Как устроен вакуумный диод: Как устроен вакуумный диод? — Универ soloBY

Вакуумный диод: характеристика, принцип работы

 

Содержание

• Что представляет собой устройство
• Формы основных элементов диода
• Принцип функционирования диода вакуумного типа
• Важная характеристика диодного элемента – ВАХ
• Где используются такие изделия
• Заключение

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.

 

Вакуумный диод-вольт амперная характеристика, устройство диода

Вакуумом называется настолько разреженное скопление газа, которое практически исключает соударение молекул, что сводит электропроводность вакуума к минимуму.

Вакуумный диод — это металлокерамический или диодный баллон, во внутренней полости которого отсутствует воздух. Как результат, показания по давлению внутри таких баллонов составляет 10 ^-6 — 10 ^-7 миллиметров ртутного столба.

Структура диода вакуумного типа

Во внутренней вакуумной полости баллона размещается пара электродов:

• Катодный электрод.

Изготавливаемый из металлов, вертикально расположенный элемент цилиндрической формы. На поверхности сформировано напыление из металлических оксидов (используются металлы земельно-щелочной группы) поэтому катод называется оксидным. Катоды данного типа отличаются тем, что в момент повышения температуры электроны отделяются от них гораздо активнее, чем от стандартных катодов металлического типа.

По катоду проводится изолированный проводниковый элемент, который нагревается посредством тока переменной или постоянной частоты. Отделяющиеся от элемента отрицательно заряженные частицы находятся в потоке и притягиваются в сторону анодного электрода.

Катоды диодов вакуумного типа  выполняются преимущественно по подобию W и V литер. Это позволяет увеличить размер устройства по длине.

• Анодный электрод.

Округлый или элиптоидный цилиндрический элемент. Расположен на одной горизонтали с катодом.

Аноды выполняются по форме кубообразные элементы с отсутствующими боковыми гранями. Если рассматривать его в разрезе, то можно увидеть закруглённый на углах четырёхугольник. Видимая конструкция обусловлена тем, что промежуток катод-анод по всем векторам направлений должен быть одинаковым. По этой причине и катоды, и аноды контуром похожи на эллипс.

Для уменьшения нагреваемости анода, в его конструкцию обычно включаются специальные теплоотводные «ребра».

Закрепление катодов и анодов осуществляется посредством особых держателей.

Электровакуумный диод

Помимо вакуумных полупроводников были созданы также электровакуумные диоды.

Под этим названием подразумевается двухэлектродная вакуумная электронная лампа. Конструкция этого устройства сходна с диодом вакуумного типа. На деле они практически не отличаются. Единственный несовпадающий момент заключается в том, что в электровакуумном диоде роль катодного электрода исполняет w-подобная, либо ровная нить.

 

 

В процессе функционирования диода температурный уровень нити должен подниматься, пока не достигнет определённого градуса. В этот момент запускается процесс термоэлектронной эмиссии. Когда аноды электроды получают напряжение со знаком «минус», происходит перенаправление электронов в обратную сторону, к катоду. В момент, когда на анод начинает поставляться напряжение со знаком «плюс», отсоединившиеся электроны вновь движутся к анодному электроду.

Это провоцирует возникновение тока.

Сферы применения

Вакуумные и аналогичного типа диоды применяются в качестве выравнивателей частоты приложеного напряжения. Данное свойство качество является базовым для вакуумных выпрямителей. Они применяются как фиксаторы высокочастотных волн и выпрямители электронных потоков переменного характера.

Диоды электровакуумного типа обладают односторонней электропроводностью. Причина этому в том, что электроны могут двигаться лишь по направлению катод-анод. Это позволяет эксплуатировать вакуумный диод в роли инвертера.

 

 

Применение вакуумных диодов позволяет питать радиотехнику от сети с переменным током.

Параметры вакуумного диода определяют качество и назначение механизма, в котором он установлен.

Однако вакуумные диоды имеют ограничения по рабочей частоте напряжения: 500 МГц.

Принцип работы

Диоды вакуумного типа работают следующим образом:

• Катод разогревается, начинается отделение отрицательно заряженных частиц.
• Развивается процесс термоэлектронной эмиссии.
• Уже свободные частицы блокируют отделение других частиц, происходит образование электронного облака.
• Электроны с самой низкой скоростью перемещения притягиваются обратно к катоду.
• При строго фиксированной температуре происходит стабилизация электронного облака. То есть количество отлетающих электронов совпадает с количеством оседающих

При возникновении нулевого напряжения (короткого замыкания) частицы движутся к в сторону анодного электрода. Это происходит за счёт преодоления быстрыми электронами потенциальной ямы. Ток отсекается, если пустить по аноду напряжение со знаком «минус» на 1В или даже менее того.

Если подать положительное напряжение, то произойдёт формирование ускоряющего поля, увеличивающего анодный ток. На уровне близком к предельной катодной эмиссии рост тока снижает скорость и стабилизируется. Это называется эффектом «насыщения».

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Вольт-амперная характеристика диодов вакуумного типа состоит из трёх участков:

1. Начальный, нелинейный.

Характеризуется медленным возрастанием тока и повышением уровня напряжения на анодном электроде, что рассматривается как следствие оказываемого электронным облаком (с отрицательным зарядом) сопротивления. Уровень тока на аноде весьма низок, но он увеличивается по экспоненте вместе с напряжением. Это происходит благодаря неоднородности скоростей движущихся электронов. Чтобы прекратить анодный ток потребуется отрицательное, запирающее напряжение на аноде.

2. Закон степени 3/2-х. Второй участок.

Проявляется взаимозависимость тока и напряжения на аноде в соответствии с законом степени 3/2-х, где одна из переменных находится в зависимости от роста катодной температуры.

3. Последний, насыщение.

Если уровень напряжения продолжает увеличиваться, то происходит замедление, а затем и прекращение роста тока, поскольку все электроны приникают к аноду, эмиссионный потенциал катода израсходован.

Ток, который при этом устанавливается на аноде, называется током насыщения.

 

 

Основные характеристики вакуумного диода

Охарактеризовать вакуумный диод можно по следующим параметрам:

1. Крутизне ВАХ;
2. Дифференциальному сопротивлению;
3. Максимально допустимому обратному напряжению;
4. Запирающему напряжению;
5. Максимально допустимой рассеиваемой мощности;

Вычисление крутизны и внутреннего сопротивления осуществляется через анодное напряжение и уровень температуры на катоде.

 

Где берутся свободные носители зарядов в вакууме? Вакуумный диод | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Загрузка…

Тема:

Электрический ток в вакууме

Раздел:

Электровакуумные приборы

Если в сосуде создан вакуум, то в нем все же есть немало молекул, некоторые из них могут быть и ионизированы. Но заря­женных частичек в таком сосуде для вы­явления заметного тока мало.

Как же получить в вакууме достаточное количество свободных носителей заряда? Если нагреть проводник, пропуская по нему электрический ток или другим способом (рис. 7.6), то часть свободных электронов в металле будут иметь достаточную энергию, чтобы выйти из металла (выполнить работу выхода).

Явление излучения электронов нака­ленными телами называется термоэлектрон­ной эмиссией.

Однако кинетическую энергию свобод­ных электронов в веществе можно увели­чить и с помощью света.

Излучение элект­ронов веществом под действием света назы­вается фотоэлектронной эмиссией, или внеш­ним фотоэффектом.

Рис. 7.6. Излучение электронов раска­ленным проводником

Природу и закономернос­ти внешнего фотоэффекта объяснил Альберт Эйнштейн, за что и получил Нобелевскую премию по физике 1921 г.

Рассмотрим подробнее явления, происхо­дящие в сосуде (баллоне), где имеется про­водник, который может быть накален с помощью электрического тока (рис. 7.6). В баллоне создан вакуум.

Поскольку при нагревании проводника из него излучаются электроны, то может возникнуть мысль, что электроны с тече­нием времени могут заполнить весь баллон. Тем не менее это не так. Будем называть этот проводник в баллоне катодом. Элект­роны, которые оставили накаленный катод, образуют вокруг него облачко. Это вызвано тем, что катод, утратив часть свободных электронов, заряжается положительно. Поло­жительно заряженный катод и удерживает возле себя облачко электронов.

Рис. 7.7. Если в баллон ввести поло­жительно заряженный анод, то в пепи появится электрический ток

Катод (гр.— опускание, движе­ние книзу): 1) Электрод прибора или ус­тройства, который соединяют с отрицательным полюсом ис­точника тока. 2) Отрицательный полюс источ­ника тока (гальванического эле­мента и т. п.). 3) Источник электронов в элект­ронно-вакуумных приборах. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Загрузка…

Рис. 7.8. Внутреннее строение вакуум­ного диода

Если теперь в баллон ввести еще один электрод (анод) и создать электрическое поле между анодом и катодом (рис. 7.7), то в баллоне возникнет электрический ток. В этом случае ток возможен, поскольку по­ложительно заряженный анод притягивает отрицательно заряженные электроны. Если же анод будет иметь отрицательный заряд, то электроны от него будут отталкиваться. Однако при небольших напряжениях наи­более быстрые электроны все же могут до­лететь до анода, и в цепи может наблюдать­ся небольшой ток. При увеличении напря­жения (если анод заряжен отрицательно) ток в цепи совсем прекратится.

Анод (гр.— путь вверх, восхож­дение): 1) Электрод электро- и радио­технических приборов, электро­литических ванн и других ус­тройств, соединяющихся с по­ложительным полюсом источ­ника электрического тока. 2) Положительный полюс источ­ника электрического тока.

Рассмотренный прибор называется ваку­умным диодом, строение одного из которых показано на рис. 7.8. Практически диод про­водит ток лишь в одном направлении — когда анод заряжен положительно. Поэтому его используют в основном для выпрям­ления переменных токов. Однако в наше время вакуумные диоды в выпрямителях повсеместно вытеснены полупроводниковы­ми диодами — более надежными, экономич­ными, долговечными.

На этой странице материал по темам:

• Свободные насители в вакуме

• Откуда берутся заряды в вакууме

• Образование свободных носителей в вакууме

• Носители зарядов в вакууме

• Как создать свободные носители заряда в вакууме

Вопросы по этому материалу:

• Что такое термоэлектронная эмиссия?

• Какие виды элект­ронной эмиссии вам известны?

• Почему электроны в вакуумном баллоне при нагревании катода не заполняют все пространство баллона?

• Как устроен вакуумный диод?

• Когда в вакуумном диоде возникает ток?

• При каких условиях возможен анодный ток, если анод заряжен отрицательно?

Материал с сайта http://WorldOfSchool. ru

Как работают вакуумные лампы — тропические рыбы

Все лампы работают по одним и тем же основным принципам. Внутри стеклянного корпуса трубки у вас есть 1) вакуум и 2) по крайней мере два электрода (но часто больше, в зависимости от того, о каком типе трубки мы говорим). Каждый электрод выполняет определенную работу: либо выпускает электроны, либо притягивает электроны, либо замедляет или ускоряет поток электронов. Об этих работах мы поговорим позже. На данный момент главное, для чего предназначены лампы, — это направлять электрический ток от А к В каким-то образом, полезным для цепи.

Электроды могут выполнять свою работу, потому что все электроды трубки находятся в вакууме. Отсюда и «вакуумная» часть вакуумных трубок: при изготовлении трубки воздух удаляется изнутри стеклянной оболочки. Свидетельством вакуума в трубке является серебристое металлическое покрытие внутри, которое называется геттером. Геттер помогает поддерживать вакуум, удаляя остаточные газы, выделяемые материалами внутри трубки.

В вакууме электричество может передаваться так же легко, как по проводу. Если трубка теряет вакуум, у электронов больше нет свободного пути от электрода к электроду, и трубка перестает работать. Геттер является признаком здорового вакуума. Пока геттер блестит, вакуум хороший. Если газопоглотитель становится белым, воздух просочился в оболочку и нарушил вакуум.

Обратите внимание, что во многих отношениях размышления об электричестве требуют метафорического мышления. Электричество не ведет себя каким-либо образом, который легко представить себе. Например, мы говорим об электронном «потоке», но электроны не текут так, как, например, течет вода. Отдельные электроны движутся случайным образом в общем направлении тока, но в цепях не требуется, чтобы каждый отдельный электрон физически пролетал через провод (или, если уж на то пошло, через вакуум), как многие бильярдные шары. Важно не буквальное движение отдельных электронов; это общие направления, к которым стремится группа электронов. Электроны не текут, как стремительная река; их течение больше похоже на одиночную каплю воды на плоской поверхности, колеблющуюся в порыве ветра.

Итак, хотя мы и пытаемся добиться точности, любое нематематическое описание работы схем обязательно упрощается.

Диоды: первый ламповый тип

Как работает диод? Диод — это простейшая и самая ранняя форма электронных ламп. Он имеет два электрода: анод (т. е. пластину) и катод. Когда катод горячий, его электроны возбуждаются. Горячие возбужденные электроны обладают способностью улетать с катода в вакуум. Если пластина более положительна, чем катод, эти электроны будут притягиваться к ней, и по трубке потечет ток.

Итак, электроны текут от горячего катода к пластине. Однако электроны не совершат обратный путь — от пластины к катоду — потому что, во-первых, пластина не горячая (поэтому электроны пластины не возбуждаются), а также потому, что катод более отрицателен, чем катод. пластина (поэтому электроны не находят ее особенно привлекательной). Диод — улица строго с односторонним движением.

Диод также не может усиливать сигналы. Однако, поскольку ток проходит через диод только в одном направлении, диод можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный. Это называется ректификация. В своей простейшей форме выпрямительный диод пропускает половину волны переменного тока и блокирует другую половину.

Обычные ламповые диоды. Диоды имеют различные применения, но сегодня ламповые диоды почти исключительно используются для выпрямления сетевого напряжения переменного тока в напряжение источника питания постоянного тока. Напряжение постоянного тока больше подходит для питания пластин предусилителей и ламповых усилителей мощности, а ламповые выпрямители придают блокам питания особый винтажный характер. Для всех других применений вместо них используются крошечные кремниевые диоды. Обычные ламповые диоды включают 5Y3, 5U4, 5AR4, 6CA4 и GZ34.

Как нагревается катод? Обычно катод нагревается с помощью отдельного электрода, называемого нитью накала (также называемой нагревателем). Нить состоит из жаропрочного металла, обычно из вольфрама, и расположена близко к катоду. На нить подается ток, в результате чего она нагревается до температуры около 1000ºF. Именно эта горячая нить придает лампам характерное свечение. Однако в некоторых лампах катод и нить накала являются одним и тем же. Эти трубки имеют с катодами прямого нагрева , в отличие от ламп с катодами косвенного нагрева .

В большинстве ламп используются катоды косвенного нагрева. Это связано с тем, что нагреватели обычно питаются от шумного переменного тока. Если бы катоды нагревались напрямую, этот шумный переменный ток внес бы много шума в сигнал. Как бы то ни было, шум нагревателя очень легко проникает в катод только потому, что эти электроды по необходимости расположены очень близко друг к другу. Шум нагревателя также легко проникает в цепь, потому что ток нагревателя имеет тенденцию быть относительно большим. В любом случае, нагреватели — неизбежное зло, а катод с непрямым нагревом — хороший компромисс между повышенным шумом и базовой функциональностью лампы.

Однако катоды с прямым нагревом все еще используются в некоторых типах ламп: в основном в выпрямителях. Катоды с прямым нагревом приемлемы в выпрямителе, потому что напряжение нагревателя очень мало: определенно не больше, чем пульсации постоянного тока, которые являются неизбежным результатом выпрямления. Эти пульсации постоянного тока должны быть отфильтрованы до того, как они достигнут каких-либо чувствительных каскадов усиления, и процесс фильтрации также удалит любой шум нагревателя, который проникает через трубку выпрямителя.

Триоды: первые усилители

Как работает триод? Диоды полезны, но они что-то вроде пони с одним трюком. Они действительно могут только исправить. С другой стороны, лампа с усилением может использоваться в любом количестве приложений. Так как же сделать лампу для усиления?

Для усиления в лампе должен быть третий электрод (правда, четвертый, если считать нить накала — но это не так, потому что если бы мы это сделали, название «триод» больше не имело бы смысла) . Этот электрод называется сеткой и располагается между катодом и пластиной.

Полярность сетки — то есть, имеет ли она положительный или отрицательный заряд — определяет, насколько она привлекательна для электронов с горячим катодом. Если сетка положительная, катодные электроны действительно стремятся к ней. Но если сетка отрицательна, электроны отталкиваются.

Вы можете манипулировать поведением этих электронов, подавая сигнал напряжения на сетку — например, используя гитару. Для простоты можно представить напряжение гитары в виде синусоиды (хотя на самом деле она гораздо сложнее, благодаря гармоникам инструмента): то есть переменного тока, который периодически переключается между положительной и отрицательной полярностью. Когда катод лампы видит этот ток на сетке, электроны будут течь от катода к пластине таким образом, который соответствует поведению гитарного сигнала. Это означает, что больше электронов движется к пластине, когда сигнал положительный, и меньше электронов, когда сигнал отрицательный. По этой причине выходной сигнал будет на 180 градусов не сдвинут по фазе с входным.

Кроме того, этот поток электронов от катода к пластине намного больше, чем напряжение входного сигнала на сетке. Другими словами, выходное напряжение усиливается. Это связано с тем, что роль входного сигнала заключается в модуляции потока электронов; сила входного сигнала влияет, но не определяет силу выходного сигнала. Скорее размах выходного напряжения определяется размером пластинчатого резистора и общим смещением триода.

Итак, на пластине появляется сигнал, подаваемый на сетку триода, с тремя изменениями:

1. Новый сигнал будет не в фазе (т.е. перевернут на 180 градусов)

2. Новый сигнал будет усилен

3. воспринимается как привлекательное ламповое тепло)

Искажение . Вы можете смещать триод так, чтобы выходной сигнал был точной (но более громкой и не в фазе) версией входного сигнала. Или вы можете манипулировать рабочей точкой лампы, чтобы сигнал не воспроизводился точно, а фактически искажался. Например, если сигнал не может быть полностью усилен триодом, часть его будет обрезана. Лампы имеют характерный способ клиппирования сигналов: вместо того, чтобы мгновенно обрезать сигнал в определенной точке, лампы плавно переходят в точку отсечки, что приводит к «мягкому клиппингу». Вот почему ламповый дисторшн так любим музыкантами.

Катодный повторитель. Большинство каскадов усиления подключаются к выходу пластины лампы. Однако выходной сигнал также может быть снят с катода, если лампа смещена в конфигурации, называемой катодным повторителем. В отличие от выхода пластины, выход катода находится в фазе со входом и немного ниже по усилению (примерно в 0,9 раза больше входного сигнала). Однако катодный повторитель имеет гораздо более низкое выходное сопротивление, чем обычный усилительный каскад. Это делает его превосходным для определенных приложений, таких как управление тональным стеком, дополнительный выход или посыл fx loop.

Обычные триоды. В аудиоусилителях триоды чаще всего используются в схемах предусилителей. Наиболее распространенные лампы предусилителя — 12AX7 и его варианты — имеют два триода в одной 9-контактной оболочке. В этом типе трубки соединение нагревателя имеет центральную резьбу для наименьшего возможного шума. Однако некоторые (в основном устаревшие) триоды упакованы в единый конверт и предназначены для 7-контактного гнезда.

Тетроды и пентоды

Вы можете дополнительно управлять током через трубку, добавляя дополнительные сетки. Первой трубкой с добавленными сетчатыми электродами был тетрод, в котором использовалась сетка экрана. Позже пентод добавил еще одну сетку: сетку подавителя. Третий тип, лучевой тетрод, добавляет набор металлических пластин, но по историческим причинам (в частности, чтобы избежать нарушения патента с истекшим сроком действия) эти пластины не считаются «электродами». В целом, дополнительные электроды в тетродах и пентодах были предназначены для увеличения усиления лампы и общей стабильности.

Тетрод и сетка экрана. Везде, где два проводника разделены изолятором, де-факто возникает конденсатор. Триоды не исключение. Поскольку проводники разделены изолятором (вакуумом), сетка и пластина триода имеют паразитную емкость, которая (в дополнение к другим последствиям) имеет тенденцию вносить колебания при работе с высоким коэффициентом усиления. (Эта емкость известна как емкость Миллера.) В начале 20 века это было особой проблемой для некоторых радиоприложений.

Чтобы решить эту проблему, физик по имени Уолтер Х. Шоттки изобрел тетрод. Эта трубка имеет вторую сетку (называемую сеткой экрана), расположенную между первой (контрольной) сеткой и пластиной. Эта экранная сетка смещена с напряжением, которое чуть более отрицательное, чем пластина.

Наличие экранной сетки устраняет миллеровскую емкость между управляющей сеткой и пластиной. Это также позволяет тетродам усиливать звук в большей степени, чем триодам. Кроме того, в радиоприемниках тетрод обладал превосходными характеристиками на высоких частотах без риска колебаний.

Пентоды и подавитель сетки. Однако тетроды имели одно печальное последствие. В тетродах — и даже в триодах — электроны ударяются о пластину достаточно сильно, чтобы заставить пластину испускать электроны. Это называется вторичной эмиссией. В триоде пластина легко повторно притягивает любые электроны, которые она теряет из-за вторичной эмиссии, потому что пластина является самым положительным электродом поблизости. Однако в тетроде сетка экрана находится под таким высоким напряжением, что она с большей вероятностью будет притягивать электроны, высвобождаемые за счет вторичной эмиссии. Это может снизить потенциал усиления лампы и даже вызвать ее колебания.

Было несколько решений этой проблемы. Некоторые тетроды, например, стали выпускать со специальным покрытием пластины, снижающим вторичную эмиссию. Однако одним из лучших решений было добавление еще одной сетки, называемой сеткой-подавителем.

Решетка подавителя расположена между сеткой экрана и пластиной. Он смещен при очень низком напряжении: либо потенциал земли, либо он внутренне привязан к катоду (т. Е. Удерживается при том же напряжении, что и катод). В любом случае сетка-подавитель гораздо более негативна, чем пластина. Поэтому он будет легко отталкивать электроны, выпущенные пластиной.

Обычные пентоды. Пентоды часто представляют собой силовые лампы: например, EL84. Иногда в схемах предусилителя встречаются пентоды «малого сигнала» (т. е. пентоды, предназначенные для усиления сигналов предусилителя). Однако пентоды, как правило, более микрофонны, чем триоды, особенно при работе с высоким коэффициентом усиления. По этой причине они лучше подходят для использования в схеме усилителя мощности или, по крайней мере, глубоко в предусилителе, вдали от чувствительных входных каскадов.

Лучевые тетрод. Быстро появились другие решения проблемы вторичной эмиссии. Это произошло не потому, что пентод был несовершенен, а потому, что он был запатентован его изобретателями, и поэтому его производство было ограничено.

Одной из альтернатив пентоду был лучевой тетрод. Первое отличие состоит в том, что управляющая и экранная сетки в лучевом тетроде намотаны особым образом, что снижает ток экрана по сравнению с пентодами и другими тетродами. Лучевые тетроды также имеют пару дополнительных металлических пластин, каждая из которых связана с катодным напряжением, которые должны были отклонять поток электронов на два «луча», разнесенных на 180 градусов. Отклоняя поток таким образом, электроны, выпущенные вторичной эмиссией, будут перенаправлены обратно на пластину.

Тетроды с общим лучом. Самыми известными лучевыми тетродами являются 6L6 и 6V6. Лучевой тетрод был изобретен компанией Marconi-Osram Valve Co. (MOV), но они, очевидно, решили, что производство лучевых тетродов не стоит хлопот, и передали лицензию на разработку компании RCA. Когда RCA добилась успеха с 6L6, их предложением лучевого тетрода, MOV создала KT66 и смогла выпустить его в следующем году.

На ламповых нагревателях

Как работает электронное пианино Wurlitzer?

Обзор винтажных компонентов: лампы Compactron

Из архива: Wurlitzer 200

Guides, Vintage Parts, How-To, Guitar AmpsPaulina Salmas 27 апреля 2020 г. электронные лампы, как это работает, винтажные компоненты, ламповые усилители

0 лайков

Вакуумный диод

Вакуумные трубки Что такое электровакуумная лампа Вакуумный диод Вакуумный триод Вакуумный тетрод Вакуумный пентод

Электроника приборы и схемы >> Вакуум трубки >> Вакуумный диод В В 1904 году сэр Джон Амброуз Флеминг изобрел первую вакуумную трубку, названную вакуумом. диод. Его также называют клапаном Флеминга или термоэмиссионной трубкой. Вакуумный диод — это электронное устройство, позволяющее ток в одном направлении (катод к аноду) и блокирует электрический ток в другом направлении (от анода к катоду). Два электрода вакуумного диода Вакуумный диод — простейшая форма вакуумной лампы. Это состоит из двух электродов, катода и анода или пластины. катод испускает свободный электроны. Следовательно, он называется излучателем. 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 катоде и аноде имеется пустое пространство, через которое свободные электроны или электрический ток. Что электрод? Электрод проводник, через который свободные электроны или электрические текущий уходит или входит. В вакуумном диоде катод представляет собой электрод или проводник, от которого исходят свободные электроны излучается в вакуум. С другой стороны, анод представляет собой электрод, собирающий свободные электроны, испускаемые катод. Другими словами, свободные электроны покидают катод и войти в анод. Электрон эмиссия зависит от количества подведенного тепла и рабочая функция Количество свободных электронов, испускаемых катодом, зависит двумя факторами: количеством подведенного тепла и работой выхода. Если больше тепла применяется, больше количество свободных электронов испускается. Точно так же, если применяется меньшее количество тепла, меньше количество свободных электронов испускается. 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 работа требует большого количества энергии испускать свободные электроны. Следовательно, выбор хорошего материала увеличит эмиссию электронов эффективность. Наиболее часто используемые термоэмиссионные излучатели включают катод с оксидным покрытием, вольфрам и торированный вольфрам. Напрямую катод косвенного нагрева Когда катод косвенно или напрямую нагревается, свободные электроны излучаются из него. В катод прямого нагрева подводится тепловая энергия непосредственно к катоду. Следовательно, небольшое количество тепловой энергии достаточно для испускания свободных электронов с катода. Когда тепловая энергия поступает непосредственно на катод, большое количество свободных электронов получают достаточную энергию и разрывает связь с катодом. Свободные электроны, которые разрывают связь с катодом, выбрасываются в вакуум. Эти испускаемые свободные электроны притягиваются к анод. В катод с косвенным нагревом, электрическое соединение отсутствует. находится между катодом и нагревателем. Следовательно, катод напрямую не нагревается. Тепловая энергия поступает в нагреватель, и нагреватель будет передавать свою тепловую энергию катод. Когда тепловая энергия, подводимая к катоду, увеличивается до желаемый уровень, свободные электроны на катоде приобретают достаточную энергию и разорвать связь с катодом. свободные электроны, разрывающие связь с катодом, излучается в вакуум. Эти испускаемые свободные электроны притягивается к аноду. Вакуум диод с прямым напряжением Когда тепло передается нагревателю, он получает тепловую энергию. Этот тепловая энергия передается катоду. Когда бесплатно электроны на катоде набирают достаточную энергию, они разрываются соединение с катодом и прыгает в вакуум. Свобода Электроны в вакууме нуждаются в достаточной кинетической энергии, чтобы добраться до анода. Если на вакуумный диод подается напряжение таким образом, этот анод подключен к положительной клемме, а катод подключен к отрицательной клемме (анод более положительный с относительно катода), свободные электроны в вакууме получает достаточную кинетическую энергию, чтобы достичь анода. Мы известно, что если две противоположно заряженные частицы поместить рядом друг к другу они притягиваются. В этом случае анод положительно заряженные и свободные электроны, испускаемые катодом заряжены отрицательно. Следовательно, свободные электроны, которые приобретают достаточно кинетический энергия будет двигаться или притягиваться к аноду. Эти свободные электроны переносят электрический ток, двигаясь от катод к аноду. Если положительное напряжение, приложенное к пластине или аноду, увеличивается, количество свободных электронов притягивается к анод также увеличен. Таким образом, электрический ток в вакуумный диод увеличивается с увеличением анода или пластины Напряжение. Вакуум диод с обратным напряжением Если к вакуумному диоду приложить напряжение таким образом, что анод подключается к минусовой клемме, а катод подключен к положительной клемме (анод более отрицательный по отношению к катоду), свободные электроны в вакууме получает достаточную кинетическую энергию, чтобы достичь анода. Тем не менее, анод отталкивает свободные электроны, которые пытаются двигаться к нему. Мы известно, что если две одноименно заряженные частицы расположенные близко друг к другу, они отталкиваются. В этом случае анод заряжен отрицательно и свободные электроны испускаемые катодом, также заряжены отрицательно. 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. Оно не привлекает и не отталкивает свободных электронов, вылетевших с катода. Следовательно, свободные электроны испускаемые катодом, не движутся и не притягиваются к анод. Следовательно, в вакуумном диоде не возникает электрического тока. Тем не менее с катода вылетает большое количество свободных электронов. скапливается в одном месте у 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 допускайте протекания электрического тока 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, он действует как открытый выключатель.

Что такое вакуумная лампа и как она работает? современные транзисторы и интегральные схемы? Хотя лампы потеряли свое место на прилавках магазинов бытовой электроники, они по-прежнему остаются незначительным применением там, где требуется большая мощность на очень высоких (диапазон ГГц) частотах, например, в радио- и телевещании, промышленном отоплении, микроволновых печах, спутниках. связь, ускорители частиц, радар, электромагнитное оружие, а также несколько приложений, требующих более низких уровней мощности и частот, таких как измерители радиации, рентгеновские аппараты и аудиофильские усилители.

20 лет назад в большинстве дисплеев использовался вакуумный кинескоп . Знаете ли вы, что вокруг вашего дома тоже может скрываться несколько труб? В сердце вашей микроволновой печи лежит, вернее сидит в гнезде, магнетронная трубка. Его работа состоит в том, чтобы генерировать мощные и высокочастотные радиочастотные сигналы, которые используются для нагрева всего, что вы кладете в духовку. Другое бытовое устройство с трубкой внутри — это старый ЭЛТ-телевизор , который сейчас, скорее всего, лежит в картонной коробке на чердаке после замены на новый телевизор с плоским экраном. CRT расшифровывается как «Cathode-ray Tube» — эти трубки используются для отображения принятого видеосигнала. Они довольно тяжелые, большие и неэффективные по сравнению с ЖК-дисплеями или светодиодными дисплеями, но они выполнили свою работу до того, как появились другие технологии. Это хорошая идея, чтобы узнать о них, потому что большая часть современного мира все еще зависит от них, большинство телевизионных передатчиков используют электронные лампы в качестве выходного устройства, потому что они более эффективны на высоких частотах, чем транзисторы. Без магнетронных электронных ламп не было бы дешевых микроволновых печей, потому что полупроводниковые альтернативы были изобретены совсем недавно и остаются дорогими. Многие схемы, такие как генераторы, усилители, микшеры и т. д., легче объяснить с помощью ламп и посмотреть, как они работают, потому что классические лампы, особенно триоды, очень легко смещать с помощью нескольких компонентов и вычислять их коэффициент усиления, смещение и т. д.

 

Как работают электронные лампы?

Работа обычных электронных ламп основана на явлении, называемом термоэлектронной эмиссией , также известном как эффект Эдисона . Представьте себе, что в жаркий летний день вы стоите в очереди в душном помещении, возле стены с обогревателем по всей длине, еще несколько человек стоят в очереди и кто-то включает отопление, люди начинают отдаляться от комнаты. обогреватель – затем кто-то открывает окно и впускает холодный ветерок, заставляя всех мигрировать к нему. При термоэлектронной эмиссии в вакуумной трубке стенка с нагревателем является катодом, нагреваемым нитью накала, люди — электронами, а окно — анодом. В большинстве электронных ламп цилиндрический катод нагревается нитью накала (не слишком отличающейся от той, что в лампочке), в результате чего катод испускает отрицательные электроны, которые притягиваются положительно заряженным анодом, вызывая протекание электрического тока в анод. и из катода (помните, ток идет в противоположном направлении, чем электроны).

 

Ниже мы объясняем эволюцию вакуумных трубок: диод, триод, тетрод и пентод , а также некоторые специальные типы вакуумных трубок, такие как магнетрон, ЭЛТ, рентгеновская трубка и т. д.

 

9 9 Вначале были Диоды

 

Это используется в простейшей вакуумной лампе – диоде, состоящем из нити накала, катода и анода. Электрический ток течет по нити в середине, заставляя ее нагреваться, светиться и излучать тепловое излучение — подобно лампочке. Нагретая нить нагревает окружающий цилиндрический катод, давая электронам достаточно энергии для преодоления работы выхода, вызывая образование облака электронов, называемого областью пространственного заряда, вокруг нагретого катода. Положительно заряженный анод притягивает электроны из области пространственного заряда, вызывая протекание электрического тока в трубке, но что произойдет, если анод будет отрицательным? Как вы знаете из школьных уроков физики, заряды отталкиваются — отрицательный анод отталкивает электроны, и ток не течет, все это происходит в вакууме, потому что воздух препятствует потоку электронов. Вот как диод используется для выпрямления переменного тока.

 

Ничего похожего на старый добрый Триод!

В 1906 году американский инженер по имени Ли де Форест обнаружил, что добавление сетки, называемой управляющей сеткой, между анодом и катодом позволяет контролировать анодный ток. Конструкция триода аналогична диоду, с сеткой из очень тонкой мобилдениевой проволоки. Управление достигается за счет смещения сетки напряжением, которое обычно отрицательно по отношению к катоду. Чем более отрицательное напряжение, тем меньше ток. Когда сетка отрицательная, она отталкивает электроны, уменьшая анодный ток, если она положительна, протекает больше анодного тока, за счет того, что сетка становится крошечным анодом, вызывая формирование тока сетки, который может повредить трубку.

 

Триодные и другие лампы с сеткой обычно смещаются путем подключения резистора с большим номиналом между сеткой и землей и резистора с меньшим номиналом между катодом и землей. Ток, протекающий через трубку, вызывает падение напряжения на катодном резисторе, увеличивая катодное напряжение относительно земли. Сетка отрицательна по отношению к катоду, потому что катод находится под более высоким потенциалом, чем земля, к которой подключена сетка.

Триоды и другие обычные лампы можно использовать в качестве переключателей, усилителей, микшеров, и есть много других применений на выбор. Он может усиливать сигналы, подавая сигнал на сетку и позволяя ему управлять анодным током. Если резистор добавлен между анодом и источником питания, усиленный сигнал может быть исключен из анодного напряжения, потому что анодный резистор и лампа действуют похож на делитель напряжения, причем триодная часть изменяет свое сопротивление в соответствии с напряжением входного сигнала.

 

Тетроды спешат на помощь!

Ранние триоды страдали низким коэффициентом усиления и высокими паразитными емкостями. В 1920-х годах было обнаружено, что размещение второй (экранной) сетки между первой и анодом увеличивает усиление и снижает паразитные емкости, новую лампу назвали тетрод, что по-гречески означает четыре (тетра) пути (ода, суффикс). . Новый тетрод не был идеальным, он страдал отрицательным сопротивлением, вызванным вторичным излучением, которое могло вызвать паразитные колебания. Вторичная эмиссия происходила, когда напряжение на второй сетке было выше, чем напряжение на аноде, вызывая снижение анодного тока, когда электроны ударялись об анод и выбивали другие электроны, а электроны притягивались положительной экранной сеткой, вызывая дополнительное, возможно, разрушительное увеличение ток сетки.

 

Пентоды – последний рубеж?

Исследования способов уменьшения вторичной эмиссии привели к изобретению пентода в 1926 году голландскими инженерами Бернхардом Д. Х. Теллегеном и Жилем Холстом. Было обнаружено, что добавление третьей сетки, называемой сеткой-подавителем, между сеткой экрана и анодом устраняет эффекты вторичной эмиссии за счет отталкивания электронов, выбитых из анода, обратно к аноду, поскольку он либо соединен с землей, либо с катод. Сегодня пентоды используются в передатчиках ниже 50 МГц, так как тетроды в передатчиках хорошо работают до 500 МГц, а триоды до гигагерцового диапазона, не говоря уже об использовании аудиофилами.

 

Различные типы вакуумных трубок

Помимо этих «обычных» трубок существует множество специализированных промышленных и коммерческих трубок, предназначенных для различных целей.

 

Магнетрон

Магнетрон аналогичен диоду, но с резонансными полостями, выполненными в аноде трубки, и вся трубка расположена между двумя мощными магнитами. Когда подается напряжение, трубка начинает колебаться, электроны проходят полости на аноде, вызывая генерацию радиочастотных сигналов в процессе, похожем на свист.

 

Рентгеновские трубки

Рентгеновские трубки используются для получения рентгеновских лучей в медицинских или исследовательских целях. Когда к диоду электронной лампы прикладывается достаточно высокое напряжение, излучаются рентгеновские лучи, и чем выше напряжение, тем короче длина волны. Чтобы справиться с нагревом анода, вызванным попаданием на него электронов, анод в форме диска вращается, поэтому электроны ударяются о разные части анода во время его вращения, улучшая охлаждение.

 

ЭЛТ или электронно-лучевая трубка

ЭЛТ или «электронно-лучевая трубка» в свое время была основной технологией отображения. В монохроматической ЭЛТ горячий катод или нить накала, действующая как катод, испускают электроны. На пути к анодам они проходят через маленькое отверстие в цилиндре Венельта, цилиндр действует как управляющая сетка для трубки и помогает сфокусировать электроны в плотный пучок. Позже они притягиваются и фокусируются несколькими высоковольтными анодами. Эта часть трубки (катод, цилиндр Венельта и аноды) называется электронная пушка . Пройдя аноды, они проходят через отклоняющие пластины и воздействуют на флуоресцентную переднюю часть трубки, вызывая появление яркого пятна в месте попадания луча. Отклоняющие пластины используются для сканирования луча по экрану за счет притяжения и отталкивания электронов в их направлении, их две пары, одна для оси X и одна для оси Y.

 

Небольшой ЭЛТ для осциллографов, хорошо видны (слева) цилиндр Венельта, круглые аноды и отклоняющие пластины в форме буквы Y.

 

Лампы бегущей волны

Лампы бегущей волны используются в качестве ВЧ-усилителей мощности на борту спутников связи и других космических аппаратов из-за их небольшого размера, малого веса и эффективности на высоких частотах. Как и у ЭЛТ, у него сзади электронная пушка. Катушка, называемая «спиралью», наматывается на электронный луч, вход трубки соединяется с концом спирали ближе к электронной пушке, а выход берется с другого конца.