Електровакуумни устройства: принцип на работа, примери. Крушките с нажежаема жичка на Томас Едисон

Електровакуумните устройства са широко разпространени. С помощта на тези устройства е възможно да се преобразува електрическа енергия от един вид в електрическа енергия от друг вид, различни по форма, големина и честота на тока или напрежението, както и радиационната енергия в електрическа енергия и обратно.

С помощ електровакуумни устройстваПрес стена рожден ден на Горреклама Воронеж.

възможно е различни електрически, светлинни и други величини да се регулират плавно или на стъпки, с висока или ниска скорост и с нисък разход на енергия за самия процес на регулиране, т.е. без значително намаляване на ефективността, характерно за много други методи за регулиране и управление .

Тези предимства на електровакуумните устройства са довели до използването им за коригиране, усилване, генериране и преобразуване на честота на различни електрически токове, осцилография на електрически и неелектрически явления, автоматично управление и регулиране, предаване и приемане на телевизионни изображения, различни измерванияи други процеси.

Електровакуумните устройства са устройства, в които работното пространство, изолирано от газонепропусклива обвивка, има висока степен на вакуум или е запълнено със специална среда (пари или газове) и чието действие се основава на използването на електрически явления в вакуум или газ.

Електровакуумните устройства се разделят на електронни устройства, в които чисто електронен ток преминава във вакуум, и йонни устройства (газоразрядни), които се характеризират с електрически разряд в газ или пара.

В електронните устройства йонизацията практически липсва и ако се наблюдава в малка степен, тя няма забележим ефект върху работата на тези устройства. Разреждането на газа в тези устройства се оценява при налягане на остатъчния газ по-малко от 10-6 mm Hg. чл., характерен за висок вакуум.

В йонните устройства налягането на остатъчните газове е 10-3 mm Hg. Изкуство. и по-високи. При това налягане значителна част от движещите се електрони се сблъскват с газови молекули, което води до йонизация и следователно в тези устройства процесите са електронно-йонни.

Работата на проводникови (без разряд) електрически вакуумни устройства се основава на използването на явления, свързани с електрически ток в твърди или течни проводници, разположени в разреден газ. В тези устройства няма електрически разряд в газ или вакуум.

Електровакуумните устройства се разделят по различни критерии. Специална група се състои от вакуумни тръби, т.е. електронни устройства, предназначени за различни трансформации на електрически величини. Тези лампи според предназначението си биват генератори, усилватели, токоизправители, честотни преобразуватели, детектори, измервателни лампи и др. Повечето от тях са предназначени за работа в непрекъснат режим, но лампите се произвеждат и за импулсен режим. Те създават електрически импулси, т.е. краткотрайни токове, при условие че продължителността на импулсите е много по-малка от интервалите между импулсите.

Електровакуумните устройства се класифицират и по много други критерии: по вида на катода (горещ или студен), по дизайна на цилиндъра (стъклен, метален, керамичен или комбиниран), по вида на охлаждането (естествено, т.е. лъчисто, принудително). въздух, вода).

Въведение
Подзаглавието на тази книга - "Най-добрите начини за предотвратяване на престъпността" - предполага по-специално: 1) начини да се отървете от бича на фалшивите аларми; 2) разбиране от служители на службата за сигурност...

Вериги за захранване на луминесцентни лампи
Флуоресцентните лампи са свързани към мрежата последователно с индуктивно съпротивление (дросел), което осигурява стабилизиране на променливия ток в лампата. Факт е, че електрически разряд в газ...

Научно-техническа поддръжка и поддръжка
Когато казах на един приятел, че искам да си купя кола, той каза: „Трябва да си купите такава и такава кола, защото няма проблеми с ремонта, винаги можете да намерите резервни части за нея.“ &quo...

С помощта на електровакуумни устройства (EVD) е възможно да се преобразуват електрически величини, като ток или напрежение, във форма, стойност и честота, както и радиационна енергия и обратно. Възможно е да се извърши сложна трансформация на оптично изображение в електричествоспециална форма или обратно (в телевизионни и осцилоскопни тръби). Възможно е плавно или стъпаловидно регулиране на електрически, светлинни и други величини с висока или ниска скорост и с ниска консумация на енергия за самия процес на регулиране, т.е. без значително намаляване на ефективността. Ниската инерционна характеристика на EVP им позволява да се използват в огромен честотен диапазон от нула до 1012 Hz.

Тези предимства на електронните устройства са довели до използването им за коригиране, усилване, генериране, преобразуване на честота, осцилография на електрически и неелектрически явления, автоматично управление и регулиране, предаване и приемане на телевизионни изображения, различни измервания и други процеси.

Електровакуумните устройства са устройства, в които работното пространство, изолирано от газонепропусклива обвивка, има висока степен на вакуум или е запълнено със специална среда (пари или газове) и чието действие се основава на използването на електрически явления в вакуум или газ.

Вакуумът трябва да се разбира като състояние на газ, по-специално въздух, при налягане под атмосферното. По отношение на EVP понятието „вакуум“ се определя въз основа на естеството на движението на електроните. Ако електроните се движат свободно в пространството, без да се сблъскват с молекулите, останали след изпомпването на газа, тогава те говорят за вакуум. И ако електрони се сблъскат с газови молекули, тогава трябва просто да говорим за разреден газ.

Електровакуумните устройства се делят на електронни, при които чисто електронен ток преминава във вакуум, и йонни (газоразрядни), които се характеризират с електрически разряд в газ (или пара).

В електронните устройства йонизацията практически липсва, а газът се разрежда под наляганепо-малко от 100 μPa, характерно за висок вакуум.

В йонните устройства налягането е 133 * 10 -3 Pa и по-високо. В този случай значителна част от движещите се електрони се сблъскват с газови молекули и ги йонизират.

Има друга група проводящи (без разряд) EVP. Тяхното действие се основава на използването на явления, свързани с електрически ток в твърди или течни проводници, разположени в изпуснат газ. В тези устройства електрически зарядне в газ или вакуум. Те включват лампи с нажежаема жичка, стабилизатори на ток, вакуумни кондензатори и др.

Специална група EVP се състои от електронни лампи, предназначени за различнитрансформации на електрически величини. Тези лампи са генераторни, усилвателни, токоизправителни, честотни преобразуватели, детекторни, измервателни и др.

В зависимост от работните честоти вакуумните лампи се делят на нискочестотни, високочестотни и свръхвисокочестотни.

Във всички EVP електронният поток може да се регулира чрез въздействие с електрическо или магнитно поле. Електронните тръби, които имат два електрода - катод и анод, се наричат ​​диоди. Диодите за изправяне на променлив ток в захранващите устройства се наричат ​​кенотрони. Лампите, които имат управляващи електроди под формата на решетки, се предлагат с брой електроди от три до осем и се наричат ​​съответно: триод, тетрод, пентод, хексод, хептод и октод. В този случай лампите с две или повече решетки се класифицират в групата на многоелектродните лампи. Ако лампата съдържа няколко системи от електроди с независими електронни потоци, тогава тя се нарича комбинирана (двойна, диодна, двойна триодна, триодна пентодна, двойна диодна пентодна и др.).

Основните йонни устройства са тиратрони, ценерови диоди, лампи със знакова индикация, живачни вентили (управляеми и неуправляеми), йоноотводители и др.

Голяма група се състои от електронно-лъчеви устройства, които включват картинни тръби (телевизионни приемни тръби), предавателни телевизионни тръби, осцилографски и запаметяващи тръби, електронно-оптични преобразуватели на изображения, катодни лъчеви превключватели, индикаторни тръби на радарни и хидроакустични станции и др.

Групата фотоелектронни устройства включва електровакуумни фотоелементи (електронни и йонни) и фотоелектронни умножители. Електрическите осветителни устройства включват лампи с нажежаема жичка, газоразрядни източници на светлина и флуоресцентни лампи.

Специално място заемат рентгеновите тръби, броячите на елементарни частици и други специални устройства.

Електровакуумните устройства се класифицират и по други критерии: по вида на катода (горещ или студен), по материала и конструкцията на цилиндъра (стъклен, метален, керамичен, комбиниран), по вида на охлаждането (естествено или лъчисто и принудително - въздух, вода, пара).

Електровакуумните устройства (EVD) са устройства, в които електрически ток се създава от поток от електрони или йони, движещи се в среда с висок вакуум или инертен газ. EVP се разделят на електронно управлявани лампи (ECL), електронно-лъчеви тръби (CRT), газоразрядни устройства (GD) и фотоелектрически (фотоелектронни) устройства.

В EUL електрическият ток се създава от движението във висок вакуум (налягането на газа е само 1,33 () Pa (mm Hg)) на електрони от един електрод към друг. Най-простият EUL е диод.

Диод.Диодът съдържа само два електрода: катод и анод. Катодът е източник на свободни електрони. За да напуснат електроните катода, те трябва да получат допълнителна енергия, наречена работна функция. Електроните получават тази енергия, когато катодът се нагрява с електрически ток. Излъчването на електрони от нагрят катод се нарича термоемисия.

Отрицателният пространствен заряд, образуван от електроните, излизащи от катода, създава електрическо поле на повърхността му, което не позволява на електроните да напуснат катода, образувайки потенциална бариера по пътя им.

Към анода се прилага положително напрежение спрямо катода, което намалява потенциалната бариера на повърхността на катода. Електроните, чиято енергия е достатъчна за преодоляване на потенциалната бариера, напускат областта на пространствения заряд, влизат в ускоряващото електрическо поле на анодното напрежение и се придвижват към анода, създавайки аноден ток. С увеличаване на анодното напрежение се увеличава и анодният ток на диода.

При отрицателно анодно напрежение потенциалната бариера на повърхността на катода се увеличава, енергията на електроните е недостатъчна, за да я преодолее и през диода не протича ток. Това е важна характеристика на диода - неговата еднопосочна електропроводимост.

На фиг. Фигура 3.1 показва символите на диодите и диаграмите на тяхното свързване към източника на анодно напрежение.

Триод.За разлика от диода, триодът има три електрода: катод, анод и решетка (фиг. 3.2, а, б). Решетката е разположена

между катода и анода в непосредствена близост до катода. Ако към решетката се приложи отрицателно напрежение (фиг. 3.2, c), тогава потенциалната бариера на катода ще се увеличи и анодният ток ще намалее. При определено отрицателно напрежение на мрежата, наречено напрежение на изключване U CK .з an, анодният ток ще намалее до нула. Ако към решетката се приложи положително напрежение (фиг. 3.2, d), тогава електрическото поле, което създава между катода и решетката, ще доведе до намаляване на потенциалната бариера и увеличаване на анодния ток.

Поради факта, че решетката е разположена по-близо до катода, отколкото до анода, напрежението, приложено към нея, влияе много по-силно върху потенциалната бариера и анодния ток на триода, отколкото анодното напрежение със същата стойност. Следователно, в триод, анодният ток се контролира чрез промяна на напрежението на мрежата, а не на анодното напрежение.

Основните характеристики на триода са семейства от статични анодно-мрежови (трансферни) характеристики, взети при различни анодни напрежения U a k (фиг. 3.3, a), и анодни (изходни) характеристики I a = f (U ak), взети при различни напрежения на мрежата (фиг. 3.3, b).

Недостатъците на триода са големият пропускателен капацитет (капацитет между решетката и анода) и ниското статично усилване. Тези недостатъци се елиминират чрез въвеждане на втора мрежа в EUL.

Тетрод.Това е четириелектродна електронно управлявана лампа, съдържаща катод, анод и две решетки (фиг. 3.4, а). Първата решетка, разположена близо до катода, се използва, както в триод, за управление на анодния ток и се нарича контролна решетка. Втората решетка, разположена между първата решетка и анода, е вид екран между тези електроди. В резултат на екраниращия ефект на втората решетка, пропускателната способност на лампата и влиянието на анодното напрежение върху

Потенциална бариера на повърхността на катода. Следователно, за да се създаде насочено движение на електрони от катода към анода, към втората решетка, наречена екранираща, се прилага положително напрежение U c 2 k, което е равно или малко по-малко от анодното напрежение. В този случай част от електроните удря екраниращата решетка и създава ток I c2 на тази решетка.

Електроните, удрящи анода, избиват вторични електрони от него. Когато (и такива случаи възникват по време на работа на тетрода), вторичните електрони се привличат от екраниращата решетка, което води до увеличаване на тока на екраниращата решетка и намаляване на анодния ток. Това явление се нарича ефект на динатрон. За да се елиминира динатронният ефект, който ограничава работната зона на EUL, се създава потенциална бариера за вторични електрони между анода и екраниращата мрежа. Такава бариера се формира чрез увеличаване на плътността на електронния поток поради фокусирането му в лъчеви тетроди (фиг. 3.4, б) или чрез въвеждане на трета решетка, която по правило има нулев потенциал, между екраниращата решетка и анода.

Пентод.Пет-електродна EUL се нарича пентод (фиг. 3.4, i). Нулевият потенциал на третата решетка, която се нарича антидинатронна или защитна, се осигурява чрез електрическото й свързване към катода.

Основните характеристики на тетродите и пентодите са фамилиите статичен анод (изход) при и решетка-анод при характеристики, които се вземат при постоянно напрежение U c 2k и се нанасят на същата графика (фиг. 3.5).

Параметрите, характеризиращи усилващите свойства на EUL са:

наклон на характеристиката анод-решетка

вътрешно (диференциално) съпротивление

статично усилване

Параметрите S, и , наречени диференциални, са свързани помежду си чрез отношението.

Катодни тръби

Катодните тръби (CRT) са електронни вакуумни устройства, които използват поток от електрони, концентриран под формата на лъч. Тези устройства имат формата на тръба, удължена по посока на лъча. Основните елементи на CRT са стъклен цилиндър или колба, електронен прожектор, отклоняваща система и екран (фиг. 3.6).

Цилиндър 7 служи за поддържане на необходимия вакуум в CRT и защита на електродите от механични и

климатични въздействия. Част от вътрешната повърхност на цилиндъра е покрита с графитен филм 8, наречен aquadag. Към aquadag се прилага положително напрежение спрямо катода.

Електронният прожектор е предназначен да създава фокусиран електронен лъч (лъч) с необходимата плътност на тока. Състои се от термоелектронен катод 2, вътре в който има нагревател 1, управляващ електрод 3, наречен модулатор, първите 4 и вторите 5 анода. Модулаторът и анодите са изпълнени под формата на кухи цилиндри, коаксиални с цилиндричен катод.

Модулаторът е свързан към източник на отрицателно напрежение, регулируемо от нула до няколко десетки волта. Към анодите се прилагат положителни напрежения: няколкостотин волта за първия и няколко киловолта за втория.

Между модулатора и първия анод се образува нееднородно електрическо поле, което фокусира всички електрони, излъчени от катода и преминаващи през отвора на модулатора, в определена точка на оста на CRT в кухината на първия анод. Това електрическо поле се нарича електростатична леща.

Между първия и втория анод се образува втора електростатична леща. За разлика от първия, с къс фокус, той е с дълъг фокус: фокусът му е разположен върху оста на CRT в равнината на екрана 9.

Промяната в напрежението на модулатора води до промяна в броя на електроните, които могат да преодолеят потенциалната бариера на катода и да влязат в ускоряващото електрическо поле на първия анод. Следователно, напрежението на модулатора определя плътността на електронния лъч и яркостта на светещото петно ​​върху CRT екрана. Фокусирането на лъча върху CRT екрана се постига чрез промяна на неравномерното електрическо поле на втората електростатична леща чрез промяна на напрежението на първия анод.

Отклонителната система служи за насочване на фокусирания електронен лъч към всяка точка на екрана. Това се постига чрез излагане на електронния лъч на напречно електрическо или магнитно поле.

Когато електронен лъч се отклонява от електрическо поле (електростатично отклонение), отклоняващи напрежения се прилагат към две взаимно перпендикулярни двойки успоредни плочи 6. Електронният лъч, преминавайки между плочите, се отклонява към плочата с по-висок потенциал. Плочите, електрическото поле между които отклонява електронния лъч в хоризонтална посока, се наричат ​​хоризонтални отклонения или X-плочи, а във вертикална посока - вертикални отклонения или Y-плочи.

Основният параметър на системата за електростатично отклонение е чувствителността на отклонение S, дефинирана като съотношението на отклонението на светещото петно ​​върху екрана на CRT към напрежението на отклонение. За съвременни CRT S E = 0,1 ... 3 mm/V.

Наред с електростатичното се използва и магнитно отклонение на електронния лъч. Отклоняващото магнитно поле се създава от ток, преминаващ през две двойки намотки, разположени взаимно перпендикулярно на шийката на CRT.

Екраните на 9 електронно-лъчеви тръби, използвани за преобразуване на електрически сигнали в светлина, са покрити със специален състав - фосфор, който свети, когато върху него попадне фокусиран поток от електрони. Като фосфор се използват цинкови и цинково-кадмиеви сулфиди, цинков силикат (вилемит), калциеви и кадмиеви волфрамати. Такива екрани се наричат ​​флуоресцентни.

Само част от енергията на електронния лъч се изразходва за сиянието на луминофора. Останалата част от енергията на лъча се прехвърля към електроните на екрана и предизвиква вторична емисия на електрони от повърхността на екрана. Вторичните електрони се привличат от аквадага, който обикновено е електрически свързан към втория анод.

CRT екраните, използвани за създаване на цветни изображения, съдържат фосфорни зърна със синя, червена и зелена луминесценция - триади, подредени в определен ред. В гърлото на тръбата има три автономни електронни прожектора. Те са разположени по такъв начин, че техните електронни лъчи се пресичат на известно разстояние от екрана. В равнината на пресичане на лъчите е монтирана маска за сянка, в която има голям брой дупки. След преминаване през отворите на маската, всеки от електронните лъчи попада на своя елемент от триадата (фиг. 3.7).

Чрез смесване на три цвята с различна яркост се получава блясък с необходимия цвят.

В допълнение към флуоресцентните има диелектрични екрани. Електронен лъч, движещ се през такъв екран, създава различни заряди в неговите секции, т.е. вид потенциално облекчение, което може да се запази дълго време. Диелектричните екрани се използват в CRT за съхранение, наречени потенциалоскопи.

ГАЗОРАЗРЕДНИ УСТРОЙСТВА

Принципът на действие на газоразрядните устройства (GD) се основава на електрически явления, възникващи в газова среда.

Цилиндри за хидравлично разбиване се пълнят с инертни газове (неон, аргон, хелий и др.), техните смеси, водород или живачни пари. При нормални условия повечето атоми и молекули на газ са електрически неутрални и газът е добър диелектрик. Повишаването на температурата, излагането на силни електрически полета или високоенергийни частици причинява йонизация на газа. Газова йонизация, която възниква, когато бързо движещи се електрони се сблъскат с неутрални газови атоми, се нарича ударна йонизация. Придружава се от появата на свободни електрони и положителни йони, което води до значително повишаване на електропроводимостта на газа. Силно йонизиран газ се нарича електронно-йонна плазма или просто плазма.

Наред с процеса на йонизация на газа има и обратен процес, наречен рекомбинация. Тъй като общата енергия на електрон и положителен йон е по-голяма от енергията на неутрален атом, по време на рекомбинацията се освобождава част от енергията, която е придружена от светенето на газа.

Процесът на преминаване на електрически ток през газ се нарича електрически разряд в газ. Характеристиката на тока на напрежението на газоразрядната междина е показана на фиг. 3.8.

При напрежение U 3 , наречено напрежение на запалване, йонизацията на газа придобива лавинообразен характер. Съпротивлението на газоразрядната междина анод - катод рязко намалява и в газовия разряд се появява тлеещ разряд (раздел CD). Напрежението на горене U r, което поддържа тлеещия разряд, е малко по-малко от напрежението на запалване. По време на тлеещ разряд положителните йони се придвижват към катода и, удряйки повърхността му, увеличават броя на електроните, излъчени от него поради нагряване и вторично

няма електронна емисия. Тъй като не е необходим външен йонизатор, тлеещият разряд се нарича самоподдържащ се, за разлика от разряда в АВ секцията, който изисква външен йонизатор (космическо лъчение, термоемисия и др.) за появата си и се нарича не- самоподдържащ се. При значително увеличаване на тока в зоната на хидравлично разбиване възниква дъгов разряд (раздел EF). Ако дъговият разряд се поддържа от термоелектронна емисия на катода поради нагряването му от положителни йони, удрящи повърхността, разрядът се нарича самоподдържащ се. Ако термоелектронното излъчване на катода се създава чрез нагряването му от външен източник на напрежение, тогава дъговият разряд се нарича несамостоятелен.

Тлеещ разряд, придружен от газово сияние, се използва в неонови лампи, газоразрядни знаци и линейни индикатори, ценерови диоди и някои други устройства за хидравлично разбиване.

Газоразрядни индикатори.Значимите газоразрядни индикатори се състоят от напълнен с газ цилиндър, десет катода и един общ анод. Катодите са под формата на цифри, букви или други символи. Напрежението се прилага към анода и един от катодите чрез ограничителен резистор. Между тези електроди възниква тлеещ разряд, който има формата на катод. Чрез превключване на различни катоди могат да се показват различни знаци. Индикаторите за сегментни знаци са по-универсални. По този начин сегментният индикатор за тлеещ разряд IN-23, състоящ се от 13 сегмента, позволява, с подходящо превключване на сегментните катоди, да подчертае всяка цифра от 0 до 9, буква от руската или латинската азбука.

Линейните газоразрядни индикатори (LGI) показват информация за напрежение или ток във верига под формата на светещи точки или линии. Позицията на точката и дължината на линията са пропорционални на напрежението или тока във веригата. Електродната система LGI има удължена цилиндрична форма.

Газоразряден ценеров диод.Ценеровият диод (фиг. 3.9, а) има два електрода - катод 1, направен под формата на кух цилиндър, и анод 3 под формата на тънък прът, разположен по протежение на оста на катода. За да се намали напрежението на запалване, малък щифт 2, наречен електрод за запалване, е заварен от вътрешната страна на катода

Работата на ценеров диод с тлеещ разряд се основава на поддържане на почти постоянно напрежение на горене на неговите електроди, когато токът, протичащ през ценеровия диод, се променя в значителни граници (раздел CD на фиг. 3.8).

Ценеровите диоди се използват за стабилизиране на напрежението в постоянни вериги.

Тиратрон.По-сложно устройство за хидравлично разбиване е тиратронът. Съдържа катод, анод и един или повече управляващи електроди, наречени решетки. Тиратронът може да бъде в две стабилни състояния: непроводящо и проводящо. На фиг. 3.9, b показва устройството на тиратрон със студен катод от типа MTX-90. Тиратронът се състои от цилиндричен катод 1, пръчков метален анод 2 и метална мрежа 3, направена под формата на шайба. Когато към решетката се приложи малко напрежение, положително спрямо катода, между решетката и катода възниква допълнителен „тих“ разряд. Когато към анода се приложи положително напрежение, разрядът се прехвърля към анода. Колкото по-голям е спомагателният разряден ток в мрежата, толкова по-ниско е напрежението на запалване на тиратрона. След възникване на разряд между катода и анода, промяната в напрежението на мрежата не влияе на силата на тока на тиратрона и токът през тиратрона може да бъде спрян чрез намаляване на анодното напрежение до стойност, по-малка от напрежението на горене.

Тиратроните с тлеещ разряд консумират много малко енергия, работят в широк температурен диапазон, не са чувствителни към краткотрайни претоварвания и са готови за незабавно действие. Поради тези си качества се използват в импулсни устройства, генератори, някои компютри, релейно оборудване, устройства за показване и др.

ФОТОВОЛТАИЧНИ УСТРОЙСТВА

Електровакуумните и газоразрядните фотоелектрически устройства включват фотоелементи и фотоумножители, чийто принцип на работа се основава на използването на външен фотоелектричен ефект.

Фотоклетката (фиг. 3.10) има стъклена колба 2, в която се създава вакуум (електрическа вакуумна фотоклетка

мент) или който е пълен с инертен газ (газоразрядна фотоклетка) Състои се от анод и фотокатод. Фотокатодът е вътрешната повърхност на колбата 3 (с изключение на малка площ - прозорец 1), покрита с слой от сребро, върху който е нанесен слой от цезиев оксид. Анод 4 е направен под формата на пръстен, за да не пречи на светлинния поток. Анодът и катодът са снабдени с проводници 6, преминаващи през пластмасов държач 5 на колбата.

Когато фотокатодът е осветен от светлинен поток, от него се избиват електрони. Ако към анода се приложи положително напрежение спрямо катода, електроните, избити от фотокатода, ще бъдат привлечени към анода, създавайки фототок I f в неговата верига. Зависимостта на фототока от светлинния поток Ф се нарича светлинен ха-

характеристики на фотоклетката. Фототокът зависи и от напрежението U, приложено между фотокатода и анода. Тази зависимост се нарича анодна характеристика ток-напрежение. Той има ясно изразена област на насищане, в която фототокът зависи малко от анодното напрежение (фиг. 3.11, а)

В газоразрядните фотоелементи увеличаването на напрежението U предизвиква йонизация на газа и увеличаване на фототока (фиг. 3.11, b).

Поради ниската стойност на фототока (до няколко десетки микроампера за вакуумни фотоклетки и няколко единици микроампера за газоразрядни фотоклетки), фотоклетките обикновено се използват с лампови или транзисторни усилватели.

Фотоумножителната тръба (PMT) се нарича EVP, в която токът на фотоелектронна емисия се усилва поради вторична емисия на електрони. В стъкления контейнер на ФЕУ (фиг. 3.12), в който се поддържа висок вакуум, в допълнение към фотокатода К и анода А има допълнителни електроди, които са излъчватели на вторични електрони и се наричат ​​диноди. Броят на динодите във фотоумножителя може да достигне 14. Към динодите се прилагат положителни напрежения, а напреженията на динода се увеличават с разстоянието от фотокатода. Напрежението между съседни диноди е около 100 V. Когато фотокатодът е осветен, от повърхността му излитат електрони, които се ускоряват от електрическото отвеждащо поле на първия

динод и падат върху първия динод, като избиват вторични електрони от него. Броят на последните е няколко пъти по-голям от броя на електроните, излъчени от фотокатода. Под въздействието на електрическо поле между първия и втория динод, електроните, излъчени от първия динод, влизат във втория динод D2, избивайки вторични електрони от него. Броят на вторичните електрони, избити от динод D2, е няколко пъти по-голям от броя на електроните, които го удрят. По този начин се получава увеличаване на броя на вторичните електрони във всеки динод. Следователно в PMTs фототокът на катода се умножава, което прави възможно използването им за измерване на много ниски светлинни потоци. Изходният ток на PMT достига няколко десетки милиампера.

Тестови въпроси и задачи

1. Обяснете принципа на управление на анодния ток в EUL с помощта на напрежението на контролната мрежа.

2. Наименувайте основните части на CRT за управление на електростатичен лъч и обяснете предназначението им.

3. Назовете основните видове газоразрядни устройства и области
техните приложения.

4. Дайте кратко описание на външния фотоефект. Какво
Как се използва това явление във фотоклетките и фотоумножителите?

Свързана информация.

Определение . Електрическите вакуумни устройства са устройства, чийто принцип на действие се основава на използването на електрически явления в газове или вакуум, възникващи в работно пространство, изолирано от околната среда чрез газонепроницаема обвивка (цилиндър).

Електровакуумните и газоразрядните устройства са направени под формата на стъклен, керамичен или метален цилиндър, вътре в който са поставени електроди в условия на висок вакуум или инертен газ: катод, анод, решетки. Катодът е радиатор (емитер) на свободни електрони, анодът е колектор (колектор) на носители на заряд. Анодният ток се контролира с помощта на решетки или контролни електроди.

За да получите представа за електрическите вакуумни и газоразрядни устройства, използвани в авиационното електронно оборудване, нека разгледаме тяхната класификация.

Класификация и символно графично означение

1. Въз основа на броя на електродите електронните устройства се разделят на двуелектродни (вакуумен диод), триелектродни (вакуумен триод) и многоелектродни лампи.

Ориз. 1.

Електровакуумен диод -Това е двуелектродна лампа, състояща се от катод и анод. Ако напрежението на анода е положително спрямо катода, тогава електроните, излъчени от катода, се движат към анода, създавайки аноден ток. Когато напрежението е отрицателно, няма ток на анода, следователно диодът провежда само в една посока. Това свойство на диода определя основната му цел - коригиране на променлив ток. Символното графично обозначение на електрически вакуумен диод е показано на фиг. 1.

Електровакуумен триод- Това е триелектродна лампа, в която между анода и катода е разположена решетка. Решетката е предназначена за регулиране на анодния ток. Напрежението на мрежата променя полето между анода и катода и по този начин влияе на анодния ток. Ако напрежението на решетката е отрицателно спрямо катода, то има инхибиторен ефект върху електроните, излъчвани от катода, в резултат на което анодният ток намалява. Когато напрежението на мрежата е положително, то има ускоряващ ефект върху електроните, увеличавайки анодния ток. В този случай част от електроните удря мрежата, създавайки мрежов ток. Следователно решетката е управляващ електрод, напрежението върху което ви позволява да променяте анодния ток.

Конвенционалното графично обозначение на електрически вакуумен триод е показано на фиг. 2.

Ориз. 2.

За да се увеличи ефектът върху анодния ток, решетката е разположена по-близо до катода. Когато напрежението в мрежата е отрицателно, в нея практически няма ток.

Ориз. 3. Конвенционално графично обозначение на триоди: а - с катодна решетка; b - с екранна решетка

ДА СЕ многорешетъчни лампиотнасям се: тетроди- с две решетки, пентоди- с три решетки, хексоди- с четири решетки, хептоди- с пет решетки и октоди- с шест решетки. Най-често срещаните са тетроди и пентоди.

U тетродиедна от решетките се нарича управляваща мрежа и има отрицателно напрежение. Другата решетка е разположена между контрола и анода или между контрола и катода. В първия случай такава решетка се нарича екранировка, във втория - катод.

Конвенционалното графично обозначение на електрическите вакуумни тетроди е показано на фиг. 3.

При тетродите с екранираща решетка катодният ток се разпределя между екраниращата решетка и анода. Основното предимство на такъв тетрод е намаляването на капацитета между анода и контролната мрежа. Екраниращата мрежа намалява този капацитет до части от пикофарад и намалява пропускливостта на анода.

Въпреки това, близостта на екраниращата решетка до анода има недостатъка, че при ниско напрежение анодът изглежда динатронен ефект- намаляване на анодния ток поради вторична емисия (пропадане на анодната характеристика (фиг. 3.4)). В този случай вторичните електрони не се връщат обратно към катода, а се улавят от екраниращата решетка.

Пентоднаречена лампа с три решетки. Въвеждането на третата решетка се дължи на необходимостта от премахване на динатронния ефект, характерен за тетрода. Тази решетка се нарича защитна (или антидинатронна) и се намира между екраниращата решетка и анода. Напрежението на тази решетка обикновено се прави равно на напрежението на катода; за тази цел понякога се свързва с катода вътре в колбата. Динатронният ефект се елиминира поради потенциалната бариера, образувана в пространството между анода и екраниращата мрежа. В същото време тази потенциална бариера не представлява значителна пречка за електроните, движещи се към анода с висока скорост.

2. Според конструктивните характеристики на веригата с нажежаема жичка електронните тръби се разделят на лампи с директно нагрети катоди и лампи с индиректно нагрети катоди.

Катод с директна нишкае метална нишка, изработена от материал с висока устойчивост (волфрам или тантал), през която преминава ток с нажежаема жичка. Този катод се характеризира с ниски топлинни загуби, простота на дизайна и ниска топлинна инерция. Недостатъкът на такъв катод е, че трябва да се захранва с постоянен ток. При захранване с променлив ток с честота 50 Hz, емисионният ток се променя с два пъти честотата на захранващото напрежение, което създава нежелан нискочестотен фонов шум.

Индиректен катод с нажежаема жичкапредставлява тръба, съдържаща нишка вътре. Нажежаемата жичка е изолирана от катода. В резултат на това пулсациите на температурата и емисионния ток при захранване на нишката с променлив ток са практически изгладени.

• 3. По предназначениелампите се делят на приемници-усилватели, генератор, честотен преобразувател, детектор, измерванеи така нататък.
• 4. В зависимост от работния честотен диапазонправете разлика между лампите ниско (от 1 - 30 MHz), Високо(от 30 до 600 MHz) и ултрависоко(над 600 MHz) честоти.
• 5. По вид електронно излъчванеразличават лампите с термоефективен, вториИ фотоелектронниемисии.

Електронното излъчване е необходимо за създаване на електронен поток вътре в електрическо вакуумно устройство между електродите.

Термионната емисия е процесът на електрони, напускащи твърди или течни тела във вакуум или газ.

Вторичната електронна емисия се отнася до излъчването на електрони от тяло поради бомбардиране от електрони, излъчени от друго тяло.

Фотоелектронната емисия се отнася до излъчването на електрони от тяло, намиращо се в поток от лъчиста енергия.

2.1.2 Характеристики и параметри

Характеристиките на лампата изразяват зависимостта на токовете от напреженията в различните й вериги. Свойствата на електронните тръби се оценяват от аноденили анод-решеткастатични характеристики.

Анодстатична характеристика е графично изразена зависимост на анодния ток аз аот напрежението на анода U а. Пристрастяване аз а = f(U а) се премахва за няколко постоянни стойности на напрежението U с(изключение правят анодните характеристики на диода). Външен виданодната характеристика се определя от броя на електродите в лампата (Фигура 4).

Ориз. 4. Анодни характеристики на електронните тръби: а - диод; б - триод; c - тетрод; g - пентод

Статичните характеристики на анодна решетка са графично изразени зависимости на анодния ток аз Аот мрежовото напрежение U ° Спри фиксирани стойности на анодно напрежение U А. Същото като за характеристиките на анодната зависимост аз А = f(U с ) взети за няколко постоянни стойности на анодното напрежение Ua. (Фигура 5).

Колкото по-високо е анодното напрежение U А, толкова по-високо и вляво са разположени анодно-решетъчните характеристики аз А = f(U с ) . Това се обяснява с факта, че при по-високо анодно напрежение трябва да се приложи по-голямо отрицателно напрежение към решетката, така че полученото електрическо поле в пространството между катода и решетката да остане непроменено по големина.

ДА СЕ основни електрически параметривакуумните диоди включват следното: вакуумно газоразрядно устройство

1. Вътрешно постоянно съпротивление:

Където U А- постоянен компонент на анодното напрежение, аз А- постоянен компонент на анодния ток.

Ориз. 5. Анодно-решетъчни характеристики на електронните тръби: а - триод; b - пентод

2. Вътрешно диференциално съпротивление R дДиодът представлява съпротивлението на пространството между анода и катода за променлив ток. Това е реципрочната стойност на наклона и се определя с помощта на статичните характеристики на анода (фиг. 3.4, а):

и обикновено възлиза на стотици, а понякога и на десетки ома.

Обикновено съпротива Р 0 Повече ▼ Р д .

3. Наклон Sпоказва как се променя анодният ток при промяна на анодното напрежение и се изразява чрез следната зависимост:

• 4. Напрежение на нажежаемата жичка U н- напрежение, подадено към нагревателя. Тази стойност е паспортна стойност. Когато лампата е недостатъчно нагрята, температурата на катода намалява, а оттам и емисионният ток. Когато напрежението на нишката се увеличи рязко U нексплоатационният живот на катода е рязко намален, така че напрежението на нишката не трябва да се отклонява с повече от 10% от номиналното.
• 5. Емисионен ток I д - максималният ток, който може да се получи в резултат на излъчването на електрони от термоелектронния катод. Представлява се от общия заряд на електроните, напуснали термионния катод за една секунда.
• 6. Приемливо обратно напрежениедиод U макс- максималното отрицателно напрежение на анода, което диодът може да издържи, без да нарушава свойствата на еднопосочната проводимост.

Параметрите на някои серийни вакуумни диоди са дадени в табл. 1.

Таблица 1. Основни параметри на серийни вакуумни диоди

Основните електрически параметри на електронните тръби, състоящи се от три или повече електрода, включват:

1. Вътрешното (изходно) съпротивление на лампата е съпротивлението намеждината анод-катод на лампата за променливата компонента на анодния ток се определя по формулата:

Където U А - промяна на напрежението на анода, V; аз А- промяна на анодния ток, mA. За вакуумните диоди вътрешното съпротивление се нарича съпротивление на променлив ток и се определя като:

2. Наклон на характеристика Sпоказва колко милиампера ще се промени анодният ток на лампата, когато напрежението на контролната мрежа се промени с 1 V при постоянни напрежениявърху анода и други решетки:

Където U с - промяна в напрежението на мрежата, V.

Трябва да се отбележи, че колкото по-голяма е стръмността, толкова по-силно е управляващото действие на решетката и толкова по-голямо усилване на лампата може да се получи, при равни други условия.

3. Статично усилванепоказва колко пъти промяната в напрежението на първата мрежа има по-силен ефект върху анодния ток, отколкото промяната в анодното напрежение. Коефициентът на усилване се определя от съотношението на промяната в анодното напрежение към промяната в напрежението на мрежата, което еднакво влияе на анодния ток:

4. Разсейваната мощност на анода се определя по формулата:

5. Изходна мощност Pout характеризира полезната мощност, подадена от лампата към външната верига.

Параметрите на някои серийни триоди, тетроди и пентоди са дадени в табл. 2.

Таблица 2. Основни параметри на серийни триоди, тетроди и пентоди

Електровакуумни уреди.

1. Електровакуумса устройства, в които електрическата проводимост се осъществява от електрони или йони, движещи се между електродите през вакуум или газ. Електровакуумните устройства се делят на електронно управлявани лампи, електронен лъчИ газоразрядни устройства.

Основните конструктивни елементи на всяко електрическо вакуумно устройство са електроди, поставени вътре в цилиндър (газонепропусклива обвивка). Електродът на електрическо вакуумно устройство е проводник, който излъчва (излъчва) или събира електрони (йони) или контролира тяхното движение от електрод към електрод с помощта на електрическо поле. В зависимост от предназначението се разграничават следните електроди на електрическо вакуумно устройство: катодни, анодни и контролни.

^ Катод– е източник на електрони в електрическо вакуумно устройство.

Анод– ускоряващ електрод – обикновено служи както за изходен електрод, така и за основен колектор (колектор) на електрони.

Мениджъринаречен електрод, предназначен да контролира основния поток от електрони. Ако контролният електрод е направен под формата на решетка, той често се нарича контролна решетка. Електродите се изработват под формата на нишки, плоски плочи, кухи цилиндри и спирали; те са фиксирани вътре в цилиндъра върху специални държачи - траверси и слюдени или керамични изолатори. Краищата на държачите са запоени в стъклената основа на цилиндъра.

ЦилиндриЕлектровакуумните устройства са газонепроницаеми корпуси от стъкло, метал или керамика. В цилиндрите на електронно управляваните лампи се създава вакуум от 10 -8 ... 10 -4 Pa, а в цилиндрите на газоразрядни устройства - 10 -1 ... 10 4 Pa.

^ Първото електровакуумно устройство в света – лампата с нажежаема жичка е изобретена през 1873 г. от руския учен А.Н. Лодигин. През 1883 г. американският изобретател Т.А. Едисон откри ефекта на еднопосочния поток от електрони във вакуум от нагрята нишка към метална плоча, ако към тях се приложи определена потенциална разлика, например чрез свързването й към галванична клетка. Така се появява прототипът на електронната тръба. По това време такава лампа не можеше да намери практическо приложение, но работата по изучаването на нейните свойства и условията за преминаване на електрони във вакуум продължи.
^ 2. Физическа основа на работата на електронно управляваните лампи.

Лампа с електронно управлениесе нарича електровакуумно устройство, чиято работа се основава на управлението на ток, ограничен от пространствен заряд, използвайки електродни потенциали. В зависимост от предназначението си лампите с електронно управление се делят на генераторни, модулаторни, управляващи, усилвателни и токоизправителни. По вид работа се разграничават непрекъснати и импулсни лампи, а по честотен диапазон - нискочестотни, високочестотни и ултрависокочестотни. Въз основа на броя на електродите лампите се разделят на диоди, триоди, тетроди, пентоди, хексоди, хептоди, октоди, еноди и декодери.

^ Електронно излъчване наречено излъчване на електрони от повърхността на веществата в околното пространство. В металите, от които са изработени катодите на електрическите вакуумни устройства, свободните електрони са в състояние на хаотично непрекъснато топлинно движение и имат определена кинетична енергия, в зависимост от температурата на катода.

Термионеннаречена емисия на електрони, причинена само от нагряване на катода (електрода). В резултат на нагряване на метала се увеличава кинетичната енергия на електроните и тяхната скорост. Принципът на действие на термоелектронните катоди, които се използват широко в електронно управляваните лампи, се основава на явлението термоелектронна емисия.
^ 3. Електронно-лъчеви устройства.

Електронен лъчсе наричат ​​такива електровакуумни устройства, които използват поток от електрони, концентриран в тесен лъч - електронен лъч, контролиран както по интензитет, така и по позиция в пространството. Едно от най-разпространените катодно-лъчеви устройства е приемна катодно-лъчева тръба (CRT).

CRTтрансформира електрически сигналв оптично изображение. Има няколко вида приемни кинескопи: проекционни, осцилографски, индикаторни, печатни, цветни, монохромни, светлинен вентил и кинескопи.

Съвременните кинескопи използват управление на смесен лъч. За фокусиране се използва електрическо поле, а за отклоняване на лъча - магнитно поле.

^ CRT обозначение. Първият елемент от обозначението на CRT е число, което показва размера на екрана - неговия диаметър или диагонал (за кинескопи с правоъгълен екран). Вторият елемент са две букви, указващи вида на тръбата (например LO - осцилографски с електростатична система за управление на лъча, LC - кинескопи с магнитно отклонение на лъча). След буквите има номер, по който се сравняват тръби от един и същи тип с различни параметри. В края на обозначението има буква, която определя цвета на екрана (B - бял, C - цветен, I - зелен, A - син и т.н.). Например 40LK6B е кинескоп с размер на екрана 40 см по диагонал, 6-та опция за дизайн, която има бял цвятблясък на екрана. Обикновено чуждестранните производствени компании посочват диагоналния размер на кинескопа в инчове (1 инч е равен на 2,54 см).
^ 4. Газоразрядни устройства. Физични принципи на действие на газоразрядни устройства.

Електрическият разряд в газове (или пари) е набор от явления, които възникват в тях по време на преминаване на електрически ток. Електровакуумните устройства, чиито електрически характеристики се определят главно от йонизацията на умишлено въведен газ или пара, се наричат газоразрядни.

Те включват например йонни и живачни вентили, тиратрони, йоноотводители, индикатори за тлеещ разряд.

За разлика от електронно управляваните лампи, в тези устройства в създаването на ток участват не само електрони, но и заредени частици (атоми, молекули) газ или пара - йони.

^ Газоразрядни устройства Те се състоят от газонепроницаем цилиндър (обикновено стъклен), пълен с инертен газ, водород или живачни пари, и система от метални електроди. Налягането на газа в цилиндъра, в зависимост от вида на устройството, варира от 10 -1 до 10 3 Pa и понякога достига 10 4 Pa.

При липса на излагане на източници на йонизация газовете се състоят от неутрални атоми и молекули, така че практически не провеждат електрически ток. Токът протича през газ (както през всяка среда) само ако в тази среда има свободни електрически заредени частици - носители на заряд. В газ те могат да се образуват, ако електроните се „откъснат“ от неутрални атоми (или молекули) поради действието на някакъв източник на енергия. В този случай се образуват носители на заряд с различни знаци: електрони - отрицателни заряди и положителни йони - газови атоми, които са загубили електрони - положителни заряди.

В реални условия всеки газ винаги се влияе (дори и много слабо) от температурата на околната среда, космическите и радиоактивно излъчванепромишлени инсталации и др., допринасящи за образуването на заредени частици. Следователно във всеки обем газ винаги има електрони и йони, които могат да причинят електрически разряд. В електрическия разряд се разграничават три процеса: възбуждане на атоми, тяхната йонизация и рекомбинация на носители на заряд с различни знаци.

Възбуждането на атомите е процесът на преход на един от външните му електрони към орбита, по-отдалечена от ядрото, поради енергията, придобита в резултат на сблъсък със свободен електрон. Това състояние на атома е нестабилно и не трае дълго: от няколко до десетки наносекунди. След това електронът се връща в първоначалната си орбита и атомът излъчва енергията, получена по време на сблъсъка, в открития космос. Тази енергия се освобождава под формата на електромагнитно излъчване, често придружено от видимо сияние от газа.

Атомната йонизация е процес на образуване на йони и свободни електрони от електрически неутрални атоми.