Elektrovakuová zařízení: princip činnosti, příklady. Žárovky Thomase Edisona

Elektrovakuová zařízení se rozšířila. Pomocí těchto zařízení je možné přeměnit elektrickou energii jednoho druhu na elektrickou energii jiného druhu, lišící se tvarem, velikostí a frekvencí proudu nebo napětí, a také energii záření na elektrickou energii a naopak.

S pomocí elektrovakuová zařízení Tisková nástěnka narozeniny Gorreklama Voroněž.

lze plynule nebo stupňovitě regulovat různé elektrické, světelné a jiné veličiny, při vysokých či nízkých otáčkách a s nízkou spotřebou energie pro vlastní regulační proces, tedy bez výrazného poklesu účinnosti, charakteristické pro mnoho dalších způsobů regulace a řízení. .

Tyto přednosti elektrovakuových přístrojů vedly k jejich využití pro usměrňování, zesilování, generování a frekvenční přeměnu různých elektrických proudů, oscilografii elektrických i neelektrických jevů, automatické řízení a regulaci, přenos a příjem televizního obrazu, přenos a příjem televizních obrazovek. různá měření a další procesy.

Elektrovakuová zařízení jsou zařízení, v nichž pracovní prostor, izolovaný plynotěsným pláštěm, má vysoký stupeň vakua nebo je naplněn speciálním médiem (páry nebo plyny) a jejichž působení je založeno na využití elektrických jevů v vakuum nebo plyn.

Elektrovakuová zařízení se dělí na elektronická zařízení, ve kterých ve vakuu prochází čistě elektronický proud, a iontová zařízení (plynový výboj), která se vyznačují elektrickým výbojem v plynu nebo páře.

V elektronických zařízeních ionizace prakticky chybí a pokud je pozorována v malé míře, nemá znatelný vliv na činnost těchto zařízení. Zředění plynu v těchto zařízeních se odhaduje na zbytkový tlak plynu menší než 10-6 mm Hg. Art., charakteristické pro vysoké vakuum.

V iontových zařízeních je tlak zbytkových plynů 10-3 mm Hg. Umění. a vyšší. Při tomto tlaku se významná část pohybujících se elektronů sráží s molekulami plynu, což vede k ionizaci, a proto jsou v těchto zařízeních procesy elektron-iontové.

Provoz vodičových (bezvýbojových) elektrických vakuových zařízení je založen na využití jevů spojených s elektrickým proudem v pevných nebo kapalných vodičích umístěných ve zředěném plynu. V těchto zařízeních nedochází k žádnému elektrickému výboji v plynu nebo vakuu.

Elektrovakuová zařízení se dělí podle různých kritérií. Zvláštní skupinu tvoří elektronky, tedy elektronická zařízení určená pro různé přeměny elektrických veličin. Těmito výbojkami jsou podle účelu generátory, zesilovače, usměrňovače, frekvenční měniče, detektory, měřící výbojky atd. Většina z nich je navržena pro nepřetržitý provoz, ale výbojky se vyrábějí i pro pulzní mód. Vytvářejí elektrické impulsy, tedy krátkodobé proudy, za předpokladu, že doba trvání impulsů je mnohem kratší než intervaly mezi impulsy.

Elektrovakuová zařízení se také klasifikují podle mnoha dalších kritérií: podle typu katody (horká nebo studená), podle konstrukce válce (skleněný, kovový, keramický nebo kombinovaný), podle typu chlazení (přirozené, tj. sálavé, nucené). vzduch, voda).

Úvod
Podtitul této knihy – „Nejlepší způsoby, jak předcházet kriminalitě“ – naznačuje zejména: 1) způsoby, jak se zbavit plísně falešných poplachů; 2) pochopení ze strany zaměstnanců bezpečnostní služby...

Napájecí obvody pro zářivky
Zářivky jsou zapojeny do sítě sériově s indukční reaktancí (tlumivkou), která zajišťuje stabilizaci střídavého proudu ve svítidle. Faktem je, že elektrický výboj v plynu...

Vědecká a technická podpora a údržba
Když jsem kamarádovi řekl, že si chci koupit auto, řekl: „Měli byste si koupit takové a takové auto, protože nemá problémy s opravami, náhradní díly na něj vždy najdete.“ &quo...

Pomocí elektrovakuových zařízení (EVD) je možné převádět elektrické veličiny, jako je proud nebo napětí, ve tvaru, hodnotě a frekvenci, stejně jako energii záření a naopak. Je možné provádět komplexní transformaci optického obrazu na elektřina speciálního tvaru nebo naopak (v televizních a osciloskopových trubicích). Regulovat elektrické, světelné a další veličiny je možné plynule nebo stupňovitě vysokou či nízkou rychlostí a s nízkou spotřebou energie pro vlastní proces regulace, tedy bez výrazného poklesu účinnosti. Nízká setrvačnost EVP umožňuje jejich použití v obrovském frekvenčním rozsahu od nuly do 1012 Hz.

Tyto přednosti elektronických zařízení vedly k jejich využití pro usměrňování, zesilování, generování, přeměnu frekvence, oscilografii elektrických i neelektrických jevů, automatické řízení a regulaci, přenos a příjem televizního obrazu, různá měření a další procesy.

Elektrovakuová zařízení jsou zařízení, v nichž pracovní prostor, izolovaný plynotěsným pláštěm, má vysoký stupeň vakua nebo je naplněn speciálním médiem (páry nebo plyny) a jejichž působení je založeno na využití elektrických jevů v vakuum nebo plyn.

Vakuem je třeba rozumět stav plynu, zejména vzduchu, při tlacích nižších než je atmosférický tlak. Ve vztahu k EVP je pojem „vakua“ definován na základě povahy pohybu elektronů. Pokud se elektrony pohybují volně v prostoru, aniž by se srazily s molekulami zbývajícími po odčerpání plynu, pak hovoří o vakuu. A pokud se elektrony srazí s molekulami plynu, pak bychom měli jednoduše mluvit o zředěném plynu.

Elektrovakuová zařízení se dělí na elektronická, ve kterých ve vakuu prochází čistě elektronický proud, a iontová (plynový výboj), která se vyznačuje elektrickým výbojem v plynu (nebo páře).

V elektronických zařízeních prakticky chybí ionizace a zředění plynu tlakem méně než 100 μPa, charakteristické pro vysoké vakuum.

V iontových zařízeních je tlak 133 * 10 -3 Pa a vyšší. V tomto případě se značná část pohybujících se elektronů srazí s molekulami plynu a ionizuje je.

Existuje další skupina vodivých (bezvýbojových) EVP. Jejich působení je založeno na využití jevů spojených s elektrickým proudem v pevných nebo kapalných vodičích umístěných ve vypouštěném plynu. V těchto zařízeních elektrický náboj ne v plynu nebo ve vakuu. Patří mezi ně žárovky, stabilizátory proudu, vakuové kondenzátory atd.

Zvláštní skupinu EVP tvoří elektronky určené pro různé přeměny elektrických veličin. Tyto lampy jsou generátor, zesilovač, usměrňovač, frekvenční měnič, detektor, měření atd.

Podle pracovních frekvencí se elektronky dělí na nízkofrekvenční, vysokofrekvenční a ultravysokofrekvenční.

U všech EVP lze tok elektronů regulovat jeho ovlivněním elektrickým nebo magnetickým polem. Elektronky, které mají dvě elektrody – katodu a anodu – se nazývají diody. Diody pro usměrnění střídavého proudu v napájecích zdrojích se nazývají kenotrony. Lampy, které mají řídicí elektrody ve formě mřížek, se dodávají s počtem elektrod od tří do osmi a nazývají se: trioda, tetroda, pentoda, hexoda, heptoda a oktoda. V tomto případě se výbojky se dvěma nebo více mřížkami zařazují do skupiny víceelektrodových výbojek. Pokud lampa obsahuje několik systémů elektrod s nezávislými toky elektronů, pak se nazývá kombinovaná (dvojitá, dioda, dvojitá trioda, trioda-pentoda, dvojitá dioda-pentoda atd.).

Hlavními iontovými zařízeními jsou tyratrony, zenerovy diody, výbojky s indikací znaménka, rtuťové ventily (řízené i neřízené), iontové bleskojistky atd.

Velkou skupinu tvoří katodové přístroje, kam patří obrazové trubice (televizní přijímací trubice), vysílací televizní trubice, oscilografické a paměťové elektronky, elektronově optické převodníky obrazu, katodové spínače, indikační trubice radarových a hydroakustických stanic atd.

Do skupiny fotoelektronických zařízení patří elektrovakuové fotobuňky (elektronické a iontové) a fotoelektronické násobiče. Mezi elektrická osvětlovací zařízení patří žárovky, výbojkové zdroje světla a zářivky.

Zvláštní místo zaujímají rentgenky, čítače elementárních částic a další speciální zařízení.

Elektrovakuová zařízení se také klasifikují podle dalších kritérií: podle typu katody (horká nebo studená), podle materiálu a konstrukce válce (skleněný, kovový, keramický, kombinovaný), podle typu chlazení (přírodní nebo sálavé a nucené - vzduch, voda, pára).

Elektrovakuová zařízení (EVD) jsou zařízení, ve kterých je elektrický proud vytvářen tokem elektronů nebo iontů pohybujících se v prostředí vysokého vakua nebo inertního plynu. EVP se dělí na elektronicky řízené lampy (ECL), katodové trubice (CRT), plynová výbojová zařízení (GD) a fotoelektrická (fotoelektronická) zařízení.

V EUL se elektrický proud vytváří pohybem elektronů ve vysokém vakuu (tlak plynu je pouze 1,33 () Pa (mm Hg)) elektronů z jedné elektrody na druhou. Nejjednodušší EUL je dioda.

Dioda. Dioda obsahuje pouze dvě elektrody: katodu a anodu. Katoda je zdrojem volných elektronů. Aby elektrony opustily katodu, je třeba jim dodat další energii, nazývanou pracovní funkce. Elektrony přijímají tuto energii, když je katoda zahřívána elektrickým proudem. Emise elektronů zahřátou katodou se nazývá termionická emise.

Záporný prostorový náboj tvořený elektrony unikajícími z katody vytváří na jejím povrchu elektrické pole, které brání elektronům opustit katodu a tvoří na jejich cestě potenciální bariéru.

Na anodu je přivedeno kladné napětí vzhledem ke katodě, což snižuje potenciálovou bariéru na povrchu katody. Elektrony, jejichž energie je dostatečná k překonání potenciálové bariéry, opouštějí oblast prostorového náboje, vstupují do urychlujícího elektrického pole anodového napětí a pohybují se směrem k anodě a vytvářejí anodový proud. S rostoucím anodovým napětím se zvyšuje i anodový proud diody.

Při záporném anodovém napětí se potenciálová bariéra na povrchu katody zvětšuje, energie elektronů je nedostatečná k jejímu překonání a diodou neprotéká žádný proud. To je důležitá vlastnost diody – její jednosměrná elektrická vodivost.

Na Obr. Na obrázku 3.1 jsou znázorněny symboly diod a schémata jejich připojení ke zdroji anodového napětí.

Trioda. Na rozdíl od diody má trioda tři elektrody: katodu, anodu a mřížku (obr. 3.2, a, b). Mřížka je umístěna

mezi katodou a anodou v bezprostřední blízkosti katody. Pokud se na mřížku přivede záporné napětí (obr. 3.2, c), pak se potenciální bariéra na katodě zvýší a anodový proud se sníží. Při určitém záporném síťovém napětí, nazývaném vypínací napětí U CK .з an, se anodový proud sníží na nulu. Pokud je na mřížku přivedeno kladné napětí (obr. 3.2, d), pak elektrické pole, které vytváří mezi katodou a mřížkou, povede ke snížení potenciálové bariéry a zvýšení anodového proudu.

Vzhledem k tomu, že mřížka je umístěna blíže katodě než anoda, působí na ni přivedené napětí potenciálovou bariéru a anodový proud triody mnohem silněji než anodové napětí stejné hodnoty. Proto je v triodě anodový proud řízen změnou síťového napětí, nikoli anodového napětí.

Hlavními charakteristikami triody jsou rodiny statických charakteristik anoda-mřížka (přenosové), odebrané při různých anodových napětích U a k (obr. 3.3, a), a anodové (výstupní) charakteristiky I a = f (U ak), uvažované při různá napětí sítě (obr. 3.3, b).

Nevýhodou triody je velká průchozí kapacita (kapacita mezi mřížkou a anodou) a malý statický zisk. Tyto nevýhody jsou eliminovány zavedením druhé mřížky do EUL.

Tetrode. Jedná se o čtyřelektrodovou elektronicky řízenou lampu obsahující katodu, anodu a dvě mřížky (obr. 3.4, a). První mřížka, umístěná v blízkosti katody, se používá stejně jako u triody k řízení anodového proudu a nazývá se řídicí mřížka. Druhá mřížka, umístěná mezi první mřížkou a anodou, je jakousi clonou mezi těmito elektrodami. V důsledku stínícího efektu druhé mřížky, propustnosti výbojky a vlivu anodového napětí na

Potenciální bariéra na povrchu katody. Pro vytvoření usměrněného pohybu elektronů od katody k anodě je proto na druhou mřížku, nazývanou stínící, přivedeno kladné napětí U c 2 k, které je stejné nebo o něco menší než anodové napětí. V tomto případě část elektronů narazí na stínící mřížku a vytvoří proud I c2 této mřížky.

Elektrony dopadající na anodu z ní vyrazí sekundární elektrony. Když (a takové případy nastanou při provozu tetrody), sekundární elektrony jsou přitahovány stínící mřížkou, což vede ke zvýšení proudu stínící mřížky a snížení anodového proudu. Tento jev se nazývá dynatronový efekt. Aby se eliminoval dynatronový efekt, který omezuje pracovní oblast EUL, je mezi anodou a stínící sítí vytvořena potenciální bariéra pro sekundární elektrony. Taková bariéra vzniká zvýšením hustoty toku elektronů v důsledku jeho fokusace v tetrodách svazku (obr. 3.4, b) nebo zavedením třetí mřížky, která má zpravidla nulový potenciál, mezi stínící mřížku a anodu.

Pentoda. Pětielektrodová EUL se nazývá pentoda (obr. 3.4, i). Nulový potenciál třetí mřížky, která se nazývá antidynatron nebo ochranná, je zajištěna jejím elektrickým připojením ke katodě.

Hlavními charakteristikami tetrod a pentod jsou rodiny statické anody (výstupu) at a grid-anoda at charakteristiky, které jsou brány při konstantním napětí U c 2k a vyneseny do stejného grafu (obr. 3.5).

Parametry charakterizující zesilovací vlastnosti EUL jsou:

sklon charakteristiky anoda-mřížka

vnitřní (diferenciální) odpor

statický zisk

Parametry S, a , nazývané diferenciální, spolu souvisí vztahem.

Katodové trubice

Katodové trubice (CRT) jsou elektronická vakuová zařízení, která využívají proud elektronů koncentrovaných ve formě paprsku. Tato zařízení mají tvar trubky prodloužené ve směru paprsku. Hlavními prvky CRT jsou skleněný válec nebo žárovka, elektronický reflektor, vychylovací systém a obrazovka (obr. 3.6).

Válec 7 slouží k udržení požadovaného vakua v CRT a ochraně elektrod před mechanickými a

klimatické dopady. Část vnitřního povrchu válce je pokryta grafitovým filmem 8, zvaným aquadag. Na aquadag je přivedeno kladné napětí vzhledem ke katodě.

Elektronický reflektor je navržen tak, aby vytvořil fokusovaný elektronový paprsek (svazek) s požadovanou proudovou hustotou. Skládá se z termionické katody 2, uvnitř které je ohřívač 1, řídicí elektroda 3, nazývaná modulátor, první 4 a druhých 5 anod. Modulátor a anody jsou vyrobeny ve formě dutých válců, koaxiálních s válcovou katodou.

Modulátor je připojen ke zdroji záporného napětí, nastavitelné od nuly do několika desítek voltů. Na anody jsou aplikována kladná napětí: několik set voltů pro první a několik kilovoltů pro druhé.

Mezi modulátorem a první anodou se vytvoří nerovnoměrné elektrické pole, které soustředí všechny elektrony emitované z katody a procházející otvorem modulátoru v určitém bodě na ose CRT v dutině první anody. Toto elektrické pole se nazývá elektrostatická čočka.

Mezi první a druhou anodou je vytvořena druhá elektrostatická čočka. Na rozdíl od prvního, krátkého ohniska, je to dlouhé ohnisko: jeho ohnisko je umístěno na ose CRT v rovině obrazovky 9.

Změna napětí modulátoru vede ke změně počtu elektronů, které mohou překonat potenciálovou bariéru na katodě a vstoupit do urychlujícího elektrického pole první anody. V důsledku toho napětí modulátoru určuje hustotu elektronového paprsku a jas svítícího bodu na obrazovce CRT. Zaostření paprsku na obrazovce CRT je dosaženo změnou nerovnoměrného elektrického pole druhé elektrostatické čočky změnou napětí první anody.

Vychylovací systém slouží k nasměrování zaostřeného elektronového paprsku do libovolného bodu na obrazovce. Toho je dosaženo vystavením elektronového paprsku příčnému elektrickému nebo magnetickému poli.

Při vychylování elektronového paprsku elektrickým polem (elektrostatická výchylka) působí vychylovací napětí na dva vzájemně kolmé páry rovnoběžných desek 6. Elektronový paprsek procházející mezi deskami je vychylován směrem k desce s vyšším potenciálem. Desky, mezi nimiž elektrické pole vychyluje elektronový paprsek v horizontálním směru, se nazývají horizontální vychylování nebo X-desky a ve vertikálním směru - vertikální vychylování nebo Y-desky.

Hlavním parametrem elektrostatického vychylovacího systému je vychylovací citlivost S, definovaná jako poměr vychýlení svítícího bodu na CRT obrazovce k vychylovacímu napětí. Pro moderní CRT S E = 0,1 ... 3 mm/V.

Spolu s elektrostatickým se využívá také magnetické vychylování elektronového paprsku. Vychylovací magnetické pole je vytvářeno proudem procházejícím dvěma páry cívek umístěných vzájemně kolmo ke krku CRT.

Obrazovky 9 katodových trubic, používaných k přeměně elektrických signálů na světlo, jsou potaženy speciálním složením - fosforem, který září, když na něj dopadne soustředěný proud elektronů. Jako fosfor se používají sulfidy zinku a zinku-kadmia, křemičitan zinečnatý (willemit), wolframany vápenaté a kadmia. Takové obrazovky se nazývají fluorescenční.

Pouze část energie elektronového paprsku se spotřebuje na záři fosforu. Zbytek energie paprsku se přenese na elektrony stínítka a způsobí emisi sekundárních elektronů z povrchu stínítka. Sekundární elektrony jsou přitahovány aquadagem, který je obvykle elektricky spojen s druhou anodou.

CRT obrazovky používané k výrobě barevných obrázků obsahují fosforová zrna s modrou, červenou a zelenou luminiscencí - triády uspořádané v určitém pořadí. V hrdle tubusu jsou tři autonomní elektronické reflektory. Jsou umístěny tak, že jejich elektronové paprsky se protínají v určité vzdálenosti od stínítka. V rovině průsečíku paprsků je instalována stínová maska, ve které je velké množství otvorů. Po průchodu otvory v masce dopadá každý z elektronových paprsků na svůj prvek triády (obr. 3.7).

Smícháním tří barev různého jasu se získá záře požadované barvy.

Kromě fluorescenčních existují dielektrické obrazovky. Elektronový paprsek, pohybující se přes takovou clonu, vytváří ve svých úsecích různé náboje, tedy jakýsi potenciální reliéf, který může přetrvávat po dlouhou dobu. Dielektrické obrazovky se používají v úložných CRT, nazývaných potenciáloskopy.

ZAŘÍZENÍ NA VYPUŠTĚNÍ PLYNU

Princip činnosti plynových výbojových zařízení (GD) je založen na elektrických jevech vyskytujících se v plynném prostředí.

Hydraulické lámací válce jsou plněny inertními plyny (neon, argon, helium atd.), jejich směsmi, vodíkem nebo parami rtuti. Za normálních podmínek je většina atomů a molekul plynu elektricky neutrální a plyn je dobrým dielektrikem. Zvýšení teploty, vystavení silným elektrickým polím nebo vysokoenergetickým částicím způsobuje ionizaci plynu. Ionizace plynu, ke které dochází, když se rychle se pohybující elektrony srazí s neutrálními atomy plynu, se nazývá nárazová ionizace. Je doprovázen výskytem volných elektronů a kladných iontů, což vede k výraznému zvýšení elektrické vodivosti plynu. Vysoce ionizovaný plyn se nazývá elektron-iontová plazma nebo jednoduše plazma.

Spolu s procesem ionizace plynu existuje také zpětný proces zvaný rekombinace. Vzhledem k tomu, že celková energie elektronu a kladného iontu je větší než energie neutrálního atomu, při rekombinaci se část energie uvolňuje, což je doprovázeno zářím plynu.

Proces průchodu elektrického proudu plynem se nazývá elektrický výboj v plynu. Proudově-napěťová charakteristika plyno-výbojové mezery je na Obr. 3.8.

Při napětí U 3, nazývaném zápalné napětí, nabývá ionizace plynu lavinovitého charakteru. Odpor plynové výbojové mezery anoda - katoda prudce klesá a ve výboji plynu se objevuje doutnavý výboj (sekce CD). Spalovací napětí U r, které podporuje doutnavý výboj, je o něco menší než zapalovací napětí. Během doutnavého výboje se kladné ionty pohybují směrem ke katodě a dopadem na její povrch zvyšují počet elektronů emitovaných z ní v důsledku zahřívání a sekundárního

žádné emise elektronů. Vzhledem k tomu, že není potřeba externí ionizátor, doutnavý výboj se nazývá samoudržovací, na rozdíl od výboje v sekci AB, který pro svůj vzhled vyžaduje externí ionizátor (kosmické záření, termionická emise atd.) a nazývá se ne soběstačný. Při výrazném zvýšení proudu v zóně hydraulického štěpení dochází k obloukovému výboji (sekce EF). Pokud je obloukový výboj podporován termionickou emisí katody v důsledku jejího zahřívání kladnými ionty dopadajícími na povrch, nazývá se výboj samoudržovací. Jestliže termionická emise katody vzniká jejím ohřevem z externího zdroje napětí, pak se obloukový výboj nazývá nesamoudržovací.

Doutnavý výboj doprovázený plynovým svitem se používá v neonových lampách, znakových a lineárních indikátorech plynových výbojů, zenerových diodách a některých dalších zařízeních pro hydraulické štěpení.

Indikátory vypouštění plynu. Významné indikátory výboje se skládají z plynem naplněného válce, deseti katod a jedné společné anody. Katody jsou ve formě čísel, písmen nebo jiných symbolů. Napětí je přivedeno na anodu a jednu z katod přes omezovací odpor. Mezi těmito elektrodami vzniká doutnavý výboj, který má tvar katody. Přepínáním různých katod lze zobrazit různá znamení. Univerzálnější jsou indikátory segmentových znamének. Segmentový doutnavý indikátor IN-23 sestávající z 13 segmentů tak umožňuje při vhodném přepínání segmentových katod zvýraznit libovolné číslo od 0 do 9, písmeno ruské nebo latinské abecedy.

Lineární indikátory výboje plynu (LGI) zobrazují informace o napětí nebo proudu v obvodu ve formě světelných bodů nebo čar. Poloha bodu a délka vedení jsou úměrné napětí nebo proudu v obvodu. Systém elektrod LGI má podlouhlý válcový tvar.

Zenerova dioda s plynovou výbojkou. Zenerova dioda (obr. 3.9, a) má dvě elektrody - katodu 1, vyrobenou ve formě dutého válce, a anodu 3 ve formě tenké tyče umístěné podél osy katody. Pro snížení zapalovacího napětí je na vnitřní stranu katody přivařen malý kolík 2, nazývaný zapalovací elektroda.

Činnost doutnavé zenerovy diody je založena na udržování téměř konstantního spalovacího napětí na jejích elektrodách, když se proud protékající zenerovou diodou mění ve významných mezích (sekce CD na obr. 3.8).

Zenerovy diody se používají ke stabilizaci napětí ve stejnosměrných obvodech.

Thyratron. Složitějším zařízením na hydraulické štěpení je tyratron. Obsahuje katodu, anodu a jednu nebo více řídicích elektrod nazývaných mřížky. Tyratron může být ve dvou stabilních stavech: nevodivý a vodivý. Na Obr. 3.9, b znázorňuje zařízení tyratronu se studenou katodou typu MTX-90. Tyratron se skládá z válcové katody 1, tyčové kovové anody 2 a kovového pletiva 3 vyrobeného ve formě podložky. Když se na mřížku přivede malé kladné napětí vzhledem ke katodě, mezi mřížkou a katodou se objeví pomocný „tichý“ výboj. Když se na anodu přivede kladné napětí, výboj se přenese na anodu. Čím větší je pomocný výbojový proud v síťovém obvodu, tím nižší je zapalovací napětí tyratronu. Poté, co dojde k výboji mezi katodou a anodou, neovlivní změna síťového napětí proudovou sílu tyratronu a proud přes tyratron lze zastavit snížením anodového napětí na hodnotu nižší, než je spalovací napětí.

Tyratrony s doutnavým výbojem spotřebovávají velmi málo energie, pracují v širokém teplotním rozsahu, nejsou citlivé na krátkodobé přetížení a jsou připraveny k okamžité akci. Díky těmto vlastnostem se používají v pulzní zařízení, generátory, některé jednotky počítačů, reléová zařízení, zobrazovací zařízení atd.

FOTOVOLTAICKÁ ZAŘÍZENÍ

Mezi elektrovakuová a plynová výbojová fotoelektrická zařízení patří fotobuňky a fotonásobiče, jejichž princip činnosti je založen na využití vnějšího fotoelektrického jevu.

Fotobuňka (obr. 3.10) má skleněnou baňku 2, ve které vzniká vakuum (elektrická vakuová fotobuňka

ment) nebo která je naplněna inertním plynem (plynový výbojový fotočlánek) Skládá se z anody a fotokatody Fotokatoda je vnitřní povrch baňky 3 (s výjimkou malé plochy - okénko 1), pokrytý vrstva stříbra, na kterou je nanesena vrstva oxidu cesného. Anoda 4 je vyrobena ve formě prstence, aby nerušila tok světla. Anoda a katoda jsou opatřeny přívody 6 procházejícími plastovým držákem 5 baňky.

Když je fotokatoda osvětlena světelným tokem, elektrony jsou z ní vyraženy. Pokud je na anodu aplikováno kladné napětí vzhledem ke katodě, elektrony vyražené z fotokatody budou přitahovány k anodě, čímž se v jejím obvodu vytvoří fotoproud I f. Závislost fotoproudu na světelném toku Ф se nazývá světelný cha-

vlastnosti fotobuňky. Fotoproud také závisí na napětí U aplikovaném mezi fotokatodou a anodou. Tato závislost se nazývá anodická charakteristika proud-napětí. Má výraznou oblast nasycení, ve které fotoproud málo závisí na anodovém napětí (obr. 3.11, a)

Ve fotočláncích s plynovým výbojem způsobuje zvýšení napětí U ionizaci plynu a zvýšení fotoproudu (obr. 3.11, b).

Vzhledem k nízké hodnotě fotoproudu (až několik desítek mikroampérů u vakuových fotočlánků a několik jednotek mikroampérů u plynových výbojových fotočlánků) se fotočlánky obvykle používají s lampovými nebo tranzistorovými zesilovači.

Fotonásobič (PMT) se nazývá EVP, ve kterém je fotoelektronový emisní proud zesílen v důsledku sekundární emise elektronů. Ve skleněné nádobě PMT (obr. 3.12), ve které je udržováno vysoké vakuum, jsou kromě fotokatody K a anody A další elektrody, které jsou emitory sekundárních elektronů a nazývají se dynody. Počet dynod ve fotonásobiči může dosáhnout 14. Na dynody jsou aplikována kladná napětí a napětí dynod se zvyšují se vzdáleností od fotokatody. Napětí mezi sousedními dynodami je asi 100 V. Při osvětlení fotokatody vylétají z jejího povrchu elektrony, které jsou urychlovány elektrickým odstraňovacím polem prvního

dynodu a dopadnou na první dynodu a vyrazí z ní sekundární elektrony. Počet posledně jmenovaných je několikrát větší než počet elektronů emitovaných z fotokatody. Pod vlivem elektrického pole mezi první a druhou dynodou vstupují elektrony emitované z první dynody do druhé dynody D2 a vyřazují z ní sekundární elektrony. Počet sekundárních elektronů vyřazených z dynody D2 je několikrát větší než počet elektronů, které ji zasáhly. Na každé dynodě tedy dochází ke zvýšení počtu sekundárních elektronů. V důsledku toho se v PMT fotoproud katody znásobí, což umožňuje jejich použití pro měření velmi nízkých světelných toků. Výstupní proud PMT dosahuje několika desítek miliampérů.

Testové otázky a úkoly

1. Vysvětlete princip řízení anodového proudu v EUL pomocí napětí řídicí sítě.

2. Vyjmenujte hlavní části CRT pro řízení elektrostatického paprsku a vysvětlete jejich účel.

3. Vyjmenujte hlavní typy výtlačných zařízení a oblastí
jejich aplikací.

4. Stručně popište vnější fotoelektrický jev. Co
Jak se tento jev využívá ve fotobuňkách a fotonásobičích?

Související informace.

Definice . Elektrická vakuová zařízení jsou zařízení, jejichž princip činnosti je založen na využití elektrických jevů v plynech nebo vakuu probíhajících v pracovním prostoru izolovaném od okolí plynotěsným pláštěm (válcem).

Elektrovakuová a plynová výbojová zařízení jsou vyrobena ve formě skleněného, ​​keramického nebo kovového válce, uvnitř kterého jsou umístěny elektrody v podmínkách vysokého vakua nebo inertního plynu: katoda, anoda, mřížky. Katoda je zářič (emitor) volných elektronů, anoda je kolektor (kolektor) nosičů náboje. Anodový proud je řízen pomocí mřížek nebo řídicích elektrod.

Abychom získali představu o elektrických vakuových a plynových výbojových zařízeních používaných v leteckých elektronických zařízeních, zvažte jejich klasifikaci.

Klasifikace a symbolické grafické označení

1. Podle počtu elektrod se elektronická zařízení dělí na dvouelektrodové (vakuová dioda), tříelektrodové (vakuová trioda) a víceelektrodové výbojky.

Rýže. 1.

Elektrovakuová dioda - Jedná se o dvouelektrodovou výbojku skládající se z katody a anody. Pokud je napětí na anodě kladné vzhledem ke katodě, pak se elektrony emitované katodou pohybují směrem k anodě a vytvářejí anodový proud. Když je napětí záporné, na anodě není žádný proud, proto dioda vede pouze jedním směrem. Tato vlastnost diody určuje její hlavní účel - usměrnění střídavého proudu. Symbolické grafické označení elektrické vakuové diody je na Obr. 1.

Elektrovakuová trioda- Jedná se o tříelektrodovou lampu, ve které je mřížka umístěna mezi anodou a katodou. Mřížka je určena k regulaci anodového proudu. Síťové napětí mění pole mezi anodou a katodou a tím ovlivňuje anodový proud. Pokud je napětí na mřížce vůči katodě záporné, pak má inhibiční účinek na elektrony emitované katodou, v důsledku čehož anodový proud klesá. Když je síťové napětí kladné, má urychlující účinek na elektrony a zvyšuje anodový proud. V tomto případě část elektronů zasáhne mřížku a vytvoří mřížkový proud. V důsledku toho je mřížka řídicí elektrodou, jejíž napětí umožňuje měnit anodový proud.

Konvenční grafické označení elektrické vakuové triody je na Obr. 2.

Rýže. 2.

Pro zvýšení účinku na anodový proud je mřížka umístěna blíže ke katodě. Když je napětí na síti záporné, prakticky v ní není žádný proud.

Rýže. 3. Konvenční grafické označení triod: a - s katodovou mřížkou; b - s mřížkou obrazovky

NA multigrid lampy vztahovat se: tetrody- se dvěma mřížkami, pentody- se třemi mřížkami, hexody- se čtyřmi mřížkami, heptody- s pěti mřížkami a oktody- se šesti mřížkami. Nejběžnější jsou tetrody a pentody.

U tetrody jedna z mřížek se nazývá řídicí mřížka a má záporné napětí. Druhá mřížka je umístěna buď mezi řízením a anodou nebo mezi řízením a katodou. V prvním případě se taková mřížka nazývá stínění, ve druhém - katoda.

Konvenční grafické označení elektrických vakuových tetrod je na Obr. 3.

U tetrod se stínící mřížkou je katodový proud distribuován mezi stínící mřížku a anodu. Hlavní výhodou takové tetrody je snížení kapacity mezi anodou a řídicí mřížkou. Stínící síť snižuje tuto kapacitu na zlomky pikofaradu a snižuje propustnost anody.

Blízkost stínící mřížky k anodě má však nevýhodu, že při nízkém napětí se anoda objevuje dynatronový efekt- snížení anodového proudu v důsledku sekundární emise (pokles anodové charakteristiky (obr. 3.4)). V tomto případě se sekundární elektrony nevracejí zpět ke katodě, ale jsou zachyceny stínící mřížkou.

Pentoda nazývaná lampa se třemi mřížkami. Zavedení třetí mřížky je způsobeno nutností eliminovat dynatronový efekt charakteristický pro tetrodu. Tato mřížka se nazývá ochranná (neboli antidynatronová) a nachází se mezi stínící mřížkou a anodou. Napětí na této mřížce se obvykle rovná napětí na katodě, za tímto účelem se někdy připojuje ke katodě uvnitř baňky. Dynatronový efekt je eliminován díky potenciální bariéře vytvořené v prostoru mezi anodou a stínícím pletivem. Tato potenciální bariéra zároveň nepředstavuje významnou překážku pro pohyb elektronů směrem k anodě vysokou rychlostí.

2. Podle konstrukčních vlastností vláknového obvodu se elektronky dělí na výbojky s přímo žhavenými katodami a výbojky s nepřímo žhavenými katodami.

Katoda s přímým vláknem je kovové vlákno vyrobené z materiálu s vysokou odolností (wolfram nebo tantal), kterým prochází žhavící proud. Tato katoda se vyznačuje nízkými tepelnými ztrátami, jednoduchostí konstrukce a nízkou tepelnou setrvačností. Nevýhodou takové katody je, že musí být napájena stejnosměrným proudem. Při napájení střídavým proudem o frekvenci 50 Hz se emisní proud mění s dvojnásobnou frekvencí napájecího napětí, čímž vzniká nežádoucí nízkofrekvenční šum na pozadí.

Katoda s nepřímým vláknem představuje trubici obsahující uvnitř vlákno. Vlákno je izolováno od katody. V důsledku toho jsou teplotní a emisní proudové pulsace při napájení vlákna střídavým proudem prakticky vyrovnány.

• 3. Podle účelu lampy se dělí na přijímače-zesilovače, generátor, frekvenční měnič, detektor, měření a tak dále.
• 4. V závislosti na provozním frekvenčním rozsahu rozlišovat mezi lampami nízká ( od 1 do 30 MHz), vysoký(od 30 do 600 MHz) a ultra vysoká(přes 600 MHz) frekvence.
• 5. Podle typu elektronického vyzařování rozlišit lampy s termionický, sekundární A fotoelektronické emisí.

Emise elektronů je nezbytná k vytvoření toku elektronů uvnitř elektrického vakuového zařízení mezi elektrodami.

Termionická emise je proces elektronů opouštějících pevná nebo kapalná tělesa do vakua nebo plynu.

Emise sekundárních elektronů se týká emise elektronů tělesem v důsledku bombardování elektrony emitovanými jiným tělesem.

Fotoelektronová emise označuje emisi elektronů tělesem umístěným v toku zářivé energie.

2.1.2 Charakteristiky a parametry

Charakteristiky lampy vyjadřují závislost proudů na napětích v jejích různých obvodech. Vlastnosti elektronek se posuzují podle anodický nebo anodová mřížka statické charakteristiky.

Anoda statická charakteristika je graficky vyjádřená závislost anodového proudu já A od napětí na anodě U A. Závislost já A = F(U A) je odstraněn pro několik hodnot konstantního napětí U S(výjimkou je anodová charakteristika diody). Vzhled charakteristika anody je určena počtem elektrod v lampě (obrázek 4).

Rýže. 4. Anodové charakteristiky elektronek: a - dioda; b - trioda; c - tetroda; g - pentoda

Statické charakteristiky anoda-mřížka jsou graficky vyjádřené závislosti anodového proudu já A od síťového napětí U C při pevných hodnotách anodového napětí U A. Stejné jako u charakteristik anodické závislosti já A = f(U S ) vzato pro několik konstantních hodnot anodového napětí Ua. (Obrázek 5).

Čím vyšší je anodové napětí U A, čím výše a vlevo jsou charakteristiky anodové mřížky umístěny já A = f(U S ) . To se vysvětluje tím, že při vyšším anodovém napětí musí být na mřížku přivedeno větší záporné napětí, aby výsledné elektrické pole v prostoru mezi katodou a mřížkou zůstalo nezměněno.

NA základní elektrické parametry vakuové diody zahrnují následující: vakuové zařízení na výboj plynu

1. Vnitřní DC odpor:

Kde U A- konstantní složka anodového napětí, já A- konstantní složka anodového proudu.

Rýže. 5. Anodově mřížkové charakteristiky elektronek: a - trioda; b - pentoda

2. Vnitřní diferenciální odpor R d Dioda představuje odpor prostoru mezi anodou a katodou pro střídavý proud. Je to převrácená hodnota sklonu a určuje se pomocí statických charakteristik anody (obr. 3.4, a):

a obvykle dosahuje stovek a někdy desítek ohmů.

Obvykle odpor R 0 více R d .

3. Svah S ukazuje, jak se mění anodový proud při změně anodového napětí a je vyjádřen následující závislostí:

• 4. Napětí vlákna U n- napětí dodávané do ohřívače. Tato hodnota je hodnota pasu. Při nedostatečném zahřátí výbojky klesá teplota katody a tím i emisní proud. Když se napětí vlákna prudce zvýší U nživotnost katody je výrazně snížena, takže napětí vlákna by se nemělo lišit o více než 10% od jmenovitého.
• 5. Emisní proud I E - maximální proud, který lze získat jako výsledek emise elektronů termionickou katodou. Je reprezentován celkovým nábojem elektronů, které opustily termionickou katodu za jednu sekundu.
• 6. Přijatelný zpětné napětí dioda U arr max- maximální záporné napětí na anodě, které dioda vydrží, aniž by narušila vlastnosti jednosměrné vodivosti.

Parametry některých sériových vakuových diod jsou uvedeny v tabulce. 1.

Tabulka 1. Hlavní parametry sériových vakuových diod

Mezi hlavní elektrické parametry elektronek skládajících se ze tří nebo více elektrod patří:

1. Vnitřní (výstupní) odpor lampy je odporem mezera mezi anodou a katodou výbojky pro střídavou složku anodového proudu je určena vzorcem:

Kde U A - změna napětí na anodě, V; já A- změna anodového proudu, mA. U vakuových diod se vnitřní odpor nazývá odpor střídavého proudu a je definován jako:

2. Sklon charakteristiky S ukazuje, o kolik miliampérů se změní anodový proud lampy, když se napětí na řídicí mřížce změní o 1 V at konstantní napětí na anodě a dalších mřížkách:

Kde U S - změna síťového napětí, V.

Je třeba poznamenat, že čím větší je strmost, tím silnější je regulační působení mřížky a tím vyššího zisku lampy lze dosáhnout, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné.

3. Statický zisk ukazuje, kolikrát má změna napětí na první mřížce silnější vliv na anodový proud než změna anodového napětí. Zisk je určen poměrem změny anodového napětí ke změně napětí sítě, které stejně ovlivňují anodový proud:

4. Výkon rozptýlený na anodě je určen vzorcem:

5. Výstupní výkon Pout charakterizuje užitečný výkon dodávaný lampou do vnějšího obvodu.

Parametry některých sériových triod, tetrod a pentod jsou uvedeny v tabulce. 2.

Tabulka 2. Základní parametry sériových triod, tetrod a pentod

Elektrovakuová zařízení.

1. Elektrovakuum jsou zařízení, ve kterých je elektrická vodivost prováděna elektrony nebo ionty pohybujícími se mezi elektrodami prostřednictvím vakua nebo plynu. Elektrovakuová zařízení se dělí na elektronicky řízené žárovky, elektronový paprsek A zařízení na vypouštění plynu.

Základními konstrukčními prvky každého elektrického vakuového zařízení jsou elektrody umístěné uvnitř válce (plynotěsný plášť). Elektroda elektrického vakuového zařízení je vodič, který emituje (emituje) nebo sbírá elektrony (ionty) nebo řídí jejich pohyb od elektrody k elektrodě pomocí elektrického pole. Podle účelu se rozlišují elektrody elektrického vakuového zařízení: katodové, anodové a řídicí.

^ Katoda– je zdrojem elektronů v elektrickém vakuovém zařízení.

Anoda– urychlovací elektroda - obvykle slouží jak jako výstupní elektroda, tak jako hlavní kolektor (kolektor) elektronů.

Manažeři nazývaná elektroda určená k řízení hlavního toku elektronů. Pokud je řídicí elektroda vyrobena ve formě mřížky, často se nazývá kontrolní mřížka. Elektrody jsou vyráběny ve formě závitů, plochých desek, dutých válců a spirál; jsou upevněny uvnitř válce na speciálních držácích - traverzách a slídových nebo keramických izolátorech. Konce držáků jsou zapájeny do skleněné základny válce.

Válce Elektrovakuová zařízení jsou plynotěsné pláště vyrobené ze skla, kovu nebo keramiky. Ve válcích elektronicky řízených lamp se vytváří vakuum 10 -8 ... 10 -4 Pa a ve válcích zařízení na vypouštění plynu - 10 -1 ... 10 4 Pa.

^ První elektrovakuové zařízení na světě – žárovku vynalezl v roce 1873 ruský vědec A.N. Lodygin. V roce 1883 americký vynálezce T.A. Edison objevil efekt jednosměrného toku elektronů ve vakuu z rozžhaveného vlákna na kovovou desku, pokud je na ně aplikován určitý potenciálový rozdíl, například připojením ke galvanickému článku. Tak se objevil prototyp elektronky. V té době taková lampa nemohla najít praktické uplatnění, ale práce na studiu jejích vlastností a podmínek pro průchod elektronů ve vakuu pokračovaly.
^ 2. Fyzikální základy činnosti elektronicky řízených svítidel.

Elektronicky ovládaná lampa se nazývá elektrovakuové zařízení, jehož činnost je založena na řízení proudu omezeného prostorovým nábojem pomocí elektrodových potenciálů. Podle účelu se elektronicky řízené výbojky dělí na výbojky generátorové, modulátorové, řídící, zesilovací a usměrňovací. Podle typu práce se rozlišují kontinuální a pulzní lampy a podle frekvenčního rozsahu - nízkofrekvenční, vysokofrekvenční a ultravysokofrekvenční. Podle počtu elektrod se výbojky dělí na diody, triody, tetrody, pentody, hexody, heptody, oktody, ennody a dekódy.

^ Elektronické vyzařování nazývá se emise elektronů z povrchu látek do okolního prostoru. V kovech, ze kterých jsou vyrobeny katody elektrických vakuových zařízení, jsou volné elektrony ve stavu chaotického nepřetržitého tepelného pohybu a mají určitou kinetickou energii v závislosti na teplotě katody.

Termionické nazývá se emise elektronů způsobená pouze ohřevem katody (elektrody). V důsledku zahřívání kovu se zvyšuje kinetická energie elektronů a jejich rychlost. Princip činnosti termionických katod, které jsou široce používány v elektronicky řízených lampách, je založen na fenoménu termionické emise.
^ 3. Zařízení s elektronovým svazkem.

Elektronový paprsek se nazývají taková elektrovakuová zařízení, která využívají proud elektronů soustředěných do úzkého paprsku - elektronový paprsek řízený jak intenzitou, tak polohou v prostoru. Jedním z nejběžnějších zařízení s katodovým paprskem je přijímací katodová trubice (CRT).

CRT transformuje elektrický signál do optického obrazu. Existuje několik typů přijímacích CRT: projekční, oscilografické, indikátorové, znakové, barevné, monochromatické, světelné ventily a obrazovky.

Moderní obrazové trubice používají řízení smíšeného paprsku. K zaostření se používá elektrické pole a k vychýlení paprsku magnetické pole.

^ CRT označení. Prvním prvkem označení CRT je číslo, které udává velikost obrazovky - její průměr nebo úhlopříčku (u obrazovek s obdélníkovou obrazovkou). Druhým prvkem jsou dvě písmena označující typ elektronky (například LO - oscilografický se systémem řízení elektrostatického paprsku, LC - obrazové trubice s magnetickým vychylováním paprsku). Za písmeny je číslo, kterým se porovnávají trubky stejného typu s různými parametry. Na konci označení je písmeno, které určuje barvu obrazovky (B - bílá, C - barevná, I - zelená, A - modrá atd.). Například 40LK6B je kineskop s obrazovkou o velikosti úhlopříčky 40 cm, 6. varianta designu, která má bílá barva záře obrazovky. Zahraniční výrobní společnosti obvykle udávají velikost úhlopříčky kineskopu v palcích (1 palec se rovná 2,54 cm).
^ 4. Zařízení na odvod plynu. Fyzikální principy činnosti plynových výtlačných zařízení.

Elektrický výboj v plynech (nebo parách) je soubor jevů, které se v nich vyskytují při průchodu elektrického proudu. Elektrovakuová zařízení, jejichž elektrické charakteristiky jsou dány především ionizací záměrně přiváděného plynu nebo páry, se nazývají vypouštění plynu.

Patří sem například iontové a rtuťové ventily, tyratrony, iontové pojistky, indikátory doutnavého výboje.

Na rozdíl od elektronicky řízených výbojek se v těchto zařízeních na tvorbě proudu podílejí nejen elektrony, ale také nabité částice (atomy, molekuly) plynu nebo páry - ionty.

^ Zařízení na vypouštění plynu Skládají se z plynotěsného válce (obvykle skleněného) naplněného inertním plynem, vodíkem nebo párou rtuti a soustavou kovových elektrod. Tlak plynu v láhvi se v závislosti na typu zařízení pohybuje od 10 -1 do 10 3 Pa a někdy dosahuje 10 4 Pa.

Bez vystavení zdrojům ionizace se plyny skládají z neutrálních atomů a molekul, takže prakticky nevedou elektrický proud. Proud teče plynem (jako každým médiem) pouze tehdy, jsou-li v tomto prostředí volné elektricky nabité částice - nosiče náboje. V plynu mohou vznikat, pokud jsou elektrony „odtrženy“ od neutrálních atomů (nebo molekul) působením nějakého zdroje energie. V tomto případě se tvoří nosiče náboje různých značek: elektrony - záporné náboje a kladné ionty - atomy plynu, které ztratily elektrony - kladné náboje.

V reálných podmínkách je jakýkoli plyn vždy ovlivněn (i když velmi slabě) okolní teplotou, kosmickým a radioaktivní záření průmyslová zařízení atd., přispívající k tvorbě nabitých částic. Proto jsou v jakémkoli objemu plynu vždy elektrony a ionty, které mohou způsobit elektrický výboj. V elektrickém výboji se rozlišují tři procesy: excitace atomů, jejich ionizace a rekombinace nosičů náboje různých znaků.

Excitace atomů je proces přechodu jednoho z jeho vnějších elektronů na oběžnou dráhu vzdálenější od jádra v důsledku energie získané v důsledku srážky s volným elektronem. Tento stav atomu je nestabilní a netrvá dlouho: od několika do desítek nanosekund. Elektron se poté vrátí na svou původní dráhu a atom vyzařuje energii přijatou při srážce do vesmíru. Tato energie se uvolňuje ve formě elektromagnetického záření, často doprovázeného viditelnou září z plynu.

Atomová ionizace je proces tvorby iontů a volných elektronů z elektricky neutrálních atomů.