Appareils à électrovide : principe de fonctionnement, exemples. Les ampoules à incandescence de Thomas Edison

Les appareils à électrovide se sont généralisés. À l'aide de ces dispositifs, il est possible de convertir l'énergie électrique d'un type en énergie électrique d'un autre type, différant par la forme, l'amplitude et la fréquence du courant ou de la tension, ainsi que l'énergie de rayonnement en énergie électrique et vice versa.

Avec de l'aide appareils à électrovide Mur de presse anniversaire de Gorreklama Voronezh.

il est possible de réguler diverses quantités électriques, lumineuses et autres en douceur ou par étapes, à vitesse élevée ou faible et avec une faible consommation d'énergie pour le processus de régulation lui-même, c'est-à-dire sans diminution significative de l'efficacité, caractéristique de nombreuses autres méthodes de régulation et de contrôle .

Ces avantages des appareils à électrovide ont conduit à leur utilisation pour le redressement, l'amplification, la génération et la conversion de fréquence de divers courants électriques, l'oscillographie de phénomènes électriques et non électriques, le contrôle et la régulation automatiques, la transmission et la réception d'images de télévision, diverses mesures et d'autres processus.

Les appareils à électrovide sont des appareils dans lesquels l'espace de travail, isolé par une coque étanche aux gaz, présente un degré de vide élevé ou est rempli d'un milieu spécial (vapeurs ou gaz) et dont l'action repose sur l'utilisation de phénomènes électriques dans un vide ou un gaz.

Les appareils à électrovide sont divisés en appareils électroniques, dans lesquels un courant purement électronique passe dans le vide, et en appareils ioniques (décharge gazeuse), caractérisés par une décharge électrique dans un gaz ou une vapeur.

Dans les appareils électroniques, l'ionisation est pratiquement absente et, si elle est observée dans une faible mesure, elle n'a pas d'effet notable sur le fonctionnement de ces appareils. La raréfaction des gaz dans ces appareils est estimée à une pression de gaz résiduelle inférieure à 10-6 mm Hg. Art., caractéristique du vide poussé.

Dans les appareils ioniques, la pression des gaz résiduels est de 10 à 3 mm Hg. Art. et plus haut. À cette pression, une partie importante des électrons en mouvement entre en collision avec des molécules de gaz, conduisant à une ionisation et, par conséquent, dans ces dispositifs, les processus sont électron-ioniques.

Le fonctionnement des appareils à vide électrique conducteur (sans décharge) repose sur l'utilisation de phénomènes liés au courant électrique dans des conducteurs solides ou liquides situés dans un gaz raréfié. Dans ces appareils, il n’y a pas de décharge électrique dans le gaz ou sous vide.

Les appareils à électrovide sont divisés selon divers critères. Un groupe spécial est constitué de tubes à vide, c'est-à-dire d'appareils électroniques conçus pour diverses transformations de grandeurs électriques. Ces lampes, selon leur destination, sont des générateurs, des amplificateurs, des redresseurs, des convertisseurs de fréquence, des détecteurs, des lampes de mesure, etc. La plupart d'entre elles sont conçues pour fonctionner en mode continu, mais des lampes sont également produites pour le mode pulsé. Ils créent des impulsions électriques, c'est-à-dire des courants de courte durée, à condition que la durée des impulsions soit bien plus courte que les intervalles entre les impulsions.

Les appareils à électrovide sont également classés selon de nombreux autres critères : par le type de cathode (chaude ou froide), par la conception du cylindre (verre, métal, céramique ou combiné), par le type de refroidissement (naturel, c'est-à-dire radiant, forcé air, eau).

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À l'aide d'appareils à électrovide (EVD), il est possible de convertir des grandeurs électriques, telles que le courant ou la tension, en forme, valeur et fréquence, ainsi que l'énergie de rayonnement et vice versa. Il est possible d'effectuer une transformation complexe d'une image optique en électricité forme spéciale ou vice versa (dans les tubes de télévision et d'oscilloscope). Il est possible de réguler les quantités électriques, lumineuses et autres en douceur ou par étapes à vitesse élevée ou faible et avec une faible consommation d'énergie pour le processus de régulation lui-même, c'est-à-dire sans diminution significative de l'efficacité. La faible inertie des EVP leur permet d'être utilisés dans une vaste plage de fréquences allant de zéro à 1 012 Hz.

Ces avantages des appareils électroniques ont conduit à leur utilisation pour le redressement, l'amplification, la génération, la conversion de fréquence, l'oscillographie de phénomènes électriques et non électriques, le contrôle et la régulation automatiques, la transmission et la réception d'images de télévision, diverses mesures et autres processus.

Les appareils à électrovide sont des appareils dans lesquels l'espace de travail, isolé par une coque étanche aux gaz, présente un degré de vide élevé ou est rempli d'un milieu spécial (vapeurs ou gaz) et dont l'action repose sur l'utilisation de phénomènes électriques dans un vide ou un gaz.

Le vide doit être compris comme l’état d’un gaz, en particulier de l’air, à des pressions inférieures à la pression atmosphérique. En ce qui concerne l'EVP, la notion de « vide » est définie en fonction de la nature du mouvement des électrons. Si les électrons se déplacent librement dans l'espace, sans entrer en collision avec les molécules restantes après le pompage du gaz, alors ils parlent de vide. Et si des électrons entrent en collision avec des molécules de gaz, il faut alors simplement parler d'un gaz raréfié.

Les appareils à électrovide sont divisés en appareils électroniques, dans lesquels un courant purement électronique passe dans le vide, et ioniques (décharge gazeuse), caractérisés par une décharge électrique dans un gaz (ou une vapeur).

Dans les appareils électroniques, l'ionisation est pratiquement absente et la raréfaction des gaz par pression inférieure à 100 μPa, caractéristique du vide poussé.

Dans les appareils ioniques, la pression est de 133 * 10 -3 Pa et plus. Dans ce cas, une partie importante des électrons en mouvement entre en collision avec les molécules de gaz et les ionise.

Il existe un autre groupe d'EVP conducteurs (sans décharge). Leur action repose sur l'utilisation de phénomènes liés au courant électrique dans des conducteurs solides ou liquides situés dans un gaz déchargé. Dans ces appareils charge électrique pas sous gaz ni sous vide. Ceux-ci incluent les lampes à incandescence, les stabilisateurs de courant, les condensateurs à vide, etc.

Un groupe spécial d'EVP est constitué de tubes électroniques destinés à divers transformations de grandeurs électriques. Ces lampes sont générateur, amplificateur, redresseur, convertisseur de fréquence, détecteur, mesure, etc.

En fonction des fréquences de fonctionnement, les tubes à vide sont divisés en basse fréquence, haute fréquence et ultra haute fréquence.

Dans tous les EVP, le flux d'électrons peut être régulé en l'influenceant avec un champ électrique ou magnétique. Les tubes électroniques comportant deux électrodes – une cathode et une anode – sont appelés diodes. Les diodes permettant de redresser le courant alternatif dans les alimentations électriques sont appelées kénotrons. Les lampes dotées d'électrodes de commande sous forme de grilles comportent un nombre d'électrodes de trois à huit et sont respectivement appelées : triode, tétrode, pentode, hexode, heptode et octode. Dans ce cas, les lampes à deux grilles ou plus sont classées dans le groupe des lampes multi-électrodes. Si la lampe contient plusieurs systèmes d'électrodes à flux d'électrons indépendants, alors elle est dite combinée (double, diode, double triode, triode-pentode, double diode-pentode, etc.).

Les principaux dispositifs ioniques sont les thyratrons, les diodes Zener, les lampes à indication de signe, les vannes à mercure (contrôlées et non contrôlées), les parafoudres d'ions, etc.

Un grand groupe comprend les dispositifs à rayons cathodiques, qui comprennent les tubes cathodiques (tubes de réception de télévision), les tubes de télévision émetteurs, les tubes oscillographiques et de stockage, les convertisseurs d'images électro-optiques, les commutateurs cathodiques, les tubes indicateurs de stations radar et hydroacoustiques, etc.

Le groupe des dispositifs photoélectroniques comprend les photocellules à électrovide (électroniques et ioniques) et les multiplicateurs photoélectroniques. Les appareils d'éclairage électrique comprennent les lampes à incandescence, les sources lumineuses à décharge et les lampes fluorescentes.

Une place particulière est occupée par les tubes à rayons X, les compteurs de particules élémentaires et autres dispositifs spéciaux.

Les appareils à électrovide sont également classés selon d'autres critères : par le type de cathode (chaude ou froide), par le matériau et la conception du cylindre (verre, métal, céramique, combiné), par le type de refroidissement (naturel ou radiant, et forcé - air, eau, vapeur ).

Les appareils à électrovide (EVD) sont des appareils dans lesquels un courant électrique est créé par un flux d'électrons ou d'ions se déplaçant dans un vide poussé ou un environnement de gaz inerte. Les EVP sont divisés en lampes à commande électronique (ECL), tubes cathodiques (CRT), dispositifs à décharge gazeuse (GD) et dispositifs photoélectriques (photoélectroniques).

Dans un EUL, un courant électrique est créé par le mouvement dans un vide poussé (la pression du gaz n'est que de 1,33 () Pa (mm Hg)) d'électrons d'une électrode à l'autre. L'EUL le plus simple est une diode.

Diode. Une diode ne contient que deux électrodes : une cathode et une anode. La cathode est une source d'électrons libres. Pour que les électrons quittent la cathode, ils doivent recevoir une énergie supplémentaire, appelée fonction de travail. Les électrons reçoivent cette énergie lorsque la cathode est chauffée par un courant électrique. L'émission d'électrons par une cathode chauffée est appelée émission thermoionique.

La charge d'espace négative formée par les électrons s'échappant de la cathode crée un champ électrique à sa surface, qui empêche les électrons de quitter la cathode, formant ainsi une barrière de potentiel sur leur chemin.

Une tension positive par rapport à la cathode est appliquée à l'anode, ce qui réduit la barrière de potentiel à la surface de la cathode. Les électrons, dont l'énergie est suffisante pour surmonter la barrière de potentiel, quittent la région de charge d'espace, pénètrent dans le champ électrique accélérateur de la tension anodique et se déplacent vers l'anode, créant un courant anodique. À mesure que la tension anodique augmente, le courant anodique de la diode augmente également.

Avec une tension anodique négative, la barrière de potentiel à la surface de la cathode augmente, l'énergie électronique est insuffisante pour la surmonter et aucun courant ne traverse la diode. Il s'agit d'une caractéristique importante de la diode : sa conductivité électrique unidirectionnelle.

En figue. La figure 3.1 montre les symboles des diodes et les schémas de leur connexion à la source de tension anodique.

Triode. Contrairement à une diode, une triode possède trois électrodes : une cathode, une anode et une grille (Fig. 3.2, a, b). La grille est située

entre la cathode et l'anode à proximité immédiate de la cathode. Si une tension négative est appliquée au réseau (Fig. 3.2, c), la barrière de potentiel à la cathode augmentera et le courant anodique diminuera. À une certaine tension de grille négative, appelée tension de coupure U CK .з an, le courant anodique diminuera jusqu'à zéro. Si une tension positive est appliquée à la grille (Fig. 3.2, d), alors le champ électrique qu'elle crée entre la cathode et la grille entraînera une diminution de la barrière de potentiel et une augmentation du courant anodique.

Du fait que la grille est située plus près de la cathode que de l'anode, la tension qui lui est appliquée affecte beaucoup plus fortement la barrière de potentiel et le courant anodique de la triode que la tension anodique de même valeur. Par conséquent, dans une triode, le courant anodique est contrôlé en modifiant la tension de grille, et non la tension anodique.

Les principales caractéristiques de la triode sont des familles de caractéristiques statiques anode-grille (transfert), prises à différentes tensions d'anode U a k (Fig. 3.3, a), et des caractéristiques anode (sortie) I a = f (U ak), prises à différentes tensions de réseau (Fig. 3.3, b).

Les inconvénients de la triode sont la grande capacité de traversée (capacité entre la grille et l'anode) et le faible gain statique. Ces inconvénients sont éliminés en introduisant une deuxième grille dans l'EUL.

Tétrode. Il s'agit d'une lampe à commande électronique à quatre électrodes contenant une cathode, une anode et deux grilles (Fig. 3.4, a). La première grille, située à proximité de la cathode, sert, comme dans une triode, à contrôler le courant anodique et est appelée grille de contrôle. La deuxième grille, située entre la première grille et l'anode, est une sorte d'écran entre ces électrodes. En raison de l'effet de blindage de la deuxième grille, la capacité de débit de la lampe et l'influence de la tension anodique sur

Barrière potentielle à la surface de la cathode. Par conséquent, pour créer un mouvement dirigé des électrons de la cathode vers l'anode, une tension positive U c 2 k est appliquée à la deuxième grille, appelée grille de blindage, qui est égale ou légèrement inférieure à la tension anodique. Dans ce cas, une partie des électrons heurte la grille de blindage et crée un courant I c2 de cette grille.

Les électrons frappant l’anode en éliminent les électrons secondaires. Lorsque (et de tels cas se produisent pendant le fonctionnement de la tétrode), les électrons secondaires sont attirés par la grille de blindage, ce qui entraîne une augmentation du courant de la grille de blindage et une diminution du courant anodique. Ce phénomène est appelé effet dynamron. Pour éliminer l'effet dynamron, qui limite la zone de travail de l'EUL, une barrière potentielle pour les électrons secondaires est créée entre l'anode et le treillis de blindage. Une telle barrière est formée en augmentant la densité de flux électronique en raison de sa focalisation dans les tétrodes à faisceau (Fig. 3.4, b) ou en introduisant une troisième grille, qui, en règle générale, a un potentiel nul, entre la grille de blindage et l'anode.

Pentode. Une EUL à cinq électrodes est appelée pentode (Fig. 3.4, i). Le potentiel zéro de la troisième grille, dite antidynatron ou protectrice, est assuré en la connectant électriquement à la cathode.

Les principales caractéristiques des tétrodes et des pentodes sont les familles de caractéristiques d'anode statique (sortie) at et d'anode à grille at, qui sont prises à une tension constante U c 2k et tracées sur le même graphique (Fig. 3.5).

Les paramètres caractérisant les propriétés amplificatrices de l'EUL sont :

pente de la caractéristique anode-grille

résistance interne (différentielle)

gain statique

Les paramètres S, et , appelés différentiels, sont liés entre eux par la relation.

Tubes à rayons cathodiques

Les tubes cathodiques (CRT) sont des appareils électroniques à vide qui utilisent un flux d'électrons concentrés sous la forme d'un faisceau. Ces dispositifs ont la forme d'un tube étendu dans la direction du faisceau. Les principaux éléments d'un CRT sont un cylindre de verre, ou ampoule, un projecteur électronique, un système de déflexion et un écran (Fig. 3.6).

Le cylindre 7 sert à maintenir le vide requis dans le tube cathodique et à protéger les électrodes des contraintes mécaniques et

impacts climatiques. Une partie de la surface intérieure du cylindre est recouverte d'un film de graphite 8, appelé aquadag. Une tension positive par rapport à la cathode est appliquée à l'aquadag.

Un projecteur électronique est conçu pour créer un faisceau d'électrons focalisé (faisceau) avec la densité de courant requise. Il est constitué d'une cathode thermoionique 2, à l'intérieur de laquelle se trouvent un réchauffeur 1, une électrode de commande 3, appelée modulateur, la première 4 et la seconde 5 anodes. Le modulateur et les anodes sont réalisés sous forme de cylindres creux, coaxiaux à une cathode cylindrique.

Le modulateur est connecté à une source de tension négative, réglable de zéro à plusieurs dizaines de volts. Des tensions positives sont appliquées aux anodes : plusieurs centaines de volts pour la première et plusieurs kilovolts pour la seconde.

Un champ électrique non uniforme se forme entre le modulateur et la première anode, qui concentre tous les électrons émis par la cathode et passant à travers le trou du modulateur en un certain point sur l'axe du CRT dans la cavité de la première anode. Ce champ électrique est appelé lentille électrostatique.

Une seconde lentille électrostatique est formée entre les première et seconde anodes. Contrairement au premier, à focale courte, il est à focale longue : sa focalisation est située sur l'axe CRT dans le plan de l'écran 9.

Une modification de la tension du modulateur entraîne une modification du nombre d'électrons capables de surmonter la barrière de potentiel à la cathode et d'entrer dans le champ électrique accélérateur de la première anode. Par conséquent, la tension du modulateur détermine la densité du faisceau électronique et la luminosité du point lumineux sur l'écran CRT. La focalisation du faisceau sur l'écran CRT est obtenue en modifiant le champ électrique non uniforme de la deuxième lentille électrostatique en modifiant la tension de la première anode.

Le système de déviation sert à diriger le faisceau d’électrons focalisé vers n’importe quel point de l’écran. Ceci est réalisé en exposant le faisceau d'électrons à un champ électrique ou magnétique transversal.

Lorsqu'un faisceau d'électrons est dévié par un champ électrique (déviation électrostatique), des tensions de déviation sont appliquées à deux paires de plaques parallèles 6 mutuellement perpendiculaires. Le faisceau d'électrons, passant entre les plaques, est dévié vers la plaque avec un potentiel plus élevé. Les plaques, entre lesquelles le champ électrique dévie le faisceau d'électrons dans la direction horizontale, sont appelées déviation horizontale ou plaques X, et dans la direction verticale - déviation verticale ou plaques Y.

Le paramètre principal d'un système de déflexion électrostatique est la sensibilité de déflexion S, définie comme le rapport de la déflexion de la tache lumineuse sur l'écran CRT à la tension de déflexion. Pour les tubes cathodiques modernes S E = 0,1 ... 3 mm/V.

Outre l'électrostatique, la déviation magnétique du faisceau d'électrons est également utilisée. Le champ magnétique de déviation est créé par un courant traversant deux paires de bobines situées mutuellement perpendiculaires au col du CRT.

Les écrans de 9 tubes cathodiques, utilisés pour convertir les signaux électriques en lumière, sont recouverts d'une composition spéciale - un phosphore qui brille lorsqu'un flux focalisé d'électrons le frappe. Les sulfures de zinc et de zinc-cadmium, le silicate de zinc (willémite), les tungstates de calcium et de cadmium sont utilisés comme phosphores. De tels écrans sont appelés fluorescents.

Seule une partie de l’énergie du faisceau électronique est dépensée pour la lueur du phosphore. Le reste de l’énergie du faisceau est transféré aux électrons de l’écran et provoque une émission d’électrons secondaires depuis la surface de l’écran. Les électrons secondaires sont attirés par l'aquadag, qui est généralement connecté électriquement à la deuxième anode.

Les écrans CRT utilisés pour produire des images couleur contiennent des grains de phosphore avec une luminescence bleue, rouge et verte - des triades disposées dans un certain ordre. Dans le col du tube se trouvent trois spots électroniques autonomes. Ils sont disposés de telle manière que leurs faisceaux d'électrons se croisent à une certaine distance de l'écran. Un masque d'ombre est installé dans le plan d'intersection des rayons, dans lequel se trouvent un grand nombre de trous. Après avoir traversé les trous du masque, chacun des faisceaux d'électrons frappe son élément de la triade (Fig. 3.7).

En mélangeant trois couleurs de luminosité différente, on obtient une lueur de la couleur souhaitée.

En plus des écrans fluorescents, il existe des écrans diélectriques. Un faisceau d'électrons, se déplaçant à travers un tel écran, crée diverses charges dans ses sections, c'est-à-dire une sorte de relief potentiel qui peut persister longtemps. Les écrans diélectriques sont utilisés dans les tubes cathodiques de stockage, appelés potentieloscopes.

DISPOSITIFS À DÉCHARGE DE GAZ

Le principe de fonctionnement des appareils à décharge gazeuse (GD) repose sur des phénomènes électriques se produisant en milieu gazeux.

Les cylindres de fracturation hydraulique sont remplis de gaz inertes (néon, argon, hélium, etc.), de leurs mélanges, de vapeurs d'hydrogène ou de mercure. Dans des conditions normales, la plupart des atomes et molécules d’un gaz sont électriquement neutres et le gaz est un bon diélectrique. Une augmentation de la température, une exposition à des champs électriques puissants ou à des particules à haute énergie provoquent une ionisation du gaz. L'ionisation du gaz qui se produit lorsque des électrons se déplaçant rapidement entrent en collision avec des atomes de gaz neutres est appelée ionisation par impact. Elle s'accompagne de l'apparition d'électrons libres et d'ions positifs, ce qui entraîne une augmentation significative de la conductivité électrique du gaz. Un gaz hautement ionisé est appelé plasma électron-ion ou simplement plasma.

Parallèlement au processus d'ionisation des gaz, il existe également un processus inverse appelé recombinaison. Étant donné que l'énergie totale d'un électron et d'un ion positif est supérieure à l'énergie d'un atome neutre, lors de la recombinaison, une partie de l'énergie est libérée, accompagnée de la lueur du gaz.

Le processus de passage d’un courant électrique à travers un gaz est appelé décharge électrique dans un gaz. La caractéristique courant-tension de l’espace de décharge gazeuse est représentée sur la Fig. 3.8.

A la tension U 3 , appelée tension d'amorçage, l'ionisation du gaz prend un caractère semblable à celui d'une avalanche. La résistance de l'espace de décharge gazeuse anode - cathode diminue fortement et une décharge luminescente apparaît dans la décharge gazeuse (section CD). La tension de combustion U r, qui supporte la décharge luminescente, est légèrement inférieure à la tension d'allumage. Lors d'une décharge luminescente, les ions positifs se déplacent vers la cathode et, frappant sa surface, augmentent le nombre d'électrons émis par celle-ci en raison de l'échauffement et du secondaire.

pas d'émission d'électrons. Puisqu'un ioniseur externe n'est pas nécessaire, la décharge luminescente est dite auto-entretenue, contrairement à la décharge de la section AB, qui nécessite un ioniseur externe (rayonnement cosmique, émission thermoionique, etc.) pour son apparition et est dite non- autonome. Avec une augmentation significative du courant dans la zone de fracturation hydraulique, une décharge en arc se produit (section EF). Si la décharge en arc est entretenue par l'émission thermoionique de la cathode en raison de son échauffement par des ions positifs frappant la surface, la décharge est dite auto-entretenue. Si l'émission thermoionique de la cathode est créée par son chauffage à partir d'une source de tension externe, alors la décharge en arc est dite non auto-entretenue.

Une décharge luminescente, accompagnée d'une lueur de gaz, est utilisée dans les lampes au néon, les panneaux à décharge gazeuse et les indicateurs linéaires, les diodes Zener et certains autres dispositifs de fracturation hydraulique.

Indicateurs de décharge de gaz. Les indicateurs de décharge de gaz importants se composent d'une bouteille remplie de gaz, de dix cathodes et d'une anode commune. Les cathodes se présentent sous la forme de chiffres, de lettres ou d'autres symboles. La tension est appliquée à l'anode et à l'une des cathodes via une résistance de limitation. Une décharge luminescente se produit entre ces électrodes, qui a la forme d'une cathode. En commutant différentes cathodes, différents signes peuvent être affichés. Les indicateurs de signes segmentaires sont plus universels. Ainsi, l'indicateur à décharge luminescente à segments IN-23, composé de 13 segments, permet, avec une commutation appropriée des cathodes de segments, de mettre en évidence n'importe quel chiffre de 0 à 9, une lettre de l'alphabet russe ou latin.

Les indicateurs linéaires à décharge gazeuse (LGI) affichent des informations sur la tension ou le courant dans un circuit sous la forme de points ou de lignes lumineuses. La position du point et la longueur de la ligne sont proportionnelles à la tension ou au courant dans le circuit. Le système d'électrodes LGI a une forme cylindrique allongée.

Diode Zener à décharge gazeuse. La diode Zener (Fig. 3.9, a) comporte deux électrodes - la cathode 1, réalisée sous la forme d'un cylindre creux, et l'anode 3 sous la forme d'une fine tige située le long de l'axe de la cathode. Pour réduire la tension d'allumage, une petite broche 2, appelée électrode d'allumage, est soudée à l'intérieur de la cathode.

Le fonctionnement d'une diode Zener à décharge luminescente est basé sur le maintien d'une tension de combustion presque constante sur ses électrodes lorsque le courant circulant à travers la diode Zener change dans des limites significatives (section CD de la Fig. 3.8).

Les diodes Zener sont utilisées pour stabiliser la tension dans les circuits CC.

Thyratron. Un dispositif de fracturation hydraulique plus complexe est le thyratron. Il contient une cathode, une anode et une ou plusieurs électrodes de commande appelées grilles. Un thyratron peut être dans deux états stables : non conducteur et conducteur. En figue. 3.9, b montre le dispositif d'un thyratron à cathode froide de type MTX-90. Le thyratron est constitué d'une cathode cylindrique 1, d'une anode en tige métallique 2 et d'un treillis métallique 3 réalisé en forme de rondelle. Lorsqu'une faible tension, positive par rapport à la cathode, est appliquée à la grille, une décharge auxiliaire « silencieuse » se produit entre la grille et la cathode. Lorsqu'une tension positive est appliquée à l'anode, la décharge est transférée à l'anode. Plus le courant de décharge auxiliaire dans le circuit du réseau est élevé, plus la tension d'allumage du thyratron est faible. Après qu'une décharge se produit entre la cathode et l'anode, la modification de la tension de grille n'affecte pas l'intensité du courant du thyratron, et le courant traversant le thyratron peut être arrêté en réduisant la tension de l'anode à une valeur inférieure à la tension de combustion.

Les thyratrons à décharge luminescente consomment très peu d'énergie, fonctionnent sur une large plage de températures, ne sont pas sensibles aux surcharges à court terme et sont prêts à agir instantanément. En raison de ces qualités, ils sont utilisés dans appareils à impulsions, générateurs, certaines unités informatiques, équipements de relais, dispositifs d'affichage, etc.

APPAREILS PHOTOVOLTAÏQUES

Les dispositifs photoélectriques à électrovide et à décharge gazeuse comprennent des photocellules et des photomultiplicateurs dont le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation d'un effet photoélectrique externe.

La photocellule (Fig. 3.10) comporte un flacon en verre 2 dans lequel un vide est créé (photocellule électrique à vide

ment) ou qui est rempli d'un gaz inerte (photocellule à décharge gazeuse) Elle est constituée d'une anode et d'une photocathode. La photocathode est la surface intérieure de l'ampoule 3 (à l'exception d'une petite zone - fenêtre 1), recouverte de une couche d'argent sur laquelle est appliquée une couche d'oxyde de césium. L'anode 4 est réalisée sous forme d'anneau pour ne pas gêner le flux lumineux. L'anode et la cathode sont équipées de conducteurs 6 traversant un support en plastique 5 du flacon.

Lorsque la photocathode est éclairée par un flux lumineux, des électrons en sont expulsés. Si une tension positive par rapport à la cathode est appliquée à l'anode, les électrons arrachés de la photocathode seront attirés vers l'anode, créant un photocourant I f dans son circuit. La dépendance du photocourant sur le flux lumineux Ф est appelée cha-

caractéristiques de la photocellule. Le photocourant dépend également de la tension U appliquée entre la photocathode et l'anode. Cette dépendance est appelée caractéristique courant-tension anodique. Il présente une région de saturation prononcée, dans laquelle le photocourant dépend peu de la tension anodique (Fig. 3.11, a)

Dans les photocellules à décharge gazeuse, une augmentation de la tension U provoque une ionisation du gaz et une augmentation du photocourant (Fig. 3.11, b).

En raison de la faible valeur du photocourant (jusqu'à plusieurs dizaines de microampères pour les photocellules à vide et plusieurs unités de microampères pour les photocellules à décharge gazeuse), les photocellules sont généralement utilisées avec des amplificateurs à lampe ou à transistor.

Un tube photomultiplicateur (PMT) est un EVP dans lequel le courant d'émission de photoélectrons est amplifié en raison de l'émission d'électrons secondaires. Dans le récipient en verre du photomultiplicateur (Fig. 3.12), dans lequel un vide poussé est maintenu, en plus de la photocathode K et de l'anode A, se trouvent des électrodes supplémentaires qui sont des émetteurs d'électrons secondaires et sont appelées dynodes. Le nombre de dynodes dans un photomultiplicateur peut atteindre 14. Des tensions positives sont appliquées aux dynodes et les tensions des dynodes augmentent avec la distance par rapport à la photocathode. La tension entre les dynodes adjacentes est d'environ 100 V. Lorsque la photocathode est éclairée, des électrons s'envolent de sa surface, qui sont accélérés par le champ d'élimination électrique de la première.

dynode et tombe sur la première dynode, en éliminant les électrons secondaires. Le nombre de ces derniers est plusieurs fois supérieur au nombre d'électrons émis par la photocathode. Sous l'influence d'un champ électrique entre la première et la deuxième dynode, les électrons émis par la première dynode pénètrent dans la deuxième dynode D2, en éliminant les électrons secondaires. Le nombre d’électrons secondaires éliminés de la dynode D2 est plusieurs fois supérieur au nombre d’électrons qui l’ont frappée. Ainsi, une augmentation du nombre d’électrons secondaires se produit à chaque dynode. Par conséquent, dans les PMT, le photocourant de la cathode est multiplié, ce qui permet de les utiliser pour mesurer des flux lumineux très faibles. Le courant de sortie du PMT atteint plusieurs dizaines de milliampères.

Questions de test et devoirs

1. Expliquez le principe du contrôle du courant anodique dans l'EUL à l'aide de la tension du réseau de contrôle.

2. Nommez les principales parties d’un tube cathodique à contrôle de faisceau électrostatique et expliquez leur fonction.

3. Nommer les principaux types de dispositifs et de zones à décharge gazeuse
leurs candidatures.

4. Donnez une brève description de l’effet photoélectrique externe. Quoi
Comment ce phénomène est-il utilisé dans les photocellules et photomultiplicateurs ?

Informations connexes.

Définition . Les appareils électriques à vide sont des appareils dont le principe de fonctionnement repose sur l'utilisation de phénomènes électriques dans les gaz ou le vide se produisant dans un espace de travail isolé de l'environnement par une coque étanche aux gaz (cylindre).

Les appareils à électrovide et à décharge gazeuse se présentent sous la forme d'un cylindre en verre, en céramique ou en métal, à l'intérieur duquel sont placées des électrodes sous vide poussé ou sous gaz inerte : cathode, anode, grilles. La cathode est un radiateur (émetteur) d'électrons libres, l'anode est un collecteur (collecteur) de porteurs de charge. Le courant anodique est contrôlé à l'aide de grilles ou d'électrodes de contrôle.

Afin d’avoir une idée des dispositifs électriques à vide et à décharge gazeuse utilisés dans les équipements électroniques aéronautiques, considérons leur classification.

Classification et désignation graphique symbolique

1. En fonction du nombre d'électrodes, les appareils électroniques sont divisés en lampes à deux électrodes (diode à vide), à ​​trois électrodes (triode à vide) et multi-électrodes.

Riz. 1.

Diode électrovide - Il s'agit d'une lampe à deux électrodes composée d'une cathode et d'une anode. Si la tension à l'anode est positive par rapport à la cathode, alors les électrons émis par la cathode se déplacent vers l'anode, créant un courant anodique. Lorsque la tension est négative, il n’y a pas de courant à l’anode, donc la diode ne conduit que dans un seul sens. Cette propriété de la diode détermine son objectif principal : redresser le courant alternatif. La désignation graphique symbolique d'une diode électrique à vide est illustrée à la Fig. 1.

Triode électrovide- Il s'agit d'une lampe à trois électrodes dans laquelle une grille est située entre l'anode et la cathode. La grille est conçue pour réguler le courant anodique. La tension du réseau modifie le champ entre l'anode et la cathode et affecte ainsi le courant anodique. Si la tension sur la grille est négative par rapport à la cathode, elle a alors un effet inhibiteur sur les électrons émis par la cathode, ce qui entraîne une diminution du courant anodique. Lorsque la tension de grille est positive, elle a un effet accélérateur sur les électrons, augmentant le courant anodique. Dans ce cas, une partie des électrons frappe la grille créant un courant de grille. Par conséquent, la grille est une électrode de commande dont la tension permet de modifier le courant anodique.

La désignation graphique conventionnelle d'une triode électrique à vide est illustrée à la Fig. 2.

Riz. 2.

Pour augmenter l'effet sur le courant anodique, la grille est située plus près de la cathode. Lorsque la tension sur le réseau est négative, il n’y a pratiquement pas de courant.

Riz. 3. Désignation graphique conventionnelle des triodes : a - avec une grille cathodique ; b - avec grille d'écran

À lampes multigrilles se rapporter: tétrodes- avec deux grilles, pentodes- à trois grilles, hexodes- avec quatre grilles, heptodes- avec cinq grilles et octodes- avec six grilles. Les plus courantes sont les tétrodes et les pentodes.

U tétrodes l'une des grilles est appelée grille de contrôle et a une tension négative. L'autre grille est située soit entre la commande et l'anode, soit entre la commande et la cathode. Dans le premier cas, une telle grille est appelée blindage, dans le second, cathode.

La désignation graphique conventionnelle des tétrodes électriques à vide est illustrée à la Fig. 3.

Dans les tétrodes avec grille de blindage, le courant cathodique est réparti entre la grille de blindage et l'anode. Le principal avantage d'une telle tétrode est la réduction de la capacité entre l'anode et la grille de contrôle. Le treillis de blindage réduit cette capacité à des fractions de picofarad et réduit la perméabilité de l'anode.

Cependant, la proximité de la grille de blindage avec l'anode présente l'inconvénient qu'à basse tension, l'anode apparaît effet dynamron- réduction du courant anodique due à l'émission secondaire (creux de la caractéristique anodique (Fig. 3.4)). Dans ce cas, les électrons secondaires ne retournent pas vers la cathode, mais sont capturés par la grille de blindage.

Pentode appelée lampe à trois grilles. L'introduction de la troisième grille est due à la nécessité d'éliminer l'effet dynamron caractéristique de la tétrode. Cette grille est dite de protection (ou antidynatron) et se situe entre la grille de blindage et l'anode. La tension sur cette grille est généralement rendue égale à la tension sur la cathode ; à cet effet, elle est parfois connectée à la cathode à l'intérieur du ballon. L'effet dynamron est éliminé grâce à la barrière de potentiel formée dans l'espace entre l'anode et le grillage. Dans le même temps, cette barrière de potentiel ne constitue pas un obstacle significatif aux électrons se déplaçant à grande vitesse vers l’anode.

2. Selon les caractéristiques de conception du circuit à filament, les tubes électroniques sont divisés en lampes à cathodes chauffées directement et en lampes à cathodes chauffées indirectement.

Cathode à filament direct est un filament métallique constitué d'un matériau à haute résistance (tungstène ou tantale), traversé par un courant incandescent. Cette cathode se caractérise par de faibles pertes thermiques, une simplicité de conception et une faible inertie thermique. L'inconvénient d'une telle cathode est qu'elle doit être alimentée en courant continu. Lorsqu'il est alimenté par un courant alternatif d'une fréquence de 50 Hz, le courant d'émission change avec deux fois la fréquence de la tension d'alimentation, ce qui crée un bruit de fond basse fréquence indésirable.

Cathode à filament indirect représente un tube contenant un filament à l'intérieur. Le filament est isolé de la cathode. En conséquence, les pulsations de température et de courant d'émission lors de l'alimentation du filament en courant alternatif sont pratiquement lissées.

• 3. Volontairement les lampes sont divisées en récepteurs-amplificateurs, générateur, convertisseur de fréquence, détecteur, mesure et ainsi de suite.
• 4. En fonction de la plage de fréquence de fonctionnement distinguer les lampes faible ( de 1 à 30 MHz), haut(de 30 à 600 MHz) et très haut(au-dessus de 600 MHz).
• 5. Par type d'émission électronique distinguer les lampes avec thermoionique, secondaire Et photoélectroniqueémissions.

L'émission d'électrons est nécessaire pour créer un flux d'électrons à l'intérieur d'un appareil à vide électrique entre les électrodes.

L'émission thermoionique est le processus par lequel des électrons quittent des corps solides ou liquides dans le vide ou dans un gaz.

L'émission d'électrons secondaires fait référence à l'émission d'électrons par un corps due au bombardement d'électrons émis par un autre corps.

L'émission photoélectronique fait référence à l'émission d'électrons par un corps situé dans un flux d'énergie radiante.

2.1.2 Caractéristiques et paramètres

Les caractéristiques de la lampe expriment la dépendance des courants aux tensions dans ses différents circuits. Les propriétés des tubes électroniques sont évaluées par anodique ou grille d'anodes caractéristiques statiques.

Anode une caractéristique statique est une dépendance exprimée graphiquement du courant anodique je un de la tension à l'anode U un. Dépendance je un = F(U un) est supprimé pour plusieurs valeurs de tension constante U Avec(l'exception concerne les caractéristiques anodiques de la diode). Apparence la caractéristique de l'anode est déterminée par le nombre d'électrodes dans la lampe (Figure 4).

Riz. 4. Caractéristiques anodiques des tubes électroniques : a - diode ; b - triode ; c - tétrode ; g - pentode

Les caractéristiques statiques de la grille anodique sont des dépendances exprimées graphiquement du courant anodique je UN de la tension du réseau U cà des valeurs fixes de tension anodique U UN. Identique aux caractéristiques de dépendance anodique je UN = f(U Avec ) prise pour plusieurs valeurs constantes de la tension anodique Ua. (Figure 5).

Plus la tension anodique est élevée U UN, plus les caractéristiques de la grille anode sont situées en haut et à gauche je UN = f(U Avec ) . Cela s'explique par le fait qu'à une tension anodique plus élevée, une tension négative plus importante doit être appliquée à la grille afin que le champ électrique résultant dans l'espace entre la cathode et la grille reste inchangé en amplitude.

À paramètres électriques de base les diodes sous vide comprennent les éléments suivants : dispositif de décharge de gaz sous vide

1. Résistance CC interne:

Où U UN- composante constante de la tension anodique, je UN- composante constante du courant anodique.

Riz. 5. Caractéristiques anode-grille des tubes électroniques : a - triode ; b - pentode

2. Résistance différentielle interne R d Une diode représente la résistance de l'espace entre l'anode et la cathode pour le courant alternatif. C'est l'inverse de la pente et est déterminée à l'aide des caractéristiques statiques de l'anode (Fig. 3.4, a) :

et s'élève généralement à des centaines et parfois des dizaines d'ohms.

Généralement de la résistance R. 0 plus R. d .

3. Pente S montre comment le courant anodique change lorsque la tension anodique change et est exprimé par la dépendance suivante :

• 4. Tension du filament U n- tension fournie au radiateur. Cette valeur est une valeur de passeport. Lorsque la lampe est sous-chauffée, la température de la cathode diminue, et donc le courant d'émission. Lorsque la tension du filament augmente fortement U n la durée de vie de la cathode est fortement réduite, la tension du filament ne doit donc pas s'écarter de plus de 10 % de la tension nominale.
• 5. Courant d'émission I e - le courant maximum pouvant être obtenu grâce à l'émission d'électrons par la cathode thermoionique. Elle est représentée par la charge totale d’électrons qui ont quitté la cathode thermoionique en une seconde.
• 6. Acceptable tension inverse diode U arrivée maximale- la tension négative maximale à l'anode que la diode peut supporter sans violer les propriétés de conductivité unidirectionnelle.

Les paramètres de certaines diodes à vide en série sont donnés dans le tableau. 1.

Tableau 1. Principaux paramètres des diodes à vide en série

Les principaux paramètres électriques des tubes électroniques constitués de trois électrodes ou plus comprennent :

1. La résistance interne (de sortie) de la lampe est la résistance du l'intervalle anode-cathode de la lampe pour la composante alternative du courant anodique est déterminé par la formule :

Où U UN - changement de tension à l'anode, V ; je UN- changement du courant anodique, mA. Pour les diodes à vide, la résistance interne est appelée résistance au courant alternatif et est définie comme :

2. Pente de la caractéristique S montre de combien de milliampères le courant d'anode de la lampe changera lorsque la tension sur la grille de contrôle change de 1 V à tensions constantes sur l'anode et autres grilles :

Où U Avec - changement de tension du réseau, V.

Il convient de noter que plus la pente est grande, plus l'action de contrôle de la grille est forte et plus le gain de la lampe peut être obtenu, toutes choses étant égales par ailleurs.

3. Gain statique montre combien de fois un changement de tension sur la première grille a un effet plus fort sur le courant anodique qu'un changement de tension anodique. Le gain est déterminé par le rapport entre la variation de la tension anodique et la variation de la tension du réseau, qui affectent également le courant anodique :

4. La puissance dissipée à l'anode est déterminée par la formule :

5. Puissance de sortie Pout caractérise la puissance utile fournie par la lampe au circuit externe.

Les paramètres de certaines triodes, tétrodes et pentodes en série sont donnés dans le tableau. 2.

Tableau 2. Paramètres de base des triodes, tétrodes et pentodes en série

Appareils à électrovide.

1. Électrovide sont des dispositifs dans lesquels la conductivité électrique est assurée par des électrons ou des ions se déplaçant entre les électrodes à travers le vide ou le gaz. Les appareils à électrovide sont divisés en lampes à commande électronique, un faisceau d'électrons Et dispositifs à décharge de gaz.

Les éléments structurels de base de tout appareil à vide électrique sont des électrodes placées à l’intérieur d’un cylindre (coque étanche aux gaz). L'électrode d'un appareil à vide électrique est un conducteur qui émet (émet) ou collecte des électrons (ions) ou contrôle leur mouvement d'électrode en électrode à l'aide d'un champ électrique. Selon le but, on distingue les électrodes suivantes d'un appareil à vide électrique : celles de cathode, d'anode et de contrôle.

^ Cathode– est une source d’électrons dans un appareil à vide électrique.

Anode– électrode accélératrice - sert généralement à la fois d’électrode de sortie et de collecteur principal (collecteur) d’électrons.

Gestionnaires appelée électrode conçue pour contrôler le flux principal d’électrons. Si l'électrode de commande est réalisée sous la forme d'une grille, on l'appelle souvent grille de commande. Les électrodes sont réalisées sous forme de fils, de plaques plates, de cylindres creux et de spirales ; ils sont fixés à l'intérieur du cylindre sur des supports spéciaux - traverses et isolateurs en mica ou en céramique. Les extrémités des supports sont soudées dans la base en verre du cylindre.

Cylindres Les appareils à électrovide sont des coques étanches aux gaz en verre, en métal ou en céramique. Dans les cylindres des lampes à commande électronique, un vide de 10 -8 ... 10 -4 Pa est créé, et dans les cylindres des appareils à décharge de gaz - 10 -1 ... 10 4 Pa.

^ Le premier appareil à électrovide au monde – la lampe à incandescence a été inventée en 1873 par le scientifique russe A.N. Lodygine. En 1883, l'inventeur américain T.A. Edison a découvert l'effet d'un flux unidirectionnel d'électrons dans le vide depuis un filament chauffé vers une plaque métallique si une certaine différence de potentiel leur est appliquée, par exemple en le connectant à une cellule galvanique. C'est ainsi qu'est apparu le prototype du tube électronique. A cette époque, une telle lampe ne pouvait pas trouver d'application pratique, mais les travaux sur l'étude de ses propriétés et des conditions de passage des électrons dans le vide se sont poursuivis.
^ 2. Base physique du fonctionnement des lampes à commande électronique.

Lampe à commande électronique est appelé dispositif à électrovide dont le fonctionnement est basé sur le contrôle d'un courant limité par une charge d'espace à l'aide de potentiels d'électrodes. En fonction de leur objectif, les lampes à commande électronique sont divisées en lampes génératrices, modulatrices, de commande, d'amplification et de redressement. Par type de travail, on distingue les lampes continues et pulsées, et par plage de fréquences - basse fréquence, haute fréquence et ultra haute fréquence. En fonction du nombre d'électrodes, les lampes sont divisées en diodes, triodes, tétrodes, pentodes, hexodes, heptodes, octodes, ennodes et décodages.

^ Émission électronique appelé émission d’électrons de la surface des substances vers l’espace environnant. Dans les métaux à partir desquels sont fabriquées les cathodes des appareils électriques à vide, les électrons libres sont dans un état de mouvement thermique continu chaotique et possèdent une certaine énergie cinétique, en fonction de la température de la cathode.

Thermoionique appelée émission d'électrons provoquée uniquement par le chauffage de la cathode (électrode). En chauffant le métal, l'énergie cinétique des électrons et leur vitesse augmentent. Le principe de fonctionnement des cathodes thermoioniques, largement utilisées dans les lampes à commande électronique, repose sur le phénomène d'émission thermoionique.
^ 3. Dispositifs à faisceau électronique.

Un faisceau d'électrons sont appelés appareils à électrovide qui utilisent un flux d'électrons concentrés en un faisceau étroit - un faisceau d'électrons contrôlé à la fois en intensité et en position dans l'espace. L’un des appareils à rayons cathodiques les plus courants est le tube cathodique de réception (CRT).

CRT se transforme signal électrique en une image optique. Il existe plusieurs types de tubes cathodiques de réception : à projection, oscillographiques, indicateurs, à impression de panneaux, couleur, monochromes, à modulateur de lumière et à tubes cathodiques.

Les tubes cathodiques modernes utilisent un contrôle de faisceau mixte. Un champ électrique est utilisé pour focaliser et un champ magnétique est utilisé pour dévier le faisceau.

^ Désignation CRT. Le premier élément de la désignation CRT est un nombre qui indique la taille de l'écran - son diamètre ou sa diagonale (pour les tubes cathodiques à écran rectangulaire). Le deuxième élément est constitué de deux lettres indiquant le type de tube (par exemple, LO - oscillographique avec système de contrôle de faisceau électrostatique, LC - tubes cathodiques avec déviation de faisceau magnétique). Après les lettres, il y a un numéro par lequel les tubes du même type avec des paramètres différents sont comparés. A la fin de la désignation se trouve une lettre qui détermine la couleur de l'écran (B - blanc, C - coloré, I - vert, A - bleu, etc.). Par exemple, 40LK6B est un kinéscope avec une taille d'écran de 40 cm de diagonale, la 6ème option de conception, ayant couleur blanche lueur de l'écran. En règle générale, les entreprises manufacturières étrangères indiquent la taille diagonale du kinéscope en pouces (1 pouce équivaut à 2,54 cm).
^ 4. Dispositifs à décharge de gaz. Principes physiques de fonctionnement des appareils à décharge gazeuse.

Une décharge électrique dans des gaz (ou des vapeurs) est un ensemble de phénomènes qui s'y produisent lors du passage d'un courant électrique. Les appareils à électrovide, dont les caractéristiques électriques sont déterminées principalement par l'ionisation de gaz ou de vapeur introduits intentionnellement, sont appelés décharge de gaz.

Ceux-ci incluent, par exemple, les vannes ioniques et à mercure, les thyratrons, les parafoudres ioniques, les indicateurs à décharge luminescente.

Contrairement aux lampes à commande électronique, dans ces appareils, non seulement les électrons, mais également les particules chargées (atomes, molécules) de gaz ou de vapeur - les ions - participent à la création du courant.

^ Appareils à décharge de gaz Ils sont constitués d'un cylindre étanche aux gaz (généralement en verre) rempli d'un gaz inerte, de vapeur d'hydrogène ou de mercure, et d'un système d'électrodes métalliques. La pression du gaz dans la bouteille, selon le type d'appareil, varie de 10 -1 à 10 3 Pa et atteint parfois 10 4 Pa.

En l'absence d'exposition à des sources d'ionisation, les gaz sont constitués d'atomes et de molécules neutres, ils ne conduisent donc pratiquement pas le courant électrique. Le courant circule à travers un gaz (comme dans n'importe quel milieu) uniquement s'il y a des particules libres chargées électriquement - des porteurs de charge - dans ce milieu. Dans un gaz, ils peuvent se former si des électrons sont « arrachés » d’atomes (ou de molécules) neutres sous l’action d’une source d’énergie. Dans ce cas, des porteurs de charge de différents signes se forment : des électrons - des charges négatives et des ions positifs - des atomes de gaz qui ont perdu des électrons - des charges positives.

En conditions réelles, tout gaz est toujours affecté (même si très faiblement) par la température ambiante, cosmique et rayonnement radioactif installations industrielles, etc., contribuant à la formation de particules chargées. Par conséquent, dans tout volume de gaz, il y a toujours des électrons et des ions qui peuvent provoquer une décharge électrique. Dans une décharge électrique, on distingue trois processus : l'excitation des atomes, leur ionisation et la recombinaison de porteurs de charge de signes différents.

L'excitation des atomes est le processus de transition de l'un de ses électrons externes vers une orbite plus éloignée du noyau en raison de l'énergie acquise à la suite d'une collision avec un électron libre. Cet état de l’atome est instable et ne dure pas longtemps : de quelques à quelques dizaines de nanosecondes. L’électron retourne ensuite sur son orbite d’origine et l’atome rayonne l’énergie reçue lors de la collision dans l’espace. Cette énergie est libérée sous forme de rayonnement électromagnétique, souvent accompagné d’une lueur visible provenant du gaz.

L'ionisation atomique est le processus de formation d'ions et d'électrons libres à partir d'atomes électriquement neutres.