Устройство и принцип работы диода

Подробности

Категория: Общая электроника и электротехника

Главным назначением двухэлектродной лампы, называемой диодом, является выпрямление переменного тока.

Диод имеет два металлических электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Одним электродом является накаленный катод, служащий для эмиссии электронов. Другой электрод – анод – служит для притяжения электронов, испускаемых катодом, и создания потока свободных электронов. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны в случае, если он имеет положительный потенциал относительно катода. В пространстве между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов, испускаемых катодом.

Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

В простейшем случае катод делают в виде металлической проволочки, которая накаливается током. С ее поверхности вылетают электроны. Такие катоды называют катодами прямого и непосредственного накала.

Большое распространение получили также катоды косвенного накала, иначе называемые подогревными. Катод такого типа имеет металлический цилиндр, у которого поверхность покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током.

Между анодом и катодом электроны образуют распределенный в пространстве отрицательный электрический заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточно большом положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть тормозящее действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

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

В диоде ушедшие с катода электроны попадают на анод. Поток электронов, летящих внутри лампы от катода к аноду и попадающих на анод, называют 

анодным током. Анодный ток является основным током электронной лампы. Электроны анодного тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы – от анода к плюсу анодного источника, внутри последнего – от его плюса к минусу и затем – 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 относительно катода, то поле между анодом и катодом является тормозящим для электронов, вылетающих из катода. Эти электроны под действием поля тормозятся и возвращаются на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю. Таким образом, основным свойством диода является его способность проводить ток в одном направлении.

Диод обладает односторонней проводимостью.

Маломощные детекторные диоды выпускаются с катодами косвенного накала. Они имеют электроды небольшого размера, рассчитаны на малые анодные токи, малую предельную мощность, выделяемую на аноде, и невысокое обратное напряжение. Детекторные диоды для высоких и сверхвысоких частот делают с возможно меньшей емкостью. Более мощные диоды (кенотроны) для выпрямления переменного тока электросети выпускаются с катодами как прямого, так и косвенного накала, и рассчитаны на более высокое обратное напряжение. Широкое применение имеют двойные диоды, т. е. два диода в одном баллоне.

Диод | Volt-info

Термин

Если разложить термин на части, их получится всего две – «ди» и «од». Можно заметить, что это – слово не имеющее корня,  и состоящее лишь из приставки и суффикса. В общем этот термина означает двухполюсник, или точнее – устройство имеющее 2 функциональных вывода. По логике, этим термином можно было бы обозначить любое устройство, имеющее 2 вывода, будь то резистор, конденсатор, или например, утюг и другие однофазные электроприборы, имеющие 2 вывода . Да, представить такое – можно поржать от души: нас окружают сплошь одни

диоды . Но все приборы имеют свои вполне логичные названия, а диодами принято называть 2 типа устройств.

Первый из них, это предшественник полупроводникового диода – ламповый диод. На самом деле это устройство имеет не 2, а 3 или 4 вывода, но из них функциональных* всё равно два.

Второй прибор, это полупроводниковый диод, имеющий два вывода.

Описание

Ламповый диод

Ламповый диод, это один из представителей вакуумных приборов. В основе принципа его работы лежит явление термоэлектронной эмиссии

раскалённого тела. Металлическая спираль катода разогревается до высокой температуры (накал), при которой большая часть свободных электронов находится в возбуждённом состоянии, готовых в любой момент сорваться с поверхности спирали во внешнее пространство. Когда к раскалённому катоду подключается источник электронов (минус, или скажем так, электрод с большим электрическим потенциалом по отношению к аноду), а от анода отводится их излишек (подключением плюса источника питания или другого узла электрической схемы с меньшим электрическим потенциалом по отношению к катоду), высокий температурный фон катодного пространства (сильное колебательное возмущение) позволяет большому количеству свободных электронов относительно свободно покидать поверхность металла катодной нити, распространяясь в свободном пространстве. Достигая холодного анода, они легко осаждаются на нём. Такая миграция электронов обуславливает проводимость лампового диода, когда к его аноду подключен положительный, а к катоду отрицательный полюс питания. При смене полярности, избыток электронов по отношению к противоположному выводу диода оказывается на стороне холодного анода. Поскольку его температура значительно ниже, чем у раскалённого катода, электроны на его поверхности будут в сравнительно спокойном состоянии, их эмиссия во внешнее пространство будет ничтожно мала, и с избытком будет компенсироваться всё той же эмиссией электронов с горячего катода. Подробней работу лампового диода мы рассмотрим отдельно. Схематично конструкция ламповых диодов изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Устройство лампового диода.

Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод, это целое семейство устройств, рабочим телом которых является полупроводниковый материал. В зависимости от назначения, диоды имеют отличающиеся друг от друга вольтамперные характеристики и области их применения. Основные общие черты этих приборов –

полупроводниковый p-n (n-p) переход, 2 вывода (катод и анод), хорошая проводимость при прямом включении (низко-потенциальный плюс к аноду, высокопотенциальный минус к катоду) и высокое электрическое сопротивление при обратном включении, вплоть до увеличения напряжения на выводах до пробоя p-n перехода. Принцип действия диодов мы подробно будем рассматривать при изучении их разновидностей в отдельности. Пока достаточно просто усвоить одно важное свойство диода – он проводит ток в прямом направлении и не проводит (закрывается) в обратном.

Устройство полупроводникового диода представлена на рисунке 2.              

 

Рисунок 2. Устройство полупроводниковых диодов. а) точечного; б) плоскостного, изготовленного сплавным метом; в) плоскостного, изготовленного диффузионным методом.

Благодаря различным технологиям изготовления, диоды обладают разными свойствами и находят самое разнообразное применение в электронике и электротехнике.

Изучение явления термоэлектронной эмиссии с помощью вакуумного диода (Лабораторная работа № 6), страница 4

 равен     , а первый интеграл в (6-15) может быть вычислен после внесения        под знак дифференциала и равен  .           Учитывая значенияинтегралов, входящих в (6-15), получаем закон Ричардсона-Дешмена

                                                                                (6. 16)

Где А==. Выражение (6.16)  определяет полную плотность электрического тока из электронного облака через поверхность катода. Поскольку электронное облако находится в динамическом равновесии с электронным газом внутри катода, то такой же электрический заряд пересикает поверхность катода в обратном направлении. Так как при больших значениях анодного напряжения все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, то формула (6.16), характеризующая испускательную способность катода, одновременно даёт зависимость тока насыщения от температуры. Пири этом анодного тока связана с плотностю тока насыщения соотношенем

Где S- площадь катода. Логарифмируя  (6.16), получаем

                                                                           (6.17)

   Согласно выражению (6.17)  зависимость между величинами     и I/T является прямо пропорциональной . Построив график зависимости  можно убедиться в справедливости формулы Ричардсона-Дешмена. Измерение тангенса угла наклона прямой позволяет определить работу выхода электрона из катода (см. рис. 6.8) 

                                                                               (6.18)

ПРИБОРЫ И ПРЕНАДЛЕЖНОСТИ.

Касета фпэ-06, Источник питания, цифровой вольтметр (милиамперметр).

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

На рисунке 6ю9 представлена электрическая схема установки. Принцип работы установки основан на явлениях, возникающих в электровакуумной лампе ЧЦ14C, в определении работы  выхода электрона  из вольфрама по ВАХ. Регулировка и контроль необходимых параметров выполняется с помощью источника питания и цифрового вольтметра, подключённых к рабочей касете согласно схеме.

 Диапазон накальных напряжений (2.5-4.5)В, анодпое напряжение (12-100)В, ток накала можно измерять потенциометром источника питания(2.5-4.5)В, в пределах (1.2-1.75)А.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.

1. Измерьте цифровым прибором сопротивление нити накала лампы ЧЦ14C при комнатной температуре  .

2. Подключите к разъёму кассеты ФПЭ-06 кабель, идущий от источника питания, подключить миллиамперметр к выходнымгнёздам XI, X2 (“РА”).

3. Снимите ВАХ диода, изменяя анодное напряжение потенциометромисточникапитания (12-120)В для трёх значений тока накала (1.5+1.75)А. При этом измеряйте напряжение накала. Анодный ток фиксируйте через 0.01 мА включая область насыщения.

4. Постройтеграфик зависимости  на основе показаний п.3 и из них определите     (см. рис. 6-4).

5. Используя формулу 6-13 определите удельный заряд электрона. При этом R/l  =0.23.

6. Для трёх значений тока накала рассчитайте I/T и .

Температуру катода можно определить по формуле                                         где    — комнатная температура,   1/град.

7. Постройте график     , убедитесь в его линейности. По формуле 6-18 определите работу выхода электрона из вольфрама                   . Можно также воспользоваться формулой 6-17 для расчёта работы выхода А.

8. Оцените точность полученого на эксперименте значения работы выхода.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Для лампы ЧЦ14С диаметр нити накала  , длинна .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.  Закон Богуславского-Ленгмюра.

2.  Определение удельного заряда электрона с помощью ВАХ вакуумного диода.

3.  Зависимость плотности тока насыщения от температуры.

4.  Определение работы выхода электрона с помощью соотношения Ричарда-Дешмена.

5.  От чего зависит ток насыщения?

6.  Методы измерения раоты выхода электрона из металла.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 6-1

Рис. 6-2
Рис. 6-3
Рис. 6-4
Рис. 6-5
Рис. 6-6
Рис. 6-8

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

23. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Главным назначением двухэлектродной лампы, называемой диодом, является выпрямление переменного тока.

Диод имеет два металлических электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Одним электродом является накаленный катод, служащий для эмиссии электронов. Другой электрод – анод – служит для притяжения электронов, испускаемых катодом, и создания потока свободных электронов. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны в случае, если он имеет положительный потенциал относительно катода. В пространстве между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов, испускаемых катодом. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

В простейшем случае катод делают в виде металлической проволочки, которая накаливается током. С ее поверхности вылетают электроны. Такие катоды называют катодами прямого и непосредственного накала.

Большое распространение получили также катоды косвенного накала, иначе называемые подогревными. Катод такого типа имеет металлический цилиндр, у которого поверхность покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током.

Между анодом и катодом электроны образуют распределенный в пространстве отрицательный электрический заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточно большом положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть тормозящее действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

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

В диоде ушедшие с катода электроны попадают на анод. Поток электронов, летящих внутри лампы от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током. Анодный ток является основным током электронной лампы. Электроны анодного тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы – от анода к плюсу анодного источника, внутри последнего – от его плюса к минусу и затем – 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 относительно катода, то поле между анодом и катодом является тормозящим для электронов, вылетающих из катода. Эти электроны под действием поля тормозятся и возвращаются на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю. Таким образом, основным свойством диода является его способность проводить ток в одном направлении. Диод обладает односторонней проводимостью.

Маломощные детекторные диоды выпускаются с катодами косвенного накала. Они имеют электроды небольшого размера, рассчитаны на малые анодные токи, малую предельную мощность, выделяемую на аноде, и невысокое обратное напряжение. Детекторные диоды для высоких и сверхвысоких частот делают с возможно меньшей емкостью. Более мощные диоды (кенотроны) для выпрямления переменного тока электросети выпускаются с катодами как прямого, так и косвенного накала, и рассчитаны на более высокое обратное напряжение. Широкое применение имеют двойные диоды, т. е. два диода в одном баллоне.

Как работает вакуумная трубка | Принцип работы

Электронная лампа является прямым результатом эксперимента Томаса Эдисона с лампой накаливания. В этом эксперименте металлическая пластина помещалась в вакуумный баллон с нитью накала. Между световой нитью и пластиной были подключены батарея и последовательный измеритель.

В этот момент Эдисон обнаружил, что электрический ток будет течь через свет, если положительный полюс батареи будет подключен к пластине. Однако, если отрицательная клемма аккумулятора была подключена к пластине, ток не протекал. См. Рисунок 1 .

В то время электронная теория еще не была открыта, и прохождение тока через свет было загадкой.

Рисунок 1. Принципиальная схема открытия Эдисона.

Сегодня мы понимаем теорию электронов. Некоторые металлы и оксиды металлов при нагревании отдают свободные электроны. Тепло передает электронам достаточно энергии, чтобы заставить их оторваться от сил, удерживающих их на орбите.Они становятся свободными электронами. Этот процесс известен как термоэлектронная эмиссия .

В эксперименте Эдисона облако свободных электронов испускалось из нити накала лампочки. Когда положительная пластина помещалась в колбу, свободные электроны притягивались к пластине. (В отличие от зарядов притягиваются.) Поток электронов означает наличие тока.

Измеритель, прикрепленный к цепи пластины, показал, что электроны переходят от нити к пластине. В вакуумной лампе используются те же принципы, которые были обнаружены в лаборатории Томаса Эдисона.

Термоэмиттеры

За годы, прошедшие со времени создания углеродной нити Эдисона, были разработаны материалы с лучшими излучающими свойствами. Многие материалы при нагревании до точки выброса плавятся.

В течение многих лет лучшим материалом считался вольфрам. Для правильного излучения требовалось много тепла, но при этом он был прочным и долговечным. Вольфрам до сих пор используется в больших мощных электронных лампах.

Для снижения рабочих температур и энергопотребления был разработан эмиттер из торированного вольфрама.Он состоял из тонкого слоя тория, помещенного на вольфрамовый эмиттер.

Торий — один из самых тяжелых металлических элементов. Его символ — Th, а атомный вес — 232,04. Этот тип эмиттера производит надлежащее излучение при гораздо более низких температурах, чем чистый вольфрам.

Самый эффективный эмиттер — это излучатель с оксидным покрытием. Излучатель — это металл, например никель. На эмиттере образуется тонкий слой оксида бария или стронция. Из-за низкого энергопотребления и высокого уровня излучения этот тип излучателя широко использовался в электронных лампах для радиоприемников, телевизоров и других электронных устройств.

Термоэмиссионные вакуумные трубки

Катоды

Эмиттер в вакуумной лампе называется катодом . Тепло может подаваться прямо или косвенно. Оба метода имеют определенные преимущества. Принципиальные схемы обоих типов трубок показаны на Рисунок 2 .

Оборудование, в котором в качестве источника энергии используются батареи, лучше всего работает с катодами с прямым нагревом. Потери тепла меньше, и нить накала может быть спроектирована так, чтобы во время использования потреблялось лишь небольшое количество энергии.

Рисунок 2. Схематические обозначения катодов с прямым и косвенным нагревом.

Когда под рукой источник переменного тока, более полезен катод с косвенным нагревом. Потеря мощности небольшая, а источник напряжения нагревателя и катод можно разделить. Это устраняет гудение в цепи.

Диоды

Диод состоит из двух электродов. В случае лампового диода двумя электродами являются катод и пластина.Опять же, катод можно нагревать прямо или косвенно. Пластина представляет собой круглый кусок металла, который окружает все элементы в трубке. Пластина действует как коллектор электронов, эмитируемых катодом. См. Рисунок 3 . Подключения нагревателя: H ₁ и H ₂ . Эти соединения могут быть подключены к источнику переменного тока.

Рисунок 3. Схема диода показывает направление потока электронов.

Первая цифра в названии трубки — это приблизительное напряжение, которое должно быть приложено к нагревателям.Например, лампе 6H6 нужно 6,3 вольт; 12AX7 требует 12,6 вольт; 25Z6 нужно 25 вольт.

Когда трубка в Рисунок 3 включена, нагреватели косвенно нагревают катод. Это вызывает термоэлектронную эмиссию электронов. Если диодная пластина присоединена к положительной клемме батареи в цепи, электроны будут течь по цепи от катода к пластине. Если соединения поменять местами, электроны не будут течь. Эта электронная трубка действует как односторонний клапан. Это позволяет электронам течь только в одном направлении.

При определенной температуре катод излучает наибольшее количество электронов. Эти электроны образуют заряд вокруг катода. Катод был сделан слегка положительным из-за испускания электронов. Некоторые из этих электронов притягиваются обратно к катоду.

Когда пластина сделана положительной, к ней притягивается много электронов. Это электронный поток. Пластину можно сделать более положительной, приложив более высокое напряжение. Притягивается большее количество электронов, и увеличивается ток.

Диод: электронов от горячего катода движутся к положительному аноду, но не наоборот

На рисунке 4 показано увеличение тока в результате увеличения напряжения на пластине. В какой-то момент при увеличении напряжения все испускаемые электроны будут притягиваться к пластине. Дальнейшее увеличение напряжения не приведет к увеличению тока. Это называется точкой насыщения электронной лампы .

Рисунок 4. По мере увеличения напряжения на пластине ток на пластине увеличивается до точки насыщения.

Триоды

Триод представляет собой трехэлементную трубку, состоящую из катода, пластины и сетки. Триод был разработан доктором Ли ДеФорестом. В своих экспериментах ДеФорест вставлял тонкую проволочную сетку между катодом и пластиной трубки. При этом он мог управлять потоком электронов через трубку. Это проволочная сетка grid .

Сетка в триоде чаще всего имеет цилиндрическую форму и окружает катод.Пространство между проволоками сетки позволяет электронам проходить к пластине. Сетка управляет потоком электронов и обычно называется управляющей сеткой.

Электронный поток контролируется изменением напряжения на пластине. В триоде сетка также влияет на поток электронов. Например, , отрицательная сетка отталкивает много электронов обратно к катоду. Это ограничивает количество электронов, попадающих на пластину.

По мере того, как сетка становится все более и более отрицательной, достигается точка, в которой электроны не попадают на пластину.Это точка отсечки трубки . Это отрицательное напряжение, приложенное к управляющей сетке, которое останавливает поток электронов. Напряжение, приложенное к управляющей сетке, называется напряжением смещения . В точке отсечки это называется смещением отсечки .

Триод: напряжение , приложенное к сетке, регулирует ток пластины (анода).

Триод с напряжением пластины и сетки показан на рис. 5 . Обратите внимание, что отрицательная клемма батареи смещения сетки подключена к сети.В электронной работе эти напряжения имеют определенные названия, такие как A, B и C.

Напряжение A предназначено для нагревателей в трубке. Напряжение B соответствует пластине трубки. Напряжение C соответствует решетке трубки.

Рисунок 5. На этой триодной схеме показаны соединения для напряжения пластины и напряжения смещения сетки.

На рисунке 6 показан ток через электронную трубку при изменении смещения сетки. Напряжение на пластине поддерживается на постоянном уровне.Кривая на этом графике построена путем измерения значения тока при каждом изменении напряжения сети. При смещении сетки в два отрицательных вольта ток равен восьми мА. При отрицательных шести вольтах ток падает до трех мА.

Рисунок 6. Изменение тока пластины в результате изменения напряжения сети. Напряжение на пластине поддерживается на постоянном значении .

Тетроды

Без схем нейтрализации триод ограничен как усилитель из-за шунтирующего эффекта емкости электрода на высоких частотах, Рисунок 7 .Чтобы преодолеть этот недостаток, в триод вставлена ​​другая сетка. Эта сетка называется экранной сеткой . Он размещается между контрольной сеткой и пластиной. Полученная четырехэлементная трубка (катод, управляющая сетка, экранная сетка и пластина) называется тетродом, Рис. 8 .

Рисунок 7. Пунктирными линиями показана емкость между элементами в трубке.

Рисунок 8. Символ тетрода.

Экранная сетка шунтируется на землю извне через конденсатор.Сетка является хорошим экраном между управляющей сеткой и пластиной, и она ограничивает емкость сетки-пластины (CGP).

На сетку экрана подается постоянное напряжение, немного меньшее по величине, чем напряжение пластины. Экранная сетка увеличивает скорость прохождения электронов между катодом и пластиной. Некоторые электроны прикрепляются к сетке экрана, вызывая протекание тока в цепи экрана. Однако большая часть электронов проходит через экран к пластине.

В тетроде возможно высокое усиление, поскольку управляющая сетка расположена очень близко к катоду.Уменьшение или увеличение напряжения на пластине мало влияет на ток пластины из-за эффекта изоляции экранной сетки.

Пентоды

В то время как тетрод состоит из четырех элементов, пентод состоит из пяти элементов. В тетроде электроны ускоряются и с силой ударяют по пластине. Когда это происходит, слабо удерживаемые электроны на пластине выбрасываются в свободное пространство. Они образуют вокруг пластины пространственный заряд. Это называется вторичной эмиссией.

Некоторые из этих электронов притягиваются к экрану.Они снижают полезный ток пластины через трубку. Этот эффект более выражен, когда напряжение на пластине ниже напряжения экрана.

Для преодоления недостатков вторичной эмиссии в трубке между сеткой экрана и пластиной помещена третья сетка. Эта сетка называется подавляющей сеткой. В трубке теперь пять элементов (катод, управляющая сетка, экранная сетка, подавляющая сетка и пластина). Эта трубка называется пентодом, Рисунок 9 .

Ограничительная сетка подключена к катоду внутри под катодным потенциалом.Эта сетка отталкивает свободные электроны, возникающие в результате вторичной эмиссии, и отгоняет их обратно к пластине.

Рисунок 9. Символ пентода.

Эти лампы имеют высокий коэффициент усиления и высокое сопротивление пластины. Межэлектродная емкость минимальная. Пентоды когда-то использовались как усилители радиочастоты (ВЧ) и как усилители мощности звука.

Базовые знания о электронных лампах

Основы вакуумных ламп

Что такое вакуумная лампа и ее использование? В электронике — вакуумная лампа, электронная лампа или клапан, или, в просторечии,

Типы вакуумных трубок

Какие бывают типы электронных ламп? Существует множество различных типов электронных ламп, все со своими собственными применениями, ch

Применение вакуумных трубок

Для чего нужны электронные лампы? Вакуумная лампа используется в качестве переключателя, усилителя или экрана дисплея (ЭЛТ).Используется как переключатель включения / выключения

Добро пожаловать в вакуумную трубку!

Основы вакуумной трубки

Что такое вакуумная лампа и ее применение?

В электронике вакуумная трубка , электронная трубка или клапан , или, в просторечии, трубка, — это устройство, которое управляет прохождением электрического тока в высоком вакууме между электродами, к которым приложена разность электрических потенциалов. .Простейшая электронная лампа, диод, изобретенный в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом , содержит только нагретый катод, излучающий электроны, и анод.

Основной принцип работы вакуумной лампы — это явление, называемое термоэлектронной эмиссией. Это работает так: вы нагреваете металл, и тепловая энергия выбивает некоторые электроны. … Когда катод нагревается и на анод подается положительное напряжение, электроны могут течь от катода к аноду.

На этой странице вы можете получить полное представление об электронных лампах.

Типы вакуумных трубок

Какие бывают типы электронных ламп?

Существует множество различных типов электронных ламп , все со своими собственными применениями, характеристиками и конструкцией, большинство из которых делятся на четыре основных типа: (1) диод, (2) триод, (3) тетрод, и (4) пентод. На этой странице перечислены различные типы электронных ламп.

Различные типы вакуумных трубок
↪️Вакуумные трубки с диодом
Диод — одна из самых простых форм вакуумных трубок.
↪️Триодные вакуумные трубки
В вакуумных трубках этого типа электрические токи протекают от V +, имеющего высокий потенциал, приложенный к концу анода, к потенциалу земли катода.
↪️Tetrode Vacuum Tubes
Основная идея создания триода связана с формированием тетрода. Он состоит из четвертого электрода, известного как экран, расположенного между сеткой и анодом.
↪️Пентодные вакуумные трубки
Этот вид трубок подключается непосредственно к его катоду, используя соединение внутри вакуумной трубки или открытое соединение между соответствующими контактами.

Применение вакуумных трубок

Для чего нужны электронные лампы?

Вакуумная лампа используется в качестве переключателя , усилителя или экрана дисплея (ЭЛТ) . Электронные лампы, используемые в качестве переключателей, позволили первым компьютерам выполнять цифровые вычисления. Отсюда мы можем узнать технологию вакуумных трубок или термоэмиссионных клапанов, которые обеспечивают первую форму активного устройства, используемого в электронике, и они все еще используются в некоторых специализированных приложениях.Например, это простое устройство имело огромное значение для воспроизведения звука, что сделало возможными следующие достижения в звуковых технологиях.

Популярные статьи

Дата: 2020.07.23 Категория: вакуумная трубка 2171

Продажа вакуумных трубок

: Обзор радиоприемников с вакуумными трубками

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbs Ⅰ Введение Электронная лампа была неотъемлемой частью ранних радиоприемников, использовалась для создания и усиления электрических сигналов, необходимых для работы радиоприемника.Радио на электронных лампах было новинкой начала 20-го века и сразу же стало «новым фаворитом» той эпохи с появлением радиошоу.

Продолжить чтение »

Дата: 31.10.2019 Категория: вакуумная трубка 10080

Компьютерное определение вакуумной трубки и основная идея

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbspкомпьютер с вакуумными лампами, ЭНИАК, компьютеры

Ⅰ Введение Основной особенностью ЭВМ на электронных лампах является использование электронных ламп в качестве основного электронного компонента, который имеет большие размеры, большое энергопотребление, короткий срок службы, низкую надежность и высокую стоимость, а внутренняя память использует линия задержки ртути.Во время этого пер …

Продолжить чтение »

Дата: 2019.10.25 Категория: вакуумная трубка 6408

Вакуумные трубки: Типы вакуумных трубок Учебное пособие

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbspчто такое вакуумная лампа, типы вакуумных трубок, как работают вакуумные трубки, клапанные трубки, электронные вакуумные лампы, нумерация вакуумных трубок, для чего используются вакуумные лампы, основы вакуумных трубок

Ⅰ Определение вакуумной трубки Вакуумная лампа, также называемая электронной трубкой или клапаном, является одним из первых компонентов усилителя электрического сигнала в электронике.Катодная электронно-эмиссионная часть, управляющая сетка, ускоряющая сетка и анодный (экранный) вывод, заключенный в стеклянный контейнер …

Продолжить чтение »

Дата: 2019.09.17 Категория: вакуумная трубка 3210

Базовая конструкция вакуумной трубки

Автор: & nbspapogeeweb, & nbsp & nbspчто такое вакуумная лампа, технология вакуумных трубок, компьютеры с электронными лампами, как работают вакуумные лампы, кто изобрел вакуумную лампу, основы вакуумных ламп, электронные вакуумные лампы, типы вакуумных ламп

Введение Вакуумная трубка, также называемая электронной трубкой, или клапаном, или трубкой, представляет собой электронное устройство, которое генерирует токопроводимость в герметичном закрытом стеклянном контейнере и использует электрическое поле для притяжения электронов в вакууме для усиления или генерации сигнала.То есть a & nb …

Продолжить чтение »

Дата: 2019.09.07 Категория: вакуумная трубка 7200

Что такое вакуумная трубка? Базовая конструкция и типы

By & nbspapogeeweb, & nbsp & nbsp определение вакуумной трубки, что такое вакуумная лампа, компьютеры с вакуумными трубками, что делают вакуумные лампы, как работают вакуумные лампы

Ⅰ Введение Вакуумная трубка, электронная трубка, или клапан, или трубка — это устройство, которое управляет потоком электрического тока в высоком вакууме между электродами, к которым приложена разность электрических потенциалов.Зная об этом больше, задайте себе следующие вопросы: что такое электронная лампа? когда была вакуумная трубка …

Продолжить чтение »

Рекомендация статей по теме

Описание термоэлектронной трубки

| — History Computer

3 факта о термоэлектронной трубке

• Термоэлектронная трубка имеет много названий, включая вакуумные лампы, вакуумные диоды, термоэлектронные трубки, клапан Флеминга и кенотрон.
• Хотя у устройства много названий, реальное устройство состоит только из трех компонентов. Устройство нагревает электроны, отдает их на одном конце трубки и принимает их на другом конце.
• Хотя технология совершенствуется экспоненциально быстрее, термоэлектронная трубка была основной.

Сэр Джон Амброуз Флеминг был изобретателем термоэлектронной трубки.

История термоэмиссионной трубки

Термоэлектронная трубка получила множество имен на протяжении всей своей жизни.Он также известен как вакуумная лампа, вакуумный диод, клапан Флеминга и кенотрон. Сэр Джон Амброуз Флеминг (отсюда и название «клапан Флеминга») изобрел термоэмиссионный клапан и получил патент GB 24850 в 1904 году. Хотя компьютеры существовали до 1904 года, изобретение вакуумных диодов позволило компьютерам первого поколения полагаться на них в большей степени. по электричеству, чем по механике. Пройдет почти полвека, прежде чем термоэмиссионные лампы будут заменены другими технологиями (см. Интегральную схему, созданную Робертом Нойсом и Джеком Килби), и через много лет после этого эти технологии станут доступными для обычных людей.

Термоэмиссионная трубка Флеминга

Термоэлектронная трубка: принцип работы

Несмотря на то, что на момент своего создания вакуумная трубка была технологическим чудом, она имеет относительно простую конструкцию. Если посмотреть на схему традиционной вакуумной лампы, она будет состоять только из трех компонентов: электрода, анода и катода. Катод выпускает свободные электроны в клапан Флеминга, анод захватывает эти электроны, а электрод способствует передаче энергии. По сути, устройство заставляет электроны двигаться и задает им правильное направление, в котором они должны двигаться.

Электронная лампа светится ярко-красным светом.

Термоэмиссионная трубка: историческое значение

Вакуумные лампы, вакуумные диоды, кенотроны, как бы их ни называли, без них технологии не были бы прежними. Клапан Флеминга произвел революцию в том, как можно транспортировать электричество в машинах и технологиях. Вакуумный диод настолько важен для истории технологических достижений, что без него несколько электронных устройств были бы невозможны: радиоприемники, телевизоры, радиолокационные технологии, все они полагались на вакуумные лампы, которые действовали как резисторы и передавали нужное количество электричества каждому из них. электрический компонент, который они используют.Несмотря на то, что с тех пор электронные лампы были заменены интегральными схемами, чтобы уменьшить размер и увеличить срок службы деталей, кенотрон проложил путь для создания многих технологий на протяжении всей временной шкалы компьютеров и другой электроники.

LEEI-26 Аппарат рабочей функции и удельного заряда электрона

Характеристики

• Измерение работы выхода металла

• Изучение VI характеристик диода

• Демонстрация принципа работы магнетронной трубки

• Измерение удельного заряда электрона (э / м)

384

Введение

Свободные электроны могут переходить от одного атома к другому внутри металла, но обычно они не могут покинуть поверхность металла, потому что электроны притягиваются силой положительных ядер в металле, известной как поверхностный барьер.Однако, если свободным электронам дается достаточная энергия, их кинетическая энергия увеличивается, и, таким образом, они могут преодолеть поверхностный барьер и покинуть металл.

Минимальная энергия, необходимая электрону, чтобы покинуть металлическую поверхность, называется работой выхода или энергией ухода металла. Существует несколько источников энергии, которые могут быть приложены к поверхности металла, чтобы вызвать эмиссию электронов, таких как тепловая, электрическая, оптическая или кинетическая энергия. Следовательно, явления электронной эмиссии называют термоэлектронной эмиссией, автоэлектронной эмиссией, фотоэлектрической эмиссией и вторичной эмиссией соответственно.

Этот экспериментальный прибор разработан для изучения работы выхода металла на основе принципа термоэлектронной эмиссии в вакуумной диодной лампе. В этом методе катодный металл нагревается до достаточно высокой температуры, чтобы позволить свободным электронам покинуть поверхность металла. Количество испускаемых электронов зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше эмиссия электронов.

Поместив идеальную диодную лампу (вакуумную лампу) в магнитное поле, перпендикулярное полю электронов, движение электронов, вылетающих из катода, будет вызвано силой Лоренца с образованием спиральной дорожки.Когда сила Лоренца достаточно велика, электроны не достигают анода, поэтому ток через диод не выводится. Таким образом, выход диода регулируется током намагничивания, что является принципом магнетронной трубки. Отношение заряда к массе (э / м), то есть удельный заряд электрона, может быть получено из параметров, приложенных к магнетронной трубке.

Используя этот прибор, студенты могут:

1. Понять концепцию термоэлектронной эмиссии и проверить эффект Шоттки

2.Понять концепцию работы выхода металла

3. Научиться измерять работу выхода металла на основе прямолинейного метода Ричардсона

4. Понять принцип магнетрона и определить отношение заряда к массе (э / м) с помощью магнетрона

инструкция по эксплуатации содержит экспериментальные конфигурации, принципы, пошаговые инструкции и примеры результатов экспериментов. Пожалуйста, щелкните Experiment Theory и Contents , чтобы получить дополнительную информацию об этом приборе.

Технические характеристики

Описание	Технические характеристики
Идеальный диод	нить из чистого вольфрама
	Ток накала: 0,400 ~ 0,800 A; точность: 1,0 мА
	анодное напряжение: 0 ~ 120 В постоянного тока; точность: 0,1 В
Параметры катушки	внутренний радиус: r 1 = 24,0 мм
	внешний радиус: r 2 = 36.0 мм
	длина: L = 18,0 мм
	количество витков: N = 800
Ток намагничивания	0 ~ 0,800 A

9000 905 Список деталей Артикул Кол-во Основной блок 1 Идеальный диод 1 Корпус 14

9064 904 904 Руководство 1

Схема лампового диода

Конструкция трубки магнетрона

(Щелкните рисунок, чтобы увеличить)


Определение работы выхода

(Щелкните график, чтобы увеличить)


Расчет отношения заряда к массе

(Щелкните график, чтобы увеличить)


Вакуумный диод

Вакуумный диод был первым изобретенным типом термоэмиссионного клапана.Он был изобретен в 1904 году британским инженером-электриком Джоном Амброузом Флемингом. ^[1] Это вакуумная стеклянная трубка, содержащая два электрода (проводники, контактирующие с вакуумом, среда, через которую замыкается цепь). Один из них — катод (нить накаливания, изготовленная из материала, способного испускать электроны термически), а другой — анод (который поддерживается при комнатной температуре с положительным потенциалом по отношению к катоду). Электроды подключены к источнику разности электрических потенциалов, так что электроны, испускаемые катодом термоэлектронным способом, ускоряются по направлению к аноду под действием электрического поля, образуя электронный ток в пустой области.

Это примитивная форма полупроводникового электронного компонента, поскольку ток, генерируемый в вакууме, является односторонним: электроны могут проходить от катода (горячей нити накала) к аноду, но не наоборот.

История

Вакуумный диод был первым достижением в области электрических ламп, когда Джон Амброуз Флеминг в 1904 году обнаружил, что размещение электрода на некотором расстоянии от нити накала внутри лампы накаливания создает ток между нитью и этим электродом.

характеристики

Схема работы вакуумного диода.

Катодом служила сначала нить лампы накаливания. Эти клапаны называются прямым нагревом. Флеминг добавил электрод, анод. Путем циркуляции тока в нити или катоде этот катод высвобождает электроны, захваченные анодом.

Работа этого устройства основана на эффекте Эдисона, и фактически именно Томас Эдисон наблюдал термоэмиссию около 1883 года, поместив лист (анод) внутрь лампочки.Когда металлическая фольга была положительно поляризована относительно нити, между нитью и фольгой возникал небольшой ток. Этот факт возникает из-за того, что электроны атомов нити накала, получив большое количество энергии в виде тепла, ускользнули от притяжения ядра (термоэлектронная эмиссия), пересекая пустое пространство внутри колбы, будучи притянутыми положительной полярностью. фольги. ^[2]

Триод и последующие разработки

Через два года после изобретения вакуумного диода американский физик Ли Де Форест добавил сетку для регулирования напряжения между анодом и катодом, изобрав триод, первое усилительное устройство. в истории.Позже был добавлен еще один электрод, назвавший этот новый клапан тетродом, который завершился пятиэлектродным пентодом. Последние два чаще всего встречаются в электрических цепях.

Галерея

• Выпрямительный диод на парах ртути.

См. Также

Ссылки

внешние ссылки

11 величайших вакуумных ламп, о которых вы никогда не слышали

В эпоху, поддерживаемую квинтиллионами твердотельных устройств, стоит ли вам вообще интересоваться электронными лампами? Вы определенно должны! По богатству, драматизму и явному блеску лишь немногие технологические временные рамки могут соответствовать 116-летней (и это число растет) истории электронных ламп.Чтобы доказать это, я составил список вакуумных устройств, которые за последние 60 или 70 лет бесспорно изменили мир.

И на всякий случай вы также найдете здесь несколько трубок, которые слишком уникальны, круты или странны, чтобы томиться в безвестности.

Конечно, в любое время, когда кто-то предлагает список из или — самые удобные кроссовки для трейлраннинга, самые аутентичные итальянские рестораны в Кливленде, фильмы, которые лучше, чем книга, по которой они основаны, — кто-то другой обязательно взвесит в и либо объект, либо усилить.Итак, чтобы констатировать очевидное: это мой список электронных ламп. Но я бы с удовольствием прочитал твою. Не стесняйтесь добавлять его в разделе комментариев в конце этой статьи.

Мой список не является исчерпывающим. Здесь вы не найдете газонаполненной стеклянной посуды, такой как трубки Никси или тиратроны, никаких сверхвысоких импульсных микроволновых устройств, никаких электронно-лучевых дисплеев. Я намеренно не упомянул хорошо известные лампы, такие как спутниковые лампы бегущей волны. и магнетроны для микроволновых печей.И я в значительной степени придерживался радиочастотных ламп, поэтому я игнорирую огромное количество звуковых ламп — за одним примечательным исключением.

Но даже в рамках выбранных мною параметров существует столько удивительных устройств, что выбрать всего одиннадцать из них было довольно сложно. Итак, вот мой взгляд без особого порядка на некоторые лампы, которые имели значение.

Медицинский магнетрон

Фото: Teledyne e2v

Когда дело доходит до для эффективного генерирования когерентной радиочастотной мощности в компактном корпусе, вы не сможете превзойти магнетрон.

Магнетрон впервые прославился во время Второй мировой войны, когда использовался британский радар.В то время как использование магнетронов в радарах начало сокращаться в 1970-х годах, трубка обрела новую жизнь в промышленных, научных и медицинских приложениях, которая продолжается и сегодня.

Медицинский магнетрон сияет именно для этого последнего использования. В линейном ускорителе он создает пучок электронов высокой энергии. Когда электроны в луче отклоняются ядрами в мишени, состоящей из материала с высоким атомным номером, такого как вольфрам, производятся обильные рентгеновские лучи, которые затем могут быть направлены на уничтожение раковых клеток в опухолях.Первый клинический ускоритель для лучевой терапии был установлен в лондонской больнице Хаммерсмит в 1952 году. Магнетрон мощностью 2 мегаватта приводил в действие ускоритель длиной 3 метра.

Продолжается разработка мощных магнетронов для удовлетворения требований радиационной онкологии. Показанный здесь медицинский магнетрон, произведенный e2v Technologies (теперь Teledyne e2v), генерирует пиковую мощность 2,6 МВт при средней мощности 3 киловатта и КПД более 50 процентов. Его длина составляет всего 37 сантиметров, а вес около 8 килограммов, он достаточно маленький и легкий, чтобы поместиться во вращающийся рычаг аппарата лучевой терапии.

Гиротрон

Фото: Ядерный синтез / МАГАТЭ

Созданный в 1960-х годах в Советском Союзе, гиротрон представляет собой мощное вакуумное устройство, используемое в основном для нагрева плазмы в экспериментах по термоядерному синтезу, таких как ИТЭР, строящийся в настоящее время на юге Франции. Эти экспериментальные реакторы могут требовать температуры до 150 миллионов ° C.

Так как же работает гиротрон мегаваттного класса? Название дает подсказку: он использует пучки энергичных электронов, вращающихся или вращающихся в сильном магнитном поле внутри полости.(Мы, люди, занимающиеся лампами, любим наши -троны и -троды. ) Взаимодействие между вращающимися электронами и электромагнитным полем полости генерирует высокочастотные радиоволны, которые направляются в плазму. Высокочастотные волны ускоряют электроны в плазме, нагревая при этом плазму.

Лампа, вырабатывающая 1 МВт средней мощности, не будет маленькой. Термоядерные гиротроны обычно имеют высоту от 2 до 2,5 метров и вес около метрической тонны, включая сверхпроводящий магнит мощностью 6 или 7 тесла.

Помимо нагрева термоядерной плазмы, гиротроны используются в обработке материалов и в спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Они также были исследованы на предмет несмертельного контроля толпы в Системе активного отрицания вооруженных сил США. Эта система излучает относительно широкий луч миллиметрового диапазона, возможно, полтора метра в диаметре. Луч предназначен для нагрева поверхности кожи человека, вызывая ощущение жжения, но не проникая в нижнюю ткань и не повреждая ее.

Миниатюрная трубка бегущей волны

Фото: L3Harris Electron Devices

Как следует из названия, лампа бегущей волны (ЛБВ) усиливает сигналы посредством взаимодействия между электрическим полем бегущей или распространяющейся электромагнитной волны в цепи и струящимся электронным пучком.[Более подробное описание того, как работает ЛБВ, см. В «Поисках совершенной вакуумной трубки», IEEE Spectrum , декабрь 2015 г.]

Большинство ЛБВ 20-го века были разработаны для чрезвычайно высокого усиления мощности с коэффициентами усиления 100000 и более. Но вам не всегда нужна такая большая выгода. Введите мини-ЛБВ, показанную здесь в примере от L3Harris Electron Devices. Мини-ЛБВ с усилением около 1000 (или 30 децибел) предназначена для приложений, где требуется выходная мощность в диапазоне от 40 до 200 Вт, и где желательны небольшие размеры и более низкое напряжение.Например, мини-ЛБВ мощностью 40 Вт, работающая на частоте 14 гигагерц, умещается в ладони и весит менее полукилограмма.

Оказывается, военные очень нуждаются в мини-ЛБВ. Вскоре после их появления в 1980-х годах мини-ЛБВ были внедрены в системы радиоэлектронной борьбы на самолетах и ​​кораблях для защиты от ракет с радиолокационным наведением. В начале 1990-х годов разработчики устройств начали объединять мини-ЛБВ с компактным высоковольтным источником питания для питания устройства и твердотельным усилителем для его управления.Комбинация создала так называемый микроволновый силовой модуль или MPM. Благодаря небольшому размеру, малому весу и высокой эффективности усилители MPM сразу же нашли применение в радарах и передатчиках связи на борту военных дронов, таких как Predator и Global Hawk, а также в средствах электронного противодействия.

Ускоритель Klystron

Фото: Архивно-историческое бюро / Национальная ускорительная лаборатория SLAC

Клистрон помог открыть эру большой науки в области физики высоких энергий.Клистроны преобразуют кинетическую энергию электронного луча в радиочастотную энергию. Устройство имеет гораздо большую выходную мощность, чем лампа бегущей волны или магнетрон. Братья Рассел и Сигурд Вариан изобрели клистрон в 1930-х годах и вместе с другими основали компанию Varian Associates для его продажи. В наши дни ламповый бизнес Varian живет в компании Communications and Power Industries.

Внутри клистрона электроны, испускаемые катодом, ускоряются по направлению к аноду, образуя электронный пучок.Магнитное поле препятствует расширению луча при его прохождении через отверстие в аноде к коллектору луча. Между анодом и коллектором находятся полые конструкции, называемые полостными резонаторами. Высокочастотный сигнал подается на ближайший к катоду резонатор, создавая электромагнитное поле внутри полости. Это поле модулирует электронный луч, когда он проходит через резонатор, заставляя скорость электронов изменяться и электроны группироваться по мере их движения к другим полым резонаторам ниже по потоку.Большинство электронов замедляются, проходя через последний резонатор, который колеблется с большой мощностью. В результате выходной сигнал намного превышает входной.

В 1960-х годах инженеры разработали клистрон, который служил источником радиочастот для нового 3,2-километрового линейного ускорителя частиц, строящегося в Стэнфордском университете. Работая на частоте 2,856 гигагерц и используя пучок электронов в 250 киловольт, клистрон SLAC производил пиковую мощность 24 МВт. Более 240 из них были необходимы для достижения энергии частиц до 50 миллиардов электрон-вольт.

Клистроны SLAC проложили путь к широкому использованию электронных ламп в качестве источников радиочастот для передовых систем физики элементарных частиц и источников рентгеновского света. Версия клистрона SLAC мощностью 65 МВт все еще находится в производстве. Клистроны также используются для досмотра грузов, стерилизации пищевых продуктов и радиационной онкологии.

Трубка бегущей волны с кольцевой штангой

Фото: L3Harris Electron Devices

Одна лампа времен холодной войны , которая все еще пользуется успехом, — это огромная трубка бегущей волны с кольцевым стержнем.Эта мощная лампа стоит более 3 метров от катода до коллектора, что делает ее самой большой в мире ЛБВ. На базе ВВС Кавальер в Северной Дакоте имеется 128 ЛБВ с кольцевыми стержнями, обеспечивающими радиочастотную мощь чрезвычайно мощного радара с фазированной антенной решеткой. Этот радар с частотой 440 мегагерц, получивший название «Система определения характеристик атаки радара по периметру» (PARCS), ищет баллистические ракеты, запускаемые в направлении Северной Америки. Он также контролирует космические запуски и орбитальные объекты в рамках сети космического наблюдения.PARCS, построенный GE в 1972 году, отслеживает более половины всех объектов, вращающихся вокруг Земли, и, как говорят, может идентифицировать объект размером с баскетбольный мяч на расстоянии 2 000 миль (3218 км).

Еще более высокочастотная версия трубки с кольцевым стержнем используется в радаре с фазированной антенной решеткой на удаленном острове Шемья, примерно в 1900 км от побережья Аляски. Этот радар, известный как Cobra Dane, отслеживает запуски неамериканских баллистических ракет. Он также собирает данные наблюдения за космическими запусками и спутниками на низкой околоземной орбите.

Цепь, используемая в этом чудовище, известна как кольцевой стержень, который состоит из круглых колец, соединенных чередующимися полосами или стержнями, повторяющимися по его длине. Эта установка обеспечивает более высокую напряженность поля поперек электронного луча трубки, чем ЛБВ садовой разновидности, в которой радиочастотные волны распространяются по спиралевидному проводу. Более высокая напряженность поля трубки с кольцевым стержнем приводит к большему увеличению мощности и хорошему КПД. Показанная здесь лампа была разработана компанией Raytheon в начале 1970-х годов; теперь он производится L3Harris Electron Devices.

Убитрон

Фото: Роберт Филлипс

За пятнадцать лет до был придуман термин «лазер на свободных электронах», была вакуумная лампа, работавшая по тому же основному принципу — убитрон, что в некотором роде означает «взаимодействие волнообразных лучей».

Убитрон был изобретен в 1957 году случайно. Роберт Филлипс, инженер микроволновой лаборатории General Electric в Пало-Альто, Калифорния, пытался объяснить, почему одна из ламп бегущей волны в лаборатории колеблется, а другая — нет.Сравнивая две трубки, он заметил различия в их магнитной фокусировке, из-за которых луч в одной трубке шевелился. Он полагал, что эта волнистость может привести к периодическому взаимодействию с электромагнитной волной в волноводе. Это, в свою очередь, может быть полезно для создания чрезвычайно высоких уровней пиковой мощности радиочастоты. Так родился убитрон.

С 1957 по 1964 год Филлипс и его коллеги построили и испытали множество убитронов. На фотографии 1963 года, показанной здесь, коллега из GE Чарльз Эндерби держит убитрон без магнита-вигглера.Эта лампа, работающая при напряжении 70 000 вольт, вырабатывала пиковую мощность 150 кВт на частоте 54 ГГц — рекордный уровень мощности, который сохранялся более десяти лет. Но армия США, которая финансировала работы по убитрону, прекратила НИОКР в 1964 году, потому что не было антенн или волноводов, которые могли бы выдерживать такие высокие уровни мощности.

Современные лазеры на свободных электронах используют тот же основной принцип, что и убитрон. Фактически, в знак признания его новаторской работы над убитроном, Филлипс получил в 1992 году Премию лазеров на свободных электронах.ЛСЭ, которые сейчас установлены в больших источниках света и рентгеновского излучения на ускорителях частиц, производят мощное электромагнитное излучение, которое используется для исследования динамики химических связей, понимания фотосинтеза, анализа того, как лекарственные препараты связываются с мишенями, и даже для создания тепла, плотная материя, чтобы изучить, как образуются газовые планеты.

Карцинотрон

Фото: CSF

Французская трубка , называемая карцинотроном, — еще один интересный пример, рожденный холодной войной.Связанный с магнетроном, он был разработан Бернаром Эпштейном в 1951 году в Compagnie Générale de Télégraphie Sans Fil (CSF, теперь часть Thales).

Как и убитрон, карцинотрон вырос из попытки решить проблему колебаний на обычной трубке. В этом случае источником колебаний была мощность радиочастотного контура, текущая в обратном направлении, в направлении, противоположном электронному лучу трубки. Эпштейн обнаружил, что частота колебаний может изменяться в зависимости от напряжения, что привело к патенту на лампу с регулируемой по напряжению «обратной волной».

Около 20 лет электронные глушители в Соединенных Штатах и ​​Европе использовали карцинотроны в качестве источника радиочастотной энергии. Показанная здесь лампа была одной из первых, произведенных CSF в 1952 году. Она выдавала 200 Вт ВЧ-мощности в диапазоне S, который простирается от 2 до 4 ГГц.

Учитывая уровень мощности, с которым они могут справиться, карцинотроны довольно компактны. Модель мощностью 500 Вт, включая постоянный фокусирующий магнит, весит всего 8 кг и имеет размеры 24 на 17 на 15 см, что на оттенок меньше, чем обувная коробка.

А странное название? Филипп Тувенен, специалист по вакуумной электронике из Thales Electron Devices, сказал мне, что это слово происходит от греческого слова karkunos , что означает раки. И раки, конечно, обратным ходом плавают.

Двухрежимная лампа бегущей волны

Фото: Northrop Grumman

Двухрежимный ЛБВ представлял собой необычную микроволновую лампу, разработанную в Соединенных Штатах в 1970-х и 80-х годах для электронного противодействия радарам.Эта лампа, способная работать как в непрерывном режиме с низким энергопотреблением, так и в импульсном режиме большой мощности, следовала старой пословице, что два лучше, чем один: у нее было два луча, две цепи, две электронные пушки, два фокусирующих магнита и два коллектора, все заключен в единый вакуумный конверт.

Основным преимуществом трубки было то, что она расширила возможности использования данного приложения — например, система противодействия могла работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах, но с одним передатчиком и простым антенным питанием.Управляющая сетка в электронной пушке в более короткой импульсной секции могла быстро переключать лампу с импульсной на непрерывную волну или наоборот. Поговорим об упаковке большого количества возможностей в небольшой пакет. Конечно, если произойдет утечка вакуума, вы потеряете обе функции лампы.

Лампа, показанная здесь, была разработана подразделением Power Tube Division компании Raytheon, которое было приобретено Litton Electron Devices в 1993 году. Raytheon / Litton, а также Northrop Grumman производили двухрежимную ЛБВ, но, как известно, ее было трудно производить в больших объемах, и она была снята с производства в начале 2000-х.

Многолучевой клистрон

Фото: Thales

Мощность, которую из нас выучили в детстве, равна напряжению, умноженному на ток. Чтобы получить больше энергии от вакуумной лампы, вы можете увеличить напряжение электронного луча лампы, но для этого потребуется трубка большего размера и более сложный источник питания. Или вы можете увеличить ток луча, но это тоже может быть проблематично. Для этого вам необходимо убедиться, что устройство может поддерживать более высокий ток и что необходимое магнитное поле может безопасно транспортировать электронный пучок через цепь трубки, то есть ту часть трубки, которая взаимодействует с электронным пучком.

Кроме того, эффективность лампы обычно падает с увеличением тока пучка, поскольку страдает группировка электронов, необходимая для преобразования энергии.

Все эти предостережения применимы, если вы говорите об обычной вакуумной лампе с одним электронным пучком и одной схемой. Но что, если вы используете несколько лучей, исходящих от нескольких катодов и проходящих по общей цепи? Даже если токи отдельных пучков умеренные, общий ток будет высоким, при этом общая эффективность устройства не пострадает.

Такое многолучевое устройство исследовалось в 1960-х годах в США, Советском Союзе и других странах. Работа в США прекратилась, но деятельность в СССР продолжалась, что привело к успешному развертыванию многолучевого клистрона или МБК. Советы использовали многие из этих трубок для радаров и других целей.

Выше показан современный образец МБК, произведенный в 2001 году французской фирмой Thomson Tubes Electroniques (ныне часть Thales). Этот МБК был разработан для немецкой установки электронного синхротрона (DESY).Более поздняя версия используется в Европейском центре рентгеновского лазера на свободных электронах. Трубка имеет семь лучей, обеспечивающих полный ток 137 ампер с пиковой мощностью 10 МВт и средней мощностью 150 кВт; его эффективность превышает 63 процента. Напротив, однолучевой клистрон, разработанный Thomson, обеспечивает пиковую мощность 5 МВт и среднюю мощность 100 кВт с КПД 40 процентов. Таким образом, с точки зрения возможностей усиления один МБК эквивалентен двум обычным клистронам.

Коакситрон

Фото: RCA

Все трубки , которые я описал до сих пор, — это то, что специалисты называют лучево-волновыми устройствами (или струйно-волновыми в случае магнетрона).Но до того, как появились эти устройства, в трубках были решетки, которые представляли собой прозрачные, похожие на экран металлические электроды, вставленные между катодом и анодом трубки для управления или модуляции потока электронов. В зависимости от того, сколько сеток в лампе, ее называют диодом (без сеток), триодом (одна сетка), тетродом (две сетки) и т. Д. Лампы малой мощности назывались «приемными лампами», потому что они обычно использовались в радиоприемниках или в качестве переключателей (здесь я должен отметить, что то, что я называл «лампой», известно британцам как «клапан.»)

Были, конечно, сетевые лампы большей мощности. Передающие лампы использовались, как вы уже догадались, в радиопередатчиках. Позднее сетевые лампы большой мощности нашли свое применение в широком спектре интересных промышленных, научных и военных приложений.

Триоды и сеточные лампы более высокого порядка включали катод, сетку управления током и анод или коллектор (или пластину). Большинство этих трубок были цилиндрическими, с центральным катодом, обычно нитью накала, окруженным электродами.

Коакситрон, разработанный RCA в начале 1960-х годов, представляет собой уникальную модификацию цилиндрической конструкции. Электроны текут радиально от цилиндрического коаксиального катода к аноду. Но вместо того, чтобы иметь один эмиттер электронов, катод коакситрона сегментирован по окружности с многочисленными нагретыми нитями, служащими источником электронов. Каждая нить накала формирует свой собственный пучок электронов. Поскольку бимлет течет радиально к аноду, магнитное поле (или магнит) не требуется для ограничения электронов.Таким образом, коакситрон очень компактен, учитывая его выдающуюся мощность около мегаватта.

Коакситрон мощностью 1 МВт и частотой 425 МГц весил 130 фунтов (59 кг) и имел высоту 24 дюйма (61 см). Несмотря на то, что усиление было скромным (от 10 до 15 дБ), он по-прежнему оставался незаменимым в качестве компактного сверхвысокочастотного усилителя мощности. RCA рассматривала коакситрон в качестве источника для управления высокочастотными ускорителями, но в конечном итоге нашла применение в мощных УВЧ-радарах. Хотя коакситроны недавно уступили место твердотельным устройствам, некоторые из них все еще используются в устаревших радиолокационных системах.

Telefunken Audio Tube

Фото: Thump / Soundgas

Важная обычная лампа с решетками находится на противоположном конце спектра мощности / частоты от мегаваттных зверей, таких как клистрон и гиротрон. Почитаемый аудиоинженерами и записывающими артистами Telefunken VF14M использовался в качестве усилителя в легендарных микрофонах Neumann U47 и U48, любимых Фрэнком Синатрой и продюсером Beatles сэром Джорджем Мартином.Интересный факт: в лондонской студии Abbey Road выставлен микрофон Neumann U47. Буква «M» в обозначении трубки VF14M указывает на то, что она подходит для использования с микрофоном и присуждается только лампам, прошедшим проверку в Neumann.

VF14 представляет собой пентод, что означает, что он имеет пять электродов, включая три сетки. Однако при использовании в микрофоне он работает как триод, причем две его решетки связаны вместе и соединены с анодом. Это было сделано, чтобы использовать якобы превосходные звуковые качества триода.Схема нагревателя VF14, которая нагревает катод так, что он испускает электроны, работает при 55 В. Это напряжение было выбрано таким образом, чтобы две лампы можно было соединить последовательно через сеть 110 В для снижения затрат на электропитание, что было важно в послевоенная Германия.

В настоящее время вы можете купить полупроводниковую замену VF14M, которая даже имитирует цепь нагревателя на 55 В. Но сможет ли он воспроизвести этот теплый, прекрасный ламповый звук? С этим звуковые снобы никогда не согласятся.

Эта статья опубликована в печатном выпуске за ноябрь 2020 года как «9 величайших вакуумных трубок, о которых вы никогда не слышали.»

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов. «

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент, оставивший отзыв на курс

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то непонятной секции

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо. «

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

Тест потребовал исследований в

документ но ответов были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены путешествовать. «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать, где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес который

сниженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

Сертификация

. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

хорошо организовано. «

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы по номеру

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

из материала. Полное

и всесторонний ».

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материалы для изучения, а потом вернуться

и пройдите тест. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для просмотра содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

многие различные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо путешествовать.