Elektrostatik ve dinamik kontrollü elektrovakum cihazları. Elektrovakum cihazlarının tasarımı ve çalışma prensibi. Vakum tüplerinin çeşitleri ve uygulama alanları Sınıflandırma ve grafik gösterimi
Modern vakum cihazları görünüşlerini Amerikalı mucit Thomas Edison'a borçludur. Bir elektrik ampulü kullanarak ilk başarılı aydınlatma yöntemini geliştiren oydu.
Lambanın tarihi
Günümüzde elektriğin tüm tarihsel dönemlerde var olmadığına inanmak zor. İlk akkor ampuller ancak on dokuzuncu yüzyılın sonunda ortaya çıktı. Edison, karbon, platin ve bambu filamentleri içeren bir ampul modeli geliştirmeyi başardı. Haklı olarak modern ampulün "babası" olarak anılan bu bilim adamı, ampul devresini basitleştirdi ve üretim maliyetini önemli ölçüde düşürdü. Sonuç olarak sokaklarda gazlı değil elektrikli aydınlatma ortaya çıktı ve yeni aydınlatma cihazlarına Edison lambaları denilmeye başlandı. Thomas buluşunu geliştirmek için uzun süre çalıştı ve bunun sonucunda mum kullanımı kârsız bir girişim haline geldi.
Çalışma prensibi
Edison akkor ampulleri hangi cihaza sahiptir? Her cihazın bir filaman gövdesi, bir cam ampulü, bir ana kontağı, elektrotları ve bir tabanı vardır. Her birinin kendi işlevsel amacı vardır.
Bu cihazın çalışmasının özü aşağıdaki gibidir. Bir filaman gövdesi, yüklü parçacıkların akışıyla güçlü bir şekilde ısıtıldığında, elektrik enerjisi ışığa dönüştürülür.
Radyasyonun insan gözü tarafından algılanabilmesi için en az 580 derece sıcaklığa ulaşması gerekmektedir.
Metaller arasında tungsten maksimum erime noktasına sahiptir, bu nedenle filament gövdesi ondan yapılır. Sesi azaltmak için tel spiral şeklinde düzenlenmeye başlandı.
Tungstenin yüksek kimyasal direncine rağmen, korozyon sürecine karşı maksimum koruma sağlamak için filaman gövdesi, havanın önceden dışarı pompalandığı kapalı bir cam kaba yerleştirilir. Bunun yerine, tungsten telinin oksidasyon reaksiyonlarına girmesini önleyen bir inert gaz şişeye pompalanır. Argon çoğunlukla inert bir gaz olarak kullanılır, bazen nitrojen veya kripton kullanılır.
Edison'un buluşunun özü, metalin uzun süre ısıtılması sırasında meydana gelen buharlaşmanın, inert gazın yarattığı basınçla engellenmesidir.
Lamba Özellikleri
Geniş bir alanı aydınlatmak için tasarlanmış pek çok farklı lamba vardır. Edison'un buluşunun özelliği, bu cihazın gücünü aydınlatılan alanı dikkate alarak ayarlama yeteneğidir.
Üreticiler hizmet ömrü, boyutu ve gücü bakımından farklılık gösteren farklı lamba türleri sunar. Bu elektrikli cihazların bazı türlerine bakalım.
En yaygın vakum tüpleri LON'dur. Hijyenik gerekliliklere tamamen uygundurlar ve ortalama hizmet ömürleri 1000 saattir.
Genel amaçlı lambaların dezavantajları arasında, elektrik enerjisinin yaklaşık yüzde 5'inin ışığa dönüştüğünü, geri kalanının ısı şeklinde salındığını öne sürmekteyiz.
Spot lambaları
Oldukça yüksek bir güce sahipler ve geniş alanları aydınlatmak için tasarlandılar. Elektrovakum cihazları üç gruba ayrılır:
- film projeksiyonu;
- deniz fenerleri;
- genel amaçlı.
Projektör ışık kaynağı, filaman gövdesinin uzunluğuna göre farklılık gösterir, daha kompakt boyutlara sahiptir, bu da genel parlaklığı artırmayı ve ışık akışının odaklanmasını iyileştirmeyi mümkün kılar.
Aynalı elektrikli vakum cihazları yansıtıcı bir alüminyum katmana ve farklı bir ampul tasarımına sahiptir.
Işığı iletecek kısmı buzlu camdan yapılmıştır. Bu, ışığı yumuşatmanıza ve çeşitli nesnelerden gelen kontrast gölgeleri azaltmanıza olanak tanır. Bu tür elektrovakum cihazları iç aydınlatma için kullanılır.
Halojen şişesinin içinde brom veya iyot bileşikleri bulunur. 3000 K'ye kadar sıcaklıklara dayanabilme yetenekleri sayesinde lambaların kullanım ömrü yaklaşık 2000 saattir. Ancak bu kaynağın dezavantajları da vardır; örneğin halojen lambanın soğuması sırasında elektrik direnci düşüktür.
Ana ayarlar
Bir Edison akkor lambasında tungsten filamanı farklı şekillerde düzenlenmiştir. Böyle bir cihazın kararlı çalışması için 220 V'luk bir voltaj gereklidir, ortalama servis ömrü 3000 ila 3500 saat arasında değişmektedir. Renk sıcaklığının 2700 K olduğu dikkate alındığında lamba beyaz, sıcak veya sarı bir spektrum sağlar. Şu anda lambalar farklı boyutlarda (E27) sunulmaktadır. İstenirse tavan avizesi veya duvar aydınlatma armatürü için firkete, balıksırtı veya spiral şeklinde bir lamba tercih edebilirsiniz.
Edison'un buluşu tungsten filamentlerin sayısına göre ayrı sınıflara ayrılmıştır. Aydınlatma cihazının maliyeti, gücü ve hizmet ömrü doğrudan bu göstergeye bağlıdır.
EVL'nin çalışma prensibi
Termiyonik emisyon, elektronların ısıtılmış bir filaman gövdesi tarafından ampul içinde oluşturulan bir vakum veya atıl ortama emisyonundan oluşur. Elektron akışını kontrol etmek için manyetik veya elektrik alanı kullanılır.
Termiyonik emisyon, çeşitli frekanslarda elektriksel salınımlar oluşturmak ve güçlendirmek için elektron akışının pozitif niteliklerinin pratik olarak kullanılmasını mümkün kılar.
Radyo tüplerinin özellikleri
Vakum diyotu radyo mühendisliğinin temelidir. Lamba tasarımında iki elektrot (katot ve anot) ve bir ızgara bulunur. Katot emisyon sağlar, bunun için bir tungsten tabakası baryum veya toryum ile kaplanır. Anot nikel, molibden ve grafitten yapılmış bir plaka şeklinde yapılmıştır. Izgara, elektrotlar arasında bir ayırıcıdır. Çalışma sıvısı hareketli parçacıklardan ısıtıldığında, vakumda güçlü bir elektrik akımı yaratılır. Bu tip elektrovakum cihazları radyo mühendisliğinin temelini oluşturur. Geçen yüzyılın ikinci yarısında vakum tüpleri teknik ve radyoelektronik endüstrilerinin çeşitli alanlarında kullanıldı.
Onlar olmadan radyo, televizyon, özel ekipman ve bilgisayar üretmek mümkün değildi.
Uygulama alanları
Hassas enstrümantasyon ve radyo elektroniğinin gelişmesiyle birlikte bu lambalar ilgilerini yitirdi ve büyük ölçekte kullanılmaları sona erdi.
Ancak bugün bile EVL'ye ihtiyaç duyan endüstriyel alanlar var çünkü yalnızca bir vakum lambası, cihazların belirli bir ortamda belirli parametrelere göre çalışmasını sağlayabilir.
EVL, askeri-endüstriyel kompleks için özellikle ilgi çekicidir, çünkü vakum tüpleri elektromanyetik darbelere karşı artan dirençle karakterize edilir.
Bir askeri aparat yüze kadar EVL içerebilir. Çoğu yarı iletken malzeme ve elektronik elektronik, artan radyasyon altında ve doğal vakum koşullarında (uzayda) çalışamaz.
EVL, uyduların ve uzay roketlerinin güvenilirliğinin ve dayanıklılığının arttırılmasına katkıda bulunur.
Çözüm
Elektromanyetik enerjinin üretilmesine, güçlendirilmesine ve dönüştürülmesine izin veren elektrovakum cihazlarında, çalışma alanı tamamen havasızdır ve delinmez bir kabuk ile atmosferden çitle çevrilidir.
Termiyonik emisyonun keşfi, vakum diyotu adı verilen basit iki elektrotlu bir lambanın yaratılmasına yol açtı.
Bir elektrik devresine bağlandığında cihazın içinde bir akım belirir. Gerilimin polaritesi değiştiğinde katot ne kadar sıcak olursa olsun kaybolur. Isıtılan katodun sıcaklığının sabit tutulmasıyla anot voltajı ile akım gücü arasında doğrudan bir ilişki kurmak mümkün olmuştur. Elde edilen sonuçlar elektronik vakum cihazlarının geliştirilmesinde kullanılmaya başlandı.
Örneğin bir triyot, üç elektrodu olan bir elektron tüpüdür: bir anot, bir termiyonik katot ve bir kontrol ızgarası.
Geçen yüzyılın başında elektrik sinyallerini güçlendirmek için kullanılan ilk cihazlar triyotlardı. Günümüzde triyotların yerini yarı iletken transistörler almıştır. Vakum triyotları yalnızca yüksek güçlü sinyalleri az sayıda aktif bileşenle dönüştürmenin gerekli olduğu ve ağırlık ve boyutların ihmal edilebildiği alanlarda kullanılır.
Güçlü radyo tüpleri, verimlilik ve güvenilirlik açısından transistörlerle karşılaştırılabilir, ancak hizmet ömürleri çok daha kısadır. Düşük güçlü triyotlarda filamanın çoğu, kademeli güç tüketimine gider, bazen değeri% 50'ye ulaşır.
Tetrodes, elektrik sinyallerinin gücünü ve voltajını artırmak için tasarlanmış elektronik bir çift ızgaralı tüptür. Bu cihazlar bir triyota kıyasla daha yüksek bir kazanca sahiptir. Bu tür tasarım özellikleri, televizyonlarda, alıcılarda ve diğer radyo ekipmanlarında düşük frekansları yükseltmek için tetrodların kullanılmasını mümkün kılar.
Tüketiciler, filaman gövdesinin tungsten spiral veya tel olduğu akkor lambaları aktif olarak kullanıyor. Bu cihazların gücü 25 ila 100 W arasındadır, hizmet ömrü 2500-3000 saattir. Üreticiler farklı tabanlara, şekillere ve boyutlara sahip lambalar sunar, böylece aydınlatma cihazının özelliklerini ve odanın alanını dikkate alarak bir lamba seçeneği seçebilirsiniz.
Elektrovakum cihazları, çalışma alanının havadan izole edildiği ve sert gaz geçirmez bir kabuk ile çevredeki atmosferden korunduğu, elektromanyetik enerjiyi dönüştürmek, güçlendirmek ve üretmek için kullanılan cihazlardır.
Elektrovakum cihazları, elektron akışının bir gaz içinde geçtiği gaz deşarjlı elektronik cihazları, elektron akışının bir vakum içinde geçtiği vakumlu elektronik cihazları ve akkor lambaları içerir.
Akkor lambalar en yaygın elektrikli vakum cihazı türüdür. Lamba silindirinden havanın çıkarılması, oksijenin filamanı oksitlemesini önler. Sıcak filamentin buharlaşmasını azaltmak için hava çıkarıldıktan sonra bazı akkor lamba türleri inert gazla doldurulur. Bu, filamanın çalışma sıcaklığının arttırılmasını mümkün kılar ve böylece lambaların ışık verimini, hizmet ömrünü kısaltmadan arttırır. İnert bir gazın varlığı, lambaya sağlanan elektrik enerjisinin ışığa dönüşümünü etkilemez. Vakumlu elektronik cihazlar, çalışma modunda silindir içindeki artık gazların basıncı 10-6-KG10 mm Hg'ye eşit olacak şekilde üretilmiştir. Sanat.
Belirli bir seyrekleşme derecesindeki artık gaz iyonları, elektronların yörüngelerini etkilemez ve bu tür iyonların katoda yaklaştıkça akışının yarattığı gürültü nispeten küçüktür. Bu tür elektrovakum cihazları çeşitli cihaz sınıflarını kapsar.
1. Elektronik tüpler - pentotlar, tetrotlar, triyotlar vb.; doğru akım enerjisini 3 x 109 Hz'e kadar frekansa sahip elektriksel titreşim enerjisine dönüştürmek için gereklidir. Vakum tüplerinin ana kullanım alanları radyo yayıncılığı, radyo mühendisliği, radyo iletişimi ve televizyondur.
2. Elektrovakum mikrodalga cihazları - magnetronlar ve magnetron tipi cihazlar, yansıtıcı ve geçiş klistronları, geriye doğru dalga lambaları ve ilerleyen dalga lambaları vb.; doğru akım enerjisini 3 x 108 ila 3 x 1012 Hz frekans aralığındaki elektromanyetik salınım enerjisine dönüştürmek üzere tasarlanmıştır. Electrovacuum mikrodalga cihazları esas olarak radar ve televizyon cihazlarında televizyon sinyallerini radyo röle iletişim hatları, mikrodalga radyo iletişimi ve uydu hatları aracılığıyla iletmek için kullanılır.
3. Katot ışın cihazları - osilografik katot ışın tüpleri, depolama katot ışın tüpleri, resim tüpleri vb.; ışık veya elektrik sinyalleri biçiminde sunulan bilgilerin çeşitli dönüşümlerine yöneliktir (örneğin, elektrik sinyallerinin görsel olarak görüntülenmesi, iki boyutlu bir optik görüntünün bir dizi televizyon sinyaline dönüştürülmesi veya bunun tersi).
4. Fotoelektronik cihazlar - ileten televizyon tüpleri, vakum fotoselleri, fotomultiplierler; Optik radyasyonu elektrik akımına dönüştürmeye hizmet eder ve otomasyon cihazlarında, nükleer fizikte, televizyonda, astronomide, sesli sinemada, faks iletişiminde vb. kullanılır.
5. Vakum göstergeleri - dijital gösterge lambaları, elektronik ışıklı göstergeler vb. Gösterge lambalarının çalışması, doğru akım enerjisinin ışık enerjisine dönüştürülmesine dayanır. Radyo alıcılarında, bilgi görüntüleme cihazlarında, ölçüm cihazlarında vb. kullanılır.
6. X-ışını tüpleri; doğru akım enerjisini x-ışınlarına dönüştürür. Kullanıldığı yerler: tıpta - bir dizi hastalığın teşhisi için; endüstride - çeşitli ürünlerde görünmez iç kusurları bulmak; kimya ve fizikte - organik maddelerin yapısını, maddenin kimyasal bileşimini, katıların kristal kafeslerinin parametrelerini ve yapısını belirlemek; biyolojide - karmaşık moleküllerin yapısını belirlemek.
Gaz deşarjlı elektronik cihazlarda, gaz basıncı kural olarak atmosferik basınçtan çok daha düşüktür, bu nedenle elektrikli vakum cihazları olarak sınıflandırılırlar. Gaz deşarjlı elektrikli vakum cihazlarının sınıfı çeşitli cihaz türlerini kapsar.
1. Etkisi uzay yükünün gaz iyonları tarafından nötrleştirilmesine dayanan, bin ampere kadar akımlarda birkaç megawatt'a kadar yüksek güçlü iyon cihazları. Benzer elektrikli vakum cihazları arasında endüstride, demiryolu taşımacılığında ve diğer endüstrilerde alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için kullanılan cıva valfleri; metallerin, radarın vb. elektrik kıvılcımıyla işlenmesine yönelik cihazlarda doğru akımı darbeli akıma dönüştürmek için tasarlanmış darbeli hidrojen ta-sitronları ve tiratronları; ekipmanı aşırı voltajdan korumak için kullanılan kesme cihazları ve kıvılcım aralıkları.
2. Odaların, sokakların, film ekipmanlarının, ışıklı reklamların vb. aydınlatılması için kullanılan sürekli radyasyonlu gaz deşarjlı ışık kaynakları ve telemekanik ve otomasyon cihazlarında, bilgi iletiminde, optik konumlarda vb. kullanılan darbeli ışık kaynakları.
3. Bilgisayarlarda ve diğer cihazlardaki bilgilerin görsel olarak çoğaltılması için tasarlanmış gaz deşarj göstergeleri (matris, işaret, doğrusal, sinyal).
4. Doğru akım enerjisini tutarlı radyasyona dönüştüren kuantum gazı deşarj cihazları - gaz lazerleri, kuantum frekans standartları.
Elektrovakum cihazı- çalışma alanının havadan arındırıldığı ve çevredeki atmosferden geçilmez bir kabuk tarafından korunduğu, elektromanyetik enerjiyi üretmek, yükseltmek ve dönüştürmek için tasarlanmış bir cihaz.
Bu tür cihazlar, hem elektron akışının bir vakum içinde geçtiği vakumlu elektronik cihazları hem de elektron akışının bir gaz içinde geçtiği gaz deşarjlı elektronik cihazları içerir. Elektrikli vakum cihazları ayrıca akkor lambaları da içerir.
Elektrovakum cihazlarında iletim, bir vakum veya gaz içerisinde elektrotlar arasında hareket eden elektronlar veya iyonlar tarafından gerçekleştirilir.
Başlangıç termiyonik elektronların keşfiyle oldu. 1884 yılında, akkor lamba için akılcı bir tasarım arayışında olan ünlü Amerikalı mucit Thomas Alva Edison, kendi adını taşıyan etkiyi keşfetti. İşte ilk açıklaması: Bir akkor ampulün "filamanın dalları arasına", her ikisinden de aynı uzaklıkta, yalıtımlı bir elektrot olan platin plaka yerleştirilir... Bu elektrot ile arasına bir galvanometre bağlarsanız Filamentin uçlarından biri, daha sonra lamba yandığında, karbon ipliğin pozitif veya negatif ucunun alete takılı olmasına bağlı olarak yönünü değiştiren bir akım gözlemlenir. Ayrıca iplikten geçen akımın şiddeti arttıkça yoğunluğu da artıyor."
Açıklama şu şekildedir: "görünüşe göre, bu lambada, hava (veya kömür) parçacıkları filamandan düz çizgiler halinde uçarak bir elektrik yükünü taşıyor."
Edison bir mucittir, fenomeni analiz etmez. Alıntılanan ifadeler esas itibariyle notun içeriğini sınırlamaktadır. Bu öncelik talebinden başka bir şey değildir. Edison'un bu etki için pratik bir uygulama bulma girişimleri başarısız oldu.
Böylece termiyonik emisyon olgusu keşfedildi ve ilk radyo tüplü elektrikli vakum diyotu yaratıldı.
Termiyonik emisyon (Richardson etkisi, Edison etkisi) - ısıtılmış cisimler tarafından elektron emisyonu olgusu. Metallerdeki serbest elektronların konsantrasyonu oldukça yüksektir, bu nedenle ortalama sıcaklıklarda bile elektron hızlarının (enerji) dağılımı nedeniyle bazı elektronlar metal sınırındaki potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiye sahiptir. Artan sıcaklıkla birlikte, termal hareketin kinetik enerjisi iş fonksiyonundan daha büyük olan elektronların sayısı artar ve termiyonik emisyon olgusu fark edilir hale gelir.
Termiyonik emisyon yasalarının incelenmesi, en basit iki elektrotlu lamba - iki elektrot içeren boşaltılmış bir silindir olan bir vakum diyotu kullanılarak gerçekleştirilebilir: katot K ve anot A.
Şekil 3.1 Vakum diyot tasarımı
En basit durumda katot, elektrik akımıyla ısıtılan, refrakter bir metalden (örneğin tungsten) yapılmış bir filamandır. Anot çoğunlukla katodu çevreleyen metal bir silindir şeklini alır. Elektrik devre şemalarında bir diyotun tanımı Şekil 3.2'de gösterilmektedir.
Pirinç. 3.2. Elektrik devre şemalarında vakum diyotunun belirlenmesi.
Devreye bir diyot bağlanırsa, katot ısıtıldığında ve anoda pozitif voltaj (katoda göre) uygulandığında, diyotun anot devresinde bir akım ortaya çıkar. Gerilimin polaritesini değiştirirseniz, katot ne kadar ısıtılırsa ısıtılsın akım durur. Sonuç olarak, katot negatif parçacıklar - elektronlar yayar.
Isıtılan katodun sıcaklığını sabit tutarsanız ve anot akımının anot voltajına (akım-gerilim karakteristiği) bağımlılığını ortadan kaldırırsanız, bunun doğrusal olmadığı, yani Ohm yasasının bir vakum diyotu için geçerli olmadığı ortaya çıkar. . Termiyonik akımın küçük pozitif değerler bölgesindeki anot voltajına bağımlılığı üç saniye kanunu ile açıklanmaktadır.
burada B, elektrotların şekline ve boyutuna ve ayrıca göreceli konumlarına bağlı bir katsayıdır.
Anot voltajı arttıkça akım, doyma akımı adı verilen belirli bir maksimum değere yükselir. Bu, katodu terk eden elektronların neredeyse tamamının anoda ulaştığı anlamına gelir; dolayısıyla alan kuvvetinde daha fazla bir artış, termiyonik akımda bir artışa yol açamaz. Termiyonik akımın anot voltajına bağımlılığı Şekil 3.3'te gösterilmektedir.
Pirinç. 3.3. Termiyonik akımın anot voltajına bağımlılığı
Sonuç olarak, doyma akım yoğunluğu katot malzemesinin emisyonunu karakterize eder. Doyma akım yoğunluğu, teorik olarak kuantum istatistiklerine dayanarak türetilen Richardson-Deshman formülü ile belirlenir:
burada A katottan ayrılan elektronların iş fonksiyonudur,
T - termodinamik sıcaklık,
C, teorik olarak tüm metaller için aynı olan bir sabittir (bu, görünüşe göre yüzey etkileriyle açıklanan deneylerle doğrulanmamıştır). İş fonksiyonundaki bir azalma, doyma akım yoğunluğunda keskin bir artışa yol açar. Bu nedenle, radyo tüpleri, iş fonksiyonu 1-1,5 eV olan oksit katotları (örneğin, alkalin toprak metal oksitle kaplanmış nikel) kullanır.
Birçok vakumlu elektronik cihazın çalışması termiyonik emisyon olgusuna dayanmaktadır.
Elektrikli vakum triyot, ya da sadece triyot, - üç elektroda sahip bir elektron tüpü: bir termiyonik katot (doğrudan veya dolaylı olarak ısıtılır), bir anot ve bir kontrol ızgarası. 1906 yılında Amerikalı Lee de Forest tarafından icat edilmiş ve patenti alınmıştır. Bir vakum triyotunun tasarımı Şekil 3.4'te gösterilmektedir.
Şekil 3.4 Vakum triyot tasarımı
Triyotlar, 20. yüzyılın başlarında elektrik sinyallerini yükseltmek için kullanılan ilk cihazlardı. Triyotun elektrik devre şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.5
Pirinç. 3.5 Elektrik devre şemalarında triyot sembolü
Triyotun akım-gerilim karakteristiği Şekil 3.6'da gösterilmiştir.
Pirinç. 3.6 Triyotun akım-gerilim karakteristiği
Triyotun akım-gerilim karakteristiği oldukça doğrusaldır. Bu sayede vakum triyotları güçlendirilmiş sinyale minimum düzeyde doğrusal olmayan bozulma katar.
Şu anda vakum triyotlarının yerini yarı iletken transistörler alıyor. Bunun istisnası, az sayıda aktif bileşenle yüzlerce MHz - GHz düzeyinde yüksek güç frekansına sahip sinyallerin dönüştürülmesinin gerekli olduğu ve boyutların ve ağırlığın o kadar kritik olmadığı alanlardır - örneğin, çıkış aşamalarında radyo vericilerinin yanı sıra yüzey sertleştirme için indüksiyonla ısıtma. Güçlü radyo tüpleri, güçlü transistörlerle karşılaştırılabilecek bir verime sahiptir; Güvenilirlikleri de karşılaştırılabilir ancak hizmet ömürleri çok daha kısadır. Düşük güçlü triyotların verimliliği düşüktür, çünkü kademe tarafından tüketilen gücün önemli bir kısmı akkorluğa, bazen de toplam lamba tüketiminin yarısından fazlasına harcanır.
Tetrode, elektrik sinyallerinin voltajını ve gücünü yükseltmek için tasarlanmış çift ızgaralı bir vakum tüpüdür. Tetrodun elektrik devre şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.7
Pirinç. 3.7 Elektrik devre şemalarında tetrode sembolü
Bir triyotun aksine, bir tetrode, kontrol ızgarası ile anot arasında, anodun kontrol ızgarası üzerindeki elektrostatik etkisini zayıflatan bir tarama ağına sahiptir. Bir triyot ile karşılaştırıldığında, bir tetrode yüksek bir kazanca, çok küçük bir anot kontrol ızgarası kapasitansına ve yüksek bir iç dirence sahiptir.
Amaçlarına göre, voltajı ve düşük frekanslı gücü yükseltmek için tetrodlara ve video sinyallerini yükseltmek için tasarlanmış geniş bant tetrodlara ayrılırlar. Sıradan bir ışın tetrodu, iki ızgaralı bir lambadır, ancak koruyucu ızgara ile anot arasına yerleştirilen ve içine bağlanan ışın oluşturucu plakalar kullanılarak elde edilen bir dinatron etkisinin yokluğunda ikincisinden farklıdır. katoda silindir. Işın tetrodları esas olarak alıcıların, televizyonların ve diğer ekipmanların son aşamalarında düşük frekanslı gücü yükseltmek için kullanılır.
Pentot(eski Yunan'dan πέντε beş, elektrot sayısına göre) - tarama ızgarası ile anot arasına üçüncü bir (koruyucu veya anti-dinatron) ızgaranın yerleştirildiği bir tarama ızgarasına sahip bir vakum elektron tüpü. Tasarım ve amaç açısından pentotlar dört ana türe ayrılır: düşük güçlü yüksek frekanslı amplifikatörler, video amplifikatörleri için çıkış pentotları, düşük frekanslı amplifikatörler için çıkış pentotları ve yüksek güçlü jeneratör pentotları.
Korumalı tüpler, tetrode ve pentode, yüksek frekanslarda triyota göre daha üstündür. Pentod amplifikatörünün üst çalışma frekansı 1 GHz'e ulaşabilir. Pentot kullanan bir güç amplifikatörünün verimliliği (%35 civarında), triyot kullanan bir amplifikatörün verimliliğinden (%15-%25) önemli ölçüde daha yüksektir, ancak ışın tetrodları kullanan bir amplifikatörün verimliliğinden biraz daha düşüktür.
Pentotların (ve genel olarak tüm korumalı lambaların) dezavantajları, tek harmoniklerin hakim olduğu bir triyottan daha yüksek doğrusal olmayan distorsiyonlar, kazancın yük direncine keskin bir bağımlılığı, daha yüksek bir içsel gürültü seviyesidir.
Süperheterodin teknolojisinin icadıyla bağlantılı olarak ortaya çıkan, iki kontrol ızgarasına (heptodlar) sahip çok elektrotlu lambalar daha karmaşıktır.
Elektrovakum cihazı denir. çalışma alanının gaz geçirmez bir kabuk (silindir) ile izole edildiği, yüksek derecede vakuma sahip olduğu veya özel bir ortamla (buharlar veya gazlar) doldurulduğu ve eylemi, çalışma ortamıyla ilişkili elektriksel olaylara dayalı olan bir cihaz. Yüklü parçacıkların boşlukta veya gazda hareketi. Çalışma ortamının doğasına uygun olarak elektrikli vakum cihazları elektronik ve iyonik (gaz deşarjı) olarak ikiye ayrılır.
Elektronik EVP'de el. akım, yalnızca serbest elektronların vakumdaki hareketinden kaynaklanır (elektron tüpleri, katot ışın cihazları, vakum fotoelektronik cihazlar vb.)
İyonik EVP'nin çalışma prensibi kutsal el kullanımına dayanmaktadır. gaz veya metal buharlarında deşarj. Bu cihazlara denir Gaz deşarjı (gaz kırılması, parlama, yüksek frekanslı deşarjlar vb.)
EVP tasarlanmış bir elektrot sisteminden oluşur. fiziksel yönetimi için silindirin içindeki işlemler dışarıyı ayırır. çalışanın iç ortamından. cihazın basitliği.
Her türlü EVP ve büyük hidrolik kırılmada şunlar bulunur: katotlar - elektron yayan (yayan) elektrotlar ve anotlar - elektronları toplayan (toplayan) elektrotlar. Yüklü parçacıkların akışını kontrol etmek için ızgaralar veya profilli plakalar şeklinde yapılmış kontrol elektrotları ve özel elektromanyetik yapısal elemanlar (bobinler) kullanılır. Bilgiyi görsel bir biçimde görüntülemek için kullanılan cihazlarda (CRT'ler, göstergeler ve diğer cihazlar), özel yapısal elemanlar yaygın olarak kullanılır - bir elektron akışının veya elektrik alanının enerjisinin optik radyasyona (parıltıya) dönüştürüldüğü ekranlar. vücut. Elektrotların tasarımları çok çeşitlidir ve cihazların amacına ve çalışma koşullarına göre belirlenir.
EVP ve hidrolik kırma silindirleri cam, metal, seramik ve bu malzemelerin kombinasyonlarından yapılmıştır. Elektrotlardan elde edilen sonuçlar silindirlerin taban, uç ve yan yüzeylerinden yapılır.
Elektronik lamba, elektrotlar arasında vakumda veya seyreltilmiş gazda hareket eden elektronların akışının yoğunluğunu kontrol ederek çalışan bir EVP'dir.
Elektronik tüpler, amaçlanan aydınlatma için (flaş lambaları, ksenon lambalar, cıva ve sodyum lambalar)
Ana elektronik vakum tüpleri türleri:
Diyotlar (kolayca yüksek voltajlar için yapılır, bkz. kenotron), Triodlar, Tetrodes, Pentodes, ışın tetrodeleri ve pentodlar (bu türlerin varyasyonları olarak), Hexodes, Heptodes, Octodes, Nonodes, kombinasyon lambaları (aslında bir silindirde 2 veya daha fazla lamba içerir) )
Elektrot sayısına göre elektronik tüpler ikiye ayrılır:
iki elektrotlu (diyotlar); üç elektrotlu (triyotlar); dört elektrotlu (tetrotlar); beş elektrotlu (pentotlar); ve hatta yedi elektrotlu (heptotlar veya beşgenler).
SORULARDA DEĞİL AMA ÖZETTE OLAN ŞEY!
Tanım . Elektrikli vakum cihazları, çalışma prensibi, gaz sızdırmaz bir kabuk (silindir) ile ortamdan izole edilmiş bir çalışma alanında meydana gelen gazlardaki veya vakumdaki elektriksel olayların kullanımına dayanan cihazlardır.
Elektrovakum ve gaz boşaltma cihazları, içine yüksek vakum veya inert gaz koşulları altında elektrotların yerleştirildiği cam, seramik veya metal silindir şeklinde yapılır: katot, anot, ızgaralar. Katot, serbest elektronların bir radyatörüdür (yayıcı), anot ise yük taşıyıcılarının bir toplayıcısıdır (toplayıcı). Anot akımı ızgaralar veya kontrol elektrotları kullanılarak kontrol edilir.
Havacılık elektronik ekipmanlarında kullanılan elektrikli vakum ve gaz deşarj cihazları hakkında fikir edinmek için bunların sınıflandırılmasına göz atalım.
Sınıflandırma ve sembolik grafik gösterimi
1. Elektrot sayısına bağlı olarak elektronik cihazlar iki elektrotlu (vakum diyot), üç elektrotlu (vakum triyot) ve çok elektrotlu lambalara ayrılır.
Pirinç. 1.
Elektrovakum diyotu - Bu, bir katot ve bir anottan oluşan iki elektrotlu bir lambadır. Anottaki voltaj katoda göre pozitifse, katot tarafından yayılan elektronlar anoda doğru hareket ederek bir anot akımı oluşturur. Gerilim negatif olduğunda anotta akım yoktur, dolayısıyla diyot yalnızca tek yönde iletir. Diyotun bu özelliği, ana amacını belirler - alternatif akımın düzeltilmesi. Bir elektrikli vakum diyotunun sembolik grafik gösterimi Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.
Elektrovakum triyot- Bu, anot ve katot arasında bir ızgara bulunan üç elektrotlu bir lambadır. Izgara anot akımını düzenlemek için tasarlanmıştır. Şebeke gerilimi anot ve katot arasındaki alanı değiştirerek anot akımını etkiler. Izgaradaki voltaj katoda göre negatifse, bu, katot tarafından yayılan elektronlar üzerinde engelleyici bir etkiye sahiptir ve bunun sonucunda anot akımı azalır. Şebeke voltajı pozitif olduğunda, elektronlar üzerinde hızlandırıcı bir etki yaparak anot akımını arttırır. Bu durumda elektronların bir kısmı ızgaraya çarparak bir ızgara akımı oluşturur. Sonuç olarak, ızgara, voltajı anot akımını değiştirmenize izin veren bir kontrol elektrodudur.
Bir elektrikli vakum triyotunun geleneksel grafik gösterimi, Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.
Pirinç. 2.
Anot akımı üzerindeki etkiyi arttırmak için ızgara katoda daha yakın yerleştirilir. Şebekedeki voltaj negatif olduğunda, içinde neredeyse hiç akım yoktur.
Pirinç. 3. Triyotların geleneksel grafik gösterimi: a - katot ızgaralı; b - ekran ızgaralı
İLE çoklu şebeke lambaları ilgili olmak: tetrodlar- iki ızgaralı, pentotlar- üç ızgaralı, altıgenler- dört ızgaralı, heptodlar- beş ızgaralı ve sekizli- altı ızgaralı. En yaygın olanları tetrotlar ve pentotlardır.
sen tetrodlarızgaralardan birine kontrol ızgarası adı verilir ve negatif voltaja sahiptir. Diğer ızgara, kontrol ile anot arasında veya kontrol ile katot arasında bulunur. İlk durumda, böyle bir ızgaraya ikinci katotta koruyucu denir.
Elektrikli vakumlu tetrodların geleneksel grafik gösterimi, Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.
Tarama ızgaralı tetrodlarda katot akımı, tarama ızgarası ile anot arasında dağıtılır. Böyle bir tetrodun ana avantajı, anot ile kontrol ızgarası arasındaki kapasitansın azaltılmasıdır. Koruyucu ağ, bu kapasitansı bir pikofaradın kesirlerine kadar azaltır ve anotun geçirgenliğini azaltır.
Bununla birlikte, koruyucu ızgaranın anoda yakınlığı, düşük voltajda anodun görünmesi gibi bir dezavantaja sahiptir. dinatron etkisi- ikincil emisyon nedeniyle anot akımında azalma (anot karakteristiğindeki düşüş (Şekil 3.4)). Bu durumda ikincil elektronlar katoda geri dönmezler, ancak tarama ızgarası tarafından yakalanırlar.
Pentotüç ızgaralı bir lamba denir. Üçüncü ızgaranın tanıtılması, tetrodun dinatron etkisi karakteristiğini ortadan kaldırma ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Bu ızgaraya koruyucu (veya antidynatron) denir ve koruyucu ızgara ile anot arasında bulunur. Bu ızgaradaki voltaj genellikle katottaki voltaja eşit hale getirilir; bu amaçla bazen şişenin içindeki katoda bağlanır. Anot ile eleme ağı arasındaki boşlukta oluşan potansiyel bariyer nedeniyle dinatron etkisi ortadan kaldırılmaktadır. Aynı zamanda bu potansiyel bariyer, elektronların yüksek hızla anoda doğru hareket etmelerine de önemli bir engel teşkil etmemektedir.
2. Filament devresinin tasarım özelliklerine göre elektronik tüpler, doğrudan ısıtılan katotlu lambalara ve dolaylı olarak ısıtılan katotlu lambalara ayrılır.
Doğrudan filament katot içinden akkor akımın geçtiği, yüksek dirençli bir malzemeden (tungsten veya tantal) yapılmış metal bir filamandır. Bu katot, düşük ısı kayıpları, tasarımın basitliği ve düşük termal atalet ile karakterize edilir. Böyle bir katodun dezavantajı, doğru akımla çalıştırılması gerekmesidir. 50 Hz frekanslı alternatif akımla çalıştırıldığında, emisyon akımı besleme voltajının iki katı frekansta değişir ve bu da istenmeyen düşük frekanslı bir arka plan gürültüsü yaratır.
Dolaylı filament katotİçinde filament bulunan bir tüpü temsil eder. Filament katottan izole edilmiştir. Sonuç olarak, filamana alternatif akımla güç verildiğinde oluşan sıcaklık ve emisyon akımı titreşimleri pratik olarak yumuşatılır.
- 3. Amaca göre lambalar ikiye ayrılır alıcı-amplifikatörler, jeneratör, frekans dönüştürücü, dedektör, ölçüm ve benzeri.
- 4. Çalışma frekans aralığına bağlı olarak lambaları ayırt etmek Düşük ( 1 - 30 MHz arası), yüksek(30 ila 600 MHz arası) ve ultra yüksek(600 MHz'in üzerinde) frekanslar.
- 5. Elektronik emisyon türüne göre lambaları ayırt etmek termiyonik, ikincil Ve fotoelektronik emisyonlar.
Elektrotlar arasında bir elektrikli vakum cihazının içinde bir elektron akışı oluşturmak için elektron emisyonu gereklidir.
Termiyonik emisyon, elektronların katı veya sıvı cisimleri bir vakum veya gaza bırakma işlemidir.
İkincil elektron emisyonu, başka bir cisim tarafından yayılan elektronların bombardımanı nedeniyle bir cisim tarafından elektron emisyonunu ifade eder.
Fotoelektron emisyonu, bir radyant enerji akışında bulunan bir cisim tarafından elektronların emisyonunu ifade eder.
2.1.2 Özellikler ve parametreler
Lambanın özellikleri, çeşitli devrelerdeki akımların voltajlara bağımlılığını ifade eder. Elektron tüplerinin özellikleri şu şekilde değerlendirilir: anodik veya anot ızgarası Statik özellikler.
Anot statik bir özellik, anot akımının grafiksel olarak ifade edilen bağımlılığıdır BEN A anottaki voltajdan sen A. Bağımlılık BEN A = F(sen A) birkaç sabit voltaj değeri için kaldırılmıştır sen İle(istisna, diyotun anot özellikleridir). Anot karakteristiğinin görünümü lambadaki elektrot sayısına göre belirlenir (Şekil 4).
Pirinç. 4. Elektronik tüplerin anot özellikleri: a - diyot; b - triyot; c - tetrod; g - pentot
Anot ızgarasının statik özellikleri, anot akımının grafiksel olarak ifade edilen bağımlılıklarıdır. BEN Aşebeke voltajından sen C anot voltajının sabit değerlerinde sen A. Anodik bağımlılık özellikleriyle aynı BEN A = f(Ü İle ) anot voltajı U a'nın birkaç sabit değeri için alınmıştır. (Şekil 5).
Anot voltajı ne kadar yüksek olursa sen A anot-ızgara özellikleri ne kadar yüksekte ve solda bulunursa BEN A = f(Ü İle ) . Bu, daha yüksek bir anot voltajında, katot ile ızgara arasındaki boşlukta ortaya çıkan elektrik alanının büyüklüğünün değişmeden kalması için ızgaraya daha büyük bir negatif voltajın uygulanması gerektiği gerçeğiyle açıklanmaktadır.
İLE temel elektriksel parametreler vakum diyotları aşağıdakileri içerir: vakumlu gaz boşaltma cihazı
1. Dahili DC direnci:
Nerede sen A- anot voltajının sabit bileşeni, BEN A- anot akımının sabit bileşeni.
Pirinç. 5. Elektron tüplerinin anot-ızgara özellikleri: a - triyot; b - pentot
2. Dahili diferansiyel direnç R D Bir diyot, alternatif akım için anot ve katot arasındaki boşluğun direncini temsil eder. Eğimin tersidir ve anot statik özellikleri kullanılarak belirlenir (Şekil 3.4, a):
ve genellikle yüzlerce, bazen de onlarca ohm tutarındadır.
Genellikle direnç R 0 Daha R D .
3. Eğim S anot voltajı değiştiğinde anot akımının nasıl değiştiğini gösterir ve aşağıdaki bağımlılıkla ifade edilir:
- 4. Filament voltajı U N- ısıtıcıya sağlanan voltaj. Bu değer bir pasaport değeridir. Lamba aşırı ısındığında katot sıcaklığı ve dolayısıyla emisyon akımı düşer. Filament voltajı keskin bir şekilde arttığında sen N katodun hizmet ömrü keskin bir şekilde azalır, bu nedenle filaman voltajı nominal voltajdan% 10'dan fazla sapmamalıdır.
- 5. Emisyon akımı I e - termiyonik katot tarafından elektron emisyonu sonucunda elde edilebilecek maksimum akım. Termiyonik katodu bir saniyede terk eden elektronların toplam yükü ile temsil edilir.
- 6. İzin verilen diyot ters voltajı U maksimum varış- diyotun tek yönlü iletkenlik özelliklerini ihlal etmeden dayanabileceği anottaki maksimum negatif voltaj.
Bazı seri vakum diyotlarının parametreleri Tablo'da verilmiştir. 1.
Tablo 1. Seri vakum diyotlarının ana parametreleri
Üç veya daha fazla elektrottan oluşan elektronik tüplerin ana elektriksel parametreleri şunları içerir:
1. Lambanın iç (çıkış) direnci, lambanın direncidir. anot akımının alternatif bileşeni için lambanın anot-katot boşluğu aşağıdaki formülle belirlenir:
Nerede sen A - anottaki voltajdaki değişiklik, V; BEN A- anot akımındaki değişiklik, mA. Vakum diyotları için iç dirence alternatif akım direnci denir ve şu şekilde tanımlanır:
2. S karakteristiğinin eğimi anot ve diğer ızgaralardaki sabit voltajlarda kontrol ızgarasındaki voltaj 1 V değiştiğinde lambanın anot akımının kaç miliamper değişeceğini gösterir:
Nerede sen İle - şebeke voltajındaki değişiklik, V.
Diğer her şey eşit olduğunda, diklik ne kadar büyük olursa ızgaranın kontrol etkisi o kadar güçlü olur ve lamba kazancı da o kadar yüksek olur.
3. Statik kazanç birinci ızgaradaki voltajdaki bir değişikliğin anot akımı üzerinde anot voltajındaki bir değişiklikten ne kadar daha güçlü bir etkiye sahip olduğunu gösterir. Kazanç, anot voltajındaki değişimin, anot akımını eşit şekilde etkileyen şebeke voltajındaki değişime oranıyla belirlenir:
4. Anotta harcanan güç aşağıdaki formülle belirlenir:
5. Çıkış gücü Pout, lambanın harici devreye sağladığı faydalı gücü karakterize eder.
Bazı seri triyotların, tetrotların ve pentotların parametreleri tabloda verilmiştir. 2.
Tablo 2. Seri triyotların, tetrotların ve pentotların temel parametreleri