Устройство вакуумного диода: Принцип устройства и работы вакуумного диода — Меандр — занимательная электроника

Содержание

Принцип устройства и работы вакуумного диода — Меандр — занимательная электроника

Особенностью электронных ламп является их пригодность для работы с переменными токами различнейших частот вплоть до самых высоких. Вследствие практического отсутствия инерции электронные лампы могут работать при таких высоких частотах, которые недоступны каким-либо другим устройствам.

Простейшей электронной лампой является диод. Слово «диод», основой которого служит греческий корень «ди» — два, означает, что в этой лампе имеются два электрода.

Первый из этих электродов нам уже знаком – это катод, служащий для получения потока электронов и необходимый в каждой электронной лампе, к какому бы типу она ни относилась. Вторым электродом является металлическая пластика – анод. Таким образом, диод – двухэлектродная электронная лампа – представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух и внутри которого находятся катод и анод. От этих электродов сквозь стенки баллона проходят выводы. Если баллон стеклянный, то выводы впаиваются в стекло. Если же баллон металлический, то выводы можно сделать, например, через стеклянные бусинки, впаянные в металл.

От анода делается один вывод. Если нить накала одновременно является и катодом, то от нее делаются два выводы (от концов нити). Если катод подогревный, то у него делают три вывода – два от подогревающей нити и один – от излучающего слоя, т. е. от собственного катода.Внутри баллона лампы создается очень высокий вакуум, вполне достаточный для того, чтобы электроны могли беспрепятственно вылетать из раскаленного катода. Поэтому, если катод диода нагреть до нужной температуры, из него начнется электронная эмиссия и электроны образуют вокруг катода своего рода электронное облачко. Образование из катода, испытывают отталкивающее действие со стороны ранее вылетевших электронов, поэтому они не могут отлететь на значительное расстояние от катода. Часть электронов, имеющих наименьшие скорости, падает обратно на катод. В конце концов электронное облачко стабилизируется: на катод попадает столько же электронов, сколько из него вылетает.

Облачко представляет собой запас свободных электронов в вакууме, пригодный для использования.

Второй находящийся в баллоне диода электрод – анод – предназначен для использования электронов вылетающих из катода, и для управления ими. С этой целью к катоду и аноду лампы подводится электрическое напряжение, например от батареи.

Очевидно, это напряжение можно подвести к лампе двумя способами: минус источника питания к катоду и плюс к аноду или наоборот.

Если мы присоединим плюс источника питания к катоду, минус к аноду, то электроны, вылетающие из раскаленного катода, нельзя будет использовать по двум причинам. Во-первых, электроны, покинувшие катод с небольшой скоростью, будут, очевидно, возвращаться обратно на катод, который в этом случае имеет положительный заряд и поэтому будет стремится притянуть к себе отрицательно заряженные электроны. Во-вторых, электроны, получившие при вылете достаточно большую скорость и концентрирующиеся в виде электронного облачка вокруг катода, окажутся бесполезными, так как отрицательно заряженный анод лампы не только не будет их притягивать, но и наоборот – станет их отталкивать обратно к катоду.

Иначе будет обстоять дело тогда, когда мы присоединим плюс источника напряжения к аноду, а минус – к катоду. Одновременно в цепь батареи включим миллиамперметр. В этом случае включенный в цепь миллиамперметр отметит прохождение тока. Этот ток будет течь по следующей цепи: батарея – катод лампы – пространство между катодом и анодом лампы – миллиамперметр – батарея. Ток в цепи возникает тогда, когда плюс батареи присоединен к аноду, а минус – к катоду. Этим и объясняется название второго электрода лампы: «анод» (в электротехнике анодом принято называть электроды, соединенные с положительным полюсом источника тока, а катодом – соединенные с отрицательным полюсом). В соответствии с этим текущий через лампу ток, образованный потоков электронов, несущихся от катода к аноду, называют

анодным током. Анодный ток обозначается обычно символом Іа, а напряжение на аноде Uа. В отличие от него напряжение накала лампы обозначается символом Uн.

Чем же определяется величина І

а?

Чтобы ответить на этот вопрос, произведем такой опыт. Раскалим катод до нужной температуры и будем подавать на анод положительное напряжение, начиная с самого небольшого и постепенно увеличивая его. При каждом изменении анодного напряжения будем по миллиамперметру отмечать величину тока в цепи. Если мы затем по записанным отсчетам построим график, откладывая на горизонтальной оси величины напряжения на аноде, а на вертикальной – соответствующие величины анодного тока, то получим кривую, подобную показанной на рисунке:При отсутствии анодного напряжения, т. е. при Uа=0, электроны к аноду не притягиваются, анодный ток будет равным нулю (Іа=0). Анодный ток возникает после того, как на анод будет подано положительное напряжение. По мере его увеличения анодный ток будет возрастать, причем рост его вначале до точки А идет медленно, а затем быстрее. Такое быстрое возрастание тока продолжается, пока он не достигнет некоторого значения, соответствующего точке

Б. При дальнейшем повышении анодного напряжения рост анодного тока замедляется. Наконец, в точке В он достигает наибольшей величины. Дальнейшее повышение анодного напряжения уже не сопровождается увеличением анодного тока.

Кривая, показывающая зависимость величины анодного тока двухэлектродной лампы от напряжения на ее аноде, называется характеристикой лампы и служит для технических расчетов, связанных с использованием лампы.

Чем же объясняется такая форма вольт-амперной характеристики (ВАХ) вакуумного диода?

Чтобы понять это, проследим за происходящими в лампе процессами.

Вначале, при отсутствии на аноде напряжения, излучаемые катодом электроны скапливаются вокруг него, образуя электронное облачко. При появлении на аноде небольшого положительного напряжения некоторые электроны обладающие большей скоростью, чем остальные, начинают отрываться от облачка и устремляться к аноду, создавая небольшой анодный ток. По мере увеличения анодного напряжения все большее количество электронов будет отрываться от облачка и притягиваться анодом.

Наконец при достаточно большом напряжении на аноде все электроны окружающие катод, будут притянуты, электронное облачко совершенно «рассосется». Этот момент соответствует точке В вольт-амперной характеристики диода. При таком анодном напряжении все вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться анодом. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно. Для этого потребовались бы дополнительные электроны, а их взять негде. Вся эмиссия катода, соответствующая данной его температуре, зависящей от величины накала, исчерпана.

Анодный ток такой величины, какая устанавливается при полном использовании всей эмиссии катода, называется током насыщения. Увеличить этот ток можно только одним способом – повысить накал катода, но этот способ не применяется, потому что он сокращает срок службы катода.

До сих пор мы говорили об аноде, как о металлической пластинке находящейся внутри баллона лампы и имеющий вывод наружу. Делать анод действительно в виде пластинки было бы невыгодно, так как катод излучает электроны во всех направлениях, а пластинку можно поместить только с одной его стороны. В практических конструкциях диодов анод обычно имеет форму цилиндра, окружающего катод (см. рисунок вначале). При таком устройстве лампы все излучаемые катодом электроны с одинаковой силой притягиваются анодом.

Цилиндрическая форма анода наиболее выгодна тогда, когда катод имеет прямолинейную форму. Если катод имеет вид латинских букв V или W, что часто делается для увеличения его длинны, то анод оказывается более выгодно делать в виде коробки без двух противоположных боковых стенок. Такой анод в сечении имеет прямоугольную форму, часто с закругленными углами.

У ламп с подогревным катодом аноду придают такую форму, чтобы он во всех направлениях отстоял по возможности на одинаковом расстоянии от катода. Наиболее широко применяется цилиндрический подогревный катод и соответственно цилиндрический анод. Очень выгодной оказывается эллиптическая форма катода и анода.

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами, или крылышками, которые способствуют лучшему отводу от него тепла.

Электроды лампы крепятся внутри ее баллона на стеклянной стойке при помощи держателей. Для удобства пользования лампой к ее нижней части прикрепляется цоколь из изоляционного материала, снабженный металлическими ножками штырьками. Эти штырьки при установке лампы в аппарат входят в гнезда ламповой панельки, чем достигается, с одной стороны, крепление лампы в аппарате и, с другой, соединение электродов лампы с нужными частями схемы. Электроды лампы соединяются со штырьками выводными проводниками, впаянными в стеклянную стойку. Лампы небольших размеров делают без цоколей, укрепляя штырьки непосредственно в стеклянном дне баллона.Для каких целей может быть использована двухэлектродная вакуумная лампа?

Возможности использования этой лампы определяются ее основным свойством – способностью пропускать ток только в одном направлении, так как движение потока электронов возможно в лампе лишь от катода к аноду. Это свойство диода, которое иногда называют односторонней проводимостью, является весьма ценным. Оно позволяет использовать диод для преобразования переменного тока в постоянный или, как чаще говоря, для выпрямления переменного тока. Способность диода выпрямлять переменный ток в свое время широко использовалось в радиоаппаратуре, в частности эта способность диода вместе с применением подогревного катода позволила решить проблему питания радиоаппаратуре от промышленной сети переменного тока.

Схема использования диода как выпрямителя переменного тока очень проста. Между катодом и анодом включен источник переменного тока. Понять процессы, происходящие в этой схеме, лучше всего при помощи графика, показанного на рисунке:Верхняя часть графика изображает напряжение источника переменного тока. Оно изменяется периодически с определенной частотой: характер изменения может быть выражен кривой, носящей название синусоиды. С такой же частотой изменяется и напряжение на аноде лампы относительно ее катода. В течении половины каждого периода напряжение на аноде будет положительным, а в продолжение второй полуволны периода – отрицательным.

Положительные полупериоды синусоиды на графике сверху.

Во время положительных полупериодов на аноде лампы будет положительное напряжение и через лампу будет течь ток. Во время отрицательных полупериодов, когда анод заряжается отрицательно, электроны отталкиваются от анода и ток через лампу не течет. Измерительный прибор, включенный в анодную цепь лампы, будет регистрировать отдельные импульсы или толчки тока, по одному в течении каждой положительной половины периода; следовательно, число таких импульсов в секунду окажется равным частоте переменного тока.

Нормально в цепи переменного тока происходит, как известно, движение электронов то в одну то в другую сторону. Так как движение электронов представляет собой электрический ток, то можно сказать, что в такой цепи ток течет попеременно то в одну, то в другую сторону. Но если в цепь переменного тока включен диод, то характер движения электронов (тока) изменяется. Ток будет течь лишь в одну сторону, но отдельными импульсами или толчками. Во время каждого периода будет один толчок тока. Эти толчки тока будут чередоваться с промежутками, в течение которых тока не будет.

Если источником переменного тока является промышленная сеть, то частота будет равна 50 Гц. Значит, 50 раз в секунду на аноде диода окажется положительное напряжение и по цепи пройдет толчок или импульс тока. Такой ток называется пульсирующим, в данном случае частота пульсации равна 50 Гц.

Применение диодов не ограничивается выпрямлением переменного тока для питания радиоаппаратуры. Диоды могут выпрямлять токи высокой частоты, т. е. применяться для так называемого детектирования. Ниже показано, как в детекторном приемнике можно заметь полупроводниковый диод вакуумным кенотроном.Фактически в простейших детекторных приемниках ламповые диоды для детектирования не применяются, так как это значительно усложнило бы приемник и привело бы к необходимости применения батареи накала. Но зато в ламповых радиоприемниках для детектирования применяются почти исключительно диодные детекторы. Кроме того, диоды применяются в приемниках для устройства автоматических регулировок и некоторых других целей.

Принцип работы кенотронов для выпрямления промышленного переменного тока и диодов для детектирования высокочастотных сигналов одинаков, но по конструкции эти лампы существенно отличаются один от других.

У высокочастотного диода собственная емкость между катодом и анодом должна быть сведена к возможно меньшей величине. Размеры электродов и расстояние между ними также должны быть минимальными. Токи, выпрямляемыми детекторными диодами, обычно очень малы м измеряются долями или единицами миллиампера.

У кенотронов электроды должны быть порядочных размеров, чтобы обеспечить возможность получения достаточно большого выпрямленного тока и рассеяния на своих анодах той мощности, которая выделяется на них вследствие их бомбардировки электронами.

Вакуумный диод: характеристика, принцип работы

 

Собирая различные электрические приборы в своей домашней лаборатории, многие люди не только экономят деньги на приобретении новой техники, но и чинят вышедшие из строя электроизделия. Для полноценной работы многих приборов требуются диоды, которые сегодня представлены самыми разнообразными экземплярами. В сегодняшней статье речь пойдет о таком элементе, которые довольно часто встречается в электрических схемах – вакуумный диод.

Чтобы правильно использовать такую детальку, необходимо знать ее устройство, а также какая схема и принцип работы для нее характерны. Обо всем этом вы узнаете из этой статьи.

Что представляет собой устройство

Современный диод вакуумного типа представляет собой баллон, выполненный из металлокерамики или стекла, лишенный воздуха. Их этого баллона выкачивают воздух до давления, находящегося на уровне 10-6 — 10-7 мм рт. ст. Отсюда и название данного элемента электросхем.

Строение диод вакуумного типа

Внутри такой баллон размещены два электрода. Одним из них является катод. Он имеет вид металлического вертикального цилиндра, который покрыт слоем оксида щелочно-земельных металлов (кальция, стронция, бария). Благодаря такому напылению данный элемент получил название оксидный катод.

Обратите внимание! При его нагревании с поверхности происходит значительно большее испускание электродов, чем с обычного металлического элемента аналогичного вида.

Катод внутри содержит изолированный проводник, нагреваемый переменным или постоянным током. При нагревании, катод испускает электроны, которые движутся и достигают второго элемента вакуумного диода – анода.
Анод имеет вид овального или круглого цилиндра. Он с катодом имеет общую ось. Схема диода вакуумного типа имеет следующий вид.

Схема диода вакуумного типа

Кроме вакуумного диода существует еще такое понятие, как электровакуумный диод.
Под собой электровакуумный диод подразумевает двухэлектродную вакуумную электронную лампу. Ее строение аналогично диоду вакуумного типа. По сути это одно и тоже. Здесь катод представляет собой W-образную или прямую нить. Он, в процессе работы такой лампы, нагревается до определенной температуры. В результате нагрева возникает термоэлектронная эмиссия. В ходе подачи на анод отрицательного напряжения относительно катода, электроны возвращаются обратно на катод. Когда на анод подается положительное напряжение, часть из эмитированных электронов начинает двигаться в нему. В результате возникает ток.
В результате своей работы вакуумные диоды и их аналоги способны на выпрямление приложенного к ним напряжения. Таким основным своей свойством обладают вакуумные выпрямители, поэтому они используются в качестве детекторов сигналов высокой частоты и выпрямления переменного тока.
Такое устройство характерно для всех изделий подобного типа. При этом данное устройство и определяет основные характеристики изделия, а также то, какое применение оно будет иметь.

Обратите внимание! Частотный диапазон для диода вакуумного типа несколько ограничен и не превышает 500 МГц. При этом интегрированные в волноводы дисковые диоды, способны на детектирование частоты до 10 ГГц.

Формы основных элементов диода

Форма катода и анода

Катод, входящий в состав диода вакуумного типа, зачастую имеет вид латинских букв W или V. Такая форма используется для увеличения длины изделия. В тоже время анод будет более выгодным, если станет изготавливаться в виде коробки, лишенной боковых граней. В сечении анод имеет форму прямоугольника с закругленными углами.

Такая форма анода определяется необходимостью для того, чтобы он во всех направлениях по возможности находился на одинаковом расстоянии от нагреваемого катода. По этой причиной наиболее выгодной формой для обоих элементов является эллиптическая.
Чтобы снизить степень нагрева анода в его устройстве часто фигурируют ребра (крылышки). Благодаря их наличию, анод имеет более качественное отведение тепла.
И катод и анод в баллоне крепятся при помощи специальных держателей. Для большего удобства в эксплуатации, внизу лампы устанавливается цоколь, состоящий из изоляционного материала. Он оснащен металлическими ножками-штырьками. Эти штырьки обеспечивают контакт лампы при включении ее в гнезда ламповой панели.
Вот такое устройство имеет электровакуумная лампы или диод вакуумного типа.

 

Принцип функционирования диода вакуумного типа

Чтобы схема, в которую входит выпрямитель вакуумного типа, работала как надо, следует понимать принцип работы такой детали.

Принцип работы диода

Принцип работы вакуумных диодов представляет собой следующую картину:

  • в ходе разогрева катода, электроны с его поверхности начнут отделяться;
  • их отделение происходит за счет формирования термоэлектронной эмиссии;
  • освобожденные с поверхности электроны начинают препятствовать вылету других электронов. В следствии этого вокруг поверхности катода образуется облако электронов;
  • часть электронов этого облака, обладающие наименьшими скоростями, опускается обратно на поверхность катода;
  • в ситуации, когда задается определенная температура, облако электронов стабилизируется. Это означает, что с катода вылетает столько же электронов, сколько потом на него опускается;
  • при наличии нулевого напряжения, например, при ситуации короткого замыкания анода на катоде, в лампе начинает течь ток электронов по направлению от катода к аноду. В данной ситуации наиболее быстрые электроны способны преодолеть имеющуюся потенциальную яму, из-за чего они и притягиваются к аноду. Отсечка тока происходит в той ситуации, когда на анод подается отрицательное запирающее напряжение. Это напряжение должно иметь один вольт или ниже.
  • в ситуации подачи положительного напряжения на анод, в диоде формируется ускоряющее поле, которое способствует возрастанию на аноде тока. Когда ток на этом элементе достигает значений, которые близки в пределу эмиссии катода, происходит замедление роста тока и его стабилизация. Т.е. наблюдается эффект «насыщения».

Вот по такому принципу работают диоды вакуумного типа.

Важная характеристика диодного элемента – ВАХ

Все диоды, в не зависимости от того, вакуумные оны или нет, обладают таким параметром, как вольт амперная характеристика или сокращенно ВАХ.

ВАХ вакуумного диода

Чтобы разобраться, что же это за вольт амперная характеристика, рассмотрим график на примере происходящих в лампе процессов.
В самом начале, когда на аноде отсутствует напряжения, вокруг катода в следствие его нагрева формируется электронное облако. Когда на аноде возникает положительное небольшое напряжение, самые быстрые электроны, входящие в электронное облако катода, начинают устремляться к аноду. В результате можно регистрировать анодный ток небольшой величины. В ситуации, когда анодное напряжение будет продолжать увеличиваться, из электронного облака все большее число электронов будут перетекать к аноду в плоть до полного «рассасывания» катодного электронного облака. Это состояние соответствует точке В на графике, приведенном выше. Такое напряжение означает, что всех вылетающие из катода электроны будут немедленно притягиваться к аноду.
Обратите внимание! Дальнейшее нарастание анодного тока при сохранении величины накала не происходит. Чтобы добиться увеличение данного показателя необходимо использовать дополнительные электроны. А они здесь отсутствуют. Для этого увеличения показателя можно повысить накал катода, но такой способ не используется поскольку приводит к уменьшению срока службы катодного элемента.
Таким образом вся эмиссия катода при конкретной температуре накала будет исчерпана. В результате анод достиг ситуации «насыщения током».
Все эти процессы, поэтапно, отращены на вольт амперной характеристики, приведенной выше. Такой параметр, как вольт амперную характеристику в высшей точке, можно рассматривать как предел возможностей диода.
Как видим принцип работы изделия неотделим от ВАХ. При этом последняя является его отражением.

Где используются такие изделия

Применение электровакуумных ламп определяется их основными возможностями или свойствами, а именно способностью пропускать ток только в одном направлении. Это связано с тем, что в диоде движение электронов возможно только от катода к аноду. Иногда такое свойство диодных выпрямителей называется односторонней проводимостью. Благодаря такому свойству, вакуумные диоды применяются в качестве преобразователя постоянного тока в переменный (его выпрямления). Такие способности данного рода изделий обеспечили им обширное применение в радиоаппаратуре.

Обратите внимание! Использование диода вакуумного типа позволит решить проблему питания радиоаппаратуры от промышленной сети переменного тока.

Схема, по которой можно использовать диода в качестве выпрямителя для переменного тока, довольно проста.

Схема диода, работающего как выпрямитель

В данной ситуации между анодом и катодом следует включить источник переменного тока. Вверху графика отражено напряжение источника переменного тока. Здесь имеется периодическое его изменение с определенной частотой по типу синусоиды. С такой же чистотой меняется напряжение на аноде по отношению к катоду. Часть времени анод будет положительным (верхняя часть графика), а часть – отрицательным (нижняя часть графика).
При положительных полупериода на аноде будет положительное напряжение. В такой ситуации ток будет течь, а при противоположном значении полупериода – он будет отсутствовать. В результате получаться импульсы, равные по частоте переменному току.

Заключение

Зная особенности функционирования диодов вакуумного типа, можно максимально полно использовать их особенности в работе радиоэлектронных приборов. Помните, что каждый вид диодов имеет свои особенности и способен оптимально работать в определенных условиях. Учет всех параметров его работы, а также ВАХ, позволит выжать из изделия максимум без нарушения принципов его функционирования.

 

Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов

Главное назначение диодов — выпрямление переменного тока. Иногда диоды применяются для генерации шумов, т. е. беспорядочно изменяющихся токов и напряжений, для ограничения электрических импульсов и т. д.

Диод имеет два электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Один электрод — это накаленный катод, служащий для эмиссии (испускания) электронов. Другой электрод. — анод — принимает электроны, испускаемые катодом. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны, если он имеет положительный относительно катода потенциал. Между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

Простейший катод делают в виде проволочки, которая накаливается током. Такие катоды называют катодами прямого или непосредственного накала. Большое распространение получил катод косвенного накала (подогревный). Это металлический цилиндр, поверхность которого покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током. В наиболее распространенной цилиндрической конструкции диода (рис. 15.1) анод имеет форму цилиндра.

Цепи диода с катодом косвенного накала показаны на рис. 15.2. Основной является анодная цепь (цепь анода). В нее входят анодный источник Еаи пространство между анодом и катодом.

Все электроны, вылетающие из катода, образуют ток эмиссии

Ie = Nq, (15.1)

где N — число электронов, вылетающих за 1 с; qзаряд электрона.

Между анодом и катодом образуется отрицательный заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточном положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

Электроны, ушедшие с катода безвозвратно, определяют катодный ток (ток катода), обозначаемый Iк или iK:

iK = nq<Ie, (15. 2)

где п — число электронов, ушедших за 1 с с катода и не возвратившихся.

Рис. 15.1. Цилиндрическая конструкция электродов диода

 

Рис. 15.2. Цепи диода с катодом косвенного накала

 

Рис. 15.3. Упрощенные схемы с диодами

 

Чем выше потенциал анода, тем больше электронов преодолевает объемный заряд и уходит к аноду, т. е. тем больше катодный ток.

Поток электронов, летящих от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током (током анода). Он протекает в анодной цепи и обозначается Iа или ia В диоде катодный и анодный токи равны друг другу:

ia = iк.(15.3)

Анодный ток является главным током электронной лампы. Электроны этого тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы — от анода к плюсу анодного источника, затем внутри него и от минуса источника к катоду лампы.

При изменении положительного потенциала анода изменяется катодный ток и равный ему анодный ток. В этом заключается электростатический принцип управления анодным током.

Если потенциал анода отрицателен по отношению к катоду, то поле между анодом и катодом тормозит электроны, вылетающие из катода, и возвращает их на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю.

Основное свойство диода — способность проводить ток в одном направлении. Электроны могут двигаться только от накаленного катода к аноду, имеющему положительный потенциал. Если же на аноде отрицательный относительно катода потенциал, то диод заперт, т. е. он размыкает цепь. Такой анод отталкивает электроны, а сам он не накален и не испускает электронов. Диод обладает односторонней проводимостью и подобно полупроводниковому диоду может выпрямлять переменный ток. В отличие от полупроводникового диода в вакуумном при обратном напряжении обратный ток практически отсутствует.

Анодный ток составляет доли миллиампера в самых маломощных диодах, применяемых в радиоприемниках или измерительной аппаратуре. В более мощных диодах (кенотронах), работающих в выпрямительных установках для питания аппаратуры, анодный ток достигает сотен миллиампер и более.

Разность потенциалов между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают Ua или uа.

В практических схемах, когда в анодную цепь включена нагрузка, на которой падает часть напряжения анодного источника, анодное напряжение меньше Eа. Нередко возникают ошибки от того, что напряжение анодного источника Eа неправильно называют анодным напряжением. Но они равны только в том случае, когда зажимы анодного источника непосредственно присоединены к аноду и катоду лампы (см. рис. 15.2). Положительное анодное напряжение у маломощных диодов составляет доли вольта или единицы вольт. У кенотронов средней мощности оно достигает десятков вольт, а у мощных кенотронов сотен вольт и более.

Условились принимать потенциал катода за нулевой, так как от катода электроны начинают свое движение. Потенциал любого электрода определяют относительно катода. У катода прямого накала за точку нулевого потенциала принимают минус источника накала.

Второй цепью диода является цепь накала. Она состоит из источника Eн и подогревателя (или катода прямого накала). Ток накала обозначают Iн, а напряжение накала, т. е. напряжение между выводами подогревателя (или катода прямого накала), обозначают Uн. Напряжение накала всегда низкое — единицы, реже десятки вольт. Ток накала у маломощных ламп составляет десятки миллиампер, а у мощных — до десятков и даже сотен ампер. Во многих схемах вывод катода соединяют с корпусом (рис. 15.3, а, б) аппаратуры.

Основные аннотации по теме ламповой схемотехники

 

устройство, принцип работы, вольт амперная характеристика > Свет и светильники

Лазерный диод: подключение светодиодного лазера

Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств….

18 02 2021 20:38:27

Вакуумный диод: устройство, принцип работы, вольт амперная характеристика

Читайте, что такое вакуумный диод, чем отличается от полупроводникового. Узнайте, как он устроен и по какому принципу работает. Как создается график В А Х, на какие особенности необходимо обратить внимание. В каком оборудовании используются электровакуумные диоды, что нужно учесть при выборе….

14 02 2021 16:47:54

Двухцветный светодиод: характеристики диодов с двумя и тремя выводами, схема подключения

Читайте, что такое двухцветный светодиод, какая у него конструкция и принцип работы. Узнайте. Где эти элементы используются и как подключаются. Какие системы управления создаются на основе диодов с током до 1 А и таймером 555. Что можно сделать из двухцветных светодиодов в домашних условиях. Какие недостатки у самодельных приборов на основе этого типа радиоэлементов….

12 02 2021 13:19:37

Мощные светодиоды: какая яркость у самых мощных диодов

Читайте здесь, что такое мощные светодиоды, какие производители и с какими особенностями их изготавливают, какие главные параметры наиболее полно их характеризуют, в каких областях они чаще всего применяются и какие входят в Т О П популярных на сегодня моделей….

10 02 2021 7:49:35

Подсветка витрин: освещение для прилавков и витрин лентой со светодиодами

Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты….

04 02 2021 23:44:59

Лампы ВАЗ 2114: с каким цоколем стоят в фарах дальнего и ближнего света

Узнайте, какие лампы установлены в блок-фарах автомобиля В А З 2114 в качестве ближнего/дальнего света. Читайте, какие виды конструкции ламп могут быть использованы, их достоинства и недостатки. Уточните для себя некоторые наиболее популярные модели от известных производителей….

02 02 2021 15:17:37

Линзы для светодиодов: фокусирующая оптика для плоских светодиодных ламп

Читайте здесь, что такое линзы для светодиодов, каков их принцип действия и назначения, какие виды увеличительных стекол применятся сегодня для лед-светильников, какие их модели устанавливаются на автомобильную оптику, чего изготавливаются и как собрать оптическую систему на их основе своими руками….

29 01 2021 9:32:23

SMD светодиоды: типы, виды, маркировка, размеры, и их характеристика, основные технические параметры светодиодных смд ламп для внешнего освещения

Читайте, какие SMD светодиоды самые популярные, где и в каком виде используются. Узнайте, чем они отличаются друг от друга и как выбрать оптимальный вариант. Плюсы и минусы изделий из С М Д светодиодов, сфера применения, особенности покупки через интернет.

15 01 2021 22:40:55

Неоновая подсветка: освещение для комнат и квартир с использованием неона

Читайте здесь, что такое неоновая подсветка, из каких конструктивных элементов состоит неоновый светильник и на каком принципе он работает, какие популярные варианты применения его в интерьере существуют, что нужно учесть при установке такой системы освещения и на что обратить внимание при выборе оборудования для нее….

10 01 2021 10:11:36

Энергосберегающая лампа — что это, какие бывают эконом лампочки, виды и типы энергосберегательных осветительных приборов для дома

Узнайте, что такое энергосберегающие лампы, какие виды предлагаются в магазинах, чем они отличаются друг от друга. Читайте, как выбрать лампочку по мощности, размерам, цоколю, мощности потока света, производителю. Почему компактные люминесцентные и светодиодные лампы лучше, чем лампочки накаливания….

05 01 2021 19:13:40

Гудит лампа светодиодная: почему шумит светильник

Узнайте, отчего иногда появляется ощутимый гул при работе светодиодных ламп. Читайте, какие причины его вызывают, как их обнаружить и устранить. Запомните наиболее распространенные источники, чтобы при необходимости не тратить время на бесполезные поиски….

01 01 2021 1:28:53

Cree Q5 характеристики и сравнение с другими диодами

Читайте здесь, какие характеристики имеют светодиоды Cree Q5, какие основные особенности имеют ультра-яркие их модификации High Brightness, каковы главные плюсы и минусы светодиодов Q5, какие аналоги существуют и как отличить оригинал от подделки….

25 12 2020 12:38:33

Схема энергосберегающей лампы: принцип работы и устройство

Читайте здесь, как устроена и работает схема энергосберегающей лампы, какие виды таких приборов освещения существуют, какие у них главные эксплуатационные характеристики, каковы принципы и устройство их работы, какие компоненты составляют их схему и как происходит зажигание….

19 12 2020 7:26:34

Схема драйвера для прожектора LED на 50 W

Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками….

16 12 2020 1:58:13

Прибор для проверки светодиодов своими руками: схема супер тестера Led

Читайте, как сделать прибор для проверки светодиодов своими руками. Узнайте, вы каких ситуациях самоделка лучше приобретенного в магазине прибора. Почему выходят из строя светодиодные элементы в лампах, лентах, телевизорах. Почему не стоит заниматься ремонтом телевизора самостоятельно….

04 12 2020 18:14:50

Подсветка WLED: что это, отличия, лучше LED или WLED

Узнайте, что такое подсветка WLED, каковы ее преимущества и чем она отличается от альтернативных видов конструкции. Выясните, какие изменения такая технология вносит в цветопередачу, уточните остальные преимущества, возможности и особенности….

21 11 2020 7:51:48

Светодиодная подсветка: как сделать освещение из led ленты своими руками

Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она характеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы….

12 11 2020 8:16:37

Замена лампы ближнего света Рено Меган 2

Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек….

07 11 2020 4:22:44

Устройство светодиодной ленты 12 вольт: принцип работы и как устроена

Читайте, какие светодиодные ленты доступны на рынке, чем они отличаются друг от друга. Узнайте устройство светодиодной ленты на 12 вольт, Критерии выбора и способы подключения к сети. Как рассчитать мощность блока питания, когда требуется включение в схему контроллера и усилителей….

01 11 2020 7:54:15

Подсветка для унитаза с датчиком движения

Узнайте, что такое подсветка для унитаза, как она работает и устанавливается. Читайте, чем полезен датчик движения, какими возможностями он обладает. Запомните, как выбирать подходящий прибор и в каких странах их чаще всего производят….

20 10 2020 4:16:13

Светодиод 3 Вт: характеристика LED 3 w

Читайте, в чем состоят особенности конструкции светодиодов мощностью 3 ватта. Узнайте, его технические характеристики, специфические качества элементов и схему подключения светильников….

19 10 2020 21:50:20

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц. Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц[1].

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Электровакуумный диод представляет собой сосуд (баллон), в котором создан высокий вакуум. В баллоне размещены два электрода — катод и анод. Катод прямого накала представляет собой прямую или W-образную нить, разогреваемую током накала. Катод косвенного накала — длинный цилиндр или короб, внутри которых уложена электрически изолированная спираль подогревателя. Как правило, катод вложен внутрь цилиндрического или коробчатого анода, который в силовых диодах может иметь рёбра или «крылышки» для отвода тепла. Выводы катода, анода и подогревателя (в лампах косвенного накала) соединены с внешними выводами (ножками лампы).

Принцип работы

При разогреве катода электроны начнут покидать его поверхность за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.

Уже при нулевом напряжении анода относительно катода (например, при коротком замыкании анода на катод) в лампе течёт ток электронов из катода в анод: относительно быстрые электроны преодолевают потенциальную яму пространственного заряда и притягиваются к аноду. Отсечка тока наступает только тогда, когда на анод подано запирающее отрицательное напряжение порядка −1 В и ниже. При подаче на анод положительного напряжения в диоде возникает ускоряющее поле, ток анода возрастает. При достижении током анода значений, близких к пределу эмиссии катода, рост тока замедляется, а затем стабилизируется (насыщается).

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

  1. Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака. По сравнению с током насыщения, анодный ток при очень мал (и не показан на схеме). Его зависимость от напряжения растет экспоненциально, что обуславливается разбросом начальных скоростей электронов. Для полного прекращения анодного тока необходимо приложить некоторое анодное напряжение меньше нуля, называемое запирающим.
  2. Участок закона степени трёх вторых. Зависимость анодного тока от напряжения описывается , где первеанс g — постоянная, зависящая от конфигурации и размеров электродов. В простейшей модели первеанс не зависит от состава и температуры катода, в действительности первеанс растёт с ростом температуры из-за неравномерного его нагрева.
  3. Участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается, так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, так как вся эмиссия катода исчерпана. Установившейся в этом режиме анодный ток называется током насыщения. Этот участок описывается законом Ричардсона-Дешмана: , где  — универсальная термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

ВАХ анода зависит от напряжения накала — чем больше накал, тем больше крутизна ВАХ и тем больше ток насыщения. Чрезмерное увеличение напряжения накала приводит к уменьшению срока службы лампы.

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

  • Крутизна ВАХ:  — изменение анодного тока в мА на 1 В изменения напряжения.
  • Дифференциальное сопротивление:
  • Максимально допустимое обратное напряжение. При некотором напряжении, приложенном в обратном направлении (то есть изменена полярность катода и анода), происходит пробой диода — проскакивает искра между катодом и анодом, что сопровождается резким возрастанием силы тока.
  • Запирающее напряжение — напряжение, необходимое для прекращения тока в диоде.
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Крутизна и внутреннее сопротивление являются функциями от анодного напряжения и температуры катода.

Если температура катода постоянна, то в пределах участка «трех вторых» крутизна равна первой производной от функции «трех-вторых».

Маркировка приборов

Электровакуумные диоды маркируются по такому принципу, как и остальные лампы:

  1. Первое число обозначает напряжение накала, округлённое до целого.
  2. Второй символ обозначает тип электровакуумного прибора. Для диодов:
    • Д — одинарный диод.
    • Ц — кенотрон (выпрямительный диод)
    • X — двойной диод, то есть содержащий два диода в одном корпусе с общим накалом.
      • МХ — механотрон-двойной диод
      • МУХ — механотрон-двойной диод для измерения углов
  3. Следующее число — это порядковый номер разработки прибора.
  4. И последний символ — конструктивное выполнение прибора:
    • С — стеклянный баллон диаметром более 24 мм без цоколя либо с октальным (восьмиштырьковым) пластмассовым цоколем с ключом.
    • П — пальчиковые лампы (стеклянный баллон диаметром 19 или 22,5 мм с жёсткими штыревыми выводами без цоколя).
    • Б — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 10 мм.
    • А — миниатюрная серия с гибкими выводами и с диаметром корпуса менее 6 мм.
    • К — серия ламп в керамическом корпусе.

Если четвертый элемент отсутствует, то это говорит о присутствии металлического корпуса!

Сравнение с полупроводниковыми диодами

По сравнению с полупроводниковыми диодами в электровакуумных диодах отсутствует обратный ток, и они выдерживают более высокие напряжения. Способны кратковременно выдерживать большие перегрузки (полупроводниковые «выгорают» сразу[источник не указан 1008 дней]). Стойки к ионизирующим излучениям. Однако они обладают гораздо большими размерами и меньшим КПД.

Примечания

  1. Батушев, В. А. Электронные приборы. — М.: Высшая школа, 1969. — С. 52. — 608 с. — 90,000 экз.

Литература

  1. Клейнер Э. Ю. Основы теории электронных ламп. — М., 1974.
  2. Электронные приборы: Учебник для вузов/В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин и др.; Под ред. Г. Г. Шишкина. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Физический энциклопедический словарь. Том 5, М. 1966, «Советская энциклопедия»

★ Электровакуумный диод — электронные лампы .. Информация |

                                     

3. Вольт-амперная характеристика.

(The volt-ampere characteristic)

Вольт-амперная характеристика вакуумного диода квакушка 3 характеристика участка:

1. {3}}=120 — универсальный термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

Вах анода зависит от напряжения накала, тем больше интенсивность, тем больше крутизна острова и тем больше ток насыщения. чрезмерное увеличение напряжения накала уменьшает срок службы лампы.

StudyPort.Ru — Диод, Триод, плазма.

Диод, Триод, плазма.

Диод — вакуумный или полупроводниковый прибор, пропускающий электрический ток только одного направления и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь.

Вакуумный диод (двух электродная электронная лампа) представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух, и двух металлических электродов: накаливаемого катода и холодного анода. Катод бывает двух типов: прямого накала и косвенного накала. В первом случае катод представляет собой нить, по которой проходит накаливающий её ток, а во втором — покрытый слоем металла с малой работой выхода цилиндр, внутри которого находится нить накала, электрически изолированная от катода. Действие катода как источника электронов основано на явлении термоэлектронной миссии. На рисунке 1 показано устройство вакуумного диода с катодом косвенного накала.

Недостатком катодов прямого накала является то, что они не пригодны для питания их переменным током, так как при изменениях тока температура нити успевает измениться, и поток излучаемых электронов пульсирует с частотой питающего тока.

Двух электродная электронная лампа была изобретена в 1904 физиком Дж. Флемингом

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор р — н- переходом. Рабочий элемент- кристалл германия, обладающий проводимостью н –типа за счёт небольшой добавки донорной примеси Для создания в нём р–н-переходов в одну из его поверхностей вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия вглубь монокристалла германия у поверхности германия образуется область р- типа. Остальная часть германия по-прежнему остаётся н- типа. Между этими двумя областями возникает р-н-переход. Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметический корпус. устройство и схематическое изображение полупроводникового диода :

Достоинствами полупроводниковых диодов являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность; недостатком — зависимость их параметров от температуры.

Вольт — амперная характеристика диода (при большом напряжении сила тока достигает наибольшей величины- ток насыщения ) имеет нелинейный характер, поэтому свойства диода оцениваются крутизной характеристики и внутренним сопротивлением.

ТРИОД- электронная лампа, имеющая три электрода: катод, анод, управляющую сетку. Изобретён в 1906 Ли Де Форестом. Подавая на сетку напряжение и меняя его величину и полярность, можно управлять электронным потоком внутри лампы, т. е. изменять величину анодного тока. Поэтому сетку называют управляющей. Она расположена ближе к катоду, чем к аноду. Поэтому изменение напряжения на сетке сильнее влияет на величину анодного тока, чем такое же изменение анодного напряжения. В основном триод используют в качестве усилителя.

Коэффициент усиления (показывает, во сколько раз приращение анодного напряжения должно быть больше приращения сеточного напряжения для изменения силы тока на одинаковую величину) :

ПЛАЗМА — частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. В лабораторных условиях плазма образуется в электрическом разряде в газе, в процессах горения и взрыва. Когда луч лазера сфокусировали линзой, в воздухе в области фокуса вспыхнула искра, и там образовалась плазма. Это вызвало огромный интерес у физиков. Первые затравочные электроны появляются в результате вырывания их из атомов среды после одновременного поглощения нескольких фотонов световой волны. Энергия каждого фотона рубинового лазера равна 1, 78 эВ. Далее свободный электрон, поглощая фотоны, достигает энергии 10 эВ, достаточной для ионизации и рождения нового электрона в процессе столкновения с атомами среды. Разряд может гореть в течение длительного времени и светится ослепительно белым светом, на него невозможно смотреть без тёмных очков. Необычайно высокая температура- уникальное свойство оптического заряда- представляет большие возможности для использования его в качестве источника света. Возможность создания плазменного шнура световым излучением лазера открывает возможности для передачи энергии на расстояние.

Термин “плазма” в физике был введен в 1929 американскими учеными И. Ленгмюром и Л. Тонксом.

Носителями заряда в плазме являются электроны и ионы, образовавшиеся в результате ионизации газа. Отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объема плазмы называют степенью ионизации плазмы (а). В зависимости от величины а говорят о слабо ионизованной (а – доли процента), частично ионизованной (а – несколько процентов) к полностью ионизованной (а близка к 100%) плазме.

Средние кинетические энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут быть разными. Поэтому в общем случае плазму характеризуют не одним значением температуры, а несколькими – различают электронную температуру Те, ионную температуру Тi и температуру нейтральных атомов Та. Плазму с ионной температурой Тi < 105 К называют низкотемпературной, а с Тi > 106 К – высокотемпературной.

Высокотемпературная плазма является основным объектом исследования по УТС (управляемому термоядерному синтезу).

Низкотемпературная плазма находит применение в газоразрядных источниках света, газовых лазерах, МГД – генераторах и др.

Вакуумный диод

В В 1904 году сэр Джон Эмброуз Флеминг изобрел первую вакуумную лампу. диод. Его еще называют клапаном Флеминга или термоэлектронной трубкой. Вакуумный диод — это электронное устройство, которое позволяет электрическому ток в одном направлении (от катода к аноду) и блокирует электрический ток в другом направлении (от анода к катоду).

Два электрода вакуумного диода


Вакуумный диод — простейшая форма вакуумной лампы. Он состоит из двух электродов, катода и анода или пластины. В катод излучает свободный электроны. Следовательно, он называется эмиттером. Анод собирает свободные электроны. Следовательно, он называется коллектором.

Катод и анод заключены в пустой стеклянный колпак.Анод представляет собой полый цилиндр из молибдена или никеля. а катод представляет собой никелевый цилиндр, покрытый стронцием и оксид бария. Анод окружает катод. Между катод и анод пустое пространство, через которое свободные электроны или электрический ток.

Что такое электрод?


Электрод является проводником, по которому свободные электроны или электрические текущий уходит или входит. В вакуумном диоде катодом является электрод или проводник, из которого свободны электроны выбрасывается в вакуум. С другой стороны, анод — это электрод, который собирает свободные электроны, испускаемые катод. Другими словами, свободные электроны покидают катод и войти в анод.

Электрон эмиссия зависит от количества приложенного тепла и рабочая функция


Количество свободных электронов, испускаемых катодом, зависит от от двух факторов: количества приложенного тепла и работы выхода.

Если прикладывается больше тепла, больше свободных электронов испускается. Точно так же, если применяется меньшее количество тепла, меньше испускается количество свободных электронов.

минимальное количество энергии, необходимое для удаления свободных электронов из металла называется работой выхода. Металлы с низкой работой функция потребует меньшего количества тепловой энергии для выделения свободные электроны.С другой стороны, металлы с высокой работой функция потребует большого количества энергии испускать свободные электроны.

Следовательно, выбор хорошего материала увеличит эмиссию электронов эффективность. Наиболее часто используемые термоэлектронные эмиттеры включают: катод с оксидным покрытием, вольфрам и торированный вольфрам.

Напрямую и катод косвенного нагрева


Когда катод косвенно или напрямую нагревается, свободные электроны излучаются из него.

В катоде с прямым нагревом подводится тепловая энергия. прямо на катод. Следовательно, небольшое количество тепловой энергии достаточно, чтобы испустить свободные электроны с катода. Когда тепловая энергия подается непосредственно на катод, большое количество свободных электронов набирает достаточную энергию и разрывает связь с катодом.Свободные электроны, которые разорвать связь с катодом, выбрасываются в вакуум. Эти испущенные свободные электроны притягиваются к анод.

В катод косвенного нагрева, электрическое соединение не между катодом и нагревателем. Следовательно, катод не нагревается напрямую. Тепловая энергия подается в нагреватель, и нагреватель будет передавать свою тепловую энергию катод. Когда тепловая энергия, подаваемая на катод, увеличивается до желаемый уровень, свободные электроны в катоде получают достаточно энергии и разорвать связь с катодом. В свободные электроны, которые разрывают связь с катодом, выбрасывается в вакуум. Эти испущенные свободные электроны привлечен к аноду.

Вакуум диод с прямым напряжением


Когда тепло поступает в нагреватель, он получает тепловую энергию.Этот тепловая энергия передается катоду. Когда бесплатно электроны в катоде набирают достаточную энергию, они ломаются соединение с катодом и переходит в вакуум. Свобода электронам в вакууме требуется достаточная кинетическая энергия для добраться до анода.

Если напряжение подается на вакуумный диод таким образом, чтобы что анод подключен к положительному выводу, а катод подключен к отрицательной клемме (анод более положительный с относительно катода) свободные электроны в вакууме получает достаточно кинетической энергии, чтобы достичь анода.

ср знайте, что если две противоположно заряженные частицы расположены близко друг к другу они привлекаются. В этом случае анод положительно заряженные и свободные электроны, испускаемые катодом заряжены отрицательно. Следовательно, свободные электроны, которые получают достаточно кинетический энергия будет двигаться или притягиваться к аноду. Эти свободные электроны переносят электрический ток при движении от катод к аноду.

Если положительное напряжение, приложенное к пластине или аноду, увеличилось, количество свободных электронов, привлеченных к анод тоже увеличен. Таким образом, электрический ток в вакуумный диод увеличивается с увеличением анода или пластины Напряжение.

Вакуум диод с обратным напряжением

Если напряжение подается на вакуумный диод таким образом, чтобы анод подключен к отрицательному выводу, а катод подключен к положительной клемме (анод более отрицательный относительно катода) свободные электроны в вакууме получает достаточно кинетической энергии, чтобы достичь анода. Однако анод отталкивает свободные электроны, которые пытаются двигаться к нему.

ср знайте, что если две одинаковые заряженные частицы размещенные близко друг к другу, они отталкиваются. В этом В этом случае анод заряжен отрицательно, а свободные электроны испускаемые катодом, также имеют отрицательный заряд. Следовательно, анод отталкивает свободные электроны, испускаемые катод.Следовательно, в вакууме не течет электрический ток. диод.

Вакуум диод с нулевое напряжение

Если на вакуумный диод, анод или пластину не подается напряжение действует как нейтральный. Он не привлекает и не отталкивает свободных электроны, испускаемые катодом. Следовательно, свободные электроны испускаемые катодом, не перемещаются и не притягиваются к анод.

Следовательно, в вакуумном диоде отсутствует электрический ток. Тем не менее большое количество свободных электронов, эмитируемых катодом, накапливается в одном месте возле катода и образует облако свободные электроны. Это облако свободных электронов возле катода называется пространственным зарядом.

Заключение


Следовательно, вакуумный диод пропускает электрический ток от катода к анод и не позволяйте электрическому току от анода к катод.Это одностороннее направление электрического тока позволяет вакуумному диоду действовать как переключатель. Если анод или пластина положительна по отношению к катоду, вакуумный диод действовать как замкнутый переключатель. С другой стороны, если анод отрицательный по отношению к катоду, действует как открытый выключатель.


Вакуумная трубка »Электроника

Диодный клапан или вакуумная трубка могут использоваться в качестве выпрямителя, и в дополнение к этому его работа составляет основу работы, на которой построены другие формы клапана или трубки.


Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы Как работает трубка Электроды для вакуумных трубок Диодный клапан / трубка Триод Тетроде Луч Тетрод Пентод Эквиваленты Штыревые соединения Системы нумерации Патрубки / основания клапанов


Диодный клапан или трубка до сих пор широко используются, и в минувшие годы использовалось огромное количество этих устройств.

Диодный элемент является самым основным из всех термоэмиссионных или вакуумных ламповых устройств, имеющих только два активных электрода, тем не менее, он по-прежнему является важным компонентом, работа которого требует понимания, если нужно понимать другие формы вакуумных ламп или термоэлектронных клапанов.

Современный ламповый усилитель

Основы диодного клапана

Самой простой формой диодного клапана или вакуумной лампы является диод. Он состоит из двух проводящих электродов, помещенных в вакуумированную стеклянную колбу. Они называются катодом и анодом.

Катод нагревается, и обнаруживается, что электроны «выкипают» из электрода в результате энергии, которую они получают в результате нагрева.

Отрицательно заряженные электроны оставляют на катоде положительный заряд, который имеет тенденцию втягивать их обратно, и в результате вокруг катода существует облако электронов, интенсивность которого уменьшается по мере увеличения расстояния от катода.Те электроны, которые путешествуют дальше всего, обладают наибольшей энергией.

Тем не менее обнаружено, что если резистор помещен между катодом и анодом, будет видно, что ток действительно течет в результате электронов, испускаемых катодом.

Если резистор помещен между анодом и катодом диодного клапана, тогда будет течь ток.

Если электрон имеет достаточно энергии, чтобы достичь анода, то он останется там, если у него не будет достаточно энергии для выхода, но они могут течь обратно в катод через внешний резистор.

Можно видеть, что электронный ток может течь от катода к аноду в результате выхода электронов с катода, но электроны не могут покинуть анод.

В результате ток может течь только в одном направлении. Следовательно, если на диодный клапан или диодную трубку подается переменный сигнал, то он пропускает только половину цикла, тем самым выпрямляя сигнал.

Если схему немного изменить и к аноду приложить положительный потенциал, то он будет притягивать дополнительные электроны, и ток будет протекать через батарею.И снова ток может течь только в одном направлении.

Основные операции диодного клапана или трубки

Эту функцию можно использовать для выпрямления входной мощности линии или сети, позволяя создавать постоянный ток, мощность постоянного тока, создаваемую из переменного тока, вход переменного тока. Его также можно использовать для обнаружения радиосигналов, и фактически он был первым, который использовали для термоэмиссионных клапанов или электронных ламп. Именно Амброуз Флеминг из Университетского колледжа Лондона первым придумал обнаруживать сигналы с помощью диодного клапана.

Выпрямительный клапан Early Marconi U5

Диодный клапан косвенного нагрева

В ранних диодных лампах использовался катод с прямым нагревом. Он состоял из нагревательного элемента, который также действовал как катод. Это существенно ограничивало работу этих устройств. Использование переменного тока для обогревателей позволило трансформатору обеспечить питание обогревателя непосредственно от входящей сети, что снизило эксплуатационные расходы, поскольку батареи служили недолго и были дорогими:

  • Индуцированный гул: Когда переменный ток использовался для питания клапанов с прямым нагревом, было обнаружено, что переменный ток влияет на работу клапана, и некоторое количество переменного тока может накладываться на выходной сигнал.
  • Катод с прямым нагревом подключен к источнику питания нагревателя: Катод с прямым нагревом означает, что катод подключен к напряжению нагревателя, и это предотвращает использование общего источника питания нагревателя для нескольких клапанов, которым могут потребоваться разные катодные напряжения.

Решением обеих проблем было использование электрически разделенного нагревательного элемента, который использовался для нагрева катода. Этот метод, известный как косвенный нагрев, почти повсеместно используется для всех вентилей, будь то диодные вентили, триоды или что-то еще.

Полупериодный диодный вентильный выпрямитель

Простейшей формой выпрямителя с диодным вентилем является однополупериодный выпрямитель. Это требует только использования выпрямителя с одним диодным вентилем. Однако он не так эффективен, как некоторые другие формы выпрямителя.

Клапан / ламповый полупериодный выпрямитель

Можно видеть, что если переменная форма волны приложена к диодному клапану или диодной лампе, она проводит больше половины формы волны, а не другую. Это означает, что при выпрямлении сигналов переменного тока эффективность составляет только 50%, так как половина сигнала используется, а другая половина отбрасывается.

Двухполупериодный диодный вентильный выпрямитель

Чтобы использовать обе половины цикла альтернативной формы сигнала, можно использовать двухполупериодный выпрямитель. Точно так же, как это может быть реализовано с полупроводниковыми диодами, то же самое может быть достигнуто с помощью диодных вентилей. Фактически, двухполупериодные выпрямительные диодные клапаны доступны с одним устройством, содержащим два выпрямителя.

Двухполупериодный выпрямитель с клапаном / лампой

В схеме двухполупериодного выпрямителя разные диоды в выпрямителе обрабатывают разные половины формы волны.Таким образом используются обе половины сигнала. Кроме того, тот факт, что время между пиками короче, означает, что сглаживание формы волны намного проще.

Как видно на схеме, в наличии имеются двухполупериодные выпрямительные клапаны / лампы. Они содержали два анода и один катод, что позволяло выполнять двухполупериодное выпрямление с помощью одного клапана.

Следует также отметить, что выпрямительные диоды источника питания часто использовали отдельный источник питания 5 В, тогда как общий стандарт для нагревателей, используемых для самого оборудования, составлял 6.3 вольта, хотя часто использовались и другие напряжения.

Детектор сигнала диодного клапана

Амброуз Флеминг изобрел первый диодный клапан, исследуя обнаружение или демодуляцию радиосигналов. Фактически детектор с диодным вентилем может использоваться для сигналов с амплитудной модуляцией.

Действие выпрямителя с диодным вентилем можно увидеть ниже, где демодулируется амплитудно-модулированный сигнал, состоящий из несущей переменной амплитуды. Чтобы восстановить модуляцию, сигнал выпрямляется, а затем несущая удаляется с использованием конденсатора в качестве высокочастотного фильтра.

Обнаружение / демодуляция сигнала

Это очень простая, но эффективная форма демодуляции AM, хотя у нее есть свои недостатки. Уровни искажения могут быть высокими, потому что характеристика диода не будет полностью линейной, и этот вид диодного детектора также подвержен искажениям в результате избирательного замирания — проблема, которая очевидна в полосах частот, обычно используемых для передачи с амплитудной модуляцией.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

История, работа и применение вакуумных трубок

В этой статье содержится информация об использовании и применении электронных ламп. Они находят применение во множестве электронных устройств.

Вакуумные лампы представляют собой систему электродов в вакууме, заключенную в оболочку из термостойкого изоляционного материала. Обычно конверт делают из стекла, хотя в некоторых трубках даже используются металлы и керамика. Электроды прикреплены к выводам, которые проходят через оболочку из стекла или металла, через герметичное уплотнение. Эти трубки предназначены для вставки в розетку для трубки, чтобы их можно было легко заменить. Они похожи на лампочки с нитью накаливания, запечатанной в стеклянной оболочке, из которой удален весь воздух.

рабочая

Хотите написать для нас? Что ж, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию.Свяжитесь с нами, и мы поговорим …

Давайте работать вместе!

Нить накала находится в лампе накаливания с дополнительной пластиной. Когда нить нагревается, электроны испускаются с ее поверхности в вакуум внутри колбы. Существует пластина, охватывающая нить накала, к которой будут двигаться эти электроны. Нить накала (катод) горячая, а пластина электрода (анод) холодная. Это помогает движению электронов.

Этот процесс электронной эмиссии называется « термоэмиссия ». Об этом эффекте сообщил еще в 1873 году Фредерик Гатри.

Отрицательно заряженные электроны, движущиеся в вакууме, образуют облако, называемое « Space Charge ».

Основным принципом работы этих ламп является разница температур между горячим катодом и холодным анодом.

Более поздние разработки вакуумной лампы, осуществленные Ли Де Форестом в 1907 году, включали изогнутую проволоку, помещенную между нитью накала и пластиной внутри стеклянной колбы. Это называлось «сеточным электродом».Сетка использовалась для управления током, идущим к пластине, потому что увеличение или уменьшение напряжения, приложенного к сетке, вызывало увеличение или уменьшение количества электронов, текущих к пластине. Ли Де Форест назвал свое изобретение «Аудион». Позже он изобрел версию Audion, которая содержала 3 электрода. Это устройство было известно как «Триод». Это устройство нашло свое применение в радиосвязи.

История

В 1904 году британский ученый Джон Амброуз Флеминг изобрел устройство для преобразования сигнала переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Этот «диод Флеминга» был основан на «эффекте Эдисона», открытом Томасом Альва Эдисоном в 1880 году.

Фактически, XIX век стал свидетелем множества исследований и разработок в области таких электронных ламп. Примерами являются трубки Гейсслера и Крукса. Многие выдающиеся ученые, такие как Никола Тесла, Томас Альва Эдисон, Юджин Гольдштейн и другие, работали с этой технологией для различных типов научных приложений.

Использование и приложения

Вакуумные трубки

нашли свое применение в электронных устройствах раннего поколения, таких как телевизоры, радио и даже ранние компьютеры.Преимущество их в том, что они менее восприимчивы к воздействию электромагнитных импульсов и ядерным взрывам. Возможно, поэтому военные использовали их в нескольких приложениях спустя много времени после того, как технологии помогли заменить их транзисторами.

Хотите написать для нас? Что ж, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию. Свяжитесь с нами, и мы поговорим . ..

Давайте работать вместе!

Современные научные изобретения помогли заменить эти лампы твердотельными полупроводниковыми приборами, такими как транзисторы и твердотельные диоды.Обычно они меньше, дешевле, эффективнее и надежнее. Однако в некоторых специализированных приложениях, таких как мощные радиопередатчики и микроволновые печи, они все еще находят применение даже в наше время.

Даже сегодня профессиональные музыканты и звукоинженеры предпочитают использовать аудиооборудование на основе ламповой технологии. Звук, создаваемый ламповым усилителем, используется в усилении электрогитары. Этот звук определил несколько жанров музыки, включая рок и блюз.Поэтому этот звуковой эффект очень востребован даже большинством современных музыкантов.

Есть компании, базирующиеся в таких странах, как Китай, Россия, США, которые до сих пор производят специализированное аудиооборудование, в которое входят электронные лампы.

Другие устройства с вакуумными трубками включают рентгеновские трубки, электронно-лучевые трубки, магнетроны и фотоумножители. Они нашли применение и применение даже в современных микроволновых технологиях, используемых в мобильных телефонах, Bluetooth, передачах Wi-Fi и даже в радарах и устройствах спутниковой связи.

Майкл С. Маккоркодейл, доктор философии

Введение в ламповую аудиоэлектронику

Майкл С. Маккоркодейл © 2005

Абстрактный

Представлены основные принципы работы вакуумных ламповых устройств, включая функциональные свойства обычных топологий устройств. Этот фон используется, чтобы случайно проанализировать каскады усиления, которые обычно встречаются в ламповом аудиооборудовании.Резюме предназначено для подготовки читателя к основному проектированию и анализу усилительных каскадов.

Вступление

Вакуумные трубки состоят из стеклянного или металлического контейнера, герметично закрытого. Основные элементы внутри трубки: анод (или пластина), катод и нагреватель. В катод не важен для работы. Трубка, не содержащая катода, считается нагретой напрямую, а трубка, содержащая катод, считается нагретой косвенно. с подогревом.Нагреватель приводится в действие напряжением, которое позволяет его температуре повышаться до точки, при которой электроны становятся достаточно энергичными, чтобы они могли покинуть катод и в вакуумное пространство. Эти свободные электроны затем притягиваются к пластине, если на нее подается положительное напряжение относительно катода. Если трубка нагревается напрямую, то электроны движутся прямо от нагревателя к пластине. Движение электронов от катода (или нагревателя) к пластине называется током.По соглашению электроны движение в одном направлении подразумевает ток, направленный в противоположном направлении, как показано на рисунке 1.


Рис. 1: Направление потока электронов и тока в базовой вакуумной лампе относительно катода и анода.


Ток будет течь только в том случае, если напряжение на пластине положительно относительно катода.В противном случае ток не течет. Это фундаментальная основа работа вакуумной трубки, и это заключается в том, что электроны с достаточно высокой энергией от катода могут проникать в свободное вакуумное пространство и собираться на пластине, если пластина установлена ​​на положительное напряжение относительно катода.

Трубные топологии

В аудио-электронном оборудовании используются пять стандартных ламповых топологий.На рис. 2 показаны принципиальные схемы для каждой топологии.


Рис. 2: Пять распространенных топологий вакуумных ламп, встречающихся в аудиоусилителях.


Самым простым устройством является выпрямитель. Ламповый выпрямитель ведет себя аналогично твердотельному диоду в том смысле, что, когда напряжение на пластине достаточно высокое, относительно нагревателя, устройство проводит, тем самым выпрямляя напряжение на нагревателе, как показано на рис.3.


Рис. 3: Работа выпрямителя на переменном токе. Устройство проводит ток только при положительном напряжении на пластине.


Нагреватель выпрямителя обычно подключается к усилителю для обеспечения двухполупериодного выпрямленного выхода, когда в камере присутствуют две пластины.Две пластины приводятся в движение напряжениями переменного тока, которые не совпадают по фазе на 180 градусов друг с другом, как показано на рис. 4. Обычно центральный отвод силового трансформатора может быть заземлен, обеспечивая таким образом два сигнала, которые составляют половину напряжения между двумя отводами вторичной обмотки и сдвинуты по фазе на 180 градусов.


Рис. 4: Двухполупериодное выпрямление с двумя выпрямителями в одной вакуумной камере.


Выходной сигнал переменного тока на нагревателе может быть преобразован в постоянный ток с помощью RC-цепей, где сигнал постоянного тока служит шиной питания для каскадов усиления в усилителе. Конечно, пульсация переменного тока является проблемой для проектировщика и должен быть сведен к минимуму, чтобы предотвратить попадание гула 60 Гц в аудиосистему. Этого можно добиться, выбрав соответствующие конденсаторы и резисторы для RC-цепи и с помощью дросселя.

Следующим по сложности устройством является триод. Триод представляет собой трехполюсное устройство, включающее пластину, управляющую сетку и катод. Напряжение на управляющей сетке либо усиливает или препятствует потоку электронов от катода к пластине (или, что эквивалентно, току от пластины к катоду). Стоит отметить, что внизу есть и утеплитель. катод в этом устройстве, который обычно не показан на его схематическом изображении.Нагреватель обычно подключается к источнику переменного тока 6,3 В или 12,6 В переменного тока, в зависимости от трубки. тип. Однако нагреватель также может приводиться в действие от эквивалентного источника постоянного тока, хотя такой подход обычно не является рентабельным. Однако ток нагревателя переменного тока может привести к 60 Гц. гудеть в аудиосистеме, если провода нагревателя установлены неправильно. Нагреватель — это то, что позволяет току течь от катода к пластине, возбуждая электроны в вакуумное пространство, как описано ранее. Если напряжение управляющей сетки положительно относительно катода, ток увеличивается. Аналогично, если напряжение управляющей сети Экскурсия отрицательна относительно катода, тогда протекание тока затруднено. Наконец, если напряжение управляющей сетки достаточно отрицательно по отношению к катоду, то все ток будет затруднен за исключением остаточной утечки. Управление (или модуляция) тока в устройстве путем изменения напряжения управляющей сети является механизмом. благодаря чему достигается выигрыш.Из этого обсуждения должно быть ясно, что если сигнал напряжения подается на управляющую сетку и отводится на пластине, выходное напряжение на пластина будет сдвинута по фазе на 180 градусов с входным напряжением, как показано на рис. 5. Также должно быть ясно, откуда происходит разговорное название «клапан». Действительно, триод вакуумная трубка действует как клапан, усиливая или препятствуя прохождению тока.


Инжир.5: Усиление напряжения с помощью триода.


Тетрод был разработан из-за того, что в триоде существует большая внутренняя емкость между сеткой и пластиной, что сильно ограничивает его использование в радиочастотах. Приложения. Тетрод представляет еще одну управляющую сетку, называемую экраном. Экран эффективно разделяет емкость сетки на пластину пополам, так как последовательно подключенные конденсаторы добавляют аналогично резисторам, подключенным параллельно, таким образом, уменьшается общая емкость сетки к пластине.Обычно для большей эффективности на экране поддерживается положительное напряжение. Это в свою очередь, ускоряет электроны по направлению к пластине.

Несмотря на то, что экран снижает емкость между сеткой и пластиной, он создает нежелательное явление. Пентод был разработан, потому что тетрод ускоряет электроны к пластине и вызывают так называемую вторичную эмиссию. Электроны, которые путешествуют в вакуумном пространстве, бомбардируют пластину с достаточной энергией, так что электроны на пластине вытесняются и попадают в вакуумное пространство.Поскольку экран положительный, эти свободные электроны притягиваются к нему, эффективно уменьшая ток пластины или, что эквивалентно, уменьшение усиления. Для решения этой проблемы пентод содержит другую управляющую сетку, называемую подавителем. Как правило, эта сеть внутренне связана с катод, таким образом, он находится под значительно более низким напряжением, чем экран. Поскольку электроны вторичной эмиссии сталкиваются с отрицательным подавителем, они отталкиваются от него. и поэтому не собираются экраном.

Пентод мощности луча представляет собой специализированную конфигурацию пентода. Виртуальная управляющая сетка образована электрическим полем, которое создается между экраном и пластиной. В схематическое изображение устройства в этом отношении очень четкое.

Художественное представление пентода мощности луча показано на рис. 6. Здесь показаны все вышеупомянутые компоненты, составляющие устройство.


Рис. 6: Художественное представление пентода мощности луча.


Наконец, читатель должен отметить, что некоторые устройства содержат более одного устройства в вакуумной камере. Например, 12AX7, который является обычным ламповым типом предусилителя звука. схемотехника, имеет два триода внутри.Кроме того, существуют другие типы трубок с шестью, семью или более решетками управления в камере. Однако эти устройства обычно не встречаются в аудиоэлектронных схемах, поэтому здесь они не обсуждаются.

Каскады усилителя звука

Имея базовое представление о работе устройства, можно изучить стандартные каскады звукового усилителя. На рис. 7 представлена ​​типичная топология усилителя системного уровня.


Инжир.7: Стандартная топология лампового усилителя звука системного уровня.


Предварительный усилитель усиливает сигнал линейного уровня, а затем позволяет выполнять частотную фильтрацию, такую ​​как регулировка низких, средних и высоких частот, что также известно как регулировка тембра. В фазоделитель принимает сигнал предусилителя и разделяет его на равные и противоположные части. Результирующие сигналы используются для управления усилителем мощности класса AB, который, в свою очередь, приводит в действие выходной трансформатор.

В ламповой аудиоэлектронике реализовано несколько топологий выходного каскада. Здесь кратко обсуждаются этапы класса A, класса B и класса AB. В операции класса А активные устройства управляют выходом в течение всего цикла. Это можно лучше понять, изучив фиг. 8, на которой проиллюстрировано одно активное устройство.


Инжир.8: Работа класса A с одним активным устройством.


Очевидно, что выходной каскад полностью управляется одним триодом на этой схеме. Также должно быть ясно, что выходное устройство должно быть правильно смещено, чтобы позволить лампе работать в области линейного усиления. Класс B отличается от класса A в том смысле, что каждая половина выходного сигнала передается выделенным активным устройством или каскадом выходных сигналов. активные устройства, как показано на рис.9.


Рис. 9: Работа класса B, когда только одно активное устройство приводит в действие трансформатор на половину цикла сигнала.


Обратите внимание, что этот класс операций вводит так называемое кроссоверное искажение, и на рис. 9 оно было сильно преувеличено в иллюстративных целях.Кроссовер искажения объясняется конечным напряжением включения каждого активного элемента в области кроссовера. Работа класса AB устраняет это искажение, применяя правильное смещение, так что каждый Активный элемент будет разделять часть выходного сигнала в области кроссовера. За исключением этой модификации классы B и AB идентичны.

Анализ каскадов усилителя

Предусилитель обычно реализуется с триодными устройствами 12AX7.Самая распространенная конфигурация — обычный катод. Общий катод вносит фазовый сдвиг на 180 градусов. Этот означает, что выходное напряжение уменьшается с увеличением входного напряжения и наоборот. Поучительно вспомнить работу сети управления и убедиться, что она действительно так.


Рис. 10: Общий каскад катодного усилителя.


Катодный конденсатор C K обеспечивает прохождение сигнала на землю, потому что полное сопротивление для сигнала переменного тока через конденсатор мало и бесконечно для сигнала постоянного тока. Конденсатор источника питания, C, A, , , изолирует каждый каскад усиления. Если каждая ступень не изолирована от источника питания, то звуковое явление, называемое «моторная лодка», может быть опытным.Это название происходит от характера звука искажения звука и связано с модуляцией сигнала от этапа к этапу в предусилителе. Последний пункт на заметку включает резисторы. Сопротивления пластины и катода определяют точку смещения в устройстве. Сеточные резисторы устанавливают как смещение управляющей сетки, так и полосу пропускания усилитель. Эти темы будут исследованы более подробно в следующих статьях.

Разделитель фазы используется для получения равных и противоположных сигналов для каскада усилителя мощности класса AB.Хотя существует множество топологий фазоделителей, показанная на рис. 11 является наиболее распространенным в ламповых усилителях звука.


Рис. 11: Типичная топология фазоделителя в ламповых усилителях звука.


Изучив схему на рис. 11, можно увидеть что-то похожее на общий катодный каскад с каждой стороны.Эта конфигурация также известна как дифференциальная пара и очень распространены как в ламповых, так и в твердотельных конструкциях. Схема резисторов на катодах соответствующим образом смещает устройство. Ток на катодах дифференциальной пары равен что устанавливает несколько свойств конфигурации, таких как усиление и пропускная способность. Входные решетки смещаются путем отвода катодной сети чуть ниже R K 1 . R K 3 допускает цепь обратной связи постоянного тока на землю.Обратная связь — это технология, с помощью которой можно улучшить линейность усилителя. Регулировка обратной связи изменит передаточная функция или коэффициент усиления через дифференциальную пару. Это составляет электрическую основу регуляторов «присутствия» и «резонанса» в типичных усилителях.

Вся конфигурация ведет себя аналогично переключателю тока. Вход позволит большему или меньшему току течь через анод ведомого устройства, вызывая обратный эффект. в аноде другого устройства.Вход по существу «управляет» током, в то время как обратная связь изменяет степень «управления». Должно быть ясно, что каждый анод имеет сигнал это на 180 градусов не совпадает по фазе с другим. Это именно то, что требуется для создания входного сигнала для выходного каскада класса AB, который будет рассмотрен далее.

Пентоды или пентоды мощности луча обычно встречаются в каскадах усилителя мощности. Схема, представленная на рис. 12 — это обобщенная версия топологии общего класса AB. Как описано ранее один пентод проводит, а другой нет, и наоборот, во время обхода сигнала. Хотя большинство производителей коммерческих усилителей используют устройства 12AX7 для предусилителя. В каскаде усилителя мощности можно использовать различные пентоды. Например, в усилителях Marshall обычно используются устройства EL34, в то время как усилители Fender обычно используйте устройства 6L6 или 6V6.Выход пластины на каждом пентоде управляет трансформатором, чтобы преобразовать высокое сопротивление и высокое напряжение в низкое сопротивление и высокое напряжение. ток, необходимый для привода динамика. Напряжение управляющей сети, В, B, , , может быть смещено с помощью переменного или фиксированного механизма, фиксированное значение которого показано на рис. 12. Это смещение обычно имеет отрицательное значение и часто считается самым важным напряжением в усилителе. Если он установлен неправильно, возникнут серьезные искажения кроссовера как класс B. операция приближается.Экран приводится в действие положительным напряжением, как объяснялось ранее.


Рис. 12: Типовой каскад усилителя мощности класса AB.

Вывод

Хотя это лишь очень краткое введение в ламповую аудиоэлектронику, его достаточно, чтобы приступить к простому проектированию и анализу.В следующих статьях будет описан анализ и методы проектирования каскадов предусилителя. Дополнительные предметы, которые будут изучены, включают моделирование SPICE вакуумной трубки и анализ слабых сигналов.

Связанные ссылки

Луи Н. Риденур et al. , Вакуумные ламповые усилители , 1-е изд. , Серия радиационных лабораторий Массачусетского технологического института, Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company, 1948 г.

Альфред Дж. Кот-младший и Дж. Барри Оукс, Линейные вакуумные ламповые и транзисторные схемы: унифицированный подход к линейным активным схемам , Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Company, 1961.

Карл Т. Комптон и др. , Магнитные цепи и трансформаторы , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 1950.

К.О’Коннор, The Ultimate Tone , Канада: London Power Press, 1995.

F. Langford-Smith et al. , Справочник разработчика радиотронов , 4-е изд., Сидней: Wireless Press, 1953.

Факты о детских электронных лампах

Структура лампового триода

Вакуумная лампа , также называемая клапаном на британском английском языке, представляет собой электронное устройство, используемое во многих старых моделях радиоприемников, телевизоров и усилителей для управления потоком электрического тока. Катод нагревается, как в лампочке, поэтому он будет излучать электроны. Это называется термоэлектронной эмиссией. Анод — это часть, которая принимает испускаемые электроны. В устройстве могут быть и другие детали. Для работы вакуумные лампы должны быть горячими. Большинство из них сделаны из стекла, поэтому они хрупкие и могут разбиться. Вакуумные лампы использовались в первых компьютерах, таких как ENIAC, которые были большими и нуждались в большой доработке для продолжения работы.

История

Хотя электронная лампа была изобретена Джоном Амброузом Флемингом, именно Томас Эдисон позже открыл «эффект Эдисона», согласно которому электричество не обязательно нуждается в твердом материале для прохождения через него; он также может перемещаться через газ или вакуум.Без этой реализации электронные лампы никогда не были бы изобретены.

Джон Амброуз Флеминг изобрел первую электрическую лампу, диод, в 1904 году. Ли Де Форест изобрел «аудион» в 1906 году (который был усовершенствован другими как триод в 1908 году) и использовался в первых телефонных усилителях. Было изобретено множество других видов для различных целей.

В 1960-х транзистор стал дешевле, стал намного меньше, работал при более низком напряжении и потреблял меньше энергии. Кроме того, в отличие от электронных ламп, они с гораздо меньшей вероятностью могли быть повреждены при падении и имели чрезвычайно долгий срок службы.В конце концов, они оказались намного дешевле стеклянных вакуумных трубок. В это время в большинстве радиоприемников, телевизоров и усилителей вместо них стали использоваться транзисторы. Электроника высокой мощности, такая как передатчики радиовещания, транзисторилась медленнее. Телевизионные приемники продолжали использовать электронно-лучевую трубку до середины 2000-х годов.

Текущее использование

В 21 веке электронные лампы редко используются в обычном электронном оборудовании. Многие устройства сегодня полагаются на транзистор вместо электронной лампы.Однако некоторые устройства, которые все еще используют вакуумную трубку, включают:

  • Системы, требующие высокочастотной работы, высокой выходной мощности или очень высокого усиления, такие как телевизионные передачи, рентгеновские аппараты, радары и микроволновые печи.
  • Люди, которые любят слушать музыку на высококачественных домашних стереосистемах, иногда покупают усилители, в которых используются электронные лампы. (См. Звук трубки).
  • Музыканты, играющие на электрических музыкальных инструментах, таких как электрогитара, иногда используют ламповые усилители.
  • Вакуумные флуоресцентные дисплеи, представляющие собой дисплеи с тонкой вакуумной трубкой, отображающие простую информацию, такую ​​как числа, по-прежнему довольно распространены в аудио / видеооборудовании и бытовой технике, хотя их заменяют светодиодные дисплеи.
  • Несколько нишевых приложений, например, фотоэлектронные умножители.

Картинки для детей

  • Более поздние термоэмиссионные вакуумные лампы, в основном миниатюрные, некоторые с разъемами верхней крышки для более высоких напряжений

  • Ламповые звуковые лампы в радио

  • Одна из экспериментальных лампочек Эдисона

  • Первый триод, De Forest Audion, изобретен в 1906 году

  • Символ триода. Сверху вниз: пластина (анод), управляющая сетка, катод, нагреватель (нить)

  • General Electric Company Pliotron, Институт истории науки

  • Тетрод символ. Сверху вниз: пластина (анод), сетка экрана, сетка управления, катод, нагреватель (нить).

  •  При определенных значениях напряжения и тока пластины кривые характеристики тетрода изгибаются из-за вторичной эмиссии.
     
  • Пробирки 6Л6 в стеклянных конвертах

  • Коммерческая упаковка для вакуумных трубок, использовавшаяся во второй половине 20-го века, включая коробки для отдельных трубок (внизу справа), рукава для рядов коробок (слева) и пакеты, в которые меньшие трубки будут помещены в магазине при покупке ( вверху справа)

  • Схема из основной памяти Whirlwind

  • Трубки в металлическом корпусе с восьмеричным основанием

  • Трубка стабилизатора напряжения в работе. Газ низкого давления внутри трубки светится из-за протекания тока.

  • Батареи для ламповой схемы. Батарея C выделена.

  • Тестер для пробирок, изготовленный в 1930 году. Несмотря на то, как он изображен, он мог одновременно проверять только одну пробирку.

  • Геттер в открытой пробирке; серебристый налет из геттера

  • Универсальный тестер для вакуумных трубок

  • Лампово-гибридный аудиоусилитель мощностью 70 Вт, проданный в 2011 году за 2680 долларов США, что примерно в 10 раз превышает цену сопоставимой модели, использующей транзисторы.

  • Характеристики пентода

Вакуумная трубка | Encyclopedia.com

История

Ресурсы

Вакуумная трубка представляет собой полую стеклянную колбу приблизительно цилиндрической формы, которая содержит положительный электрод и отрицательный электрод, между которыми проходит ток через полный или частичный вакуум. Сетка между электродами контролирует поток электричества.

Катод вакуумной лампы представляет собой нить накала, обычно покрытого вольфрамом другим металлом.Когда нить накала достаточно нагревается электрическим током, она испускает электроны. Эта нить накала или электрод имеет отрицательный заряд. К катоду необходимо подавать свободные электроны, чтобы он мог продолжать их излучать, не накапливая постоянно растущий заряд. Обычно это делается путем подключения катода к отрицательной клемме генератора или батареи. Другой электрод, известный как анод, имеет положительный заряд. Электроны движутся от катода к аноду, в результате чего внутри трубки возникает односторонний ток.

В 1884 году Томас Эдисон, работая над своей лампочкой накаливания, вставил металлическую пластину между светящимися нитями. Он заметил, что электричество будет течь от положительной стороны нити к пластине, но не с отрицательной. Он не понимал, почему это так, и относился к этому эффекту (теперь известному как эффект Эдисона) как к любопытству. Невольно он создал первый диод.

Позже Джон Амброуз Флеминг из Англии, один из бывших помощников Эдисона, стал участвовать в разработке радиопередатчика для Гульельмо Маркони.В 1904 году Флеминг понял, что диод может преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC), и включил его в свой очень эффективный детектор радиоволн. Флеминг назвал свое устройство термоэмиссионным клапаном, потому что оно использовало тепло для управления потоком электричества так же, как клапан управляет потоком воды. В Соединенных Штатах изобретение получило название вакуумная лампа.

В Германии Артур Венельт, который также работал с термоэлектронной эмиссией, в январе 1904 года подал заявку на патент на лампу, преобразующую переменный ток в постоянный.Однако он не упомянул об использовании устройства для обнаружения радиоволн и не смог продать свое изобретение для этой цели после того, как Флеминг подал заявку на получение собственного патента.

Ли де Форест (1873–1961) усовершенствовал вентиль Флеминга, добавив в 1906 г. третий элемент, таким образом изобрав триод. Это сделало детектор радиоволн даже лучше, но, как и Эдисон, он не осознал весь потенциал своего изобретения; его устройство, называемое аудионом, создавало электрический ток, который можно было значительно усилить.

В 1912 году Эдвин Ховард Армстронг понял, что сделал де Фест. Он использовал триод, чтобы изобрести схему регенерации, которая не только принимала радиосигналы, но и усиливала их до такой степени, что их можно было отправить в громкоговоритель и услышать без использования наушников.

Диоды обычно делались из двух концентрических цилиндров, расположенных один внутри другого. Катод испускал электроны, а анод собирал их. Термоэмиссионный клапан Флеминга работал при температуре 4532 ° F (2500 ° C), выделяя значительное количество тепла.Дефорест поместил сетку между катодом и анодом. Электроны проходили через решетку триода, вызывая протекание большего тока.

Эти первые вакуумные лампы назывались мягкими клапанами. Вакуум был не лучшим, и в трубке оставалось немного воздуха, что сокращало срок ее службы. Ленгмюр изобрел более эффективный вакуумный насос в 1915 году; при лучшем вакууме трубки служили дольше и были более стабильными. Усовершенствованные трубки были названы жесткими клапанами, и их рабочая температура упала до 3632 ° F (2000 ° C).В 1922 году температура была снова снижена до 1832 ° F (1000 ° C) с введением новых элементов. Косвенный нагрев повысил эффективность трубки.

Триоды были ограничены низкими частотами менее одного мегагерца. В 1927 году американский физик Альберт Уоллес Халл (1880-1966) изобрел тетрод для устранения высокочастотных колебаний и улучшения частотного диапазона. Год спустя был разработан пентод, который улучшил характеристики при низком напряжении, и стал наиболее часто используемым клапаном.

С годами начали использоваться самые разные электронные лампы. Низковольтные / маломощные лампы использовались в радиоприемниках, а также в первых цифровых компьютерах. Фотоленты использовались в звуковом оборудовании, что позволяло записывать и извлекать звук из кинофильма. Электронно-лучевая трубка фокусировала электронный луч, что привело к изобретению осциллографов, телевизоров и фотоаппаратов. Микроволновая печь

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Амплитуда — Наибольшее расстояние, на которое объект может попасть от точки покоя, так как в самом высоком положении маятник достигает в своем движении.

Нить накала — тонкая проволока, нагретая до высокой температуры и, таким образом, испускающая электроны.

Кинетическая энергия — энергия, которой обладает объект в результате его движения; например, энергия бейсбольного мяча, когда он летит по небу после удара битой.

Полупроводник — твердое тело, проводимость которого варьируется от проводимости (например, металла) при высоких температурах до проводимости изолятора (например, резины) при низких температурах.

Вольфрам — металл, который является хорошим проводником и имеет высокую температуру плавления.

ламп использовались в радарах, ранней космической связи и микроволновых печах. Трубки для хранения, в которых можно было хранить и извлекать данные, сыграли важную роль в развитии компьютеров.

Несмотря на многочисленные достоинства, электронная лампа имела множество недостатков. Он был чрезвычайно хрупким, имел ограниченный срок службы, был довольно большим и требовал большой мощности для работы его нагревательного элемента. Преемник электронной лампы, транзистор, изобретенный Уолтером Хаузером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли в 1948 году, не имел ни одного из этих недостатков.После 1960 года небольшие, легкие низковольтные транзисторы стали коммерчески доступными и заменили вакуумные лампы в большинстве приложений, но с созданием микроскопических вакуумных трубок (микротрубок) в 1990-х годах вакуумные лампы снова используются в электронных устройствах. Более того, он никогда не переставал использоваться в некоторых высококачественных домашних аудиосистемах из-за его способности обеспечивать чрезвычайно хороший звук при относительно невысокой сложности схемы.

См. Также Электронно-лучевая трубка.

КНИГИ

Коллинз А.Фредерик. «Вакуумные трубки.» Справочник радиолюбителя . Редакция Роберта Герцберга. Нью-Йорк: Harper & Row, 1983.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

«Холодные катоды: вакуумная микроэлектроника вступает в гонку с плоскими дисплеями». Scientific American 263 (октябрь 1990 г.): 127-128.

Гудман, Билли. «Возвращение вакуумной трубки». Discover .11 (март 1990 г.): 55-57.

Oldfield, R.L. «Электронные трубки». Радио-телевидение и базовая электроника Чикаго: Американское техническое общество.1960.

Электронная трубка | Britannica

Электронная трубка , также называемая вакуумной трубкой , устройство, обычно состоящее из герметичного стеклянного или металлокерамического корпуса, которое используется в электронных схемах для управления потоком электронов. Среди распространенных применений электронных ламп — усиление слабого тока, выпрямление переменного тока (AC) в постоянный (DC), генерация колеблющейся радиочастотной (RF) мощности для радио и радаров, а также создание изображений на экран телевизора или монитор компьютера. К распространенным типам электронных ламп относятся магнетроны, клистроны, гиротроны, электронно-лучевые трубки (например, тиратрон), фотоэлементы (также известные как фототрубки), неоновые и люминесцентные лампы.

До конца 1950-х годов электронные лампы использовались практически во всех электронных устройствах — компьютерах, радиоприемниках, передатчиках, компонентах высококачественных звуковых систем и т. Д. После Второй мировой войны транзистор был усовершенствован, и твердотельные устройства (на основе полупроводников) стали использоваться во всех приложениях при малой мощности и низкой частоте.Поначалу считалось, что твердотельные технологии быстро сделают электронные лампы устаревшими. Однако этого не произошло, поскольку каждая технология стала доминировать в определенном диапазоне частот и мощности. На более высоких уровнях мощности (сотни ватт) и частотах (выше 8 гигагерц [ГГц]) преобладают электронные лампы, а на более низких уровнях — твердотельные устройства. Высокие уровни мощности всегда требовались для радиопередатчиков, радиолокационных систем и средств радиоэлектронной борьбы, а для систем микроволновой связи могут потребоваться уровни мощности в сотни ватт. Электроэнергия в этих случаях часто обеспечивается клистронами, магнетронами и лампами бегущей волны. Чрезвычайно высокие уровни средней мощности — несколько мегаватт на частотах выше 60 ГГц — достигаются гиротронами; они используются в основном для радаров дальнего космоса, микроволнового оружия и драйверов для ускорителей частиц высоких энергий.

Технология вакуумных трубок продолжает развиваться благодаря сочетанию инноваций в устройствах, расширенного понимания за счет улучшенного математического моделирования и дизайна, а также внедрения лучших материалов.Полоса пропускания, в которой работают электронные лампы, с 1990 года увеличилась более чем вдвое. Эффективность преобразования мощности постоянного тока в ВЧ-мощность в некоторых устройствах увеличилась до 75 процентов. Новые материалы, такие как алмаз для диэлектриков, пиролитический графит для коллекторов и новые редкоземельные магниты для управления пучком, значительно улучшают энергопотребление и эффективность современных электронных ламп.

Принципы электронных ламп

Электронная трубка имеет два или более электродов, разделенных либо вакуумом (в вакуумной трубке), либо ионизированным газом при низком давлении (в газовой трубке).Его работа зависит от генерации и передачи электронов через трубку от одного электрода к другому. Источником электронов является катод, обычно металлический электрод, который выпускает поток электронов с помощью одного из нескольких механизмов, описанных ниже. Как только электроны испускаются, их движение контролируется электрическим полем, магнитным полем или обоими. Электрическое поле создается приложением напряжения между электродами в трубке, в то время как магнитное поле может создаваться вне трубки с помощью электромагнита или постоянного магнита.В простейшей форме электрон притягивается и ускоряется положительным электродом (пластиной или анодом) и отталкивается и замедляется отрицательным электродом (катодом). Электрическое поле можно использовать для изменения пути электронного потока, изменения количества протекающих электронов (изменения электрического тока) и изменения их скорости. Магнитное поле служит в первую очередь для управления перемещением электронов от одного электрода к другому.

Элементы простейшей электронной лампы, диода.

Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

Эмиссия электронов

В самом общем смысле испускание электронов происходит в результате направления энергии в виде тепла, столкновений атомного масштаба или сильных электрических полей на катод таким образом, что электронам внутри материала дается достаточно кинетической энергии, чтобы покинуть катод. поверхность. Наиболее широко используемым механизмом в электронных лампах является термоэлектронная эмиссия или электронная эмиссия за счет применения тепла.

Количество энергии, необходимое для высвобождения электронов из данного материала, известно как его электронная работа выхода. Отсюда следует, что идеальные материалы для катодов — это те, которые дают самую низкую работу выхода электронов. Барий, стронций и торий обычно используются для катодов из-за их низкой работы выхода электронов, от 1,2 до 3,5 электрон-вольт (эВ). Были обнаружены новые экспериментальные материалы, такие как скандат (сплав бария и оксида скандия) с несколько более низкими электронными функциями выхода.

Между тем анод обычно изготавливается из хорошего проводника, такого как железо, никель или углерод, который с трудом испускает электроны при типичных рабочих температурах.

Когда твердые тела нагреваются до высоких температур — около 1000 ° C (1800 ° F) или выше — электроны могут испускаться с поверхности. (Это явление впервые наблюдал американский изобретатель Томас Альва Эдисон в 1883 году и известен как эффект Эдисона.) Термоэлектронная эмиссия до конца не изучена, но исследователи смогли описать ее математически, используя волновую механику.

Самые популярные модели основаны на уравнении Ричардсона-Душмана, полученном в 1920-х годах, и уравнении Ленгмюра-Чайлда, сформулированном вскоре после этого. В первом говорится, что ток на единицу площади, Дж, , равен

.

, где k, — постоянная Больцмана, A, — постоянная материала и качества его поверхности и теоретически составляет около 120 ампер на квадратный сантиметр на кельвин, T — температура твердого тела, а W — его температура. рабочая функция.

Поскольку электроны испускаются под воздействием тепла, перед катодом может образоваться электронное облако. Такое облако отталкивает электроны с низкой энергией, которые возвращаются на катод. Этот ограничивающий механизм уместно назвать операцией с ограничением объемного заряда. В таком устройстве, как диод, положительное напряжение, приложенное к аноду, притягивает электроны из облака. Чем выше напряжение, тем больше электронов течет к аноду до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение насыщения, после чего все испускаемые электроны текут на анод (известный как ток насыщения).В режиме ограниченного пространственного заряда плотность тока Дж описывается законом Ленгмюра-Чайлда

.

, где V a — анодное напряжение, а d — расстояние между анодом и катодом. Ключевыми характеристиками термоэлектронной эмиссии, наблюдаемыми и предсказываемыми уравнениями (1) и (2), являются область с ограничением температуры и область с ограничением пространственного заряда. Много исследований было посвящено переходу между областями и уменьшению работы выхода катодных материалов.

Когда металл или диэлектрик бомбардируют ионами или электронами, электроны внутри материала могут приобретать кинетическую энергию, достаточную для излучения с поверхности. Бомбардирующие электроны называются первичными, а испускаемые электроны — вторичными. Количество вторичной эмиссии зависит от свойств материала, энергии и угла падения первичных электронов. Свойства материала характеризуются коэффициентом вторичной эмиссии, определяемым как количество вторичных электронов, испускаемых на один первичный электрон.Обычно максимальный коэффициент вторичной эмиссии составляет от 0,5 до 1,5 для чистых металлов и возникает при энергии падающих электронов от 200 до 1000 эВ. Приблизительное распределение энергии вторичных электронов, испускаемых чистым металлом, искажено таким образом, что около 85 процентов из них имеют энергии менее 20 эВ.

Бомбардировка положительными ионами также может вызвать вторичную эмиссию, но она намного менее эффективна, чем бомбардировка электронами, потому что только небольшая часть энергии иона может быть передана (гораздо более легким) электронам.

На эмиссию электронов влияет электрическое поле, приложенное к катоду. Для очень сильных электрических полей электронная эмиссия становится независимой от температуры, потому что потенциальный барьер на поверхности катода становится чрезвычайно узким, и электроны туннелируют через барьер, даже если они имеют низкую кинетическую энергию. Напряженность электрического поля должна составлять около миллиарда вольт на метр, чтобы вызвать полевые выбросы.

Движение электрона в вакууме

В основе всех электронных устройств лежит динамика заряженных частиц в различных электрических и магнитных полях. Движение электрона в однородном поле задается простым применением второго закона движения Исаака Ньютона, сила = масса × ускорение, в котором сила действует на электрон приложенным электрическим полем E (измеряется в вольтах). за метр). Математически уравнение движения электрона в однородном поле задается

, в котором e — заряд электрона 1,60 × 10 −19 кулонов, E обозначает поле в вольтах на метр, m — масса электрона 9.109 × 10 −31 килограмм, а d v / d t обозначает скорость изменения скорости, которая является ускорением электрона.

Если также присутствует магнитное поле, на электрон будет действовать вторая сила, но только тогда, когда электрон находится в движении. Тогда сила будет пропорциональна произведению заряда и составляющей скорости, которая перпендикулярна электрическому полю E и плотности магнитного потока B (измеряется в Веберах на квадратный сантиметр). Сила будет направлена ​​перпендикулярно как электрическому полю, так и скорости электронов. Таким образом, электрон, движущийся параллельно электрическому полю и под прямым углом к ​​однородному магнитному полю, будет отклоняться в направлении, перпендикулярном как магнитному, так и электрическому полям. Поскольку сила постоянно перпендикулярна скорости, электрон будет следовать по идеально круговой траектории и будет поддерживать это движение со скоростью, называемой циклотронной частотой, ω c , задаваемой формулой e / m B .Обведенный электроном круг имеет радиус, равный м v / e B . Это круговое движение используется во многих электронных устройствах для генерации или усиления радиочастотной энергии.

Электрон, движущийся параллельно однородному магнитному полю, не подвержен влиянию этого поля, но любое отклонение от параллельности вызывает перпендикулярную составляющую скорости и, следовательно, силу. Эта сила дает почти параллельному электрону спиральное движение вокруг направления магнитного поля, не позволяя ему расходиться далеко от параллельного пути.Уравнение движения в любом из этих случаев —

.

, где v — скорость электрона в метрах в секунду в перпендикулярном направлении к плоскости B и v , а θ — угол между направлениями B и v . Плотность магнитного потока выражается в веберах на квадратный сантиметр (1 вебер на сантиметр 2 = 10 4 гаусс = 10 7 / 4π ампер на метр).

Интересна также ситуация, когда магнитное и электрическое поля перпендикулярны друг другу. Эта конфигурация используется в устройствах фокусировки луча, а также в классе устройств, называемых магнетронами ( см. в разделе «Магнетроны»). В этом случае движение электронов представляет собой комбинацию поступательной и круговой траекторий. Результирующая траектория представляет собой циклоиду.

Уравнений (3) и (4) достаточно для определения пути и времени прохождения электронов в электронной трубке, за исключением того, что они требуют, чтобы были известны E и B , и это может зависеть от наличия электронов. или ионы.Токи в электронных лампах в большинстве случаев достаточно малы, поэтому их влияние на магнитное поле обычно незначительно. Кумулятивным влиянием заряда электрона или иона (называемого пространственным зарядом) на электрическое поле нельзя всегда пренебрегать, и это вносит вычислительные трудности, если геометрия не проста. Кроме того, электродные токи настолько зависят от объемных зарядов, что рабочие характеристики электронных ламп в значительной степени определяются этими зарядами. Электрическое поле с пространственным зарядом или без него можно определить с помощью теоремы Гаусса об электростатике, которая утверждает, как электрические поля связаны с зарядами.В основном, скорость изменения E с расстоянием равна ρ / ε 0 , где ρ — плотность электрического заряда в кулонах на метр, а ε 0 — диэлектрическая проницаемость 8,85 × 10 −12 . фарады на метр.

Ток на единицу площади, , поступающий на любую поверхность — как ток электрода в трубке — представляет собой скорость изменения заряда на этой поверхности во времени. Этот ток представляет собой сумму двух компонентов, одна из которых представляет собой фактическое прибытие электронов к электроду, а другая является результатом изменения индуцированного заряда при любом изменении электрического поля во времени.Таким образом, i является суммой ρ v + ε 0 d E / d t , где v — электронная плотность, а d E / d t — изменяющееся во времени электрическое поле. При низких частотах работы или в устойчивых условиях второй член не важен. На высоких частотах все наоборот. Это уравнение и уравнение, связывающее электрические поля с зарядами, являются фундаментальными для всех явлений в высоковакуумных электронных трубках и достаточны для получения теоретических решений.

Фундаментальное значение большого класса электронных устройств заключается в их способности увеличивать мощность. Это усиление мощности является результатом преобразования энергии, накопленной во внешнем источнике питания, в выходную энергию в цепи нагрузки электронного устройства. Механизм, который делает это преобразование возможным, — это изменение кинетической энергии электрона, когда он ускоряется или замедляется электрическим полем. Поскольку энергия сохраняется, РЧ-поле будет увеличиваться (усиление), если электроны теряют кинетическую энергию, и, наоборот, оно уменьшается, если электроны приобретают кинетическую энергию.

Когда модулированный ток электронной конвекции течет в электрическом поле с той же частотой модуляции, передача энергии, P , между полем и электроном задается как

, где l c — ток конвекции электронов, а E — электрическое поле. Оба l c и E являются комплексными величинами; подставив их значения в уравнение (5) и разделив действительную и мнимую части, получим

, в котором ϕ l и ϕ E представляют собой фазовые углы модулированного конвекционного тока и электрического поля соответственно.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *