Электронная лампа

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

______________________________________________

институт

_________________________________________________________________

кафедра

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

по __________________________________________________

наименование  дисциплины

 

____________________________________________________

тема 

_________________________________________________________________________

____________________________________________________

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                         __________            

                                                              подпись, дата                           инициалы, фамилия

 

        Студент           _________ 

                                      номер группы        номер зачётной книжки         подпись, дата      инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2013

 

 

Содержание

1.Введение……………………………………………………………………….	3
2.Принцип работы электронной  лампы………………………………………	5
2.1 Вакуумный Диод……………………………………………………………	7
3. Заключение…………………………………………………………………...	16
Список литературы……………………………………………………………..	17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электронная лампа, радиолампа - электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счёт управления интенсивностью потока электронов, движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами.

Начало  электроники можно отнести к 1883 году, когда знаменитый  Томас Альфа Эдисон  пытался увеличить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания в вакууммированной стеклянной колбе. С этой целью в одном из опытов он ввёл в вакуумное пространство лампы металлическую пластину с проводником, выведенным наружу. При экспериментах он заметил, что вакуум проводит ток, причём только в направлении от электрода к накалённой нити и только тогда, когда нить накалена. Это было неожиданно для того времени, в то время считалось, что вакуум не может проводить ток, так как в нём нет носителей заряда. 

Эдисон  обнародовал этот эффект и получил  патент на открытие. Правда, работу свою он, как говорится, до ума не довёл  и физическую картину явления  не объяснил, но благодаря этим экспериментам Эдисон стал автором фундаментального научного открытия, и открытое им явление - основа работы всех электронных ламп и всей электроники до создания полупроводниковых приборов. Впоследствии это явление назвали и называют сейчас термоэлектронной эмиссией.

В 1905 году этот «эффект Эдисона» стал основой британского патента Джона Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» - первую электронную лампу, открывшую век электроники 

1906 году американский инженер Ли де Форест ввёл в лампу третий электрод — управляющую сетку (и, таким образом, создал триод). Такая лампа могла уже работать в качестве усилителя тока, а в 1913 году на её основе был создан автогенератор.

В 1921 году  А. А. Чернышёвым предложена конструкция цилиндрического подогревного катода (катода косвенного накала).

Вакуумные электронные лампы стали  элементной базой компьютеров первого  поколения. Главным недостатком  электронных ламп было то, что устройства на их основе были довольно громоздкими. Для питания ламп необходимо было подводить дополнительную энергию  для нагрева катода (именно он испускает  электроны, необходимые для тока в лампе), а образованное ими тепло  отводить. Например, в первых компьютерах  использовались тысячи ламп, которые  размещались в металлических  шкафах и занимали много места. Весила такая машина десятки тонн. Для  её работы требовалась электростанция. Для охлаждения машины использовали мощные вентиляторы в связи с  выделением лампами огромного количества тепла.

Пик расцвета «золотая эра» ламповой схемотехники пришёлся на 1935-1950 годы.

Электронная лампа широко использовалась в XX  веке как активные элементы электронной аппаратуры  (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т. п.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы электронной лампы.

Любая электронная лампа, или  радиолампа, представляет собой стальной, стеклянный или керамический баллон, внутри которого на металлических стойках укреплены электроды. Воздух из баллона лампы откачивают через небольшой отросток в нижней или верхней части баллона. Сильное разрежение воздуха внутри баллона - вакуум - непременное условие для работы радиолампы. В каждой радиолампе обязательно есть катод - отрицательный электрод, являющийся источником электронов в лампе, и анод - положительный электрод. Катодом может быть вольфрамовый волосок, подобный нити накала электролампочки, или металлический цилиндрик, подогреваемый нитью накала, а анодом - металлическая пластинка, а чаще коробочка, имеющая форму цилиндра или параллелепипеда. Вольфрамовую нить, выполняющую роль катода, называют также нитью накала. На схемах баллон лампы условно обозначают в виде окружности, катод - дужкой, вписанной в окружность, анод - короткой чертой, расположенной над катодом, а их выводы - линиями, выходящими за пределы окружности. Радиолампы, содержащие только катод и анод, называют двухэлектронными, или диодами. На (рис. 1) показано внутреннее устройство двух диодов разных конструкций лампа, изображённая справа, отличается тем, что её катод (нить накала) напоминает перевёрнутую латинскую букву V, а анод имеет форму сплюснутого цилиндра. Электроды закреплены на проволочных стойках, впаянных в утолщённое донышко баллона. Стойки являются одновременно выводами электродов. Через специальную колодку с гнёздами -ламповую панельку - электроды соединяют с другими деталями радиотехнического устройства.

Рисунок 1- Устройство и изображение двухэлектродной лампы на схемах

 

Вот в  чём суть радиолампы. В раскалённой металлической нити скорость движения и энергия электронов повышаются настолько, что они отрываются от поверхности нити и свободным потоком устремляются в окружающее её пространство. Вырывающиеся из нити электроны можно уподобить ракетам, преодолевшим  силу земного притяжения. Если к электроду будет присоединён плюс батареи, то электрическое поле внутри баллона между нитью накаливания и электродом устремит к нему электроны. То есть внутри лампы потечёт электрический ток.

Поток электронов в вакууме является разновидностью электрического тока. Такой электрический ток в  вакууме можно получить, если в  сосуд, откуда тщательно откачивается воздух, поместить нагреваемый катод, являющийся источником «испаряющихся» электронов, и анод. Между катодом  и анодом создаётся электрическое поле, сообщающее электронам скорости в определённом направление.

В электровакуумных приборах для эмиссии электронов используется специальный электрод, называемый катодом. Нагрев осуществляется за счёт электрического тока, который пропускает через нить накала, как в электроплитке через спираль. Этот ток называется током накала. В приборах прямого накала сама нить является катодом и эмитирует электроны. В приборах косвенного накала нить подогревается металлический цилиндр, изолированный от неё, который и служит катодом.

Для получения  приемлемой эмиссии электронов катоды необходимо нагревать до очень высоких  температур порядка 2...3 тысяч градусов. Поэтому нити накала приходится выполнять  из тугоплавких металлов, обычно используется вольфрам. Но и вольфрамовая нить накала при такой температуре быстро выходит из строя, так как проволоку  абсолютно одинакового сечения  по всей длине сделать невозможно. В тех местах, где сечение проволоки  чуть меньше, происходит местный перегрев, отчего в этом месте сечение становится ещё меньше, а это приводит к ещё большему нагреву. Оказалось, что если нанести на поверхность вольфрама тонкий слой окиси или щелочного металла, эмиссия электронов с такого оксидированного или активированного слоя резко увеличивается. Оксидированный вольфрам при температуре 730 градусов Цельсия обеспечивает такую же эмиссию, как не оксидированный при температуре 1580 градусов Цельсия. Поэтому в электровакуумных приборах за редкими исключениями используются оксидированные катоды. В приборах прямого накала оксидный слой наносится непосредственно на вольфрамовую нить. В приборах косвенного накала оксидный слой наносится на катод, который обычно выполняется из никеля [4].

Вакуумный диод

Представляет собой двухэлектродный прибор. Одним из его электродов является катод прямого накала или подогревный. Второй электрод называется анодом. Конструктивно анод обычно выполнен в виде металлического цилиндра, на оси которого расположен катод. Вся система заключена в стеклянный или металлический баллон, из которого откачан воздух до высокой степени вакуума. Выводы подогревателя, катода и анода впаяны в стекло баллона. При металлическом баллоне один из его торцов закрыт стеклянным диском с впаянными выводами, который приварен к баллону. Если на анод подать положительное напряжение относительно катода, электрическое поле в пространстве между анодом и катодом вынуждает электроны из электронного облака двигаться к аноду. Их убыль в электронном облаке покрываться новыми электронами за счёт термоэлектронной эмиссии катода. В цепи, соединяющий диод с источником питания, возникает ток, направление которого, как обычно, противоположно направлению потока электронов. Условное графическое обозначение вакуумного диода и его вольт - амперная характеристика показана на (рис. 1). Выводы нити накала показаны стрелками.

Рисунок 1- Включение и характеристика диода

 

При напряжении источника питания, равно нулю (если вывод анод и катод замкнуты внешним  проводником), в цепи протекает ток, называемый начальным. Он вызван электронами, начальная скорость которых при  вылете из катода достаточно велика. Только при отрицательном напряжении на аноде порядка 0,5В анодный ток полностью прекращается, а при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения обратный ток отсутствует.

Вакуумные диоды имеют сравнительно ограниченное применение. Значительно шире область  применения трехэлектродных ламп - триодов. Триод отличается от диода наличием третьего электрода - управляющей сетки, которая выполнена в виде проволочной спирали, размещенной в пространстве между катодом и анодом. Если напряжение на сетке относительно катода отрицательное, она будет тормозить движение электронов от катода к аноду, что приведет к уменьшению анодного тока. При достаточно большем минусе на сетке анодный ток может вообще прекратиться. Если же потенциал сетки относительно катода положителен, сетка будет способствовать увеличению анодного тока. При этом часть электронов будет оседать на сетке, образую сеточный ток, хотя режим использования электронных ламп с сеточным током применяется редко. Таким образом, изменяя потенциал сетки относительно катод, можно управлять анодным током триода, что и послужило причиной названия сетки управляющей.

Условное  графическое обозначение триода показано на (рис. 2).

Рисунок 2- Схема включения триода

Промышленность  выпускает широкий ассортимент  самых разных триодов, а также  двойных триодов с общим и  раздельными катодами, которые применялись  в разной радиоаппаратуре, ещё находясь в эксплуатации.

К параметрам триода относятся: внутреннее сопротивление  - отношение приращения анодного напряжения к приращению анодного тока, коэффициент усиления – отношение приращения анодного напряжения к приращению напряжения на сетке, крутизна характеристики анодного тока- отношение приращения анодного тока к приращению напряжения на сетке:

   

 

Внутреннее  сопротивление     измеряется в кОм, крутизна характеристики , коэффициент усиления μ – величина безразмерная.

К предельным  эксплуатационным параметрам триодов  относится те же параметры, что и  к диодам: минимальное и максимальное напряжения накала, наибольшее допустимо  обратное напряжение анода, наибольшее напряжение между катодом и подогревателем, наибольший средний анодный ток, предельная мощность, рассеиваемая анодная, а также дополнительные параметры (наибольшее отрицательное напряжение на сетке и наибольшее сопротивление  в цепи сетки). Необходимость ограничения  сопротивления в цепи сетки связана  с тем, что сетка обычно располагается  очень близко к катоду и может  им нагреваться. При этом возможно появление  термоэлектронной эмиссии с сетки, которая приводит к обратному  сеточному току. Хотя эта эмиссия  и обратный ток очень малы, но при большем сопротивление в  цепи сетки ток создаёт на нем ощутимое падение напряжение, которое может нарушить нормальный режим лампы.

При использовании  триодов в схемах, работающих на высокой частоте, приходится учитывать  и собственные междуэлектродные ёмкости лампы: входную ёмкость между анодом и катодом, а также проходную ёмкость между анодом и сеткой. Если входная и выходная ёмкости оказываются подключёнными параллельно нагрузкам предыдущего и данного каскадов, что не очень страшно, то проходная ёмкость может приводить к очень не приятным последствиям.  В усилительных схемах слабый сигнал обычно подаётся на сетку лампы, а на аноде образует усиленный сигнал. Проходная ёмкость создаёт путь этому сигналу с анода обратно на сетку, что может  привести к самовозбуждению каскада. Это особенно опасно на высокой частоте, когда сравнительно небольшая ёмкость обладает небольшим ёмкостным сопротивлением [1].

Для уменьшения проходной ёмкости были созданы четырехэлектродные лампы – тетроды (рис. 3). У такой лампы между управляющей сеткой и анодом располагается экранная сетка, которая заземляется по переменному току конденсатором большой ёмкости. Благодаря этому проходная ёмкость уменьшается в сотни и тысячи раз. По постоянному току на экранную сетку подаётся положительное напряжение, примерно такое же что и на анод. Так эта сетка увеличивает притягивающее поле, которым электроны из электронного облака вынуждаются лететь к аноду, и часть летящих к аноду электронов попадает на неё. Образуется ток экранной сетки, составляющий примерно 10...20% от анодного тока, с чем приходится мириться.