Двухэлектродные лампы — диоды
Общие сведения и классификация электровакуумных приборов
Электровакуумными приборами называются такие приборы, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и изолированно от окружающей атмосферы газонепроницаемой оболочкой (баллоном), имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (парами или газами). Действие этих приборов основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе.
Работа электровакуумных приборов основана на взаимодействии потока электронов, испускаемых катодом, с постоянным или переменным электрическим и магнитным полями. Эти приборы служат для различного рода преобразований электромагнитной энергии (генерации, усиления и т.д.).
Электрические процессы, протекающие в рабочем пространстве приборов, связаны с движением электрических зарядов в вакууме или газе. Под вакуумом следует понимать состояние газа, в частности воздуха, при давлении ниже атмосферного. Применительно к электровакуумным приборам понятие «вакуум» определяют исходя из характера движения электронов. Если электроны движутся в пространстве свободно, не сталкиваясь с оставшимися после откачки газа молекулами, то говорят о вакууме. Если же электроны сталкиваются с молекулами газа, то следует говорить просто о разреженном газе. В зависимости от рабочей среды электровакуумные приборы подразделяются на электронные и ионные приборы.
|
|
|
Во всех электровакуумных приборах электронный поток можно регулировать, воздействуя на него электрическим или магнитным полем.
Электронный электровакуумный прибор — это прибор, в котором электрический ток создается только свободными электронами, движущими в вакууме с давлением менее 10-5—10-4Па (высокий вакуум).
Ионный электровакуумный прибор — это прибор с электрическим разрядом в газе или парах с давлением выше 10-5 Па, но ниже атмосферного. При этом значительная часть движущихся электронов сталкивается с молекулами газа и ионизирует их. Эти приборы называются также газоразрядными.
Семейство электровакуумных приборов весьма обширно и в зависимости от назначения подразделяется на следующие приборы.
1. Электронные лампы — электронные электровакуумные приборы, в которых осуществляется электростатическое (с помощью электродов) управление электронным потоком (электростатическим полем) и которые предназначены для усиления и преобразования электрических колебаний с частотой до 3-109 Гц.
2. Электровакуумные СВЧ-приборы — электронные электровакуумные приборы с динамическим управлением током. В этих приборах увеличение энергии СВЧ-поля происходит от отдельного или от непрерывного взаимодействия электронов с энергией СВЧ-поля (магнитным статическим полем). Они предназначены для усиления, генерирования и преобразования электромагнитных сигналов с частотой от 3-108 до 3-1012Гц.
|
|
|
3. Электронно-лучевые приборы — электронные электровакуумные приборы, в которых используется поток электронов, сконцентрированный в форме луча или пучка электронов (электронного луча), взаимодействующего с мишенью или экраном прибора. Они предназначены для различного рода преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов.
4. Электровакуумные фотоэлектронные приборы — электронные приборы, действие которых основано на использовании фотоэффекта. Предназначены для преобразования энергии оптического излучения в электроэнергию или изображения в невидимых (ИК- лучи) лучах в видимое изображение.
5. Вакуумные индикаторы — электровакуумные электронные приборы, в которых электроэнергия преобразуется в световую энергию для визуального определения уровня электрического сигнала.
6. Рентгеновские трубки — электровакуумные электронные или ионные приборы, действие которых основано на возбуждении рентгеновского излучения (к = 102—10-5 нм) в результате бомбардировки твердотельной мишени пучком ускоренных электронов.
|
|
|
7. Ионные электровакуумные приборы — газоразрядные приборы, действие которых основано на прохождении электрического тока через разреженный газ. Применяются как защитные, коммутирующие, генераторные и светоизлучающие приборы в режимах электрического разряда в газовой среде.
8. Другие специальные группы приборов.
Таким образом, с помощью электровакуумных приборов можно преобразовывать ток и напряжение по форме, значению и частоте, а также различные виды энергии (световая и электромагнитная) излучения в электрическую, и обратно, оптическое изображение в электрический сигнал, и наоборот.
Электровакуумные приборы классифицируются также по другим признакам:
· по типу катода (накаленный или холодный);
· по материалу и устройству баллона (стеклянный, металлический, керамический, комбинированный);
· по типу охлаждения (искусственное — лучистое, принудительное — воздушное, водяное, паровое).
Достоинства электровакуумных приборов обусловили их применение для выпрямления, усиления, генерации, преобразования частоты, осциллографии электрических и неэлектрических явлений и автоматического управления и регулирования, передачи и приема изображений и других процессов.
|
|
|
Устройство электронных ламп
Электрические процессы в электронных лампах протекают в рабочем пространстве, которое ограничено баллоном. В баллоне создается достаточно высокое разрежение газа — вакуум (при остаточном давлении 133,322-10-6 Па).
В рабочем пространстве электронной лампы протекают следующие основные процессы: образование свободных носителей электрических зарядов — электронов в процессе эмиссии с поверхности твердого тела; создание направленного потока электронов; управление как плотностью потока, так и направлением движущихся электронов. Все эти процессы осуществляются с помощью электродов (катодов, сеток, анодов, специальных пластин и др.), которые находятся внутри баллона и присоединяются к внешним источникам питания. Наиболее простой по устройству является двухэлектродная лампа, которая состоит из двух электродов — анода и катода. В более сложных лампах между анодом и катодом располагаются одна или несколько сеток и другие специальные электроды.
Баллоны разнообразны по размерам, форме, материалу (рис. 27.1). Наиболее распространены баллоны цилиндрической формы, но используются баллоны более сложной конфигурации. Габаритные размеры баллонов находятся в пределах от нескольких миллиметров (сверхминиатюрные лампы) до десятков сантиметров (мощные генераторные лампы). Баллон изготавливают из газонепроницаемых материалов — из специальных сортов стекла, которое герметически сваривается с металлом и не пропускает газ; из высокочастотной керамики в сочетании с металлическими деталями. Баллоны также изготавливаются металлостеклянными и металлическими. Внутри баллона при создании вакуума повышается средняя длина свободного пробега электронов.
В некоторых электронных лампах внутренняя поверхность баллона покрыта электропроводящим слоем, который предохраняет лампу от внешних электрических полей или, наоборот, исключает распространение внутреннего электрического поля лампы в окружающую среду, т.е. является внутренним экраном. Внешнюю поверхность лампы также можно покрывать защитным слоем, создавая сверхминиатюрный наружный экран (обычно съемный). Экраном может служить и сам металлический баллон или слой металла, нанесенный на поверхность стеклянного баллона.
Рис. 27.1. Виды баллонов электронных ламп: а — металлический; б — стеклянный; в — стеклянный миниатюрный; г — стеклянный
В комбинированных электронных лампах в одном баллоне создается несколько структур электродов, выполняющих функции самостоятельного прибора. В этом случае для разделения разных структур применяется внутренний разделительный экран. Комбинированные лампы, состоящие из двух, трех и более самостоятельных приборов, могут иметь как общий катод, так и раздельные катоды.
Катодом называется электрод, испускающий электроны. В электронных лампах используются термоэлектронные катоды (термокатоды), действие которых основано на явлении термоэлектронной эмиссии — испускания электронов при нагреве твердого тела. Материалом для их изготовления служит чистый металл (вольфрам, тантал) или металл с покрытием из активирующего слоя, который обеспечивает интенсивную эмиссию при меньших температурах нагрева. Катоды нагревают электрическим током от источника накала tH= 1 —30 В. Различают катоды прямого и косвенного накала.
Анод — это электрод, который при подаче на него положительного потенциала относительно катода собирает эмиттированные катодом электроны. Анод выполнен из тугоплавких металлов (вольфрам, никель и др.) в виде цилиндра с круглым, овальным или прямоугольным профилем, внутри которого располагаются остальные электроды. Для усиления теплового излучения анода увеличивают поверхность анода, вводя продольные ребра — радиаторы, а также всю поверхность подвергают чернению.
Сетки — электроды, с помощью которых в рабочем пространстве баллона формируется электрическое поле, используемое для управления потоком электронов. Конструкция сеток выполняется в виде спирали из тонкой проволоки (никель, молибден и их сплавы, вольфрам), навиваемой для придания жесткости на продольные стержни, называемые траверсами. Чтобы эффективно управлять электронным потоком, сетку надо располагать очень близко к катоду. Число сеток в электронной лампе определяется ее конструкцией. Ближайшая к катоду сетка выполняет функции управляющего электрода, а все последующие (вторая, третья) — соответственно экранирующего, защитного электродов лампы.
Рис. 27.2. Конструкция электронной лампы: 1 — баллон; 2 — катод; 3 — нить подогревателя катода; 4 — анод; 5 — сетка; 6 — траверса; 7 — стеклянная ножка (цоколь); 8— геттер; 9 — токоотводы (выводы); 10— ножки; 11 — крепежные детали
Необходимое напряжение на электроды подается по специальным металлическим проводникам — выводам, проходящим через баллон лампы. Выводы (токоотводы) пропускают через стеклянный или керамический цоколь (дно) лампы в виде ножки. Расположение выводов электродов лампы — цоколевка — приводится в справочниках.
Основой системы обозначений электронных ламп, так же как и всех электровакуумных приборов, служат два вида обозначений — графическое и символическое (буквенно-числовой код). Эти обозначения установлены отраслевым стандартом и базируются на ряде классификационных признаков.
Система условных графических обозначений электронных ламп построена поэлементным способом и содержит:
Рис. 27.3. Графическое обозначение некоторых типов электронных ламп: 1 — диоды (а — одинарный диод с катодом прямого накала; 6 — одинарный диод с катодом косвенного накала; в — двойной диод); 2 — триоды (а — одинарный триод с катодом прямого накала; 6 — одинарный триод с катодом косвенного накала; в — двойной триод; г — двуханодный триод); 3 — тетрод; 4 — пентод (а — с экранирующим катодом; б — с экранирующими катодом и сеткой); 5 — двойной диод-триод; 6 — двойной диод с расположением каждого диода в разных частях схемы (а — с общим подогревателем и раздельными катодами; б —двойной диод с общим катодом косвенного накала)
Двухэлектродные лампы — диоды
Устройство и принцип действия. Двухэлектродная лампа — простейший электронный прибор, содержащий два электрода — катод (К) и анод (А), разделенные вакуумным промежутком. Электроды имеют цилиндрическую или плоскую формы с катодом прямого или косвенного накала.
На рис. 27.4 а показана примерная конструкция диода с катодом косвенного накала. В статическом режиме к электродам диода подключают источник анодного напряжения (рис. 27.4 б).
Для создания в лампе ускоряющего поля отрицательный полюс источника питания подключают к катоду, а положительный к аноду. Это напряжение называют анодным напряжением U a.Одновременно к цепи накала подключаем источник накала UH, под действием которого катод разогревается и начинает эмитировать электроны. Электроны попадают в ускоряющее поле Eа анодного напряжения Ua и под действием сил поля Fa перемещаются к аноду. Достигнув анода, электроны движутся по соединительным проводам к положительному полюсу источника анодного напряжения. При этом через диод и его внешнюю цепь течет ток, направление которого во внешней цепи показано стрелкой (Iа). Анодный ток направлен от анода к катоду, т.е. в противоположном направлении относительно движения электронного потока.
а б
Рис. 27.4. а —Конструкция электронной лампы (диода) с катодом косвенного накала:1— подогреватель; 2 — катод; 3 — анод;б - схема включения электронной лампы (диода)
Когда на анод относительно катода подан отрицательный потенциал, а на катод — положительный, в пространстве между анодом и катодом создается тормозящее электрическое поле. При этом анодный ток прекращается, поскольку электроны под действием электрического поля возвращаются на катод. Таким образом, ток в диоде может протекать лишь в одном направлении от анода к катоду. Следовательно, диод обладает свойствами односторонней проводимости. Это свойство определяет основное назначение диодов — выпрямление переменного тока.
Двухэлектродные лампы, применяемые для выпрямления переменного тока, называют кенотронами.
Применения двухэлектродных ламп. Двухэлектродные лампы обладают свойствами односторонней проводимости. Это свойство позволяет применять их для выпрямления переменного тока, детектирования высокочастотных модулированных напряжений, а также в схемах амплитудного ограничения и в других схемах.
В зависимости от области применения различают два основных типа диодов.
Первая область — выпрямление переменного тока промышленной частоты в источниках электропитания. Применяемые здесь диоды называются кенотронами. Их подразделяют на низковольтные и высоковольтные. Низковольтные кенотроны работают в схемах двухполупериодных выпрямителей со средней точкой и содержат в одном баллоне два анода и катод (двуханодный диод). Высоковольтные кенотроны применяются для питания электронно-лучевых трубок. В баллоне высоковольтного кенотрона находится катод прямого накала.
Вторая область — преобразование высокочастотных сигналов в схемах детекторов, преобразователей и ограничителей. Диоды, работающие в этих схемах, называются детекторными или высокочастотными. В одном баллоне помещены две системы электродов, разделенные экраном (двойной диод).
Преимущество вакуумных диодов по сравнению с полупроводниками — высокое обратное напряжение Ua max, отсутствие обратного тока, меньшая зависимость параметров от температуры окружающей среды. Существенные недостатки — большие масса и габариты, меньшие надежность и долговечность, инерционность при включении, большие затраты мощности и др. Поэтому электровакуумные диоды в настоящее время получили ограниченное применение в электронной технике.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!