Apparecchi elettroaspiranti a controllo elettrostatico e dinamico. Progettazione e principio di funzionamento dei dispositivi elettrovuoto. Tipologie di tubi a vuoto e loro ambiti di applicazione Classificazione e designazione grafica

I moderni dispositivi per il vuoto devono la loro comparsa all'inventore americano Thomas Edison. Fu lui a sviluppare il primo metodo di illuminazione di successo, utilizzando una lampadina elettrica.

Storia della lampada

Al giorno d'oggi è difficile credere che l'elettricità non sia esistita in tutti i periodi storici. Le prime lampadine a incandescenza apparvero solo alla fine del XIX secolo. Edison riuscì a sviluppare un modello di lampadina che conteneva filamenti di carbonio, platino e bambù. È questo scienziato che è giustamente chiamato il "padre" della lampadina moderna: ha semplificato il circuito della lampadina e ha ridotto significativamente i costi di produzione. Di conseguenza, per le strade non apparve il gas, ma l'illuminazione elettrica e nuovi dispositivi di illuminazione iniziarono a chiamarsi lampade Edison. Thomas ha lavorato a lungo per migliorare la sua invenzione, di conseguenza l'uso delle candele è diventato un'impresa non redditizia.

Principio di funzionamento

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

L'essenza del funzionamento di questo dispositivo è la seguente. Quando il corpo del filamento viene fortemente riscaldato da un flusso di particelle cariche, l'energia elettrica viene convertita in luce.

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

Tra i metalli, il tungsteno ha il punto di fusione massimo, quindi è da esso che viene realizzato il corpo del filamento. Per ridurre il volume, il filo cominciò a essere disposto a spirale.

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

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

Caratteristiche della lampada

Esistono diverse lampade progettate per illuminare una vasta area. La particolarità dell'invenzione di Edison è la possibilità di regolare la potenza di questo dispositivo tenendo conto dell'area illuminata.

I produttori offrono diversi tipi di lampade, che differiscono per durata, dimensioni e potenza. Diamo un'occhiata ad alcuni tipi di questi apparecchi elettrici.

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

Tra gli svantaggi delle lampade universali segnaliamo il basso: circa il 5% dell'energia elettrica si trasforma in luce, il resto viene rilasciato sotto forma di calore.

Lampade da riflettore

Hanno una potenza abbastanza elevata e sono progettati per illuminare ampie aree. I dispositivi elettrovuoto sono divisi in tre gruppi:

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

La sorgente luminosa del proiettore si differenzia per la lunghezza del corpo del filamento; ha dimensioni più compatte, che consentono di aumentare la luminosità complessiva e migliorare la focalizzazione del flusso luminoso.

I dispositivi di aspirazione elettrica a specchio hanno uno strato di alluminio riflettente e un design della lampadina diverso.

La parte destinata a condurre la luce è realizzata in vetro smerigliato. Ciò consente di rendere la luce morbida e ridurre le ombre contrastanti di vari oggetti. Tali dispositivi elettrovuoto vengono utilizzati per l'illuminazione interna.

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

Impostazioni principali

In una lampada a incandescenza Edison, il filamento di tungsteno è disposto in diverse forme. Per il funzionamento stabile di tale dispositivo è necessaria una tensione di 220 V. In media, la sua durata varia da 3000 a 3500 ore. Considerando che la temperatura colore è di 2700 K, la lampada fornisce uno spettro bianco caldo o giallo. Attualmente le lampade sono offerte in diverse dimensioni (E27). Se lo desideri, puoi scegliere una lampada a forma di forcina, spina di pesce o spirale per un lampadario a soffitto o un apparecchio di illuminazione a parete.

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

Principio di funzionamento dell'EVL

L'emissione termoionica consiste nell'emissione di elettroni da parte di un corpo filamentoso riscaldato in un ambiente vuoto o inerte creato all'interno del bulbo. Un campo magnetico o elettrico viene utilizzato per controllare il flusso di elettroni.

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

Caratteristiche dei tubi radio

Il diodo a vuoto è la base della radioingegneria. Il design della lampada ha due elettrodi (catodo e anodo) e una griglia. Il catodo provvede all'emissione; per questo, uno strato di tungsteno è rivestito di bario o torio. L'anodo è realizzato sotto forma di una piastra di nichel, molibdeno e grafite. La griglia è un separatore tra gli elettrodi. Quando il fluido di lavoro viene riscaldato dalle particelle in movimento, nel vuoto viene creata una potente corrente elettrica. I dispositivi elettroaspiratori di questo tipo costituiscono la base della radioingegneria. Nella seconda metà del secolo scorso i tubi a vuoto furono utilizzati in diversi settori dell'industria tecnica e radioelettronica.

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

Aree di applicazione

Con lo sviluppo della strumentazione di precisione e dell'elettronica radio, queste lampade persero la loro rilevanza e cessarono di essere utilizzate su larga scala.

Ma anche oggi ci sono aree industriali che richiedono EVL, perché solo una lampada a vuoto può garantire il funzionamento dei dispositivi secondo determinati parametri in un determinato ambiente.

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

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

Gli EVL contribuiscono ad aumentare l'affidabilità e la durata dei satelliti e dei razzi spaziali.

Conclusione

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

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

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

Ad esempio, un triodo è un tubo elettronico che ha tre elettrodi: un anodo, un catodo termoionico e una griglia di controllo.

All'inizio del secolo scorso furono i triodi a diventare i primi dispositivi utilizzati per amplificare i segnali elettrici. Attualmente i triodi sono stati sostituiti dai transistor a semiconduttore. I triodi a vuoto vengono utilizzati solo in quelle aree in cui è necessario convertire segnali ad alta potenza con un numero limitato di componenti attivi e il peso e le dimensioni possono essere trascurati.

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

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

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

I dispositivi elettrovuoto sono dispositivi per la conversione, amplificazione e generazione di energia elettromagnetica, in cui lo spazio di lavoro è isolato dall'aria e protetto dall'atmosfera circostante da un guscio rigido a tenuta di gas.

I dispositivi elettrovuoto includono dispositivi elettronici a scarica di gas, in cui il flusso di elettroni passa in un gas, dispositivi elettronici a vuoto, in cui il flusso di elettroni passa nel vuoto, e lampade a incandescenza.

Le lampade a incandescenza sono il tipo più comune di dispositivi elettrici per il vuoto. La rimozione dell'aria dal cilindro della lampada impedisce all'ossigeno di ossidare il filamento. Dopo aver rimosso l'aria per ridurre l'evaporazione del filamento caldo, alcuni tipi di lampade a incandescenza vengono riempite di gas inerte. Ciò consente di aumentare la temperatura di esercizio del filamento, aumentando così l'efficienza luminosa delle lampade senza ridurne la durata. La presenza di un gas inerte non pregiudica la conversione dell'energia elettrica fornita alla lampada in luce. I dispositivi elettronici del vuoto sono realizzati in modo tale che in modalità operativa la pressione dei gas residui all'interno del cilindro sia pari a 10-6-KG10 mm Hg. Arte.

Gli ioni dei gas residui ad un dato grado di rarefazione non influenzano le traiettorie degli elettroni e il rumore creato dal flusso di tali ioni mentre si avvicinano al catodo è relativamente piccolo. Tali dispositivi elettrovuoto coprono diverse classi di dispositivi.

1. Tubi elettronici - pentodi, tetrodi, triodi, ecc.; necessario per convertire l'energia della corrente continua nell'energia delle vibrazioni elettriche con una frequenza fino a 3 x 109 Hz. Le principali aree di utilizzo dei tubi a vuoto sono la radiodiffusione, l'ingegneria radiofonica, le comunicazioni radio e la televisione.

2. Dispositivi a microonde per elettrovuoto: magnetron e dispositivi di tipo magnetron, klystron riflettenti e di transito, lampade a onda indietro e lampade a onda viaggiante, ecc.; sono progettati per convertire l'energia della corrente continua nell'energia delle oscillazioni elettromagnetiche con frequenze comprese tra 3 x 108 e 3 x 1012 Hz. I dispositivi a microonde elettrovuoto vengono utilizzati principalmente nei dispositivi radar e televisivi per la trasmissione di segnali televisivi tramite linee di comunicazione con relè radio, comunicazioni radio a microonde e linee satellitari.

3. Dispositivi a raggi catodici - tubi a raggi catodici oscillografici, tubi a raggi catodici di accumulazione, tubi catodici, ecc.; sono destinati a varie trasformazioni di informazioni presentate sotto forma di segnali luminosi o elettrici (ad esempio, visualizzazione visiva di segnali elettrici, conversione di un'immagine ottica bidimensionale in una sequenza di segnali televisivi e viceversa).

4. Dispositivi fotoelettronici - tubi televisivi trasmittenti, fotocellule a vuoto, fotomoltiplicatori; servono per convertire la radiazione ottica in corrente elettrica e sono utilizzati nei dispositivi di automazione, nella fisica nucleare, nella televisione, nell'astronomia, nel cinema sonoro, nelle comunicazioni fax, ecc.

5. Indicatori di vuoto: spie digitali, indicatori luminosi elettronici, ecc. Il funzionamento delle spie si basa sulla conversione dell'energia della corrente continua in energia luminosa. Utilizzato in ricevitori radio, dispositivi di visualizzazione delle informazioni, strumenti di misura, ecc.

6. Tubi a raggi X; convertire l'energia della corrente continua in raggi X. Utilizzato: in medicina - per diagnosticare una serie di malattie; nell'industria - per trovare difetti interni invisibili in vari prodotti; in chimica e fisica - per determinare la struttura delle sostanze organiche, la composizione chimica della materia, i parametri e la struttura dei reticoli cristallini dei solidi; in biologia - per determinare la struttura di molecole complesse.

Negli apparecchi elettronici a scarica di gas la pressione del gas è solitamente molto inferiore a quella atmosferica, motivo per cui vengono classificati come apparecchi elettrici a vuoto. La classe degli aspiratori elettrici a scarica di gas comprende diverse tipologie di apparecchi.

1. Dispositivi ionici ad alta potenza fino a diversi megawatt con correnti fino a mille ampere, la cui azione si basa sulla neutralizzazione della carica spaziale da parte degli ioni di gas. Dispositivi elettrici di vuoto simili includono valvole al mercurio utilizzate per convertire la corrente alternata in corrente continua nell'industria, nel trasporto ferroviario e in altre industrie; ta-sitron e tiratroni a idrogeno pulsato, progettati per convertire la corrente continua in corrente pulsata in dispositivi per la lavorazione di scintille elettriche di metalli, radar, ecc.; dispositivi clipper e spinterometri utilizzati per proteggere le apparecchiature dalle sovratensioni.

2. Sorgenti luminose a scarica di gas a radiazione continua, utilizzate per l'illuminazione di ambienti, strade, apparecchiature cinematografiche, pubblicità luminose, ecc., e sorgenti luminose pulsate, utilizzate in dispositivi di telemeccanica e automazione, trasmissione di informazioni, localizzazione ottica, ecc.

3. Indicatori di scarica di gas (matrice, segno, lineare, segnale), progettati per la riproduzione visiva di informazioni in computer e altri dispositivi.

4. Dispositivi quantistici a scarica di gas che convertono l'energia della corrente continua in radiazione coerente: laser a gas, standard di frequenza quantistica.

Dispositivo per elettroaspirapolvere- un dispositivo progettato per generare, amplificare e convertire l'energia elettromagnetica, in cui lo spazio di lavoro è libero dall'aria e protetto dall'atmosfera circostante da un guscio impenetrabile.

Tali dispositivi includono sia dispositivi elettronici a vuoto, in cui il flusso di elettroni passa nel vuoto, sia dispositivi elettronici a scarica di gas, in cui il flusso di elettroni passa in un gas. I dispositivi di aspirazione elettrica includono anche lampade a incandescenza.

Nei dispositivi elettrovuoto, la conduzione viene effettuata da elettroni o ioni che si muovono tra gli elettrodi attraverso il vuoto o il gas.

L'inizio è stato fatto con la scoperta degli elettroni termoionici. Nel 1884, il famoso inventore americano Thomas Alva Edison, alla ricerca di un design razionale per una lampada a incandescenza, scoprì l'effetto che porta il suo nome. Ecco la sua prima descrizione: “Tra i rami del filamento” di una lampadina a incandescenza, alla stessa distanza da entrambe, è posta una lastra di platino, che è un elettrodo isolato... Se si collega un galvanometro tra questo elettrodo e una delle estremità del filamento, poi quando la lampada brucia, si osserva una corrente, che cambia direzione a seconda che l'estremità positiva o negativa del filo di carbonio sia attaccata allo strumento. Inoltre, la sua intensità aumenta con la forza della corrente che passa attraverso il filo."
Segue la spiegazione: “a quanto pare, in questa lampada, particelle di aria (o carbone) volano via dal filamento in linee rette, portando via una carica elettrica”.
Edison è un inventore, non analizza il fenomeno. Le frasi citate limitano sostanzialmente il contenuto della nota. Questa non è altro che una rivendicazione di priorità. I tentativi di Edison di trovare un'applicazione pratica per l'effetto non hanno avuto successo.

Fu così scoperto il fenomeno dell'emissione termoionica e fu creato il primo diodo a vuoto radio-tubo-elettrico.

Emissione termoionica (Effetto Richardson, Effetto Edison) - il fenomeno dell'emissione di elettroni da parte di corpi riscaldati. La concentrazione di elettroni liberi nei metalli è piuttosto elevata, quindi, anche a temperature medie, a causa della distribuzione delle velocità degli elettroni (energia), alcuni elettroni hanno energia sufficiente per superare la barriera potenziale al confine del metallo. Con l'aumentare della temperatura, il numero di elettroni, la cui energia cinetica del movimento termico è maggiore della funzione lavoro, aumenta e il fenomeno dell'emissione termoionica diventa evidente.

Lo studio delle leggi dell'emissione termoionica può essere effettuato utilizzando la più semplice lampada a due elettrodi: un diodo a vuoto, che è un cilindro sotto vuoto contenente due elettrodi: catodo K e anodo A.

Fig.3.1 Progettazione del diodo a vuoto

Nel caso più semplice, il catodo è un filamento di metallo refrattario (ad esempio tungsteno), riscaldato da una corrente elettrica. L'anodo assume molto spesso la forma di un cilindro metallico che circonda il catodo. La designazione di un diodo negli schemi elettrici è mostrata nella Figura 3.2.

Riso. 3.2. Designazione di un diodo a vuoto negli schemi elettrici.

Se un diodo è collegato a un circuito, quando il catodo viene riscaldato e una tensione positiva (rispetto al catodo) viene applicata all'anodo, si forma una corrente nel circuito anodico del diodo. Se si cambia la polarità della tensione, la corrente si interrompe, indipendentemente da quanto sia caldo il catodo. Di conseguenza, il catodo emette particelle negative: elettroni.

Se si mantiene costante la temperatura del catodo riscaldato e si rimuove la dipendenza della corrente anodica dalla tensione anodica - la caratteristica corrente-tensione - si scopre che non è lineare, cioè la legge di Ohm non vale per un diodo a vuoto . La dipendenza della corrente termoionica dalla tensione anodica nella regione di piccoli valori positivi è descritta dalla legge dei tre secondi

dove B è un coefficiente che dipende dalla forma e dimensione degli elettrodi, nonché dalla loro posizione relativa.

All’aumentare della tensione anodica, la corrente aumenta fino ad un certo valore massimo, chiamato corrente di saturazione. Ciò significa che quasi tutti gli elettroni che lasciano il catodo raggiungono l'anodo, quindi un ulteriore aumento dell'intensità del campo non può portare ad un aumento della corrente termoionica. La dipendenza della corrente termoionica dalla tensione anodica è mostrata nella Figura 3.3.

Riso. 3.3. Dipendenza della corrente termoionica dalla tensione anodica

Di conseguenza, la densità di corrente di saturazione caratterizza l'emissività del materiale del catodo. La densità di corrente di saturazione è determinata dalla formula di Richardson-Deshman, derivata teoricamente sulla base della statistica quantistica:

dove A è la funzione lavoro degli elettroni che lasciano il catodo,

T - temperatura termodinamica,

C è una costante, teoricamente la stessa per tutti i metalli (questo non è confermato dall'esperimento, che apparentemente è spiegato dagli effetti superficiali). Una diminuzione della funzione lavoro porta ad un forte aumento della densità di corrente di saturazione. Pertanto, i tubi radio utilizzano catodi di ossido (ad esempio, nichel rivestito con un ossido di metallo alcalino terroso), la cui funzione di lavoro è 1–1,5 eV.

Il funzionamento di molti dispositivi elettronici sotto vuoto si basa sul fenomeno dell'emissione termoionica.

Triodo elettrico a vuoto, o semplicemente triodo, - un tubo elettronico avente tre elettrodi: un catodo termoionico (riscaldato direttamente o indirettamente), un anodo e una griglia di controllo. Inventato e brevettato nel 1906 dall'americano Lee de Forest. Il design di un triodo a vuoto è mostrato in Fig. 3.4

Fig.3.4 Progettazione del triodo a vuoto

I triodi furono i primi dispositivi utilizzati per amplificare i segnali elettrici all'inizio del XX secolo. Lo schema elettrico del triodo è mostrato in Fig. 3.5

Riso. 3.5 Simbolo di un triodo negli schemi elettrici

La caratteristica corrente-tensione del triodo è mostrata nella Figura 3.6

Riso. 3.6 Caratteristica corrente-tensione del triodo

La caratteristica corrente-tensione del triodo è altamente lineare. Grazie a ciò, i triodi a vuoto introducono una distorsione non lineare minima nel segnale amplificato.

Attualmente, i triodi a vuoto vengono sostituiti da transistor a semiconduttore. L'eccezione è nelle aree in cui è richiesta la conversione di segnali con una frequenza dell'ordine di centinaia di MHz - GHz ad alta potenza con un numero limitato di componenti attivi e le dimensioni e il peso non sono così critici, ad esempio negli stadi di uscita di trasmettitori radio, nonché riscaldamento a induzione per l'indurimento delle superfici. I potenti tubi radio hanno un'efficienza paragonabile ai potenti transistor; Anche la loro affidabilità è paragonabile, ma la loro durata è molto più breve. I triodi a bassa potenza hanno una bassa efficienza, poiché una parte significativa della potenza consumata dalla cascata viene spesa per l'incandescenza, a volte più della metà del consumo totale della lampada.

Un tetrodo è un tubo a vuoto a doppia griglia progettato per amplificare la tensione e la potenza dei segnali elettrici. Lo schema elettrico del tetrodo è mostrato in Fig. 3.7

Riso. 3.7 Simbolo del tetrodo negli schemi elettrici

A differenza di un triodo, un tetrodo ha una rete schermante tra la griglia di controllo e l'anodo, che indebolisce l'effetto elettrostatico dell'anodo sulla griglia di controllo. Rispetto ad un triodo, un tetrodo ha un guadagno elevato, una capacità della griglia di controllo dell'anodo molto piccola e un'elevata resistenza interna.
In base al loro scopo, sono suddivisi in tetrodi per amplificare tensione e potenza a bassa frequenza e tetrodi a banda larga progettati per amplificare i segnali video. Un tetrodo a fascio, come quello ordinario, è una lampada a due griglie, ma differisce da quest'ultima per l'assenza dell'effetto dinatron, che si ottiene utilizzando piastre formatrici di fascio poste tra la griglia schermante e l'anodo e collegate all'interno del cilindro al catodo. I tetrodi a fascio vengono utilizzati principalmente per amplificare la potenza a bassa frequenza negli stadi finali di ricevitori, televisori e altre apparecchiature.

Pentodo(dal greco antico πέντε cinque, a seconda del numero di elettrodi) - un tubo elettronico sotto vuoto con una griglia schermante, in cui una terza griglia (protettiva o anti-dinatron) è posizionata tra la griglia schermante e l'anodo. Per progettazione e scopo, i pentodi sono suddivisi in quattro tipi principali: amplificatori ad alta frequenza a bassa potenza, pentodi di uscita per amplificatori video, pentodi di uscita per amplificatori a bassa frequenza e pentodi per generatori ad alta potenza.

I tubi schermati, il tetrodo e il pentodo, sono superiori al triodo alle alte frequenze. La frequenza operativa superiore dell'amplificatore a pentodo può raggiungere 1 GHz. L'efficienza di un amplificatore di potenza che utilizza pentodi (circa il 35%) è significativamente superiore a quella di un amplificatore che utilizza triodi (15%-25%), ma leggermente inferiore a quella di un amplificatore che utilizza tetrodi a fascio.

Gli svantaggi dei pentodi (e in generale di tutte le lampade schermate) sono distorsioni non lineari più elevate rispetto a un triodo, in cui predominano le armoniche dispari, una forte dipendenza del guadagno dalla resistenza di carico, un livello più elevato di rumore intrinseco.

Più complesse sono le lampade multielettrodo con due griglie di controllo: gli eptodi, apparsi in connessione con l'invenzione della tecnologia supereterodina.

Viene chiamato un dispositivo elettrovuoto. un dispositivo in cui lo spazio di lavoro è isolato da un guscio a tenuta di gas (cilindro), ha un elevato grado di vuoto o è riempito con un mezzo speciale (vapori o gas) e la cui azione si basa su fenomeni elettrici associati al movimento di particelle cariche nel vuoto o nel gas. In base alla natura dell'ambiente di lavoro, i dispositivi di aspirazione elettrici sono suddivisi in elettronici e ionici (a scarica di gas).

Nell'EVP elettronico el. la corrente è causata dal movimento di soli elettroni liberi nel vuoto (tubi elettronici, dispositivi a raggi catodici, dispositivi fotoelettronici sotto vuoto, ecc.)

Il principio di funzionamento dell'EVP ionico si basa sull'uso di Holy EL. scarico in gas o vapori metallici. Questi dispositivi sono chiamati scariche di gas (fratturazione del gas, incandescenza, scariche ad alta frequenza, ecc.)

L'EVP è costituito da un sistema di elettrodi progettati. per la gestione fisica processi all'interno del cilindro che separano l'esterno. ambiente da quello interno del lavoratore. semplicità del dispositivo.

In tutti i tipi di EVP e di grande fratturazione idraulica ci sono: catodi - elettrodi che emettono (emettono) elettroni e anodi - elettrodi che raccolgono (raccolgono) elettroni. Per controllare il flusso di particelle cariche, vengono utilizzati elettrodi di controllo realizzati sotto forma di griglie o piastre profilate e speciali elementi strutturali elettromagnetici (bobine). Nei dispositivi per la visualizzazione di informazioni in forma visiva (CRT, indicatori e altri dispositivi), sono ampiamente utilizzati elementi strutturali speciali: schermi, con l'aiuto dei quali l'energia di un flusso di elettroni o di un campo elettrico viene convertita in radiazione ottica (bagliore) di il corpo. I design degli elettrodi sono molto diversi e sono determinati dallo scopo dei dispositivi e dalle loro condizioni operative.

I cilindri EVP e per fratturazione idraulica sono realizzati in vetro, metallo, ceramica e combinazioni di questi materiali. Le conclusioni degli elettrodi vengono effettuate attraverso le superfici di base, estremità e laterali dei cilindri.

Una lampada elettronica è un EVP che funziona controllando l'intensità del flusso di elettroni che si muovono nel vuoto o nel gas rarefatto tra gli elettrodi.

Tubi elettronici, previsti per l'illuminazione (lampade flash, lampade allo xeno, lampade al mercurio e al sodio)

Principali tipologie di tubi elettronici a vuoto:

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

In base al numero di elettrodi, i tubi elettronici sono suddivisi in:

due elettrodi (diodi); tre elettrodi (triodi); quattro elettrodi (tetrodi); cinque elettrodi (pentodi); e persino sette elettrodi (eptodi o pentagridi).

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Definizione . I dispositivi elettrici per vuoto sono dispositivi il cui principio di funzionamento si basa sullo sfruttamento dei fenomeni elettrici dei gas o del vuoto che si verificano in uno spazio di lavoro isolato dall'ambiente tramite un involucro a tenuta di gas (cilindro).

I dispositivi per elettrovuoto e scarica di gas sono realizzati sotto forma di un cilindro di vetro, ceramica o metallo, all'interno del quale sono posti elettrodi in condizioni di alto vuoto o gas inerte: catodo, anodo, griglie. Il catodo è un radiatore (emettitore) di elettroni liberi, l'anodo è un collettore (collettore) di portatori di carica. La corrente anodica viene controllata mediante griglie o elettrodi di controllo.

Per avere un'idea dei dispositivi elettrici di vuoto e scarica di gas utilizzati nelle apparecchiature elettroniche aeronautiche, consideriamo la loro classificazione.

Classificazione e designazione grafica simbolica

1. In base al numero di elettrodi, i dispositivi elettronici sono suddivisi in lampade a due elettrodi (diodo a vuoto), a tre elettrodi (triodo a vuoto) e multielettrodo.

Riso. 1.

Diodo per elettrovuoto - Questa è una lampada a due elettrodi composta da un catodo e un anodo. Se la tensione all'anodo è positiva rispetto al catodo, gli elettroni emessi dal catodo si muovono verso l'anodo, creando una corrente anodica. Quando la tensione è negativa non c'è corrente all'anodo, quindi il diodo conduce solo in una direzione. Questa proprietà del diodo determina il suo scopo principale: rettificare la corrente alternata. La designazione grafica simbolica di un diodo a vuoto elettrico è mostrata in Fig. 1.

Triodo per elettrovuoto- Questa è una lampada a tre elettrodi in cui tra l'anodo e il catodo si trova una griglia. La griglia è progettata per regolare la corrente anodica. La tensione di rete modifica il campo tra anodo e catodo e quindi influenza la corrente anodica. Se la tensione sulla griglia è negativa rispetto al catodo, allora ha un effetto inibitorio sugli elettroni emessi dal catodo, a seguito del quale la corrente anodica diminuisce. Quando la tensione di griglia è positiva, ha un effetto di accelerazione sugli elettroni, aumentando la corrente anodica. In questo caso, parte degli elettroni colpisce la griglia creando una corrente di griglia. Di conseguenza, la griglia è un elettrodo di controllo, la cui tensione consente di modificare la corrente anodica.

La designazione grafica convenzionale di un triodo a vuoto elettrico è mostrata in Fig. 2.

Riso. 2.

Per aumentare l'effetto sulla corrente anodica, la griglia viene posizionata più vicino al catodo. Quando la tensione sulla rete è negativa, praticamente non c'è corrente al suo interno.

Riso. 3. Designazione grafica convenzionale dei triodi: a - con una griglia catodica; b - con griglia dello schermo

A lampade multigriglia relazionare: tetrodi- con due griglie, pentodi- con tre griglie, esodi- con quattro griglie, eptodi- con cinque griglie e ottodi- con sei griglie. I più comuni sono tetrodi e pentodi.

U tetrodi una delle griglie è chiamata griglia di controllo e ha una tensione negativa. L'altra griglia si trova tra il controllo e l'anodo oppure tra il controllo e il catodo. Nel primo caso, tale griglia è chiamata schermatura, nel secondo catodo.

La designazione grafica convenzionale dei tetrodi a vuoto elettrico è mostrata in Fig. 3.

Nei tetrodi con griglia schermante, la corrente catodica è distribuita tra la griglia schermante e l'anodo. Il vantaggio principale di un tale tetrodo è la riduzione della capacità tra l'anodo e la griglia di controllo. La rete di schermatura riduce questa capacità a frazioni di picofarad e riduce la permeabilità dell'anodo.

Tuttavia la vicinanza della griglia di schermatura all'anodo ha lo svantaggio che a bassa tensione l'anodo appare effetto dinatron- riduzione della corrente anodica dovuta all'emissione secondaria (calo della caratteristica anodica (Fig. 3.4)). In questo caso gli elettroni secondari non ritornano al catodo ma vengono catturati dalla griglia schermante.

Pentodo chiamata lampada con tre griglie. L'introduzione della terza griglia è dovuta alla necessità di eliminare l'effetto dinatron caratteristico del tetrodo. Questa griglia è detta protettiva (o antidynatron) ed è posta tra la griglia schermante e l'anodo. La tensione su questa griglia viene solitamente resa uguale alla tensione sul catodo; a questo scopo viene talvolta collegata al catodo all'interno del pallone. L'effetto Dynatron viene eliminato grazie alla barriera di potenziale formata nello spazio tra l'anodo e la rete schermante. Allo stesso tempo, questa barriera potenziale non rappresenta un ostacolo significativo al movimento degli elettroni ad alta velocità verso l’anodo.

2. In base alle caratteristiche di progettazione del circuito a filamento, i tubi elettronici sono suddivisi in lampade con catodi riscaldati direttamente e lampade con catodi riscaldati indirettamente.

Catodo a filamento direttoè un filamento metallico costituito da un materiale ad alta resistenza (tungsteno o tantalio), attraverso il quale passa una corrente incandescente. Questo catodo è caratterizzato da basse perdite di calore, semplicità di progettazione e bassa inerzia termica. Lo svantaggio di un tale catodo è che deve essere alimentato con corrente continua. Quando alimentato da corrente alternata con una frequenza di 50 Hz, la corrente di emissione cambia con una frequenza doppia rispetto alla tensione di alimentazione, creando un rumore di fondo indesiderato a bassa frequenza.

Catodo a filamento indiretto rappresenta un tubo contenente un filamento al suo interno. Il filamento è isolato dal catodo. Di conseguenza, le pulsazioni della temperatura e della corrente di emissione quando si alimenta il filamento con corrente alternata vengono praticamente attenuate.

• 3. Intenzionalmente le lampade sono suddivise in ricevitori-amplificatori, generatore, convertitore di frequenza, rilevatore, misurazione e così via.
• 4. A seconda della gamma di frequenza operativa distinguere tra lampade Basso ( da 1 a 30 MHz), alto(da 30 a 600 MHz) e altissimo(oltre 600 MHz) frequenze.
• 5. Per tipo di emissione elettronica distinguere le lampade con termoionico, secondario E fotoelettronico emissioni.

L'emissione di elettroni è necessaria per creare un flusso di elettroni all'interno di un dispositivo di vuoto elettrico tra gli elettrodi.

L'emissione termoionica è il processo mediante il quale gli elettroni lasciano corpi solidi o liquidi nel vuoto o nel gas.

Per emissione secondaria di elettroni si intende l'emissione di elettroni da parte di un corpo dovuta al bombardamento di elettroni emessi da un altro corpo.

L'emissione di fotoelettroni si riferisce all'emissione di elettroni da parte di un corpo situato in un flusso di energia radiante.

2.1.2 Caratteristiche e parametri

Le caratteristiche della lampada esprimono la dipendenza delle correnti dalle tensioni nei suoi vari circuiti. Le proprietà dei tubi elettronici vengono valutate da anodico O griglia anodica caratteristiche statiche.

Anodo una caratteristica statica è una dipendenza espressa graficamente dalla corrente anodica IO UN dalla tensione all'anodo U UN. Dipendenza IO UN = F(U UN) viene rimosso per diversi valori di tensione costante U Con(l'eccezione sono le caratteristiche dell'anodo del diodo). L'aspetto della caratteristica dell'anodo è determinato dal numero di elettrodi nella lampada (Figura 4).

Riso. 4. Caratteristiche anodiche dei tubi elettronici: a - diodo; b - triodo; c - tetrodo; g - pentodo

Le caratteristiche statiche della griglia anodica sono dipendenze espresse graficamente dalla corrente anodica IO UN dalla tensione di rete U C a valori fissi di tensione anodica U UN. Come per le caratteristiche di dipendenza anodica IO UN = f(U Con ) preso per diversi valori costanti della tensione anodica Ua. (Figura 5).

Maggiore è la tensione anodica U UN, più in alto e a sinistra si trovano le caratteristiche della griglia anodica IO UN = f(U Con ) . Ciò è spiegato dal fatto che con una tensione anodica più elevata è necessario applicare alla griglia una tensione negativa maggiore in modo che il campo elettrico risultante nello spazio tra il catodo e la griglia rimanga invariato in grandezza.

A parametri elettrici fondamentali i diodi a vuoto includono quanto segue: dispositivo di scarico del gas a vuoto

1. Resistenza CC interna:

Dove U UN- componente costante della tensione anodica, IO UN- componente costante della corrente anodica.

Riso. 5. Caratteristiche della griglia anodica dei tubi elettronici: a - triodo; b - pentodo

2. Resistenza differenziale interna R D Un diodo rappresenta la resistenza dello spazio tra l'anodo e il catodo per la corrente alternata. È il reciproco della pendenza e si determina utilizzando le caratteristiche statiche dell'anodo (Fig. 3.4, a):

e solitamente ammonta a centinaia e talvolta decine di ohm.

Solitamente resistenza R 0 Di più R D .

3. Pendenza S mostra come cambia la corrente anodica al variare della tensione anodica ed è espressa dalla seguente dipendenza:

• 4. Tensione del filamento U N- tensione fornita al riscaldatore. Questo valore è un valore del passaporto. Quando la lampada è sottoriscaldata diminuisce la temperatura del catodo e quindi la corrente di emissione. Quando la tensione del filamento aumenta bruscamente U N la durata del catodo è nettamente ridotta, quindi la tensione del filamento non deve discostarsi di oltre il 10% da quella nominale.
• 5. Corrente di emissione I e - la corrente massima ottenibile a seguito dell'emissione di elettroni da parte del catodo termoionico. È rappresentato dalla carica totale degli elettroni che hanno lasciato il catodo termoionico in un secondo.
• 6. Tensione inversa dei diodi consentita U arrivo massimo- la massima tensione negativa sull'anodo che il diodo può sopportare senza violare le proprietà di conduttività unidirezionale.

I parametri di alcuni diodi a vuoto seriali sono riportati nella tabella. 1.

Tabella 1. Parametri principali dei diodi a vuoto seriali

I principali parametri elettrici dei tubi elettronici costituiti da tre o più elettrodi includono:

1. La resistenza interna (di uscita) della lampada è la resistenza di la distanza anodo-catodo della lampada per la componente alternata della corrente anodica è determinata dalla formula:

Dove U UN - variazione di tensione all'anodo, V; IO UN- variazione della corrente anodica, mA. Per i diodi a vuoto, la resistenza interna è chiamata resistenza alla corrente alternata ed è definita come:

2. Pendenza della caratteristica S mostra di quanti milliampere cambierà la corrente anodica della lampada quando la tensione sulla griglia di controllo cambia di 1 V a tensioni costanti sull'anodo e sulle altre griglie:

Dove U Con - variazione della tensione di rete, V.

È da notare che maggiore è la pendenza, più forte sarà l'azione di controllo della griglia e maggiore sarà il guadagno della lampada, a parità di altre condizioni.

3. Guadagno statico mostra quante volte una variazione della tensione sulla prima griglia ha un effetto più forte sulla corrente anodica rispetto a una variazione della tensione anodica. Il guadagno è determinato dal rapporto tra la variazione della tensione anodica e la variazione della tensione di rete, che influenzano ugualmente la corrente anodica:

4. La potenza dissipata all'anodo è determinata dalla formula:

5. Potenza in uscita Pout caratterizza la potenza utile fornita dalla lampada al circuito esterno.

I parametri di alcuni triodi, tetrodi e pentodi seriali sono riportati nella tabella. 2.

Tabella 2. Parametri di base di triodi, tetrodi e pentodi seriali