodos que emiten (emiten) electrones y ánodos, electrodos que recolectan (recolectan) electrones. Para controlar el flujo de partículas cargadas se utilizan electrodos de control fabricados en forma de rejillas o placas perfiladas y elementos estructurales electromagnéticos especiales (bobinas). En los dispositivos para mostrar información en forma visual (CRT, indicadores y otros dispositivos), se utilizan ampliamente elementos estructurales especiales: pantallas, con la ayuda de las cuales la energía de un flujo de electrones o un campo eléctrico se convierte en radiación óptica (resplandor) de el cuerpo. Los diseños de electrodos son muy diversos y están determinados por la finalidad de los dispositivos y sus condiciones de funcionamiento.
Los cilindros de fractura hidráulica y EVP están hechos de vidrio, metal, cerámica y combinaciones de estos materiales. Las conclusiones de los electrodos se realizan a través de las superficies base, final y lateral de los cilindros.
Una lámpara electrónica es una EVP que funciona controlando la intensidad del flujo de electrones que se mueven en el vacío o gas enrarecido entre los electrodos.
Tubos electrónicos, destinados para iluminación (lámparas de flash, lámparas de xenón, lámparas de mercurio y sodio)
Principales tipos de tubos de vacío electrónicos:
Diodos (fácilmente fabricados para altos voltajes, ver kenotron), triodos, tetrodos, pentodos, tetrodos y pentodos de haz (como variaciones de estos tipos), hexodos, heptodos, octodos, nonodos, lámparas combinadas (en realidad incluyen 2 o más lámparas en un cilindro )
Según el número de electrodos, las lámparas electrónicas se dividen en:
de dos electrodos (diodos); de tres electrodos (triodos); de cuatro electrodos (tetrodos); de cinco electrodos (pentodos); e incluso de siete electrodos (heptodos o pentagridas).
¡LO QUE NO ESTÁ EN LAS PREGUNTAS, PERO ESTÁ EN EL RESUMEN!
Definición . Los dispositivos eléctricos de vacío son dispositivos cuyo principio de funcionamiento se basa en el aprovechamiento de fenómenos eléctricos en gases o el vacío que se produce en un espacio de trabajo aislado del medio ambiente por una carcasa (cilindro) hermética a los gases.
Los dispositivos de electrovacío y descarga de gas se fabrican en forma de un cilindro de vidrio, cerámica o metal, en cuyo interior se colocan electrodos en condiciones de alto vacío o gas inerte: cátodo, ánodo, rejilla. El cátodo es un radiador (emisor) de electrones libres, el ánodo es un colector (colector) de portadores de carga. La corriente del ánodo se controla mediante rejillas o electrodos de control.
Para tener una idea de los dispositivos eléctricos de vacío y descarga de gas utilizados en los equipos electrónicos de aviación, consideremos su clasificación.
Clasificación y designación gráfica simbólica.
1. Según la cantidad de electrodos, los dispositivos electrónicos se dividen en lámparas de dos electrodos (diodo de vacío), de tres electrodos (triodo de vacío) y de múltiples electrodos.
Arroz. 1.
Diodo de electrovacío - Se trata de una lámpara de dos electrodos que consta de un cátodo y un ánodo. Si el voltaje en el ánodo es positivo en relación con el cátodo, entonces los electrones emitidos por el cátodo se mueven hacia el ánodo, creando una corriente anódica. Cuando el voltaje es negativo, no hay corriente en el ánodo, por lo tanto el diodo conduce en una sola dirección. Esta propiedad del diodo determina su propósito principal: rectificar la corriente alterna. La designación gráfica simbólica de un diodo eléctrico de vacío se muestra en la figura. 1.
triodo de electrovacío Es una lámpara de tres electrodos en la que se ubica una rejilla entre el ánodo y el cátodo. La rejilla está diseñada para regular la corriente del ánodo. La tensión de la red modifica el campo entre el ánodo y el cátodo y, por tanto, influye en la corriente del ánodo. Si el voltaje en la red es negativo en relación con el cátodo, entonces tiene un efecto inhibidor sobre los electrones emitidos por el cátodo, como resultado de lo cual la corriente del ánodo disminuye. Cuando el voltaje de la red es positivo, tiene un efecto acelerador sobre los electrones, aumentando la corriente del ánodo. En este caso, parte de los electrones golpean la red creando una corriente de red. En consecuencia, la rejilla es un electrodo de control, cuyo voltaje le permite cambiar la corriente del ánodo.
La designación gráfica convencional de un triodo de vacío eléctrico se muestra en la figura. 2.
Arroz. 2.
Para aumentar el efecto sobre la corriente del ánodo, la rejilla se ubica más cerca del cátodo. Cuando el voltaje en la red es negativo, prácticamente no hay corriente en ella.
Arroz. 3. Designación gráfica convencional de triodos: a - con una rejilla catódica; b - con rejilla de pantalla
A lámparas multirrejilla relatar: tetrodos- con dos rejillas, pentodos- con tres rejillas, hexodos- con cuatro rejillas, heptodes- con cinco rejillas y octodos- con seis rejillas. Los más comunes son los tetrodos y pentodos.
Ud. tetrodos una de las rejillas se llama rejilla de control y tiene un voltaje negativo. La otra rejilla se encuentra entre el control y el ánodo o entre el control y el cátodo. En el primer caso, dicha rejilla se llama blindaje, en el segundo, cátodo.
La designación gráfica convencional de los tetrodos eléctricos de vacío se muestra en la Fig. 3.
En los tetrodos con rejilla de apantallamiento, la corriente catódica se distribuye entre la rejilla de apantallamiento y el ánodo. La principal ventaja de un tetrodo de este tipo es la reducción de la capacitancia entre el ánodo y la rejilla de control. La malla protectora reduce esta capacitancia a fracciones de picofaradio y reduce la permeabilidad del ánodo.
Sin embargo, la proximidad de la rejilla de blindaje al ánodo tiene la desventaja de que a baja tensión el ánodo parece efecto dinatrón- reducción de la corriente del ánodo debido a la emisión secundaria (caída en la característica del ánodo (Fig. 3.4)). En este caso, los electrones secundarios no regresan al cátodo, sino que son capturados por la rejilla de apantallamiento.
Pentodo Llamada lámpara con tres rejillas. La introducción de la tercera rejilla se debe a la necesidad de eliminar el efecto dinatrón característico del tetrodo. Esta rejilla se llama protectora (o antidinatrón) y está ubicada entre la rejilla protectora y el ánodo. El voltaje en esta rejilla generalmente se iguala al voltaje en el cátodo; para este propósito, a veces se conecta al cátodo dentro del matraz. El efecto dinatrón se elimina debido a la barrera potencial formada en el espacio entre el ánodo y la malla de cribado. Al mismo tiempo, esta barrera de potencial no supone un obstáculo importante para que los electrones se muevan hacia el ánodo a gran velocidad.
2. Según las características estructurales del circuito de filamento, los tubos electrónicos se dividen en lámparas con cátodos calentados directamente y lámparas con cátodos calentados indirectamente.
Cátodo de filamento directo Es un filamento metálico fabricado con un material de alta resistencia (tungsteno o tantalio), a través del cual pasa una corriente incandescente. Este cátodo se caracteriza por bajas pérdidas de calor, simplicidad de diseño y baja inercia térmica. La desventaja de un cátodo de este tipo es que debe alimentarse con corriente continua. Cuando se alimenta con corriente alterna con una frecuencia de 50 Hz, la corriente de emisión cambia con el doble de la frecuencia del voltaje de suministro, lo que crea un ruido de fondo no deseado de baja frecuencia.
Cátodo de filamento indirecto Representa un tubo que contiene un filamento en su interior. El filamento está aislado del cátodo. Como resultado, las pulsaciones de temperatura y corriente de emisión al alimentar el filamento con corriente alterna prácticamente se suavizan.
- 3. A proposito Las lámparas se dividen en amplificadores receptores, generador, convertidor de frecuencia, detector, medidor etcétera.
- 4. Dependiendo del rango de frecuencia de funcionamiento distinguir entre lámparas bajo ( de 1 - 30 MHz), alto(de 30 a 600 MHz) y Ultra alto(más de 600 MHz) frecuencias.
- 5. Por tipo de emisión electrónica distinguir lámparas con termoiónico, secundario Y fotoelectrónico emisiones.
La emisión de electrones es necesaria para crear un flujo de electrones dentro de un dispositivo de vacío eléctrico entre los electrodos.
La emisión termoiónica es el proceso por el cual los electrones abandonan cuerpos sólidos o líquidos al vacío o al gas.
La emisión secundaria de electrones se refiere a la emisión de electrones por un cuerpo debido al bombardeo de electrones emitidos por otro cuerpo.
La emisión de fotoelectrones se refiere a la emisión de electrones por parte de un cuerpo ubicado en un flujo de energía radiante.
2.1.2 Características y parámetros
Las características de la lámpara expresan la dependencia de las corrientes de los voltajes en sus distintos circuitos. Las propiedades de los tubos de electrones se evalúan mediante anódico o rejilla de ánodo características estáticas.
Ánodo una característica estática es una dependencia expresada gráficamente de la corriente del ánodo I a del voltaje en el ánodo Ud. a. Adiccion I a = F(Ud. a) se elimina para varios valores de voltaje constante Ud. Con(La excepción son las características del ánodo del diodo). La apariencia de la característica del ánodo está determinada por la cantidad de electrodos en la lámpara (Figura 4).
Arroz. 4. Características de los ánodos de tubos electrónicos: a - diodo; b - triodo; c - tetrodo; g - pentodo
Las características estáticas de la red anódica son dependencias expresadas gráficamente de la corriente del ánodo. I A de la tensión de red Ud. C a valores fijos de voltaje anódico Ud. A. Igual que para las características de dependencia anódica. I A = f(u Con ) tomado para varios valores constantes del voltaje del ánodo Ua. (Figura 5).
Cuanto mayor sea el voltaje del ánodo Ud. A, cuanto más arriba y hacia la izquierda se ubican las características ánodo-rejilla I A = f(u Con ) . Esto se explica por el hecho de que a mayor voltaje del ánodo se debe aplicar un voltaje negativo mayor a la red, de modo que el campo eléctrico resultante en el espacio entre el cátodo y la red permanezca sin cambios en magnitud.
A parámetros eléctricos básicos Los diodos de vacío incluyen lo siguiente: dispositivo de descarga de gas al vacío
1. Resistencia CC interna:
Dónde Ud. A- componente constante de la tensión del ánodo, I A- componente constante de la corriente del ánodo.
Arroz. 5. Características de la rejilla de ánodo de los tubos de electrones: a - triodo; b - pentodo
2. Resistencia diferencial interna R d Un diodo representa la resistencia del espacio entre el ánodo y el cátodo para corriente alterna. Es el recíproco de la pendiente y se determina utilizando las características estáticas del ánodo (Fig. 3.4, a):
y normalmente asciende a cientos y, a veces, decenas de ohmios.
Generalmente resistencia R 0 más R d .
3. Pendiente S muestra cómo cambia la corriente del ánodo cuando cambia el voltaje del ánodo y se expresa mediante la siguiente dependencia:
- 4. Tensión de filamento U norte- tensión suministrada al calentador. Este valor es un valor de pasaporte. Cuando la lámpara se sobrecalienta, la temperatura del cátodo disminuye y, por tanto, la corriente de emisión. Cuando el voltaje del filamento aumenta bruscamente Ud. norte la vida útil del cátodo se reduce drásticamente, por lo que el voltaje del filamento no debe desviarse más del 10% del nominal.
- 5. Corriente de emisión I mi - la corriente máxima que se puede obtener como resultado de la emisión de electrones por el cátodo termoiónico. Está representado por la carga total de electrones que abandonaron el cátodo termoiónico en un segundo.
- 6. Tensión inversa permitida del diodo U llegar max- el voltaje negativo máximo en el ánodo que el diodo puede soportar sin violar las propiedades de conductividad unidireccional.
Los parámetros de algunos diodos de vacío en serie se dan en la tabla. 1.
Tabla 1. Parámetros principales de los diodos de vacío en serie.
Los principales parámetros eléctricos de los tubos electrónicos que constan de tres o más electrodos incluyen:
1. La resistencia interna (salida) de la lámpara es la resistencia del La brecha ánodo-cátodo de la lámpara para el componente alterno de la corriente del ánodo está determinada por la fórmula:
Dónde Ud. A - cambio de voltaje en el ánodo, V; I A- cambio en la corriente del ánodo, mA. Para los diodos de vacío, la resistencia interna se llama resistencia de corriente alterna y se define como:
2. Pendiente de la característica S muestra cuántos miliamperios cambiará la corriente del ánodo de la lámpara cuando el voltaje en la rejilla de control cambia en 1 V a voltajes constantes en el ánodo y otras rejillas:
Dónde Ud. Con - cambio en el voltaje de la red, V.
Cabe señalar que cuanto mayor sea la pendiente, más fuerte será la acción de control de la rejilla y mayor será la ganancia de la lámpara, en igualdad de condiciones.
3. Ganancia estática muestra cuántas veces un cambio de voltaje en la primera rejilla tiene un efecto más fuerte sobre la corriente del ánodo que un cambio en el voltaje del ánodo. La ganancia está determinada por la relación entre el cambio en el voltaje del ánodo y el cambio en el voltaje de la red, que afectan igualmente la corriente del ánodo:
4. La potencia disipada en el ánodo está determinada por la fórmula:
5. Potencia de salida Pout caracteriza la potencia útil suministrada por la lámpara al circuito externo.
Los parámetros de algunos triodos, tetrodos y pentodos en serie se dan en la tabla. 2.
Tabla 2. Parámetros básicos de triodos, tetrodos y pentodos en serie