С помощью электровакуумных приборов (ЭВП) можно преобразовывать электрические величины, например ток или напряжение, по форме, значению и частоте, а также энергию излучения и обратно. Можно осуществить сложное преобразование оптического изображения в электрический ток специальной формы или наоборот (в телевизионных и осциллографических трубках). Можно регулировать электрические, световые и другие величины плавно или ступенями с большой или малой скоростью и с малыми затратами энергии на сам процесс регулирования, т. е. без значительного снижения КПД. Малая инерционность, характерная для ЭВП, позволяет применять их в огромном диапазоне частот от нуля до 1012 Гц.

Эти достоинства ЭВП обусловили их использование для выпрямления, усиления, генерации, преобразования частоты, осциллографии электрических и неэлектрических явлений, автоматического управления и регулирования, передачи и приема телевизионных изображений, различных измерений и других процессов.

Электровакуумными приборами называют приборы, в которых рабочее пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (пары или газы) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе.

Под вакуумом следует понимать состояние газа, в частности воздуха, при давлениях ниже атмосферного. Применительно к ЭВП понятие «вакуум» определяют исходя из характера движения электронов. Если электроны движутся в пространстве свободно, не сталкиваясь с оставшимися после откачки газа молекулами, то говорят о вакууме. А если электроны сталкиваются с молекулами газа, то следует говорить просто о разреженном газе.

Электровакуумные приборы делятся на электронные, в которых проходит чисто электронный ток в вакууме, и ионные (газоразрядные), для которых характерен электрический разряд в газе (или парах).

В электронных приборах ионизация практически отсутствует, а разрежение газа давлением менее 100 мкПа, характерным для высокого вакуума.

В ионных приборах давление бывает 133*10 -3 Па и выше. При этом значительная часть движущихся электронов сталкивается с молекулами газа и ионизирует их.

Есть еще одна группа проводниковых (безразрядных) ЭВП. Их действие основано на использовании явлений, связанных с электрическим током твердых или жидких проводниках, находящихся в разряженном газе. В этих приборах электрического заряда в газе или в вакууме нет. К ним относятся лампы накаливания, стабилизаторы тока, вакуумные конденсаторы и др.

Особую группу ЭВП составляют электронные лампы, предназначенные для различных преобразований электрических величин. Эти лампы бывают генераторными, усилительными, выпрямительными, частотно-преобразовательными, детекторными, измерительными и др.

В зависимости от рабочих частот электронные лампы подразделяются на низкочастотные , высокочастотные и сверхвысокочастотные.

Во всех ЭВП электронный поток можно регулировать, воздействуя на него электрическим или магнитным полем. Электронные лампы, имеющие два электрода - катод и анод, называются диодами. Диоды для выпрямления переменного тока в источниках питания называют кенотронами. Лампы, имеющие управляющие электроды в виде сеток, бывают с числом электродов от трех до восьми и соответственно называются: триод, тетрод, пентод, гексод, гептод и октод. При этом лампы с двумя и более сетками выделяются в группу многоэлектродных ламп. Если лампа содержит несколько систем электродов с независимыми потоками электронов, то ее называют комбинированной (двойной, диод, двойной триод, триод-пентод, двойной диод-пентод и др.).

Основные ионные приборы - это тиратроны, стабилитроны, лампы со знаковой индикацией, ртутные вентили (управляемые и неуправляемые), ионные разрядники и др.

Большую группу составляют электронно-лучевые приборы, к которым относятся кинескопы (приемные телевизионные трубки), передающие телевизионные трубки, осциллографические и запоминающие трубки, электронно-оптические преобразователи изображений, электронно-лучевые переключатели, индикаторные трубки радиолокационных и гидроакустических станций и др.

В группу фотоэлектронных приборов входят электровакуумные фотоэлементы (электронные и ионные) и фотоэлектронные умножители. К электроосветительным приборам следует отнести лампы накаливания, газоразрядные источники света и люминесцентные лампы.

Особое место занимают рентгеновские трубки, счетчики элементарных частиц и другие специальные приборы.

Электровакуумные приборы классифицируются еще и по другим признакам: по типу катода (накаленный или холодный), по материалу и устройству баллона (стеклянный, металлический, керамический, комбинированный), по роду охлаждения (естественное, или лучистое, и принудительное - воздушное, водяное, паровое).

Содержание статьи

ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ, электронные лампы, используемые для генерации, усиления или стабилизации электрических сигналов. Электронная лампа представляет собой, по существу, герметичную ампулу, в вакууме или газовой среде которой движутся электроны. Ампулу обычно изготавливают из стекла или металла. Управление электронным потоком осуществляется посредством электродов, имеющихся внутри лампы.

Хотя в большинстве приложений на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, лампы все еще находят применение в видеотерминалах, радиолокаторах, спутниковой связи и во многих других электронных приборах.

В лампе имеется несколько проводящих элементов, называемых электродами. Эмиссию электронов в лампе осуществляет катод. Эта эмиссия вызывается либо нагревом катода, в результате которого электроны «закипают» и испаряются с его поверхности, либо воздействием света на катод. Движением эмиттированных электронов управляют электрические поля, создаваемые другими электродами внутри лампы. В большинстве случаев электроды лампы изолированы друг от друга и посредством проволочных выводов соединены с внешними схемами. Электроды, которые служат для управления движением электронов, называются сетками; электроды, на которые электроны собираются, называются анодами.

В электронной лампе относительно просто управлять величиной, продолжительностью, частотой и другими характеристиками электронного потока. Эти простота и легкость управления делают ее ценным прибором в многочисленных приложениях.

Термоэлектронная эмиссия.

Электроны самопроизвольно не выходят за пределы поверхностного слоя металла из-за действия сил притяжения, источником которых является сам металл. Потенциальную энергию электрона в любой точке металла вблизи его поверхности можно представить в виде графика (рис. 1), из которого видно, что для выхода за пределы поверхности металла электрон должен увеличить свою энергию T 0 , которой он обладает при абсолютном нуле температуры, дополнительно на величину W . При комнатной температуре очень малое число электронов обладает необходимой для выхода энергией, но с повышением температуры энергия электрона возрастает и приближается к уровню, необходимому для эмиссии. В электронных лампах необходимая тепловая энергия обеспечивается электрическим током, пропускаемым по проволочной нити накала (подогревателю), находящейся в лампе.

Диод.

После того как электроны покинули катод, их движение определяется силами электрических полей, воздействующих на них в вакууме. В простейшей электронной лампе – диоде – электроны притягиваются положительным потенциалом второго электрода – анода, где они собираются и проходят в цепь соответствующей схемы (рис. 2). Диод представляет, таким образом, прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду, – и, следовательно, является выпрямителем. Простой иллюстрацией применения диода может служить схема, приведенная на рис. 3, где диод используется для зарядки конденсатора напряжением от источника переменного тока. Когда потенциал катода ниже анодного потенциала, через диод течет ток, так что, в конце концов, конденсатор заряжается до пикового напряжения источника переменного тока. Варианты схемы рис. 3 используются для детектирования сигнала звуковой частоты из радиочастотной волны и для получения мощности постоянного тока от источников переменного тока.

Триод.

Триод – это электронная лампа, в которой имеется третий (управляющий) электрод, установленный между катодом и анодом (рис. 4). Этот электрод обычно представляет собой сетку из тонких проволок, установленную очень близко к катоду, чтобы при небольшой разности потенциалов между сеткой и катодом в области между этими двумя электродами действовало сравнительно высокое электрическое поле. При этом потенциал сетки будет оказывать сильное воздействие на электроны.

Типичная схема усилителя, выполненного на триоде, приведена на рис. 5. К сетке подключена батарея отрицательного напряжения смещения, обозначенная E gg . Поскольку сетка имеет отрицательный потенциал по отношению к катоду, она не будет привлекать к себе электроны потока, движущегося от катода к аноду. На аноде поддерживается положительный потенциал относительно катода, что обеспечивается батареей E pp . Значения параметров E gg , E pp , сопротивлений резистора R g в цепи сетки и нагрузочного резистора R L выбирают так, чтобы через лампу шел некоторый ток. Потенциал анода, следовательно, получается несколько меньшим, чем потенциал E pp его источника питания, вследствие протекания тока через R L .

Если на сетку подать через конденсатор положительный сигнал, она будет воздействовать на электроны, выходящие из катода. Поскольку такая сетка представляет собой слабое физическое препятствие для электронов, они будут проходить сквозь сетку на анод. Поэтому при изменении потенциала сетки в положительную сторону ток через триод возрастает, а напряжение на аноде уменьшается. (Это уменьшение происходит из-за увеличения падения напряжения на R L , связанного с увеличением тока.) Если же входной сигнал, приходящий на сетку, меняет ее потенциал в отрицательном направлении, то происходит прямо противоположный процесс; напряжение на аноде возрастает. Во многих электронных лампах изменение сеточного напряжения по существу определяет изменение тока анода; отсюда следует, что изменения напряжения на аноде определяются выбором R L . В результате малое изменение напряжения сетки может при достаточно большом R L вызывать гораздо большее изменение напряжения на аноде.

Многоэлектродные лампы.

Логично задать вопрос: каким может быть эффект увеличения числа сеток в электронной лампе? Обычно вторая сетка, которая называется экранной и поддерживается под положительным потенциалом, находится между управляющей сеткой и анодом. Ее роль состоит в том, чтобы экранировать управляющую сетку от анода, уменьшая, таким образом, емкость между ними, которая в ряде случаев может привести к нежелательным эффектам обратной связи. Лампа с двумя сетками (четырьмя электродами) называется тетродом. В некоторых случаях между экранной сеткой и анодом добавляют еще одну сетку – антидинатронную, в результате получается пятиэлектродная лампа, или пентод. В тетроде электроны, достигающие поверхности анода, при ударе о нее выбивают вторичные электроны. Некоторые из них могут двигаться в обратном направлении и собираться экранной сеткой, обычно имеющей потенциал, близкий к потенциалу анода. Такой процесс вызывает потери в общем потоке электронов, проходящих через анод (в анодном токе). Антидинатронная сетка, находящаяся между экранной сеткой и анодом, поддерживается под отрицательным потенциалом по отношению к обоим соседним электродам, так что возвращающиеся электроны отталкиваются ею обратно к аноду. На рис. 6 показана типичная схема включения пентода.

В некоторых случаях ради экономии места и средств две отдельные структуры электронных ламп объединяют в едином герметичном корпусе.

Электронно-лучевые трубки.

В электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) для воспроизведения изображения на люминесцентном экране используется пучок электронов, получаемых с нагретого катода. Этот пучок тщательно фокусируется в луч, создающий на экране маленькое пятно и возбуждающий электроны люминофора экрана, что и приводит к излучению света. Этот луч отклоняется под действием электрического или магнитного поля, описывая при этом траектории на экране, а интенсивность луча можно изменять посредством управляющего электрода, меняя тем самым яркость пятна. Часть ЭЛТ, в которой создается сфокусированный электронный луч, называется электронным прожектором. Хотя электронный прожектор – основная часть ЭЛТ, она из-за своей сложности будет рассмотрена после других.

Системы отклонения луча.

На выходе электронного прожектора получается узкий электронный луч, который на своем пути к экрану может отклоняться электрическим или магнитным полем. Электрические поля обычно используются в ЭЛТ с экраном малого размера, в частности, такого типа, как в осциллографах. Магнитные поля требуются для отклонения луча в телевизионных ЭЛТ с большими экранами.

В системах отклонения электрическим полем вектор поля ориентирован перпендикулярно начальной траектории луча (которую обычно обозначают направлением z ). Отклонение осуществляется приложением разности потенциалов к паре отклоняющих пластин, как показано на рис. 7. Обычно отклоняющие пластины делают отклонение в горизонтальном направлении (направление x ) пропорциональным времени. Это достигается приложением к отклоняющим пластинам напряжения, которое равномерно возрастает, пока луч перемещается поперек экрана. Затем это напряжение быстро падает до своего исходного уровня и снова начинает равномерно возрастать. Сигнал, который требует исследования (обычно периодическое колебание), подают на пластины, отклоняющие в вертикальном направлении (y ). В результате, если продолжительность однократной горизонтальной развертки равна периоду или соответствует частоте повторения сигнала y , на экране будет непрерывно воспроизводиться один период волнового процесса. В тех случаях, когда требуется большое отклонение, использование электрического поля для отклонения луча становится неэффективным.

Чтобы луч создавал на экране достаточно яркое пятно, а отклоняющий потенциал не достигал величины напряжения пробоя между отклоняющими пластинами, электроны должны получать большое ускорение. Более того, ЭЛТ не должна быть слишком длинной, чтобы прибор, в котором ее предполагается использовать, не стал неприемлемо громоздким. Наконец, ограничивается и длина отклоняющих пластин. При использовании магнитных полей для отклонения луча на большие углы ЭЛТ получается короткой (рис. 8).

Люминесцентный экран.

Люминесцентный экран формируется путем нанесения тонкого слоя люминофора на внутреннюю поверхность торцевой стенки конической части ЭЛТ. Кинетическая энергия электронов, бомбардирующих экран, превращается в видимый свет.

Электронный прожектор.

Электронный прожектор размещается в узкой горловине колбы ЭЛТ. Одна из многих возможных конструкций электронного прожектора схематически изображена на рис. 9,а . Катод и ряд близко расположенных друг к другу цилиндрических электродов выровнены вдоль их общей оси. На рис. 9,б с увеличением показана область фокусировки луча (т.е. «линза» электронного прожектора), в которой действует неоднородное, но осесимметричное электрическое поле. Векторы электрического поля везде перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям и направлены на рисунке влево, так как второй анод находится под более высоким потенциалом, чем первый. При этом электроны формируются в сходящийся пучок, который благодаря надлежащей подстройке формы электродов и их относительных потенциалов точно фокусируется при достижении поверхности экрана. В некоторых случаях фокусировка осуществляется посредством магнитного поля, направленного параллельно оси ЭЛТ. На рис. 9,в поясняется принцип такой фокусировки.

Электрический потенциал, который определяет максимальную скорость электронов на выходе из электронного прожектора, лежит в пределах от нескольких сотен до 10 000 В. В эксплуатации последний ускоряющий электрод (второй анод) обычно заземляется. В электродах имеются диафрагмы с круглыми отверстиями, которые отсекают периферийные электроны от пучка, предотвращая тем самым размывание пятна. Кроме того, они улавливают электроны вторичной эмиссии, возвращающиеся от различных поверхностей внутренних компонентов ЭЛТ.

Фотоэлектронные приборы.

Фотоэлектронный электровакуумный прибор (фотоэлемент) – это электронная лампа, имеющая катод, который эмиттирует электроны, когда на него попадает видимый свет или инфракрасное либо ультрафиолетовое излучение. Изменения интенсивности излучения вызывают соответствующие изменения электронного потока в лампе, а следовательно, и тока во внешней цепи.

В научных исследованиях и технике фотоэлектронные приборы используют для измерений освещенности. Они находят применение также в устройствах управления уличным освещением, для уравнивания цветов в телевидении и согласования красок в полиграфии, для подсчета объектов на производстве. Фотоэлектронные приборы используются для считывания звука при демонстрации кинофильмов. Звук записывается на пленке в виде непрерывной дорожки переменной плотности, которая модулирует световой луч, направляемый на фотоэлектронный прибор. Выходной сигнал этого прибора получается пропорциональным плотности звуковой дорожки, записанной на пленке.

На рис. 10,а показаны вольт-амперные характеристики типичного электровакуумного фотоэлемента, а на рис. 10,б – относительные спектральные характеристики типичного фотоэлектронного прибора и глаза человека при постоянной световой интенсивности и изменяющейся длине волны излучения. Абсолютные значения амплитуд спектральных характеристик зависят от выбора материала чувствительной поверхности фотокатода.

В некоторых случаях внутрь прибора вводят газ, чтобы повысить его токовую чувствительность. Однако такая чувствительность становится сильно зависящей от потенциала анода, тогда как в вакуумном фотоэлементе выходной сигнал остается неизменным в широком диапазоне значений анодных потенциалов (рис. 11).

Фотоумножитель.

Действие фотоэлектронного умножителя основано на использовании вторичных электронов, которые освобождаются, когда электрон, обладающий высокой скоростью, ударяется о поверхность металла. Прибор работает следующим образом. Электроны, эмиттируемые обычным фотокатодом, притягиваются электрическим полем динода – электрода, потенциал которого несколько выше потенциала катода. Когда электрон ударяется о динод, из него вылетает несколько вторичных электронов. Они ускоряются в направлении второго динода, который находится под более высоким потенциалом, чем первый, и в результате соударения образуется еще большее число вторичных электронов. После нескольких таких ступеней каскадного «размножения» электронов процесс достигает, наконец, анода, собирающего электроны. Сильно увеличенное число электронов, собранных анодом, создает намного больший ток по сравнению с током фотокатода. Если каждый электрон, ударяющийся о динод, выбивает n вторичных электронов, то при числе динодов, равном k , коэффициент усиления тока будет nk . Положение динодов тщательно рассчитывается, с тем чтобы большинство электронов, вылетев с одного динода, попадало на другой и т.д. На рис. 12,а показано, как этот процесс реализуется в сравнительно ограниченном объеме электронной лампы. На рис. 12,б представлена схема подключения типичного фотоэлектронного умножителя. Резисторы всех динодов обычно имеют одинаковое сопротивление. На рис. 12,в приведена токовая характеристика фотоумножителя. В данном случае разность потенциалов между соседними динодами равна 100 В, а полученный коэффициент усиления тока составляет 10 6 .

Газоразрядные лампы.

Газоразрядная лампа – это электронная лампа, содержащая достаточно газа, чтобы существенным образом влиять на ее характеристики. Давление этого газа ниже атмосферного. Обычно для наполнения газоразрядных ламп используют инертные газы (неон, аргон и др.) или пары ртути. Характеристики лампы определяются как свойствами используемого газа, так и его давлением внутри лампы.

Соударения и ионизация.

Присутствие молекул газа в электронной лампе может быть причиной двух эффектов. Соударения с молекулами могут вызвать торможение потока электронов в лампе (такие соударения способны приводить к нарастанию пространственного заряда с образованием облака электронов вокруг катода, что вызывает уменьшение тока), а если электроны ускоряются достаточно большой разностью потенциалов, они могут выбивать электроны из молекул газа, оставляя после себя положительно заряженные ионы. Этот процесс называется ионизацией. Если ускоряющий потенциал в лампе еще более высокий, то первичный электрон и электрон, высвобожденный из молекулы в процессе ионизации, могут ускориться до такой большой скорости, что вызовут дальнейшую ионизацию. Такой процесс приводит к разряду – распространению ионизации в пространстве между анодом и катодом лампы. Образование большого числа положительных ионов и освободившихся при ионизации электронов увеличивает ток, текущий через лампу, и сопротивление лампы во время разряда становится очень малым.

Газоразрядные диоды и газонаполненные лампы.

Газоразрядный диод (газотрон) – это диод, в котором присутствие газа создает высокую проводимость в прямом направлении. Электроны, эмиттируемые катодом, ускоряются к аноду, и в результате возникает разряд. Разряд продолжается до тех пор, пока потенциал анода не станет ниже некоторого потенциала отсечки. Но как только анод становится отрицательным, нехватка электронов уже не в состоянии снова инициировать разряд. Если, однако, потенциал анода понижается до большой отрицательной величины (например, более -100 В), то разряд запускается электронами, эмиттируемыми анодом. Другими словами, анод легче эмиттирует электроны, когда его потенциал не нулевой, а отрицательный. Электроны могут высвобождаться в результате термоэмиссии даже при комнатной температуре из-за их теплового движения. Они могут также появляться вследствие фотоэлектрических процессов, вызываемых бомбардировкой фотонами. В любом случае эмиттируемые электроны будут вызывать в лампе ионизацию с последующим разрядом. Поэтому большие отрицательные напряжения на аноды газоразрядных диодов обычно не подают. Тем не менее такие диоды находят применение в низковольтных схемах выпрямления, в частности, в устройствах для зарядки батарей, где требуется большой ток в прямом направлении.

Неоновая лампа представляет собой газоразрядный диод с двумя одинаковыми электродами без подогревателей. На рис. 13 показана вольт-амперная характеристика такой лампы. Легко видеть, что падение напряжения на лампе остается почти без изменения после того, как лампа «зажглась» подачей на нее напряжения, немного превышающего стартовое. Такая характеристика газоразрядных ламп, работающих в области самоподдерживающегося тлеющего разряда, делает их полезными приборами для поддержания неизменного напряжения в схеме с меняющимся током нагрузки. Обычно для подобных стабилизаторов напряжения (стабилитронов) используют специально разработанные лампы, но годится и простая неоновая лампа. Подсоединять лампы к источнику напряжения нужно через последовательный резистор, чтобы предотвратить слишком большое возрастание тока, которое способно повредить лампу или источник напряжения.

Тиратрон.

Тиратрон – газоразрядный триод, обычно с подогревным катодом. Анод тиратрона, как правило, поддерживается под достаточно высоким потенциалом, чтобы инициировать разряд, когда сетка имеет потенциал катода. (На сетке же поддерживается отрицательный потенциал, чтобы не допустить выхода электронов из прикатодной области и возбуждения разряда.) В нужный момент по сигналу потенциал сетки повышается настолько, чтобы запустить разряд. После возникновения разряда сетка не управляет им до тех пор, пока анодное напряжение не понизится до уровня, при котором разряд погаснет.

Малый положительный импульс, поданный на сетку, позволяет инициировать прохождение большого тока через лампу. Эта управляющая функция и определяет полезность тиратрона. «Стартовый потенциал» сетки – напряжение, при котором инициируется разряд, – зависит от потенциала анода и температуры газа в лампе.

В ионных (газонаполненных) фотоэлементах газ используется, чтобы получить усиление тока вследствие ионизации молекул газа фотоэлектронами. Потенциал анода никогда не доводят до уровня, при котором разряд становится самоподдерживающимся и не нуждающимся в эмиссии фотоэлектронов с катода.

Статические характеристики, важнейшими из которых являются анодно-сеточные и анодные, снимают при одном постоянном параметре.

Анодно-сеточные характеристики отражают зависимость анодного тока от напряжения на сетке при некотором постоянном анодном напряжении, то есть I а =f(U с) при U а =const.

Такие характеристики снимают для нескольких анод­ных напряжений и получают семейство анодно-сеточных характеристик, представленных на рисунке ниже:

1 — анодно сеточные характеристики триода; 2 — анодные характеристики триода.

Триод - это трехэлектродный электровакуумный прибор, один из самых распространенных в электронной технике.

Три его электрода — анод, катод и сетка размещены внутри баллона, из которого откачан воздух. Между като­дом, находящимся обычно в центре баллона, и анодом, ко­торому чаще всего придают цилиндрическую или коробча­тую форму, расположена спиралеобразная управляющая сетка. Условное обозначение триода отражает его принципиальное устройство.

Рассматривая конструкцию триода, нетрудно понять, что, поскольку сечка расположена намного ближе к ка­тоду, чем анод, влияние ее потенциала на ток лампы значительно превосходит влияние потенциала анода. Этим и объясняется основная функции триода: управление боль­шим током в анодной цепи посредством маломощных сигна­лов (потенциалов), подаваемых в сеточную цепь.

а — устройство триода; б — обозначение на схемах; в — схема включения для снятия характеристик

На рисунке выше (в) показан один из вариантов включе­ния триода. Источник питания Е а, резистор R а и участок анод - катод образуют анодную цепь, а источник питания Е с, резистор и участок сетка – катод составляют се­точную цепь. В этой схеме, изменяя положение скользя­щего контакта на резисторе R с, можно устанавливать на сетке то или иное напряжение.

Когда напряжение на сетку не подается (равно нул ю), она практически не оказывает влияния на работу лампы и триод действует, в сущности, так же, как рассмот­ренная ранее двухэлектродная лампа - диод.

Если на сетке отрицательное напряжен и е, то между нею и катодом возникает электрическое поле, которое препятствует движению электронов и огра­ничивает анодный ток. На сетке можно установить такое отрицательное напряжение, что анодный ток вообще пре­кратится, поскольку все электроны будут отталкиваться сеткой обратно к катоду. В этом случае говорят, что лампа заперта, а соответствующее напряжение на сетке называют потенциалом запирания .

Диод - простейшая двухэлектродиая электрон­ная лампа. Два ее электрода - это катод (прямого или косвенного накала) и анод (обычно цилиндрической формы). Основное свойство диодов - односторонняя проводимость, то есть способность пропускать ток только в одном направ­лении.

Схемы включения диодов:

а — с катодом прямого накала; б — с катодом косвенного накала.

Катод подключен к источнику тока Е н (для диодов с катодом прямого накала Е н составляет при­близительно 1-2 В, для диодов с катодом косвенного на­кала 6,3 В), а анодная цепь - к источнику тока Е а (обычно значения Е а находятся в диапазоне 80-300 В, но для мощ­ных ламп достигают нескольких киловольт). Характерно, что у ламп с подогревным катодом цепь накала и анодная цепь полностью разделены, что создает ряд конструктивных достоинств.

Электронная лампа - самый распространенный электро­вакуумный прибор. В стеклянном, металлическом, металлокерамическом или пластмассовом баллоне лампы, из ко­торого откачан воздух, размещены электроды.

В зависимости от назначения и типа лампы их может быть несколько, но в любой лампе имеются два основных электрода:

• катод — источник электронов;
• анод — приемник электронов.

Движение электронов в вакууме от одного электрода к другому и обусловливает электрический ток лампы.

Различают катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала

Катод прямого накала пред­ставляет собой металлическую нить 1, прикрепленную к держателям 2. Эту нить растягивают пружины 3, которые прикреплены к траверсам, установленным в баллоне лампы. Нить подогревается проходя­щим по ней электрическим током (как правило, постоян­ным).

Электровакуумные приборы (электронные лампы, электрон­но-лучевые трубки, фотоэлектронные умножители, фотоэлементы и др.) наряду с полупроводниковыми составляют основу современной радиоэлектронной техники.

Электровакуумные приборы используют в своей работе направленный поток электронов в вакууме, возникающий и результате физического явления электронной) эмиссии, под которым понимают явление испускания электронов металлом под влиянием тепла, света или иных воздействий.

Сущность электронной эмиссии заключается в следую­щем. Как известно, электроны в металлах способны срав­нительно легко покидать свои атомы. Такие электроны получили название свободных. Их место в атомах занимают другне свободные электроны, которые так же легко могут оставить атомы. Если к проводнику не приложено электри­ческое напряжение, то свободные электроны движутся хаотично, в самых различных направлениях и с разными скоростями. Свободные электроны могут покинуть провод­ник, однако этому препятствуют две причины.

Во-первых, над поверхностью проводников образуется слой отрицательных зарядов, создаваемых теми электро­нами, которые на мгновение покидают проводник и возвращаются снова. Этот слой существует постоянно, так как и имей вернувшимся в проводник электронам над его поверхностью появляются новые и т. д. Но раз какое-то количество электронов находится вне проводника, то сам проводник должен иметь избыточные положительные заряды, образованные теми атомами, которые потеряли электроны. Положительные заряды концентрируются у внутрен­ней поверхности проводника. Двойной электрический слой из отрицательных и положительных зарядов создает тор­мозящее поле у поверхности проводника. Значит, для того чтобы покинуть проводник, электрону надо преодолеть это поле, то есть совершить некоторую работу. Следовательно, электрон должен обладать соответствующей энергией.

Сегодня, в век развития нанотехнологий, повсеместной миниатюризации различных радиоэлектронных устройств, многие считают, что электровакуумные лампы безнадежно устарели и их применение не рентабельно, да и негде их использовать. Надо сказать, что это в корне ошибочная точка зрения. Конечно же, ЭВЛ уже не имеют столь важной роли, как раньше, но все-таки, они не только все еще применяются, но в некоторых отраслях, в некоторых приборах они просто незаменимы.

Принцип работы ЭВЛ

Электровакуумная лампа является электровакуумным прибором , который работает по следующему принципу: в замкнутом вакуумном или разреженном газовом пространстве создают интенсивный поток из электронов. Управляют этим потоком при помощи электрического или магнитного поля. Электроток, идущий через вакуум, имеет множество полезных функций, таким образом, электронная лампа генерирует, усиливает электро колебания разной частоты (звуковые сверхвысокие частоты, радиоволны). Конструкционно радиолампа состоит из катода, анода и сетки.

Катод

Отрицательный электрод, который для обеспечения эмиссии с катода электронов, дополнительно нагревают, а для того чтобы эмиссия проходила легче, на катоды наносят тончайший слой тория, бария. Металлический катод, использующийся в лампах большой мощности, производят из вольфрама.

Анод

Является положительным электродом, может иметь форму пластины, но обычно производят цилиндрической формы или в виде параллелепипеда. Для изготовления используют никель, молибден, но могут быть аноды танталовые или графитовые.

Сетка

Сетка разделяет анод и катод, предохраняя последний от перегрева. Сетка бывает в виде решетки или же спирали (чаще).

Немного истории

Возникновение электротока, текущего в вакууме, было открыто Томасом Эдисоном (1883 год), но в те времена это было неактуально, применения данному эффекту не нашлось. Но уже к 1905 году Джон Флеминг создал электронную лампу (диод), которая преобразовывала переменный ток в постоянный. Состояла лампа из двух металлических электродов: анода и катода, заключенных в стеклянный баллон. Затем, после экспериментов с простой лампой, Ли де Форестом был введен третий элемент лампы – сетка. Впоследствии, ЭВЛ усовершенствовалась с целью улучшения характеристик прибора.

С начала двадцатого века и до середины пятидесятых годов были разработаны и другие электровакуумные приборы, принцип действия которых был основан на использовании потока электронов: магнетроны, клистроны. Но эти устройства имели мало общего с ЭВЛ, хотя, зачастую их и относят к одному классу электровакуумных приборов.

Применение

С начала пятидесятых годов и вплоть до девяностых электровакуумные лампы применялись практически во всех областях радиоэлектронной, технической промышленности. Без них невозможно было представить себе телевизоры, радиоприемники, промышленное и другое оборудование, и, конечно же, первые компьютеры и вычислительные машины. Со временем, при развитии радиоэлектроники, точного приборостроения, лампы практически утратили свою актуальность и их перестали использовать. Но все-таки, в некоторых отраслях невозможно и до сих пор обходиться без ЭВЛ, потому как только вакуумная лампа позволяет приборам работать по заданным параметрам, в заданной среде, обеспечивая нужные характеристики.

• Военно-промышленный комплекс не может обходиться без ЭВЛ, так как исключительно вакуумная лампа устойчива к электромагнитным импульсам. Порой, в одном военном аппарате содержится до сотен ЭВЛ.
• Авиа и ракетостроение. Многие полупроводниковые материалы, РЭК не способны работать в условиях высокой радиации, в космосе, где существует естественный вакуум. И в этом случае на помощь приходит старая, испытанная электровакуумная лампа. Некоторые типы ЭВЛ помогают повысить надежность и долговечность космических ракет и спутников. Ламповые устройства могут работать при чрезвычайно высоких температурах и высоком уровне радиации.
• Профессиональная звуковая аппаратура. Для получения звука качества «HI End» большинство компаний применяют ЭВЛ. Можно с уверенностью констатировать, что электровакуумная лампа совершенно не устарела и не ушла в забвение. Конечно, она немного изменила свой облик, но все еще имеет широкое применение в особо важных отраслях.

Электровакуумные приборы (ЭВП)

приборы для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жёсткой газонепроницаемой оболочкой. К ЭВП относятся лампы накаливания (См. Лампа накаливания), вакуумные Электронные приборы (в которых поток электронов проходит в вакууме), газоразрядные электронные приборы (в которых поток электронов проходит в газе).

Лампы накаливания - наиболее массовый вид ЭВП (в 70-х гг. 20 в. ежегодный мировой выпуск составляет около 10 млрд. штук). Удаление воздуха из баллона лампы предотвращает окисление нити накала кислородом. Для уменьшения испарения накалённой нити лампы накаливания некоторых типов после удаления воздуха наполняют инертным газом. Это позволяет повысить рабочую температуру нити накала и тем самым - световую отдачу ламп без изменения срока их службы. Присутствие инертного газа не влияет на процесс преобразования подводимой к лампе электрической энергии в световую.

Вакуумные электронные приборы изготовляют с таким расчётом, чтобы в рабочем режиме давление остаточных газов внутри баллона составляло 10 -6 -10 -10 мм рт. ст. При такой степени разрежения ионы остаточных газов не влияют на траектории электронов и шумы, создаваемые потоком этих ионов при их движении к катоду, достаточно малы. Такие ЭВП охватывают следующие классы приборов. 1) Электронные лампы (См. Электронная лампа) - Триод ы, Тетрод ы, Пентод ы и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электрических колебаний с частотой до 3․10 9 гц. Основные области применения электронных ламп - радиотехника, радиосвязь, радиовещание, телевидение. 2) ЭВП СВЧ - Магнетрон ы и Магнетронного типа приборы , пролётные и отражательные Клистрон ы, лампы бегущей волны (См. Лампа бегущей волны) и лампы обратной волны (См. Лампа обратной волны) и т. д.; предназначены для преобразования энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний с частотами от 3․10 8 до 3․10 12 гц. ЭВП СВЧ используются главным образом в устройствах радиолокации, телевидения (для передачи телевизионных сигналов по линиям радиорелейной связи, спутниковым линиям), СВЧ радиосвязи, телеуправления (например, ИСЗ и космическими кораблями). 3) Электроннолучевые приборы - осциллографические электроннолучевые трубки (См. Осциллографическая электроннолучевая трубка), Кинескоп ы, запоминающие электроннолучевые трубки (См. Запоминающая электроннолучевая трубка) и т. д.; предназначены для различного рода преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов (например, визуализации электрических сигналов, преобразования двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов и наоборот). 4) Фотоэлектронные приборы - передающие телевизионные трубки (См. Передающая телевизионная трубка), фотоэлектронные умножители (См. Фотоэлектронный умножитель), вакуумные Фотоэлемент ы; служат для преобразования оптического излучения в электрический ток и применяются в устройствах автоматики, телевидения, астрономии, ядерной физики, звукового кино, факсимильной связи и т. д. 5) Вакуумные индикаторы - электронносветовые индикаторы (См. Электронносветовой индикатор), цифровые индикаторные лампы (См. Цифровая индикаторная лампа) и др. Работа индикаторных ламп основана на преобразовании энергии постоянного тока в световую энергию. Применяются в измерительных приборах, устройствах отображения информации, радиоприёмниках и т. д. 6) Рентгеновские трубки (См. Рентгеновская трубка); преобразуют энергию постоянного тока в рентгеновские лучи. Применяются: в медицине - для диагностики ряда заболеваний; в промышленности - для обнаружения невидимых внутренних дефектов в различных изделиях; в физике и химии - для определения структуры и параметров кристаллических решёток твёрдых тел, химического состава вещества, структуры органических веществ; в биологии - для определения структуры сложных молекул.

Р. Ф. Коваленко.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Электровакуумные приборы" в других словарях:

Приборы, в к рых перенос тока осуществляется электронами или ионами, движущимися между электродами через высокий вакуум или газ внутри газонепроницаемой оболочки. Э. п. разделяются на два больших класса: электронные приборы и ионные приборы. В… … Физическая энциклопедия

- (ЭВП) служат для различного рода преобразований электромагнитной энергии (генерации, усиления и т. д.). К ЭВП относятся: вакуумные электронные приборы (электронные лампы, магнетроны, клистроны, электронно лучевые приборы, рентгеновские трубки и т … Большой Энциклопедический словарь

- (ЭВП), электронные приборы, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы газонепроницаемой (вакуумно плотной) оболочкой. Работа основана на взаимодействии потока электронов, испускаемых катодом, с… … Современная энциклопедия

Приборы, принцип действия к рых обусловлен движением эл нов в высоком вакууме. К Э. п. относятся электронные лампы (выпрямительные, генераторные, усилительные, смесительные, индикаторные и др.), электронные приборы СВЧ (клистрон, магнетрон,… … Физическая энциклопедия

ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ - электротехнические приборы, в которых электрический ток обусловлен электронным потоком, двигающимся в высоком вакууме (см. (1)). К Э. п. относятся: электронные лампы (выпрямительные, генераторные, усилительные, смесительные, индикаторные и др.),… … Большая политехническая энциклопедия

- (ЭВП), служат для различного рода преобразований электромагнитной энергии (генерации, усиления и т. д.). К ЭВП относятся: вакуумные электронные приборы (электронные лампы, магнетроны, клистроны, электронно лучевые приборы, рентгеновские трубки… … Энциклопедический словарь

- (ЭВП), электронные приборы, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей среды газонепроницаемой (вакуумно плотной) оболочкой. Служат для различного рода преобразований электромагнитной энергии (генерации,… … Энциклопедия техники

- (ЭВП) электронные приборы, в к рых рабочее пространство освобождено от воздуха (давление остаточных газов обычно не выше 100 мкПа) и защищено от окружающей атмосферы газонепроницаемой (вакуумно плотной) оболочкой; работа осн. на взаимодействии… … Большой энциклопедический политехнический словарь

- (ЭВП), служат для разл. рода преобразований эл. магн. энергии (генерации, усиления и т.д.). К ЭВП относятся: вакуумные электронные приборы (электронные лампы, магнетроны, клистроны, электронно лучевые приборы, рентгеновские трубки и т.д.),… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Электровакуумный прибор устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой. К таким… … Википедия

Книги

• Электроника. Учебник для бакалавров , Шишкин Г.Г. , Учебник охватывает все разделы современной электроники. Рассмотрены полупроводниковые и электровакуумные приборы сверхвысоких частот с динамическим управлением, газоразрядные приборы,… Категория: