Вакуумный диод это: Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод? — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

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

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Электровакуумный диод представляет собой сосуд (баллон), в котором создан высокий вакуум.

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

Принцип работы

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

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

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

Нелинейный участок. На начальном участке ВАХ ток медленно возрастает при увеличении напряжения на аноде, что объясняется противодействием полю анода объёмного отрицательного заряда электронного облака. По сравнению с током насыщения, анодный ток при очень мал (и не показан на схеме). Его зависимость от напряжения растет экспоненциально, что обуславливается разбросом начальных скоростей электронов. Для полного прекращения анодного тока необходимо приложить некоторое анодное напряжение меньше нуля, называемое запирающим.
Участок закона степени трёх вторых. Зависимость анодного тока от напряжения описывается , где первеанс g — постоянная, зависящая от конфигурации и размеров электродов. В простейшей модели первеанс не зависит от состава и температуры катода, в действительности первеанс растёт с ростом температуры из-за неравномерного его нагрева.

Участок насыщения. При дальнейшем увеличении напряжения на аноде рост тока замедляется, а затем полностью прекращается, так как все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Дальнейшее увеличение анодного тока при данной величине накала невозможно, поскольку для этого нужны дополнительные электроны, а их взять негде, так как вся эмиссия катода исчерпана. Установившейся в этом режиме анодный ток называется током насыщения. Этот участок описывается законом Ричардсона-Дешмана: , где — универсальная термоэлектронная постоянная Зоммерфельда.

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

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

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

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

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

Маркировка приборов

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

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

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

Сравнение с полупроводниковыми диодами

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

Примечания

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

Литература

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

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Дисковые диоды, интегрированные в волноводы, способны детектировать частоты до 10 ГГц^[1].

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

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

Принцип работы

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

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

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

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

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

Маркировка приборов

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

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

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

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

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

Литература

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

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Принцип работы

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

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

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

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

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

Маркировка приборов

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

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

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

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

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

Литература

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

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Принцип работы

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

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

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

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

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

Маркировка приборов

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

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

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

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

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

Литература

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

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Обозначение на схемах диода с катодом непрямого накала.

Принцип работы

ВАХ

Участки вольт-амперной характеристики диода

Вольт-амперная характеристика электровакуумного диода имеет 3 участка:

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

Основные параметры

К основным параметрам электровакуумного диода относятся:

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

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

Маркировка приборов

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

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

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

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

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

Литература

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

Вакуумный диод — презентация онлайн

1. Вакуумный диод

• Электрический ток в вакууме возможен в электронных
лампах.
• Электронная лампа — это устройство, в котором
применяется явление термоэлектронной эмиссии.
• Вакуумный диод — это
А
К
Н
А – анод
К – катод
Н – нить накала
двухэлектродная электронная лампа.
• Внутри стеклянного баллона
создается очень низкое давление.
• В баллон впаяны два электрода анод и катод.
• Если сам катод подогревается
– это катод прямого накала
• Если катод подогревает проводник
– это катод косвенного накала

2. Вакуумный диод

• Поверхность нагретого катода испускает электроны,
поэтому проводимость в вакууме электронная
• Если анод соединен с + источника тока, а катод с -,
то в цепи протекает постоянный термоэлектронный ток.
• Т.е.
А
К
Н
ток в аноде возможен,
если потенциал анода выше
потенциала катода.
• В этом случае электроны
из электронного облака
притягиваются к аноду, создавая
электрический ток в вакууме.
• Вакуумный диод обладает
односторонней проводимостью.
А – анод
К – катод
Н – нить накала
Вакуумный диод
1. Прямое включение
• Электроны, вылетевшие из
анод
+
разогретого катода,
устремляются к аноду,
замыкая цепь
Е
—
—
• Вакуумный диод хорошо
проводит ток в прямом
направлении
• При увеличении
напряжения на аноде
происходит насыщение –
все электроны достигают
анода
I (A)
—
— — — -нить
накала
катод
U (В)
Вакуумный диод
2. Обратное включение
—
анод
• Электроны, вылетевшие из
разогретого катода,
тормозятся электрическим
полем и возвращаются к
катоду
Е
• Вакуумный диод не
проводит ток в обратном
направлении
I (мA)
—
+
—
— — — -нить
накала
катод
U (В)

5. Вольт — амперная характеристика вакуумного диода

• При малых напряжениях на
аноде не все электроны,
испускаемые катодом,
достигают анода, и ток
небольшой.
• При больших напряжениях
ток достигает насыщения,
т.е. максимального значения.
• Вакуумный диод
используется для
выпрямления
переменного тока
(кенотрон)
I
t
ток до выпрямления
t
ток после выпрямления

Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов

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

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

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

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

Все электроны, вылетающие из катода, образуют ток эмиссии

I_e = Nq, (15.1)

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

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

Электроны, ушедшие с катода безвозвратно, определяют катодный ток (ток катода), обозначаемый I_к или i_K:

i_K = nq<I_e, (15.2)

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

Рис. 15.1. Цилиндрическая конструкция электродов диода

Рис. 15.2. Цепи диода с катодом косвенного накала

Рис. 15.3. Упрощенные схемы с диодами

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

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

i_a = i_к.(15.3)

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

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

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

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

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

Разность потенциалов между анодом и катодом называют анодным напряжением (напряжением анода) и обозначают U_a или u_а.

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

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

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

Основные аннотации по теме ламповой схемотехники

Вакуумный диод

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

Два электрода вакуумного диода

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

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

Что такое электрод?

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

Электрон эмиссия зависит от количества приложенного тепла и рабочая функция

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

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

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

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

Напрямую и катод косвенного нагрева

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

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

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

Вакуум диод с прямым напряжением

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

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

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

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

Вакуум диод с обратным напряжением

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

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

Вакуум диод с участием нулевое напряжение

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

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

Заключение

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

Вакуумный диод

: полное руководство

Диоды для вакуумных трубок с металлическим корпусом

Источник: Wiki Commons

За последнее время мы стали свидетелями множества технологических достижений в области электрических устройств.В настоящее время мы можем найти множество транзисторов, создающих логические вентили и позволяющих выполнять вычисления.

Но компьютеры существовали до изобретения транзисторов и постоянного тока. Хотя эта самая ранняя форма компьютера была настолько массивной, она занимала целые комнаты и весила тысячи фунтов в 20 веке.

Ламповый диод — это то, что сыграло роль транзисторов в этих гигантских компьютерах. Хотя транзисторы управляют миром современных электронных устройств, вакуумный диод все еще находит применение.

Итак, в этой статье мы расскажем все о ламповом диоде, о том, как он работает, о его типах и применении для вашей печатной платы, а также о его характеристиках.

Начнем!

Вакуумная трубка

Источник: Wiki Commons

Что такое вакуумный ламповый диод?

Еще до эры транзисторов сэра Джона Амброуз Флеминг создал то, что мы называем вакуумной лампой, — в 1904 году. Сэр Ли Де Форест (из 17 века) — еще одно имя, с которым нужно считаться, особенно в отношении радиоприемников и нити накала, относящихся к вакуумным ламповым диодам.

Вакуумная трубка — это устройство, которое блокирует поток отдельных электронов от электрического тока в одном направлении (от анода к катоду), позволяя протекать электрическому току в другом направлении (от катода к аноду).

Вакуумный диод — это простейшая форма вакуумной лампы, которая производит и контролирует свободные электроны. Кроме того, вакуумный диод имеет два электрода, которые мы называем катодом и анодом. Анод работает как коллектор электронов, а катод — как эмиттер электронов.Он также работает как нить накала 1,4 В с односторонним клапаном, поддерживающим как нагретые, так и тонкие нити.

Кроме того, катод может быть положительным или отрицательным электродом во время разряда электростатического поля. Другими словами, он обладает отличными автоэмиссионными свойствами.

Аноды представляют собой полые металлические цилиндры из никеля или железа. Однако в ситуациях с высокой мощностью вы найдете аноды с молибденом, графитом или танталом, потому что события высокой мощности могут повредить никелевые или железные аноды.Кроме того, аноды больше катодов, чтобы рассеивать тепло без сильного повышения температуры. Итак, вы не можете рассматривать анод как анод со слабым током.

С другой стороны, катоды состоят из простой вольфрамовой нити или торированного вольфрама. Кроме того, катоды с силовыми линиями могут быть никелевыми трубками, покрытыми оксидом бария или оксидом стронция. Кроме того, катоды с оксидным покрытием показывают лучшую эффективность излучения.

Принцип работы вакуумных ламповых диодов

При рассмотрении того, как работает вакуумный диод, важно знать, насколько эффективно электроны убегают с поверхности.

Количество электронных потоков, которые нагретый материал может испускать на единицу площади, зависит от постоянной ‘b’ и абсолютной температуры. Константа «b» указывает, что делает первичный электрон, чтобы покинуть поверхность.

Таким образом, отсюда мы можем вывести уравнение для тока, покидающего внешнюю поверхность, как:

I = AT²ε (–b / T)

Уравнение тока, покидающего внешнюю поверхность

Где:

I — ток измеряется в амперах

A — постоянная для типа излучающего материала

T — температура в абсолютных градусах

b — работа, необходимая для выхода электрона за внешнюю поверхность

Уолтер Х.Изобретения Шоттки и Томаса Эдисона также подтверждают указанное выше уравнение.

Ламповые диоды для высокого вакуума

Источник: Flickr

По большей части, вакуумные термоэмиссионные ламповые диоды работают как современные ламповые. Но с большим размером. Кроме того, он оснащен вакуумным контейнером с анодом и катодом, подключенными через источник напряжения.

Напряжение анода и катода

Источник: Wiki Commons

Анод (положительный вывод) работает с положительным напряжением.Итак, он работает по принципу термоэлектронной эмиссии. Кроме того, нить накала нагревает катод (отрицательный вывод) и позволяет испускать электроны. Эти испускаемые электроны затем притягиваются к аноду. Однако, если положительного напряжения, которое получает анод, недостаточно, он не будет притягивать электроны с катода.

Электрическая нить накала

Источник: Wiki Commons

По этой причине невидимое облако электронов будет накапливаться в пространстве между анодом и катодом, создавая объемный заряд.Объемный заряд отталкивает другие электроны, покидающие катод. Следовательно, прекращается электронная эмиссия и ток через цепь.

Но если напряжение источника питания, приложенное между анодом и катодом, достаточно велико, то эффект пространственного заряда будет медленно нейтрализоваться. Таким образом, поток электронов к аноду будет свободным. Следовательно, электроны могут перемещаться через вакуум внутри стеклянной оболочки вакуумной оболочки. По этой причине ничто не блокирует эмиссию электронов, что позволяет свободно течь току от анода к катоду.

Плюс, при увеличении приложенного напряжения на аноде увеличивается и ток. В конце концов объемный заряд полностью исчезает, и анод достигает максимальной эмиссии с катода.

Примечание:

единственный способ увеличить эмиссию электронов катода — повысить температуру катода. Это также увеличивает энергию электронов, позволяя большему количеству электронов покинуть катод.

Хотя все области вакуумного диода имеют объемный заряд, он очень важен в катодной области.Почему? Потому что он определяет критические элементы, в том числе максимальную эмиссию.

Напротив, если анод работает с отрицательным напряжением, не будет потока электронов, потому что он не будет горячим. Кроме того, электроны, которые покидают нагретую электронно-лучевую трубку, не перемещаются к аноду. В этом процессе между анодом и электронно-лучевой трубкой накапливается сильный объемный заряд. Из-за сильного отталкивания объемного заряда все электроны возвращаются к катоду. Следовательно, в цепи не течет ток.

Характеристики вакуумных диодов

Вот некоторые характеристики ламповых диодов.

Диод

как выпрямитель

При подаче переменного тока на анод его полярность будет оставаться положительной в течение положительного полупериода. Таким образом, электроны могут течь к аноду. Более того, во время отрицательного полупериода пластина остается отрицательной, что прекращает анодный ток.

Итак, это показывает, что диоды для вакуумных трубок позволяют анодному току течь только в одном направлении и производить выпрямленный выходной ток.И это лучше работает с термоэлектронным диодом или полупроводниковым диодом с напряжением нагревателя или обратным напряжением.

Диодный выпрямитель

Источник: Flickr

Два типа катодов

В ламповом диоде могут использоваться два типа катодов:

Катод с прямым нагревом

Здесь катод также выполняет роль нити накала. Итак, вы можете назвать его катодом филаментного типа.

Катод непрямого нагрева

Здесь катод имеет тонкую металлическую гильзу, покрытую оксидами.Гильзы служат катодом, а от гильзы отделена электрически изолированная вольфрамовая проволока.

Космический заряд

Объемный заряд — важная характеристика лампового диода. При испускании электронов на катоде появляется положительный заряд. Это позволяет катоду притягивать электроны и создавать пространственный заряд в оболочке вакуумной трубки.

Катодные материалы

Вот два распространенных материала катода:

Вольфрам

Вольфрам состоит из чистого металла и имеет 4.Работа выхода 54 эВ. Вы можете безопасно работать с этим материалом при 2500 ° K и использовать его в лампах большой мощности, термоэмиссионных вакуумных лампах или лампах бегущей волны.

Вольфрамовый стержень

Источник: Wiki Commons

Торированный вольфрам

Этот материал работает в катодах с прямым нагревом. Он поддерживает электроны при низких температурах (от 700 ° C до 750 ° C. Вы можете использовать этот материал с высокой эффективностью и небольшой мощностью нагрева.

Типы вакуумных ламповых диодов

Тип лампового вакуумного диода имеет шесть классификаций, в том числе:

Вакуумные диоды для диапазона частот (радиопередатчики, СВЧ, аудио)

Микроволновая печь

Источник: Pixabay

Вакуумные диоды для номинальной мощности (звуковая мощность, слабый сигнал) с однородным полем
Вакуумные диоды катодно-нитевидного типа
Вакуумные диоды специального назначения (световые детекторы)
Применение вакуумных диодов (передающие или приемные лампы)
Вакуумные диоды для специальных параметров (малошумное усиление звука)

Приложения

Области применения ламповых диодов:

Атомные часы
Рентгеновские трубки
Радиоприемники
Батарея смещения сети
Аудиосистемы
Трубки регулятора напряжения
Управляющий электрод
Триодный усилитель
Высокоскоростной усилитель
Электронный усилитель
Klystron Tubes
Ионные двигательные установки
Электронное оборудование
Оборудование с батарейным питанием
Профессиональное звуковое оборудование
Радиосвязь
Солнечные коллекторы
СВЧ системы
Военные системы с (высоковольтным) источником питания
Компоненты СВЧ для мобильных телефонов, Bluetooth и Wi-Fi
Спутники сотовых телефонов
Ускорители частиц
Трубки фотоумножителей
Стробоскопы
Полупроводниковые вакуумные электронные системы
Вакуумные электронные устройства
Отображает

Заключительные слова

Несмотря на то, что сейчас мир питается от транзисторов, вакуумный диод все еще находит применение.Возможно, самое выдающееся современное применение вакуумного диода — в музыкальном сообществе. Большинство аудиофилов предпочитают качество звука ламповых электронных усилителей полупроводниковым усилителям.

Вакуумные лампы с одним конвертом

Еще одно известное применение — мощные радиопередатчики. Диоды на электронных лампах генерируют больше энергии, чем их полупроводниковые аналоги. Итак, вы найдете электронные лампы в сканерах МРТ, ускорителях частиц и даже в микроволновых печах. На этом статья завершается.Если у вас есть вопросы, свяжитесь с нами. Будем рады помочь.

Вакуумный ламповый диод

Вакуумный ламповый диод — это двухэлектродная вакуумная трубка, как видно из названия DI для двух ODE для электродов. Два электрода — катод и анод (пластина). Функция катода — испускать электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Эмиссия электронов ускоряется помещением катода в вакуум.

Диод как выпрямитель

Когда на пластину подается переменный ток, его полярность будет положительной в течение положительного полупериода, и в это время электрон будет течь к пластине.Теперь во время отрицательного полупериода пластина становится отрицательной, что останавливает ток пластины. Это показывает, что ток пластины будет течь только в одном направлении, и, следовательно, на выходе будет выпрямленный ток.

Катод

Катод предназначен для испускания электронов. Есть два типа катода.

Катод с прямым нагревом
Его также называют катодом нитевидного типа, потому что в этом типе катода катод работает как нить накала.
Катод с косвенным нагревом
Состоит из тонкой металлической гильзы, покрытой оксидами.Эта гильза работает как катод, и есть нагретая проволока из вольфрама, которая электрически изолирована от гильзы. Этот тип катода называется катодом с косвенным нагревом.

Пластина (анод)

Функция пластины для притяжения электронов, испускаемых катодом. Когда на пластину подается положительное напряжение, отрицательно заряженные электроны притягиваются к пластине.

Космический заряд

Когда электроны покидают катод, на катоде появляется положительный заряд, таким образом, катод оказывает на электроны силу, и эти испущенные электроны притягиваются обратно.Таким образом, в вакуумной трубке появляется электронное скопление, которое называется пространственным зарядом.

Кривая характеристик

Характеристическая кривая для типичной вакуумной трубки показывает на рисунке ниже, что напряжение пластины будет увеличивать токи пластины до тех пор, пока все электроны, испускаемые катодом, не будут притянуты к пластине. Точка на кривой, в которой ток достиг максимального значения, называется точкой насыщения, а ток пластины для этого состояния называется током насыщения.Дальнейшее увеличение напряжения на пластине не приведет к увеличению тока пластины.

Катодные материалы

Катодные материалы, которые обычно используются, соответствуют их работе выхода.

вольфрам

Вольфрам изготовлен из чистого металла, и его работа выхода составляет 4,54 эВ (электрон-вольт). Его можно безопасно эксплуатировать при 2500 ^o К. Он используется в лампах большой мощности из-за его более высокой работы выхода.

Торированный — вольфрам

Используется в катодах с прямым нагревом.Он может подавать электроны при относительно низкой температуре примерно от 700 ^o C до 750 ^o C. Следовательно, они требуют относительно небольшой мощности нагрева и работают с высокой эффективностью.

Работа некоторых важных элементов

Элемент	Рабочая функция (в эВ)
Ag	4,65
AI	3,0
Ли	2,21
Т	4.55
Ni	5,0
Чт	3,5
Zn	3,44

электронная лампа | Britannica

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

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

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

Принципы электронных ламп

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

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Электронная эмиссия

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

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

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

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

Самые популярные модели основаны на уравнении Ричардсона-Душмана, полученном в 1920-х годах, и уравнении Ленгмюра-Чайлда, сформулированном вскоре после этого.В первом говорится, что ток на единицу площади, Дж , определяется как где k — постоянная Больцмана, A — постоянная материала и качества его поверхности и теоретически составляет около 120 ампер на квадратный сантиметр на кельвин. , T — температура твердого тела, а W — его работа выхода.

Поскольку электроны испускаются под действием тепла, перед катодом может образоваться электронное облако. Такое облако отталкивает электроны с низкой энергией, которые возвращаются на катод.Этот ограничивающий механизм уместно назвать операцией с ограничением объемного заряда. В таком устройстве, как диод, положительное напряжение, приложенное к аноду, притягивает электроны из облака. Чем выше напряжение, тем больше электронов течет к аноду до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение насыщения, после чего все испускаемые электроны текут на анод (известный как ток насыщения). В режиме ограниченного пространственного заряда плотность тока Дж описывается законом Ленгмюра-Чайлда, где В _a — анодное напряжение, а d — расстояние между анодом и катод.Ключевые характеристики термоэлектронной эмиссии, наблюдаемые и предсказываемые уравнениями (1) и (2), — это область с ограничением температуры и область с ограничением пространственного заряда. Много исследований было посвящено переходу между областями и уменьшению работы выхода катодных материалов.

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

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

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

Движение электронов в вакууме

В основе всех электронных устройств лежит динамика заряженных частиц в различных электрических и магнитных полях. Движение электрона в однородном поле задается простым применением второго закона движения Исаака Ньютона, сила = масса × ускорение, в котором сила действует на электрон приложенным электрическим полем E (измеряется в вольтах). за метр).Математически уравнение движения электрона в однородном поле задается формулой, в которой e — это заряд электрона 1,60 × 10 ⁻¹⁹ кулонов, E обозначает поле в вольтах на метр, м — это заряд электрона. масса электрона 9,109 × 10 ⁻³¹ кг, а d v / d t обозначает скорость изменения скорости, которая является ускорением электрона.

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

Электрон, движущийся параллельно однородному магнитному полю, не подвержен влиянию этого поля, но любое отклонение от параллельности вызывает перпендикулярную составляющую скорости и, следовательно, силу. Эта сила дает почти параллельному электрону спиральное движение вокруг направления магнитного поля, не позволяя ему расходиться далеко от параллельного пути. Уравнение движения в любом из этих случаев: где v — это скорость электрона в метрах в секунду в перпендикулярном направлении к плоскости B и v , а θ — угол между направлениями . B и v .Плотность магнитного потока выражается в веберах на квадратный сантиметр (1 вебер на сантиметр ² = 10 ⁴ гаусс = 10 ⁷ / 4π ампер на метр).

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

Уравнений (3) и (4) достаточно для определения пути и времени прохождения электронов в электронной трубке, за исключением того, что они требуют, чтобы были известны E и B , и это может зависеть от наличия электроны или ионы. Токи в электронных лампах в большинстве случаев достаточно малы, поэтому их влияние на магнитное поле обычно незначительно. Кумулятивным влиянием заряда электрона или иона (называемого пространственным зарядом) на электрическое поле нельзя всегда пренебрегать, и это вносит вычислительные трудности, если геометрия не проста.Кроме того, электродные токи настолько зависят от объемных зарядов, что рабочие характеристики электронных ламп в значительной степени определяются этими зарядами. Электрическое поле с пространственным зарядом или без него можно определить с помощью теоремы Гаусса об электростатике, которая утверждает, как электрические поля связаны с зарядами. В основном, скорость изменения E с расстоянием равна ρ / ε ₀, где ρ — плотность электрического заряда в кулонах на метр, а ε ₀ — диэлектрическая проницаемость 8.85 × 10 ⁻¹² фарад на метр.

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

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

Когда модулированный ток электронной конвекции течет в электрическом поле с той же частотой модуляции, передача энергии, P , между полем и электроном определяется как где l _c — ток электронной конвекции и E — электрическое поле.И l _c, и E являются комплексными величинами; подставив их значения в уравнение (5) и разделив действительную и мнимую части, получаем, в котором ϕ _l и ϕ _E представляют собой фазовые углы модулированного конвекционного тока и электрического поля, соответственно. Понимание смысла уравнений (6) и (7) можно получить, рассматривая физическую картину. Можно предположить, что поток отрицательных электронов (конвекционный ток) индуцирует положительные заряды на электродах, из которых исходит поле E .Если фаза правильная, что означает, что индуцированные заряды конструктивно добавляют к току, связанному с модулированным полем E , поле E растет. Таким образом, в уравнениях (6) и (7), и становится равным нулю. И наоборот, если фазы разнесены на 180 °, они стремятся к нулю и мощность передается от поля к электронному току. На практике для модуляции плотности электронного пучка используются разные методы ( см. Ниже ).

Возврат вакуумной трубки | Наука

Загляните внутрь старинного радио, и вы найдете что-то похожее на маленькие лампочки.На самом деле это электронные лампы — предшественники кремниевых транзисторов. Электронные лампы прошли путь динозавров в 1960-х, но теперь исследователи вернули их к жизни, создав наноразмерную версию, которая быстрее и прочнее, чем транзисторы. Он даже способен пережить резкую радиацию космического пространства.

Разработанные в начале прошлого века электронные лампы предложили первый простой способ усиления электрических сигналов. Подобно лампочкам, они представляют собой стеклянные колбы, содержащие нагретую нить накала.Но над нитью накала есть два дополнительных электрода: металлическая сетка и положительно заряженная пластина в верхней части колбы. Нагретая нить накала испускает постоянный поток электронов, которые притягиваются к положительному заряду пластины. Скорость электронного потока можно контролировать с помощью заряда на промежуточной сетке, что означает, что небольшой электрический сигнал, приложенный к сетке — скажем, крошечный выходной сигнал граммофона — воспроизводится в гораздо более сильном электронном потоке от нити к пластине. В результате сигнал усиливается и может быть отправлен на громкоговоритель.

Вакуумные лампы медленно умирали в 1950-х и 60-х годах благодаря изобретению транзистора, а именно возможности массового производства транзисторов путем химического гравирования или травления кусков кремния. Транзисторы были меньше, дешевле и долговечнее. Они также могут быть упакованы в микрочипы для включения и выключения в соответствии с различными сложными входами, открывая путь для меньших и более мощных компьютеров.

Но транзисторы не во всех отношениях были лучше.Электроны движутся медленнее в твердом теле, чем в вакууме, а это означает, что транзисторы обычно медленнее, чем электронные лампы; в результате вычисления не такие быстрые, как могли бы быть. Более того, полупроводники чувствительны к сильному излучению, которое может нарушить атомную структуру кремния, так что заряды больше не будут двигаться должным образом. Это большая проблема для военных и НАСА, которым нужны их технологии для работы в радиационно-суровых условиях, таких как космическое пространство.

«Компьютер, который мы с вами покупаем, покупает НАСА, но они не захотят его точно так же», — говорит Мейя Мейяппан, инженер исследовательского центра НАСА Эймса в Моффетт Филд в Калифорнии.«Им потребуется несколько лет, чтобы защитить его от радиации. В противном случае компьютер, который вы устанавливаете в космический шаттл или космическую станцию, выйдет из строя и перестанет работать».

Новое устройство представляет собой нечто среднее между сегодняшними транзисторами и электронными лампами прошлых лет. Он небольшой и простой в изготовлении, но при этом быстрый и защищенный от радиации. Мейяппан, соавтор разработки «нано-вакуумной трубки», говорит, что она создается путем травления крошечной полости в кремнии, легированном фосфором. Полость ограничена тремя электродами: истоком, затвором и стоком.Исток и сток разделены всего на 150 нанометров, а затвор находится сверху. Электроны испускаются из источника благодаря напряжению, приложенному к нему и стоку, в то время как затвор управляет потоком электронов через полость. В своей статье, опубликованной сегодня в Интернете в журнале « Applied Physics Letters », Мейяппан и его коллеги подсчитали, что их нано-вакуумная лампа работает на частотах до 0,46 терагерц, что примерно в 10 раз быстрее, чем лучшие кремниевые транзисторы.

Устройство команды — не первая попытка миниатюризировать вакуумную лампу.Однако, в отличие от предыдущей работы, исследователям не нужно создавать «правильный» вакуум: разделение истока и стока настолько мало, что у электронов очень мало шансов столкнуться с атомами в воздухе. «Это огромное преимущество, — говорит Мейяппан, — потому что это открывает двери для массового производства».

Инженер-электронщик Кристель Фобелец из Имперского колледжа Лондона соглашается. «Вакуумная технология на линии производства полупроводников приведет к очень высоким затратам на производство», — говорит она.Тем не менее, предупреждает она, нано-вакуумная трубка является скорее «доказательством концепции», чем рабочим устройством, поскольку ее эксплуатационные требования еще не соответствуют современным транзисторам. Например, для включения устройства требуется около 10 вольт, тогда как современные транзисторы работают при напряжении около 1 вольт; в этом отношении нано-вакуумная трубка несовместима с современными схемами.

Даже в этом случае потенциал велик, — говорит Мейяппан. Присущая новой вакуумной лампе невосприимчивость к радиации может сэкономить военным и НАСА много времени и денег, а ее более быстрая работа делает ее редким кандидатом для так называемой терагерцовой технологии.Находясь между микроволновой и инфракрасной областями электромагнитного спектра, терагерцовый диапазон может различать «отпечатки пальцев» определенных молекул. Таким образом, эту технологию можно использовать в аэропортах, например, для безопасного поиска запрещенных наркотиков.

Итак, готовы ли к возвращению электронные лампы? Мейяппан так думает. «Мы объединяем лучшее из вакуума, — говорит он, — и лучшее, что мы узнали за последние 50 лет о производстве интегральных схем.«

Вакуумная трубка — История — Лампы, электроны, радио и катод

Вакуумная трубка представляет собой полый цилиндр из стекла , содержащий положительный электрод и отрицательный электрод , между которыми проводится полный или частичный вакуум . Сетка между этими электродами контролирует поток электричества .

Полый цилиндр вакуумной трубки содержит нить накала, как правило, из вольфрама, покрытого другим металлом .Когда нить накала достаточно нагревается электрическим током , она испускает электроны. Эта нить накала или электрод, который излучает электроны, известен как катод , и имеет отрицательный заряд. Поскольку он имеет отрицательный заряд, он притягивает электроны, сводя на нет процесс. Следовательно, на катод необходимо подавать свободные электроны. Обычно это делается путем подключения катода к отрицательной клемме генератора или батареи . Другой электрод, известный как анод , , имеет положительный заряд.Электроны движутся от катода к аноду, в результате чего внутри трубки возникает односторонний ток.

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

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

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

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

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

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

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

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

С годами вошли в употребление самые разные электронные лампы. Низковольтные / маломощные лампы использовались в радиоприемниках, а также в первых цифровых компьютерах. Фотолампы использовались в звуковом оборудовании, что позволяло записывать и извлекать звук с кинопленки motion . Электронно-лучевая трубка сфокусировала луч электронов , что привело к изобретению осциллографов, телевизоров и фотоаппаратов.Микроволновые лампы использовались в радаре , в начале космической связи и микроволновых печах. Трубки для хранения, в которых можно было хранить и извлекать данные, сыграли важную роль в развитии компьютеров.

Несмотря на многочисленные достоинства, электронная лампа имела множество недостатков. Он был чрезвычайно хрупким, имел ограниченный срок службы, был довольно большим и требовал большой мощности для работы его нагревательного элемента. Преемник вакуумной лампы, транзистор , изобретенный Уолтером Хаузером Браттейном, Джоном Бардином и Уильямом Шокли в 1948 году, не имел ни одного из этих недостатков.После 1960 года небольшие, легкие низковольтные транзисторы стали коммерчески доступными и заменили вакуумные лампы в большинстве приложений, но с созданием микроскопических вакуумных трубок (микротрубок) в 1990-х годах вакуумные лампы снова используются в электронных устройствах.

Лекция по вакуумному диоду
— ВАКУУМНАЯ ТРУБКА Как правило, вакуум относится к пространству, где заряжены
ВАКУУМНАЯ ТРУБКА
Как правило, вакуум относится к пространству, в котором заряженные частицы, такие как электроны, протоны, нейтроны и т. другие дела отсутствуют.Другими словами, вакуум — это не что иное, как пустое пространство.
Вакуумная трубка — электронное устройство, контролирующее поток электронов в вакууме. Его также называют электронная трубка или клапан. Джон Амброуз Флеминг разработал первую электрическую лампу в 1904 году. Диод Флеминга пропускает электрический ток только в одном направлении (от катода к аноду) и блокирует электрический ток. ток в другом направлении (от анода к катоду). В 1906 году американский инженер-электрик Ли Де Форест изобрел вакуумную лампу Audion.
Изобретение электронных ламп привело к появлению новой области техники, называемой электроникой. В рано Сегодня электронные лампы используются в телевидении, радио, радарах, электронных компьютерах и усилителях. Тем не мение, после разработки полупроводниковых приборов использование электронных ламп в электронных устройствах стало уменьшенный. В настоящее время большинство электронных устройств (компьютеры, телевидение, радары и т. Д.) Сделаны из электронные лампы заменяются полупроводниковыми приборами, такими как диоды, транзисторы и интегрированные схемы.
Вакуумные лампы огромны и занимают много места. Однако строительство и эксплуатация вакуумные лампы легко понять. Вакуумные лампы изготавливаются из таких материалов, как стекло и керамика. Вакуумные лампы в основном зависят от процесса термоэлектронной эмиссии, чтобы испускать свободные электроны. В термоэлектронном процессе тепло используется для испускания свободных электронов. Вакуумная трубка, излучающая свободные электроны за счет приложения тепла называют термоэмиссионным клапаном или термоэмиссионной трубкой.
Вакуумная трубка состоит из катода (также называемого нитью накала), анода (также называемого пластиной) и электрода. (также называется сеткой).Катод — это эмиттер электронов, который испускает свободные электроны, а анод — это коллектор электронов, собирающий свободные электроны.
Сетка или электрод регулирует электрический ток или поток электронов между анодом и катодом. Свобода электроны, испускаемые катодом, притягиваются к аноду или пластине. Эти свободные электроны переносят электрический ток при движении от катода к аноду.
Катод с прямым и косвенным нагревом
В термоэлектронных трубках катод электрически нагревается до заданной температуры, чтобы испускать свободный электроны с поверхности металла.Это можно сделать двумя способами: путем прямого нагрева катода или косвенно нагревая катод.
Если нагревательный или нагревающий электрический ток проходит непосредственно на катод, испускающий свободные электроны, Катод называется катодом с прямым нагревом или эмиттером с прямым нагревом. В непосредственно нагреваемом катоде сам катод является нагревательным элементом или нитью накала. Следовательно, тепло, необходимое для испускания свободных электронов от поверхности металла меньше по сравнению с катодом с косвенным нагревом.
Если нагревательный или нагревающий электрический ток передается косвенно на катод, который испускает свободные электроны, Катод называется катодом с косвенным нагревом или эмиттером с косвенным нагревом.
В катоде с косвенным нагревом отсутствует электрическое соединение между катодом и нагревателем. Следовательно, сам катод не является нагревательным элементом. Электрический ток нагрева проходит через нагреватель. или нить накала, а катод нагревается косвенно. Следовательно, количество тепла, необходимое для выделения свободного электронов с поверхности металла больше по сравнению с непосредственно нагретым катодом.
Типы электронных ламп
Вакуумные лампы обычно подразделяются на четыре типа:
Вакуумные диоды
Вакуумные триоды
Тетроды вакуумные
Вакуумные пентоды
Преимущества и недостатки электронных ламп
Преимущества электронных ламп
Лампочки заменяются легко.
Вакуумные лампы могут работать при высоких температурах без каких-либо повреждений.
Если применяется большее количество тепла, выделяется большее количество свободных электронов.Аналогично, если сумма меньше При подаче тепла выделяется меньшее количество свободных электронов.
Минимальное количество энергии, необходимое для удаления свободных электронов из металла, называется работой. функция. Металлы с низкой работой выхода потребуют меньшего количества тепловой энергии для испускания свободных электронов. С другой стороны, металлам с высокой работой выхода потребуется большое количество энергии для выделения свободного электроны.
Следовательно, выбор хорошего материала увеличит эффективность электронной эмиссии.Чаще всего используется Термоэлектронные эмиттеры включают катод с оксидным покрытием, вольфрам и торированный вольфрам.
Катод с прямым и косвенным нагревом
При косвенном или прямом нагреве катода из него испускаются свободные электроны.
В непосредственно нагреваемом катоде тепловая энергия подводится непосредственно к катоду. Следовательно, небольшая сумма тепловой энергии достаточно, чтобы испустить свободные электроны с катода. Когда тепловая энергия напрямую поступает на катод, большое количество свободных электронов набирает достаточную энергию и разрывает связь с катодом.Свободные электроны, которые разрывают связь с катодом, выбрасываются в вакуум. Эти испущенные свободные электроны притягиваются к аноду.
В катоде с косвенным нагревом отсутствует электрическое соединение между катодом и нагревателем. Следовательно, катод не нагревается напрямую. Тепловая энергия поступает в нагреватель, и нагреватель будет передать свою тепловую энергию катоду. Когда тепловая энергия, подаваемая на катод, увеличивается до желаемый уровень, свободные электроны в катоде получают достаточную энергию и разрывают связь с катод.Свободные электроны, которые разрывают связь с катодом, выбрасываются в вакуум. Эти испускаемые свободные электроны притягиваются к аноду.
Вакуумный диод с прямым напряжением
Когда тепло подводится к нагревателю, он получает тепловую энергию. Эта тепловая энергия передается катоду. Когда свободные электроны в катоде набирают достаточную энергию, они разрывают связь с катодом. и прыгает в вакуум. Свободным электронам в вакууме требуется достаточная кинетическая энергия для достижения анод.
Если напряжение подается на вакуумный диод таким образом, что анод подсоединяется к положительной клемме и катод подключен к отрицательной клемме (анод более положительный по отношению к катоду), свободные электроны в вакууме получают достаточно кинетической энергии, чтобы достичь анода.
Мы знаем, что если две противоположно заряженные частицы расположены близко друг к другу, они притягиваются. В этом В этом случае анод заряжен положительно, а свободные электроны, испускаемые катодом, заряжены отрицательно.Следовательно, свободные электроны, которые набирают достаточно кинетической энергии, будут двигаться или притягиваться к аноду. Эти свободные электроны переносят электрический ток при движении от катода к аноду.
Если положительное напряжение, приложенное к пластине или аноду, увеличивается, количество свободных электронов притягивается по направлению к аноду также увеличивается. Таким образом, электрический ток в вакуумном диоде увеличивается с увеличением в анодном или пластинчатом напряжении.
Вакуумный диод с обратным напряжением
Если напряжение подается на вакуумный диод таким образом, что анод соединяется с отрицательной клеммой и катод подключен к положительному выводу (анод более отрицательный по отношению к катоду), свободные электроны в вакууме получают достаточно кинетической энергии, чтобы достичь анода.Однако анод отталкивает свободные электроны, которые пытаются двигаться к нему.
Мы знаем, что если две одинаковые заряженные частицы поместить близко друг к другу, они отталкиваются. В этом случае, анод заряжен отрицательно, и свободные электроны, испускаемые катодом, также заряжены отрицательно.
, в свою очередь, окружен анодом. Конструкция вакуумного триода аналогична вакуумному диоду. Тем не мение, вакуумный триод содержит дополнительный электрод (управляющую сетку).
Катод излучает свободные электроны при нагревании.Следовательно, катод также называют эмиттером. Процесс Катод испускает свободные электроны при нагревании, называется термоэлектронной эмиссией. Анод собирает свободные электроны, испускаемые катодом. Следовательно, анод или пластина также называется коллектором.
Между анодом и катодом присутствует управляющая сетка. Сетка управления расположена ближе к катод, чем анод, для более эффективного увеличения электрического тока. Сетка управления будет контролировать поток электроны между катодом и анодом.Следовательно, управляющая сетка также называется электронным контроллером или регулятор электрического тока.
Управляющая сетка состоит из сети проводов, управляющих потоком электронов между катодом и анодом. Пространство между сеткой проводов в сетке очень большое. Следовательно, свободные электроны легко перемещаются. от катода к аноду через отверстие управляющей сетки. Свободные электроны, движущиеся из от катода к аноду будет проходить электрический ток.
Электрическое поле
Электрическое поле — это область вокруг заряженной частицы, в которой другая заряженная частица будет испытывать сила.Положительно заряженные частицы имеют вокруг себя положительное электрическое поле, а отрицательно заряженные. частицы имеют вокруг себя отрицательное электрическое поле.
Если две противоположно заряженные частицы расположены близко друг к другу, они притягиваются. С другой стороны, если две одинаковые или одинаковые заряженные частицы помещаются близко друг к другу и отталкиваются.
В вакуумном триоде, если на анод или пластину подается положительное напряжение, он становится положительно заряженным. Следовательно, анод создает положительное электрическое поле по направлению к свободным электронам.С другой стороны, свободные электроны испускаемые катодом, заряжены отрицательно. Следовательно, свободные электроны создают отрицательное электрическое поле. к аноду.
Положительное электрическое поле анода имеет большую напряженность, чем отрицательное электрическое поле свободных электронов. Следовательно, свободные электроны притягиваются к аноду. Однако расстояние между анодом и катод высокий. Следовательно, если приложено небольшое напряжение, небольшое количество свободных электронов притягивается к анод.
С другой стороны, расстояние между управляющей сеткой и катодом меньше (управляющая сетка намного меньше ближе к катоду, чем к аноду).Следовательно, достаточно небольшого положительного напряжения, приложенного к управляющей сетке. для привлечения свободных электронов. Свободные электроны, которые притягиваются к управляющей сетке, будут легко перемещаться. к аноду.
Что подразумевается под электродом?
Проводник, через который входят или уходят свободные электроны, называется электродом. В вакуумном триоде катод это электрод, испускающий свободные электроны. Другими словами, свободные электроны уходят или уходят из катод и ввести в вакуум. Анод — это электрод, который собирает свободные электроны, испускаемые катод.Другими словами, свободные электроны, испускаемые катодом, попадают в пластину или анод. Управляющая сетка также называется электродом, потому что она увеличивает поток электронов между катодом. и анод.
Катод с прямым и косвенным нагревом
В вакуумном триоде катод нагревается для испускания свободных электронов. Это можно сделать двумя способами: непосредственно нагревая катод или косвенно нагревая катод. Если тепло подается непосредственно в катод, говорят, что катод нагревается напрямую.В этом методе сам катод является нагревателем или нагревателем. элемент или нить. Следовательно, небольшое количество тепловой энергии обеспечивает достаточно энергии для бесплатного электроны уходят с катода. Свободные электроны, вылетевшие из катода, войдут в вакуум. Эти свободные электроны в вакууме притягиваются к аноду. В прямом подогреве катоде количество тепловой энергии, необходимое для испускания свободных электронов, меньше по сравнению с косвенным нагретый катод.
, чтобы двигаться к аноду.Из-за этого источника отрицательного напряжения управляющая сетка становится отрицательно заряженный. Следовательно, он создает отрицательное электрическое поле. С другой стороны, свободные электроны испускали от катода также отрицательно заряжены. Следовательно, свободные электроны также создают отрицательное электрическое поле.
Мы знаем, что если два одинаковых или одинаковых заряда помещаются близко друг к другу, они отталкиваются. Следовательно управляющая сетка противодействует или отталкивает свободные электроны, испускаемые катодом. Однако небольшое количество свободные электроны преодолевают отрицательное электрическое поле сетки и движутся к аноду.Если отрицательный напряжение, приложенное к управляющей сетке, увеличивается, электроны не будут двигаться к аноду. Следовательно, нет электрический ток течет в вакуумном триоде.
Вакуумный триод с положительным сеточным напряжением
Если положительное напряжение приложено к управляющей сети без изменения напряжения положительной пластины, электрическая В вакуумном триоде течет ток, потому что управляющая сетка притягивает большое количество свободных электронов. В свободные электроны, которые притягиваются к управляющей сетке, будут легко перемещаться к аноду.
Если на управляющую сетку подается положительное напряжение, она становится положительно заряженной. Следовательно, он производит положительное электрическое поле по направлению к свободным электронам. С другой стороны, свободные электроны, вылетающие из катод заряжен отрицательно. Следовательно, свободные электроны создают отрицательное электрическое поле по направлению к управляющему элементу. сетка.
Мы знаем, что если две противоположно заряженные частицы расположены близко друг к другу, они притягиваются. Следовательно, управляющая сетка притягивает свободные электроны. Свободные электроны, которые притягиваются к управляющей сетке легко продвинется к аноду.Свободные электроны переносят электрический ток при движении от катод к аноду.
Если положительное напряжение, приложенное к управляющей сети, еще больше увеличится, то еще большее количество свободных электроны притягиваются к управляющей сетке. Следовательно, электрический ток увеличивается с увеличением сетевое напряжение.
Тетрод вакуумный
Мы используем триод для усиления электрического сигнала, но на более высоких частотах он скорее действует как генератор. чем как усилитель. Добавление дополнительной сетки (экранной сетки) между контрольной сеткой и пластиной или анодом уменьшает нежелательную емкость между пластиной и управляющей сеткой.
Как следует из названия, вакуумный тетрод состоит из четырех электродов: катода, анода, управляющей сетки и экрана. сетка. Американский физик и инженер-электрик Альберт Уоллес Халл изобрел тетрод-вакуум. трубка в 1926 г.
Электроды вакуумного тетрода
Вакуумный тетрод состоит из четырех электродов: катода, анода, управляющей сетки и экранной сетки. Катод, анод, управляющая сетка и экранная сетка заключены в пустой стеклянный конверт. Катод окружен по контрольной сетке.Сетка управления окружена сеткой экрана. Экранная сетка окружена анод или пластина.
Вакуумный тетрод с отрицательным напряжением сетки и положительным напряжением пластины
Если отрицательное напряжение приложено к управляющей сетке и экранной сетке без изменения напряжения пластины, нет электрический ток течет в вакуумном тетроде. Поскольку сетка управления и сетка экрана противодействуют или отталкивают свободные электроны, которые пытаются двигаться к аноду.
Из-за подачи отрицательного напряжения управляющая сетка и экранная сетка генерируют сильный отрицательное электрическое поле.С другой стороны, свободные электроны, вылетающие из катода, заряжены отрицательно. Следовательно, свободные электроны также создают отрицательное электрическое поле. Однако электрическое поле, создаваемое управляющая сетка и экранная сетка намного сильнее электрического поля свободных электронов.
Мы знаем, что когда два одинаковых заряда помещаются близко друг к другу, они отталкиваются. Следовательно, из-за этого сильного отрицательного электрического поля электроны, испускаемые катодом, отталкиваются этим сильное отрицательное электрическое поле.
В результате электроны не текут от катода к аноду. Следовательно, электрический ток не течет через вакуумный тетрод, когда на сети подается отрицательное напряжение.
Вакуумный тетрод с положительным напряжением сетки и положительным напряжением пластины
Если положительное напряжение приложено к управляющей сетке и экранной сетке без изменения положительной пластины напряжение, электрический ток течет в вакуумном тетроде. Из-за подачи положительного напряжения оба управляющая сетка и экранная сетка заряжаются положительно и генерируют сильное положительное электрическое поле.
Положительное напряжение, приложенное к экранной сетке, несколько ниже, чем напряжение на пластине. Однако электрическое поле экранной сетки имеет большее влияние на свободные электроны. Из-за большого пространства между проводами экранной сетки большая часть свободных электронов, привлеченных к экранной сетке, перейдет в плита. Следовательно, сетка экрана действует как электростатическая сила, тянущая электроны от катода к аноду. Таким образом, сетка экрана действует как первичный анод, а пластина — как вторичный анод.
Однако часть электронов, притянутых к экранной сетке, наблюдалась через экранную сетку. Как результат, возникает нежелательный ток сетки экрана. Однако этот электрический ток незначителен по сравнению с электрический ток течет от катода к аноду.
Пока напряжение пластины выше напряжения сетки экрана, ток пластины в вакуумном тетроде сильно зависит от напряжения экранной сетки и намного меньше — от напряжения пластины.
Экранная сетка намного ближе к катоду, чем анод или пластина.Следовательно, электрическое поле создавало Экранная сетка оказывает большее влияние на объем катодного пространства (свободные электроны).
Если положительное напряжение, приложенное к экранной сетке, увеличивается до значения, превышающего напряжение пластины, электроны, переданные на анод или пластину, вернутся к экранной сетке. Это потому, что если мы увеличим напряжение сетки экрана до значения выше, чем напряжение пластины, сетка экрана генерирует более сильную электрическую поля, чем электрическое поле пластины. В результате электроны от пластины притягиваются к экрану. сетка.В результате в вакуумном тетроде протекает обратный ток, что нежелательно.
Случай 2: Если напряжение, приложенное к пластине, больше, чем сетка экрана
В этом случае пластина или анод имеют больший потенциал, чем сетка экрана. Следовательно, пластина производит большую электрическую поле, чем сетка экрана.
Когда электроны сталкиваются с пластиной на высокой скорости, некоторые вторичные электроны испускаются с поверхности пластины. Электроны, испускаемые с поверхности пластины, испытывают большую силу притяжения от пластины, чем электроны. сетка экрана.В результате вторичные электроны, эмитированные с поверхности пластины, возвращаются на анод. Следовательно, электрический ток течет в прямом направлении (от экранной сетки к аноду).
Нам всегда нужно поддерживать потенциал пластины выше, чем потенциал сетки (сетка экрана и сетка управления), для эффективного увеличения электрического тока.
Вакуумный пентод
В тетроде используется экранная сетка для уменьшения емкости между управляющей сеткой и пластиной (анодом). Тем не мение, У тетродов есть один недостаток.Когда напряжение сетки экрана больше, чем напряжение пластины, вторичная электроны, вылетающие из пластины, притягиваются к сетке экрана. Из-за этого течет электрический ток в обратном направлении (от пластины к сетке экрана), что нежелательно.
Этот недостаток можно преодолеть, разместив дополнительную сетку, называемую подавляющей сеткой, между сеткой экрана. и тарелка. Сетка подавителя отталкивает вторичные электроны к аноду или пластине.
Как следует из названия, вакуумный пентод состоит из пяти электродов: катода, управляющей сетки, экранной сетки, Глушитель сетка, и пластина, или анод.Бернар Д. Х. Теллеген изобрел пентод в 1926 году.
Электроды вакуумного пентода
Пентод изготовлен из вакуумированной стеклянной колбы, содержащей 5 электродов. Воздух внутри стакана конверт удален полностью. 5 электродов пентода включают катод, управляющую сетку, экран. сетка, подавляющая сетка и пластина.
Катод окружен управляющей сеткой. Сетка управления окружена сеткой экрана. Экранная сетка окружен глушителем. Сетка подавителя окружена пластиной или анодом.
По конструкции вакуумный пентод аналогичен вакуумному тетроду. Однако вакуумный пентод содержит дополнительная сетка (подавляющая сетка).
Катод Катод — это отрицательно заряженный электрод, который испускает свободные электроны при подаче тепловой энергии. Это имеет больше отрицательных зарядов (электронов), чем положительных зарядов (протонов). Следовательно, это отрицательно заряженный. Катод также иногда называют эмиттером.
Пластина или анод Анод — это положительно заряженный электрод, который собирает свободные электроны, испускаемые катодом.Она имеет меньшее количество отрицательных зарядов (электронов), чем положительных зарядов (протонов). Следовательно, положительно заряжено. Анод также иногда называют коллектором.
Управляющая сетка Как следует из названия, он используется для управления потоком электронов. Управляющая сетка размещена между анодом. и катод. Эта сетка расположена ближе к катоду, чем к аноду, чтобы увеличить прохождение электрического тока. эффективно. Управляющую сетку также иногда называют электронным контроллером.
Сетка экрана Экранная сетка в основном используется для уменьшения емкости между управляющей сеткой и анодом, а также для увеличения скорость свободных электронов.Экранная сетка — это положительно заряженный электрод, помещенный между контрольной сеткой. и пластина или анод. Он расположен ближе к управляющей сетке, чем анод, чтобы эффективно уменьшить емкость.
Использование экранной сетки Сетка экрана в основном используется для:
Уменьшите емкость между управляющей сеткой и пластиной.
Увеличение прироста
Свободные электроны, испускаемые катодом, перемещаются с высокой скоростью. Следовательно, когда электроны вылетают из катод ударяется о поверхность пластины с большой скоростью, они передают свою кинетическую энергию валентной электроны в пластине.В результате валентные электроны в пластине получают достаточную энергию и преодолевают сильная сила притяжения пластины и ускользает или испускается с поверхности пластины. Эти излучаемые электроны с поверхности пластины называются вторичными электронами и электронами, которые ударяются о пластину. поверхности, называются первичными электронами.
Мы знаем, что решетка подавителя подключена непосредственно к катоду. Следовательно, подавляющая сетка также отрицательно заряженный. Эта отрицательно заряженная подавляющая сетка генерирует отрицательное электрическое поле.В отрицательное электрическое поле, создаваемое сеткой-глушителем, слабее, чем электрическое поле анода. Тем не мение, этого электрического поля достаточно, чтобы контролировать вторичные электроны, испускаемые анодом или пластиной.
Вторичные электроны, испускаемые с поверхности пластины, испытывают силу отталкивания от подавителя. сетка и сила притяжения от пластины. В результате вторичные электроны возвращаются на пластину или анод.

Вакуумный диод это: Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Принцип работы

ВАХ

Основные параметры

Маркировка приборов

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

Литература

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Принцип работы

ВАХ

Основные параметры

Маркировка приборов

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

Литература

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Принцип работы

ВАХ

Основные параметры

Маркировка приборов

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

Литература

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Принцип работы

ВАХ

Основные параметры

Маркировка приборов

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

Литература

Электровакуумный диод — это… Что такое Электровакуумный диод?

Устройство

Принцип работы

ВАХ

Основные параметры

Маркировка приборов

Сравнение с полупроводниковыми диодами

Примечания

Литература

Вакуумный диод — презентация онлайн

1. Вакуумный диод

2. Вакуумный диод

5. Вольт — амперная характеристика вакуумного диода

Принцип устройства и работы электро-вакуумных приборов

Вакуумный диод

Два электрода вакуумного диода

Что такое электрод?

Электрон эмиссия зависит от количества приложенного тепла и рабочая функция

Напрямую и катод косвенного нагрева

Вакуум диод с прямым напряжением

Вакуум диод с обратным напряжением

Вакуум диод с участием нулевое напряжение

Заключение

: полное руководство

как выпрямитель

Два типа катодов

Космический заряд

Катодные материалы

Вакуумный ламповый диод

Диод как выпрямитель

Катод

Катод с прямым нагревом

Катод с косвенным нагревом

Пластина (анод)

Космический заряд

Кривая характеристик

Катодные материалы

вольфрам

Торированный — вольфрам

Работа некоторых важных элементов

электронная лампа | Britannica

Принципы электронных ламп

Электронная эмиссия