Электроника для "чайников": как работает радиолампа и зачем она нужна. Вакуумная электронная лампа как источник дармовой электроэнергии
Ознакомление с историей изобретения радиолампы возвращает нас к 1881 г., когда известный изобретатель Томас Эдисон обнаружил явление, положенное впоследствии в основу действия почти каждой радиолампы. Занимаясь опытами, целью которых было улучшение первых электрических ламп, Эдисон ввел внутрь стеклянной колбы лампы металлическую пластинку, расположив ее поблизости от накаливаемой угольной нити. Эта пластинка совершенно не соединялась с нитью внутри колбы (фиг. 1). Металлический стержень, на котором держалась пластинка, проходил сквозь стекло наружу. Чтобы нить не перегорела, воздух из колбы лампы был выкачан. Изобретатель был весьма удивлен, заметив отклонение стрелки электроизмерительного прибора, включенного в проводник, соединяющий между собой металлическую пластинку с положительным полюсом (плюсом) батареи накала нити. Исходя из обычных по тому времени представлений, нельзя было ожидать появления тока в цепи «пластинка - соединительный провод - плюс батареи», так как эта цепь незамкнута. Тем не менее ток по цепи проходил. Когда же соединительный провод приключили не к плюсу, а к минусу батареи, ток в цепи пластинки прекращался. Эдисон не смог дать объяснения открытому им явлению, которое вошло в историю радиолампы под названием эффекта Эдисона .
Объяснение эффекту Эдисона было дано гораздо позже, уже после того, как в 1891 г. Стонеем и Томсоном были открыты электроны - мельчайшие отрицательные заряды электричества. В 1900 - 1903 гг. Ричардсон предпринял научные исследования, результатом которых явилось опытное и теоретическое подтверждение вывода Томсона о том, что раскаленная поверхность проводников испускает, эмиттирует электроны. Оказалось, что способ нагревания проводника безразличен: раскаленный на горящих углях гвоздь эмиттирует электроны (фиг. 2) так же, как и накаливаемая электрическим током нить электрической лампы. Чем выше температура, тем более интенсивна электронная эмиссия . Ричардсон глубоко исследовал электронную эмиссию и предложил формулы для расчета количества эмиттируемых электронов Им же было установлено, что будучи нагретыми до одинаковой температуры, разные проводники эмиттируют электроны в различной степени, что было приписано структурным свойствам этих проводников, т. е. особенностям их внутреннего строения. Повышенными эмиссионными свойствами отличаются цезий, натрий, торий и некоторые другие металлы. Этим впоследствии воспользовались при конструировании интенсивных эмиттеров электронов.
Однако, установление одного лишь факта существования электронной эмиссии с поверхности раскаленных проводников (такая эмиссия называется термоионной или термоэлектронной) не объясняет еще появления тока в цепи пластинки лампы Эдисона. Но все становится совершенно понятным, если вспомнить два обстоятельства: 1) разноименные электрические заряды стремятся притянуться, а одноименные - оттолкнуться; 2) поток электронов образует собой электрический ток тем большей силы, чем большее количество электронов перемещается (фиг. 3). Пластинка, соединяемая с плюсом батареи накала лампы, заряжается положительно и потому притягивает к себе электроны, заряд которых отрицателен. Таким образом, кажущийся разрыв цепи внутри лампы оказывается замкнутым и в цепи устанавливается электрический ток, который проходит через электроизмерительный прибор. Стрелка прибора отклоняется.
Если пластинку зарядить по отношению к нити отрицательно (это именно и получается, когда она присоединена к минусу батареи накала), то она будет отталкивать от себя электроны. Хотя раскаленная нить и будет попрежнему эмит-тировать электроны, но на пластинку они не попадут. Никакого тока в цепи пластинки не возникнет, и стрелка прибора покажет нуль (фиг. 4). Раскаленная нить окажется окруженной со всех сторон большим количеством беспрерывно эмиттируемых нитью и вновь к ней возвращающихся электронов. Это «электронное облако» вокруг нити создает отрицательный пространственный заряд , который препятствует вылету из нити электронов. Устранить пространственный заряд («рассосать электронное облако») можно действием положительно заряженной пластинки. По мере увеличения положительного заряда притягивающая электроны сила пластинки возрастает, все большее и большее количество электронов покидает «облако», направляясь к пластинке. Пространственный отрицательный заряд вокруг нити уменьшается. Ток в цепи пластинки возрастает. Стрелка прибора отклоняется по шкале в сторону больших показаний. Таким образом ток в цепи пластинки можно менять изменением положительного заряда пластинки . Это - вторая возможность увеличения тока. О первой возможности мы уже знаем: чем выше температура раскаленной нити, тем сильнее эмиссия. Однако, повышать температуру нити можно лишь до известных пределов, после которых возникает опасность перегорания нити. Но и повышение положительного заряда на пластинке также имеет пределы. Чем сильнее этот заряд, тем больше скорости летящих к пластинке электронов. Получается электронная бомбардировка пластинки. Хотя энергия удара каждого электрона и мала, но электронов много, и от ударов пластинка может сильно накалиться и даже расплавиться.
Увеличение положительного заряда пластинки достигается включением в ее цепь батареи с большим напряжением, причем плюс батареи присоединяется к пластинке, а минус - к нити (к положительному полюсу накальной батареи, фиг. 5). Оставляя температуру нити неизменной, т. е. поддерживая неизменным напряжение накала, можно определить характер изменения тока в цепи пластинки в зависимости от изменения напряжения «пластиночной» батареи. Эту зависимость принято выражать графически построением линии, плавно соединяющей точки, соответствующие показаниям прибора.
По горизонтальной оси слева направо обычно откладываются возрастающие значения положительного напряжения на пластинке, а по вертикальной оси снизу вверх - возрастающие значения тока в цепи пластинки. Полученный график (характеристика ) говорит о том, что зависимость тока от напряжения получается пропорциональной только в ограниченных пределах. По мере увеличения напряжения на пластинке ток в ее цепи возрастает сначала медленно, потом быстрее и затем равномерно (линейный участок графика). Наконец, наступает такой момент, когда возрастание тока прекращается. Это - насыщение : ток не может стать больше: все электроны, эмиттируемые нитью, полностью использованы . «Электронное облако» исчезло.
Цепь пластинки лампы обладает свойством одностороннего пропускания электрического тока. Эта односторонность определяется тем, что электроны («переносчики тока») могут проходить в такой лампе только в одном направлении: от раскаленной нити к пластинке. Джону Флемингу, когда он в 1904 г. занимался опытами по приему сигналов беспроволочного телеграфа, необходим был детектор - прибор с односторонним пропусканием тока. Флеминг применил в качестве детектора электронную лампу.
Так эффект Эдисона был впервые практически применен в радиотехнике. Техника обогатилась новым достижением - «электрическим клапаном». Интересно сопоставить две схемы: схему приемного устройства Флеминга, опубликованную в 1905 г., и современную схему простейшего приемника с кристаллическим детектором. Эти схемы по существу мало чем отличаются одна от другой. Роль детектора в схеме Флеминга выполнял «электрический клапан» (вентиль). Именно этот «клапан» и явился первой и простейшей радиолампой (фиг. 6). Так как «клапан» пропускает ток лишь при положительном напряжении на пластинке, а электроды, соединяемые с плюсом источников тока, называются анодами , то именно такое название и дано пластинке, какую бы форму (цилиндрическую, призматическую, плоскую) ей ни придали. Нить, присоединяемая к минусу анодной батареи («пластиночной батареи», как мы ее именовали ранее), называется катодом .
«Клапаны» Флеминга широко применяются и поныне, но носят другие названия. В каждом современном радиоприемнике с питанием от сети переменного тока имеется устройство, преобразовывающее переменный ток в необходимый для приемника постоянный ток. Это преобразование осуществляется посредством «клапанов», называемых кенотронами . Устройство кенотрона в принципе совершенно такое же, как и прибора, в котором Эдисон наблюдал впервые явление термоэлектронной эмиссии: колба, из которой выкачан воздух, анод и накаливаемый электрическим током катод. Кенотрон, пропуская ток лишь одного направления, преобразовывает переменный ток (т. е. ток, попеременно меняющий направление своею прохождения) в ток постоянный, проходящий все время в одном направлении. Процесс преобразования кенотронами переменного тока в постоянный получил название выпрямления , что следует, видимо, объяснить формальным признаком: график переменного тока обычно имеет форму волны (синусоиды), тогда как график постоянного тока - прямая линия. Получается как бы «выпрямление» волнистого графика в прямолинейный (фиг. 7). Полное устройство, служащее для выпрямления, называется выпрямителем .
Общее название для всех радиоламп с двумя электродами - анодом и катодом (нить хотя и имеет два вывода из колбы, но представляет собой один электрод) - двухэлектродная лампа или - сокращенно - диод . Диоды применяются не только в выпрямителях, но и в самих радиоприемниках, где они выполняют функции, относящиеся непосредственно к приему радиосигналов. Таким диодом, в частности, является лампа типа 6X6, у которой в общей колбе помещено два независимых друг от друга диода (такие лампы называются двойными диодами или дубль-диодами). Кенотроны часто имеют не один, а два анода, что объясняется особенностями схемы выпрямителя. Аноды либо располагаются около общего катода вдоль нити, либо каждый анод окружает отдельный катод. Примером одноанодного кенотрона является лампа типа ВО-230, а двуханодных - лампы 2-В-400, 5Ц4С, ВО-188 и др. График, выражающий зависимость анодного тока диода от напряжения на аноде, называется характеристикой диода .
В 1906 г. Ли де-Форест поместил в пространство между катодом и анодом третий электрод в виде проволочной сетки . Так была создана трехэлектродная лампа (триод) - прототип почти всех современных радиоламп. Название «сетка» сохранилось за третьим электродом и поныне, хотя в настоящее время он далеко не всегда имеет вид сетки. Внутри лампы сетка не соединяется ни с каким другим электродом. Проводник от сетки выведен из колбы наружу. Включая между выводным проводником сетки и выводом катода (нити) сеточную батарею, можно заряжать сетку положительно или отрицательно относительно катода в зависимости от полярности включения батареи.
Когда положительный полюс (плюс) сеточной батареи присоединен к сетке, а отрицательный полюс (минус) - к катоду, сетка приобретает положительный заряд и тем больший, чем больше напряжение батареи. При обратном включении батареи сетка заряжается отрицательно. Если проводник сетки непосредственно соединить с катодом (с каким-либо выводом нити), то сетка приобретает такой же потенциал, какой имеет катод (более точно - какой имеет та точка цепи накала, к которой присоединяется сетка). Можно считать, что при этом сетка получает нулевой потенциал относительно катода, т. е. заряд сетки равен нулю. Находясь под нулевым напряжением, сетка почти не влияет на поток устремляющихся к аноду электронов (фиг. 8). Основная их масса проходит сквозь отверстия сетки (соотношение между размерами электронов и отверстиями сетки приблизительно таково, как между размерами человека и расстояниями между небесными телами), но некоторая часть электронов все же может попасть на сетку. Отсюда эти электроны по проводнику направятся к катоду, образуя сеточный ток .
Получив заряд того или иного знака (плюс или минус), сетка начинает активно вмешиваться в электронные процессы внутри лампы. Когда заряд отрицателен, то сетка стремится оттолкнуть от себя электроны , имеющие заряд такого же знака. А так как сетка расположена на пути прохождения электронов от катода к аноду, то отталкиванием сетка будет возвращать электроны обратно к катоду (фиг. 9). Если постепенно увеличивать отрицательный заряд сетки, то отталкивающее действие будет возрастать, вследствие чего при неизменном положительном
напряжении на аноде и неизменном напряжении накала нити анод будет получать все меньшее количество электронов. Иначе говоря, анодный ток будет уменьшаться. При некотором значении отрицательного заряда на сетке анодный ток может даже совершенно прекратиться - все электроны будут возвращены обратно к катоду, несмотря на то, что анод имеет положительный заряд. Сетка своим зарядом будет преодолевать действие заряда анода. А так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, то ее влияние на поток электронов значительно сильнее. Достаточно изменить лишь немного напряжение на сетке, чтобы анодный ток изменился очень сильно. Такое же изменение анодного тока можно, конечно, получить и за счет изменения анодного напряжения, оставив напряжение на сетке неизменным. Однако, для получения точно такого же изменения тока в цепи анода потребуется значительное изменение анодного напряжения. В современных триодах изменение сеточного напряжения на один-два вольта вызывает такое же изменение анодного тока, как и изменение анодного напряжения на десятки и даже сотни вольт.
Положительно заряженная сетка не отталкивает, а притягивает к себе электроны , тем самым ускоряя их пробег (фиг. 10). Если постепенно увеличивать положительное напряжение на сетке, начиная от нуля, то можно наблюдать следующее. Сначала сетка будет как бы помогать аноду: вылетая из раскаленного катода, электроны испытают более сильное ускоряющее воздействие. Основная масса электронов, направляясь к аноду, по инерции пролетит сквозь отверстия в сетке и попадет в «засеточном пространстве» в поле усиленного напряжения анода. Эти электроны попадут на анод. Но некоторая часть электронов попадает непосредственно на сетку и образует сеточный ток. Затем при возрастании положительного заряда сетки сеточный ток будет увеличиваться, т. е. все большее количество электронов от общего электронного потока будет задерживаться сеткой. Но и анодный ток будет увеличиваться, так как скорости электронов возрастают. Наконец, вся эмиссия будет полностью использована, пространственный заряд вокруг катода уничтожится, и анодный ток перестанет возрастать. Наступит насыщение, эмиттированные электроны разделятся между анодом и сеткой, причем большая их часть придется на долю анода. Если еще больше увеличивать положительное напряжение на сетке, то это приведет к возрастанию сеточного тока, но исключительно за счет уменьшения Тока анода: сетка будет перехватывать все большее количество электронов из направляющегося к аноду потока их.
При очень больших положительных напряжениях на сетке (больших, чем напряжение на аноде) сеточный ток может даже превысить анодный ток, сетка может «перехватить» у анода все электроны. Анодный ток уменьшится до нуля, а сеточный возрастет до максимума, равного току насыщения лампы. Все эммитируемые нитью электроны попадают на сетку.
Характерные свойства трехэлектродных ламп наглядно отображаются графиком зависимости анодного тока от напряжения на сетке при неизменном положительном напряжении на аноде. Этот график называется характеристикой лампы (фиг. 11). При некотором отрицательном напряжении на сетке анодный ток совершенно прекращается; этот момент отмечен на графике слиянием нижнего конца характеристики с горизонтальной осью, вдоль которой отложены величины напряжений на сетке. В этот момент лампа «заперта»: все электроны возвращаются сеткой обратно на катод. Сетка преодолевает действие анода. Анодный ток равен нулю.
При уменьшении отрицательного заряда сетки (движение по горизонтальной оси вправо) лампа «отпирается»: появляется анодный ток, сначала слабый, а потом все более быстро возрастающий. График устремляется кверху, отдаляясь от горизонтальной оси. Момент, когда заряд сетки доведен до нуля, на графике отмечен пересечением характеристики с вертикальной осью, вдоль которой от нуля кверху отложены величины анодного тока. Начинаем постепенно увеличивать положительный заряд на сетке, вследствие чего анодный ток продолжает возрастать и, наконец, достигает максимального значения (ток насыщения), при котором характеристика загибается и далее становится почти горизонтальной. Вся эмиссия электронов полностью использована. Дальнейшее увеличение положительного заряда сетки приведет лишь к перераспределению электронного потока: все большее количество электронов будет задерживаться сеткой и, соответственно, меньшее их количество придется на долю анода.
Обычно радиолампы не работают при столь больших положительных напряжениях на сетке, и поэтому пунктирный участок характеристики анодного тока можно не рассматривать. Обратите внимание на характеристику, начинающуюся в точке пересечения осей. Это - характеристика сеточного тока. Отрицательно заряженная сетка не притягивает к себе электроны, и ток сетки равен нулю. При возрастании положительного напряжения на сетке ток в ее цепи, как показывает график, увеличивается.
До сих пор мы предусматривали постоянство напряжения на аноде. Но при увеличении этого напряжения анодный ток возрастает, а при понижении - уменьшается. Это приводит к необходимости снимать и, следовательно, вычерчивать не одну характеристику, а несколько - по одной для каждого выбранного значения анодного напряжения. Так получается семейство характеристик (фиг. 12), в котором характеристики, соответствующие более высоким анодным напряжениям, располагаются выше, левее. На большей части своей длины характеристики оказываются параллельными. Итак, есть две возможности влиять на величину анодного тока: изменением напряжения на сетке и изменением напряжения на аноде. Первая возможность требует меньших изменений, так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, и поэтому изменения ее потенциала значительно сильнее влияют на электронный ток. Числовой коэффициент, указывающий, во сколько раз влияние сетки при совершенно одинаковых условиях больше влияния анода, называется коэффициентом усиления лампы . Предположим, что увеличение анодного напряжения на 20 вольт оказывает на анодный ток такое же влияние, как изменение сеточного напряжения всего лишь на 1 вольт. Это значит, что конструкция данной лампы такова, что в ней влияние сетки на анодный ток в 20 раз сильнее влияния анода, т. е. коэффициент усиления лампы равен 20. Зная величину коэффициента усиления, можно оценить усилительные свойства лампы, определить, во сколько раз более сильные колебания электрического тока возникнут в анодной цепи, если к сетке подвести относительно слабые электрические колебания. Только введение сетки в лампу позволило создать прибор, усиливающий электрические колебательные токи: диоды, рассмотренные нами ранее, усилительными свойствами не обладают. Существенное значение при оценке свойства лампы имеет крутизна (наклон) характеристики. Лампа с большой крутизной весьма чувствительна к изменениям напряжения на сетке: достаточно изменить сеточное напряжение в очень малой степени, чтобы анодный ток изменился в значительных пределах: Количественно крутизна оценивается величиной изменения анодного тока в миллиамперах при изменении сеточного напряжения на 1 вольт.
Катод в радиолампе представляет собой накаливаемую током тонкую металлическую проволоку (нить). Если накал такой нити осуществлять постоянным током, то и эмиссия электронов будет строго постоянна. Но почти все современные радиовещательные приемники рассчитаны на питание от переменного тока, а таким током накаливать нить нельзя, так как эмиссия электронов будет изменяться, «пульсировать». Из громкоговорителя будет слышен фон переменного тока - неприятное гудение, мешающее слушать программу.
Конечно, можно было бы переменный ток сначала с помощью диода выпрямить, превратить в постоянный, как это и делается для питания анодных цепей - об этом мы уже говорили. Но найден гораздо более простой и более эффективный способ, позволяющий для нагрева катода применять непосредственно переменный ток. В каналах тонкого и длинного фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить - нагреватель . Нить накаливается переменным током и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и надетому поверх него никелевому «чехлу» (фиг. 13), на внешней поверхности которого нанесен тонкий слой окислов щелочного металла (стронция, бария, цезия или др.). Эти окислы отличаются большой эмиссионной способностью даже при сравнительно низких температурах (порядка 600 градусов). Именно этот слой окислов и является источником электронов, т. е. собственно катодом. Вывод ка-
тода из колбы присоединен к никелевому «чехлу», причем никакого электрического соединения между катодом и накаливаемой нитью нет. Все нагреваемое устройство обладает сравнительно большой массой, которая не успевает терять тепло при быстрых изменениях переменного тока. Благодаря этому эмиссия строго постоянна и никакого фона в приемнике не прослушивается. Но тепловая инерция катода ламп в приемнике является причиной того, что включенный приемник начинает работать не сразу, а лишь, когда катоды нагреются.
Сетки в современных лампах чаще всего имеют вид проволочных спиралей: «густая сетка» - витки спиралей расположены ближе друг к другу, «редкая сетка» - расстояния между витками увеличены. Чем гуще сетка, тем при прочих равных условиях больше ее влияние на поток электронов, тем больше коэффициент усиления лампы.
В 1913 г. Лэнгмюйр увеличил количество электродов в лампе до четырех, предложив ввести в пространство между катодом и сеткой еще одну сетку (фиг. 14). Так был создан первый тетрод - четырехэлектродная лампа, имеющая две сетки, анод и катод. Ту сетку, которую Лэнгмюйр поместил ближе к катоду, называют катодной , а «старую» сетку назвали управляющей , поскольку катодная сетка выполняет лишь вспомогательную роль. Своим небольшим положительным напряжением, получаемым от части анодной батареи, катодная сетка ускоряет поток электронов к аноду (отсюда и другое название сетке - ускоряющая ), «рассасывая» электронное облачко вокруг катода. Это позволило применить лампу даже при сравнительно малых напряжениях на аноде. Одно время нашей промышленностью выпускалась двухсеточная лампа типа МДС (или СТ-6), в паспорте которой значилось: рабочее анодное напряжение 8-20 в. Наиболее распространенные в то время лампы типа Микро (ПТ-2) обычно работали при гораздо более высоких напряжениях - порядка 100 в . Однако, лампы с катодной сеткой не получили распространения, так как вместо них вскоре были предложены еще более совершенные лампы. Кроме того, «двухсетки» имели существенный недостаток: положительно заряженная катодная сетка отнимала очень большое количество электронов от общего потока, что равносильно бесполезной их затрате. Хотя и прельщала возможность работать с малыми анодными напряжениями, но этому противопоставлялась большая трата тока, - ощутительной выгоды не получалось. Но введение второй сетки послужило сигналом для конструкторов радиоламп: началась «эпоха» многоэлектродных ламп.
В 1916 г. Шоттки, занимаясь опытами с триодами и преследуя задачу повышения их коэффициента усиления, нашел необходимым ввести вторую сетку в пространство между анодом и имеющейся (управляющей) сеткой (фиг. 15). Подавая на эту - анодную - сетку положительное напряжение, по величине примерно равное половине анодного, Шоттки в известной мере достигал требуемого. Но прошло десятилетие, прежде чем эти работы получили широкое признание и применение. В 1926 г. Хэлл конструктивно видоизменил анодную сетку, придав ей вид электростатического экрана , которым он отделил анод от всех других электродов. Для чего же это понадобилось? В триоде анод и сетка образуют как бы небольшой конденсатор, емкости которого, однако, достаточно для того, чтобы цепь анода оказалась электростатически связанной с цепью сетки.
Обычно экранирующая сетка имеет такую конструкцию, что только лишь та ее часть, которая обращена к аноду, выполнена в виде проволочной, спиралью навитой сетки. Остальная же часть этого электрода в целях лучшего экранирования сделана сплошной, без отверстий. Чтобы заметно не ослаблять анодного тока, на экранирующую сетку подается (от анодной батареи) положительное напряжение, по величине равное приблизительно половине анодного. Лампы с экранирующими сетками выгодно отличаются от триодов большим коэффициентом усиления: у триодов он обычно не превышает 20 - 100, а у экранированных ламп измеряется сотнями, поэтому вместо 2 триодов можно применять 1 экранированную лампу.
В экранированных лампах пришлось столкнуться с одним неприятным явлением. Дело в том, что электроны, ударяясь о поверхность анода, могут выбивать из него так называемые вторичные электроны. Это по своей природе такие же электроны, только освобожденные из металлической поверхности не нагреванием (как из катода), а электронной бомбардировкой. Один бомбардирующий электрон может выбить несколько вторичных электронов. Получается так, что сам анод превращается в источник электронов (фиг. 16). Вблизи
от анода находится положительно заряженная экранирующая сетка, и вторичные электроны, вылетая с малыми скоростями, могут притянуться к этой сетке, если в какой-либо момент напряжение на сетке окажется больше напряжения на аноде. Именно это имеет место в том случае, когда экранированная лампа используется в оконечном каскаде усиления низкой частоты. Устремляясь к экранирующей сетке, вторичные электроны устанавливают в лампе ток обратного направления, и работа лампы совершенно нарушается. Это неприятное явление именуется динатроныым эффектом . Но есть средство борьбы с этим явлением. В 1929 г. появились первые лампы с пятью электродами, из которых два - анод и катод, а остальные три - сетки. По числу электродов эти лампы получили название пентодов . Третья сетка помещена в пространстве между экранирующей сеткой и анодом, т. е. находится ближе всего к аноду. Она соединяется непосредственно с катодом и, следовательно, имеет такой же потенциал, как и катод, т. е. отрицательный по отношению к аноду. Благодаря этому сетка возвращает вторичные электроны обратно на анод и тем предотвращает динатронный эффект. Отсюда и название этой сетки - защитная или противодинатронная. По многим своим качествам пентоды выше триодов. Они применяются для усиления напряжения высокой и низкой частот и прекрасно работают в оконечных каскадах.
Увеличение числа сеток в лампе не приостановилось на пентоде. Ряд «диод» - «триод» - «тетрод» - «пентод» пополнился еще одним представителем ламповой семьи - гексодом . Это - лампа с шестью электродами, из которых четыре - сетки (фиг. 17). Она применяется в каскадах высокочастотного усиления и частотного преобразования в супергетеродинных приемниках. Обычно сила приходящих к антенне радиосигналов, особенно на коротких волнах, изменяется в весьма значительных пределах. Сигналы то возрастают, то быстро замирают (явление фединга - замирания). Гексод же устроен так, что автоматически быстро меняет коэффициент усиления: слабые сигналы он усиливает в большей степени, а сильные - в меньшей. В результате слышимость выравнивается и поддерживается приблизительно на одном уровне. Автоматизм действия достигается изменением потенциалов на сетках в такт с изменением силы принимаемых сигналов. Такой гексод получил название фединг-гексода . В обычных приемниках такая регулировка усиления также имеет место, но осуществляется посредством пентодов с вытянутой нижней частью характеристики, где крутизна имеет плавно меняющееся значение.
Такие пентоды называются «варимю ».
Вторая категория гексодов - смесительные гексоды . В супергетеродинных приемниках принимаемый сигнал сначала понижается по частоте,а затем уже усиливается. Это понижение или преобразование частоты может быть осуществлено и посредством триодов, как это и делалось ранее. Но смесительные гексоды выполняют эту функцию более рационально. В нашей практике радиовещательного приема для выполнения этой функции применяются и другие лампы, с еще большим количеством сеток. Это -пентагриды (пятисеточные лампы) или, как их иначе называют, гептоды (семиэлектродные лампы). Лампы типа 6А8 и 6Л7 относятся к этой категории ламп. Для преобразования частоты в супергетеродинных приемниках применяется
также и шестисеточная лампа (восемь электродов) - октод . В отличие от пентагрида октод представляет собой как бы комбинацию триода с пентодом (тогда как пентагрид - триода с тетродом). Появившись позже пентагрида, октод по своим качествам выше своего предшественника.
Но не только в «сеточном направлении» развивались лампы за последние годы. О помещении двух «электрических вентилей» в общую колбу мы уже говорили ранее, касаясь устройства двойного диода типа 6Х6. Теперь широко применяются и такие комбинации, как диод-триод, двойные триоды, двойные диод-триоды (ДДТ), двойные диод-пентоды (ДДП), триод-гексоды и т. п. По большей части такие комбинированные лампы имеют общий катод. Работа одной лампы уподобляется работе нескольких более простых. Например, лампа 6Н7 является двойным триодом - два обособленных триода в общей колбе, своеобразные близнецы. Эта лампа с успехом заменяет собой две триодные лампы и может быть использована либо в двухкаскадном усилителе на сопротивлениях, либо в пушпульной схеме, для чего она собственно и предназначена. После детектирования, производимого в супергетеродинных приемниках, обычно посредством диодов, необходимо осуществлять усиление. Для этой цели теперь в общей колбе с детектирующим диодом помещают усилительный триод; так появились диод-триоды. В супергетеродинных приемниках для автоматической регулировки громкости (АРГ) необходимо получать постоянный ток, величина которого менялась бы в такт с силой принимаемых сигналов. Для этих целей можно было бы применить отдельный диод, но и его оказалось возможным поместить в колбу диод-триода. Так в одной лампе разместились сразу три лампы: два диода и триод, и лампа получила название двойной диод-триод. Таким же путем возникли диод-пентод, триод-гексод и т. д.
Несколько особняком от других ламп стоит лампа типа 6Л6. Это очень интересная лампа : одного электрода в ней нет, но он как бы подразумевается. С одной стороны, эта лампа - очевидный тетрод, так как в ней всего лишь четыре электрода: катод, анод и две сетки, из которых одна - управляющая, а другая - экранирующая. Но, с другой стороны, 6Л6 - пентод, ибо обладает всеми его свойствами и весьма положительными особенностями. Роль защитной сетки, обязательной для пентода, в лампе 6Л6 выполняет... пустое пространство, искусственно созданная зона, находящаяся между анодом и экранирующей сеткой (фиг. 18).
В этой зоне создан нулевой потенциал, именно такой же, какой имела бы защитная сетка, если бы только она существовала в этой лампе. Чтобы создать такую зону, пришлось произвести конструктивные изменения. В частности, анод отнесен дальше от защитной сетки. «Мнимый электрод» действует на вторичные электроны так же, как и защитная сетка, так же предотвращает возникновение динатронного эффекта. Электроны в этой лампе идут от катода к аноду как бы отдельными лучами, проходя в пространствах между витками сеток; отсюда и название лампы - лучевая . Витки сеток так расположены, что экранирующая сетка находится в «электронной тени», создаваемой витками управляющей сетки, ближайшей к катоду. Благодаря этому экранирующая сетка притягивает к себе сравнительно мало электронов, и ток эмиссии почти полностью расходуется на анодную цепь. С боковых узких сторон катода в лампе установлены металлические щитки, соединенные с катодом, благодаря чему электроны попадают на анод только с определенных сторон, где создано равномерное электрическое поле. Никаких «электронных завихрений» не получается, что сказывается в отсутствии искажений в работе лампы. Лучевые лампы обладают высоким коэффициентом полезного действия и способны отдать весьма большую мощность на выходе. Достаточно сказать, что две такие лампы в пушпульной схеме при некоторых условиях могут отдать до 60 вт полезной мощности.
Лампы совершенствуются не только электрически, но также и чисто конструктивно. Первые радиолампы по виду мало чем отличались от электрических ламп и светили почти так же. Многим еще памятны первые радиолампы, разработанные нашими соотечественниками проф. А. А. Чернышевым и проф. М. А. Бонч-Бруевичем. За последние годы внешний облик радиолампы сильно изменился. Большой вклад в дело создания новых типов ламп и усовершенствования ранее выпущенных внесла наша отечественная научная мысль. Достаточно указать на работы коллектива сотрудников лауреата Сталинской премии орденоносца проф. С. А. Векшинского. Сначала радиолампа, к великому удивлению начинающих радиолюбителей, перестала светить и была обращена только к выполнению своих прямых обязанностей. Затем неоднократно изменялась конфигурация баллона. Появились малогабаритные лампы размером немногим более половины мизинца. Для радиотехнической аппаратуры лабораторного типа были вылущены лампы, величиной и формой похожие на желуди. В настоящее время широко распространены металлические лампы, которые даже как-то и неудобно называть лампами, так как они совсем не светятся. Замена стеклянного баллона металлическим (стальным) - не простая замена: металлические лампы выгодно отличаются от стеклянных малыми габаритами (лампа 6X6, например, величиной всего лишь в грецкий орех), прочностью, хорошей электрической экранировкой (не надо надевать громоздких экранов, как на стеклянные лампы), меньшими междуэлектродными емкостями и пр. Правда, есть и недостатки у металлических ламп, из которых весьма существенный - сильный нагрев металлической колбы, особенно у кенотронов.
Сейчас многие типы ламп выпускаются в двух вариантах: в металлическом и стеклянном оформлении. Применение «ключа» на ножке ламп облегчает процедуру вставления лампы в панельку. Если раньше возможно было неосторожное прикосновение к гнездам панельки не теми штырьками, в результате чего лампа, на мгновение эффектно вспыхнув, навсегда выбывала из строя из-за перегорания нити, то теперь нельзя вставить лампу, пока штырьки не заняли правильного положения. Ошибки, влекущие к гибели лампы, исключены.
Ламповая техника непрерывно совершенствуется. Ее уровень определяет прогресс радиотехники.
Уральский технический институт связи и информатики (филиал) федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики"
(УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ") в г. Екатеринбург
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:
ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ И ИХ РАБОТА. УСИЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ С ПОМОЩЬЮ РАДИОЛАМП
Выполнил: Блинков Евгений Михайлович
Студент 1-го курса ВПО Группы ВЕ-31б .
Екатеринбург 2014
ГЛАВА-1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ И ИХ РАБОТА.......................................................................................... | |
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЙ РАДИОЛАМПЫ.............................................................. | |
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ.................................................................................................... | |
КАК РАБОТАЕТ ДИОД............................................................................................................................... | |
КАК РАБОТАЕТ ТРИОД.............................................................................................................................. | |
МНОГОЭЛЕКТРОДПЫЕ ЛАМПЫ............................................................................................................ | |
КАТОДЫ РАДИОЛАМП И ИХ ПИТАНИЕ................................................................................................. | |
КОНСТРУКЦИИ, МАРКИРОВКА И ЦОКОЛЕВКА РАДИОЛАМП............................................................. | |
АВТОМАТИЧЕСКОЕ СМЕЩЕНИЕ............................................................................................................ | |
ГЛАВА-2. УСИЛЕНИЕ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ С ПОМОЩЬЮ РАДИОЛАМП. ЛАМПОВЫЙ | |
УСИЛИТЕЛЬ. СЕКРЕТЫ ЛАМПОВОГО ЗВУКА................................................................................................. | |
СЕКРЕТЫ ЛАМПОВОГО ЗВУКА................................................................................................................... | |
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ........................................................................................ | |
ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................................................................ | |
ОДНОТАКТНЫЙ ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ........................................................................................... | |
ОДНОТАКТНЫЙ ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ТРИОД-ПЕНТОДЕ 6Ф5П.............................................. | |
Описание конструкции и принцип работы............................................................................... | |
Сборка и монтаж......................................................................................................................... | |
Налаживание усилителя............................................................................................................. | |
Допустимые отклонения параметров и номиналов от нормы............................................... | |
ДВУХТАКТНЫЙ ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ............................................................................................. | |
Принцип работы двухтактной схемы. ....................................................................................... | |
Простой ламповый двухтактный усилитель. ............................................................................ | |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................................................................ |
ГЛАВА-1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ И ИХ РАБОТА.
В свое время электронная лампа совершила в радиотехнике подлинную революцию: коренным образом изменила конструкции передающих и приемных устройств, увеличила дальность действия их, позволила радиотехнике сделать гигантский шаг вперед и занять почетное место буквально во всех областях науки и техники, производства, в нашей повседневной жизни. Сейчас, когда в радиоэлектронные устройства все более внедряются полупроводниковые приборы, электронные лампы уходят в историю, но они по-прежнему остаются прародителями всех наших современных приборов. Ведь не стоит забывать, что первая в мире ЭВМ (ЭНИАК 1946г.) имела в основе своей конструкции электронные лампы. А что сейчас? Сейчас их заменили полупроводниковые элементы, которые имеют в миллиарды раз меньшие размеры, и как следствие производительность таких машин существенно возросла, а размеры уменьшились. Я выбрал данную тему, чтобы познакомиться с этими, поистине, «ветеранами» радиотехники.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЙ РАДИОЛАМПЫ
Усилительная радиолампа была изобретена в 1906 году американцем Ли Де Форестом. С началом серийного выпуска радиоламп стали возможны радиовещание и телефонная связь на большие расстояния. В 20-х годах появляются первые радиоприемники на лампах. Затем усилители на лампах начинают использоваться в электропроигрывателях. Расцвет ламповой техники пришелся на 50-е годы. В это время радиоприемники, проигрыватели и телевизоры превратились в по-настоящему массовые продукты. Но тогда же, в 50-х годах, у радиолампы появился соперник: началось производство полупроводниковых усилительных устройств - транзисторов. Поначалу транзисторы использовались только в переносной технике, где были важны такие их преимущества, как малые размеры и скромные потребности в электроэнергии. В 70-х годах в аппаратуру начинают внедряться интегральные микросхемы. В одной микросхеме размером с почтовую марку помещались сначала десятки, потом сотни (а теперь уже и миллионы) транзисторов. Стало легко реализовывать функции, которые для ламповой техники неприемлемы. С появлением микросхем в аудиовидеоаппаратуре начали использоваться цифровые технологии. Однако вплоть до середины 70-х годов ламповая аппаратура превосходила устройства на полупроводниках как минимум по двум параметрам.
Во-первых, максимальная выходная мощность у ламповых усилителей была выше. Вовторых, они вносили меньше искажений в сигнал. Вот почему до середины 70-х годов высококачественная аудиоаппаратура делалась исключительно на лампах.Кроме того,
выпускалась комбинированная аппаратура, где большинство узлов выполнено на транзисторах, но там, где были необходимы большая мощность и большое напряжение, использовались лампы. У транзисторов выше коэффициент полезного действия. Это значит, что при равной потребляемой мощности у транзисторного усилителя выходная мощность выше, чем у лампового. В итоге транзисторная аппаратура обогнала по выходной мощности ламповую. Последним оплотом ламповой техники были телевизоры. Ламповые телевизоры выпускались вплоть до конца 80-х годов. Замену ламп на транзисторы и микросхемы подстегнуло цветное телевидение. Уже столь сложное устройство, как цветной телевизор, будучи выполненным на лампах, оказывается недостаточно надежным и потребляет очень много электроэнергии. Но в индустрии звукозаписи в начале 80-х годов произошли события, которые заложили основу для триумфального возвращения радиолампы.
В начале 80-х годов появился CD, который стал первым массовым цифровым носителем для записи звука. Сначала продвижение CD было четко ориентировано на людей, серьезно увлекающихся музыкой. И здесь не обошлось без некоторых накладок. Меломаны покупали CD-проигрыватели, подключали к ним имевшиеся транзисторные усилители, изначально предназначенные для работы с проигрывателями для «винила» и... испытывали разочарование. Сигнал, выходящий из винилового проигрывателя, гладкий, его динамический диапазон (то есть соотношение между мощностями самого громкого и самого тихого звуков) был сужен при записи, чтобы поместиться в дорожку пластинки. Транзисторный усилитель хорошо справлялся с таким сигналом. А что получалось на выходе CD-проигрывателя? Динамический диапазон широкий, в сигнале много резких перепадов. Работая с таким сигналом, транзисторный усилитель вносил в него значительные искажения. И вот в какой-то светлой голове возникла мысль, а не подсоединить ли CD-проигрыватель к ламповому усилителю? На первый взгляд такое решение выглядело дикостью - подключить ультрасовременное устройство к аппарату, выполненному из компонентов, признанных морально устаревшими. Но результаты превзошли все ожидания - получилось чистое звучание, CD смог раскрыть свои богатые возможности. Вопреки расхожему мнению, именно появлению CD, а не ностальгической моде на «винил», и обязана радиолампа своим триумфальным возвращением. В 80-е годы американские меломаны в основной своей массе перешли с «винила» на CD. Соответственно возник большой спрос на ламповые усилители. Но к тому моменту производство радиоламп для широкого применения в США уже было прекращено. Где можно было найти радиолампы? Оказывается, в СССР и Китае. Неповоротливая советская электронная промышленность продолжала производить радиолампы в большом количестве. Что касается Китая, то в 80-е годы он еще плелся в хвосте прогресса в электронной промышленности, и там радиолампы тоже производились. Было создано американо-советское предприятие Sovtek, которое начало поставлять советские радиолампы в США. И до сих пор этот бренд занимает серьезные позиции на американском рынке радиоламп. Сейчас аппаратуру на радиолампах Sovtek производит, например, американская компания Conrad-Johnson. Кроме Sovtek в продукции американских фирм широко используются радиолампы знаменитого санкт-петербургского завода «Светлана». Причем выбор на продукцию предприятия из бывшего СССР пал не из-за цены, а потому, что оно обеспечивает высокое качество звука. Существуют и отечественные производители ламповых усилителей. Главным образом это небольшие фирмы, которые выпускают аппаратуру мелкими партиями или по индивидуальным заказам.
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ
Любая радиолампа представляет собой стальной, стеклянный или керамический баллон, внутри которого на металлических стойках укреплены электроды. Пространство в баллоне сильно разрежено, т. е. там почти нет воздуха. Его откачивают через небольшой отросток, имеющийся в нижней или верхней части баллона. Сильное разрежение воздуха внутри баллона - вакуум - непременное условие для работы радиолампы.
В каждой радиолампе обязательно есть катод - отрицательный электрод, являющийся источником электронов в лампе, и анод - положительный электрод. Катодом может быть вольфрамовый волосок, подобный нити накала электролампочки, или металлический цилиндрик, подогреваемый нитью накала, а анодом - металлическая пластинка, а чаще коробочка, имеющая форму цилиндра или параллелепипеда. Вольфрамовую нить, выполняющую роль катода, называют также нитью накала.
На схемах баллон лампы обозначают в виде окружности, катод - дужкой, вписанной в окружность, анод - короткой чертой, расположенной над катодом, а их выводы - линиями,
выходящими за пределы окружности. Радиолампы, содержащие только катод и анод, называют двух электродными или диодами.
На Рис-1 показано схематическое обозначение двухэлектродной лампы - диода. Через специальную колодку с гнездами - ламповую панельку - радиолампа соединяются с другими элементами радиотехнического устройства.
В большинстве радиоламп между катодом и анодом имеются спирали из тонкой проволоки, называемые сетками. Они окружают катод и, не соприкасаясь, располагаются на разных
расстояниях от него. В зависимости от назначения число сеток в лампе может быть от одной до пяти. По общему числу электродов, включая катод и анод, различают лампы трехэлектродные, четырехэлектродные, пятиэлектродные и т. д. Соответственно их называют триодами (с одной сеткой), тетродами (с двумя сетками), пентодами (с тремя сетками).
Графическое обозначение одной из таких ламп - триода - показано на Рис-2. Эта лампа отличается от диодов наличием в ней спирали-сетки. На схемах сетки обозначают штриховыми линиями, расположенными между катодом и анодом.
Триоды, тетроды и пентоды - универсальные радиолампы. Их применяют для усиления переменных и постоянных токов и напряжений, в качестве детекторов, для генерирования
электрических колебаний разных частот и многих других целей. Принцип работы радиолампы основан на направленном движении в ней электронов. «Поставщиком» же электронов внутри лампы является катод, нагретый до Температуры 800-2000°С.
В чем сущность этого явления?
Если кастрюлю, наполненную водой, поставить на огонь, то по мере нагревания частицы воды начнут двигаться все быстрее и быстрее. Наконец, вода закипит. При этом частицы воды будут двигаться с настолько большими скоростями, что некоторые из них оторвутся от поверхности воды и покинут ее - вода начнет испаряться. Нечто подобное наблюдается и в электронной лампе. Свободные электроны, содержащиеся в раскаленном металле катода, движутся с огромными скоростями. При этом некоторые из них покидают катод, образуя вокруг него электронное «облако». Это явление испускания, или излучения, катодом электронов называют термоэлектронной эмиссией . Чем сильнее раскален катод, тем больше электронов он испускает, тем гуще электронное облако. Когда говорят, что «лампа потеряла эмиссию», это значит, что с поверхности ее катода свободные электроны по какойто причине вылетают в очень малом количестве. Лампа с потерянной эмиссией работать не будет.
Однако чтобы электроны могли вырываться из катода, надо не только нагреть его, но и освободить окружающее пространство от воздуха. Если этого не сделать, вылетающие электроны потеряют скорость, «завязнут» в молекулах воздуха. Поэтому-то в электронной лампе и создают вакуум. Откачивать воздух необходимо еще и потому, что при высокой температуре катод поглощает кислород воздуха, окисляется и быстро разрушается. К этому нужно добавить, что на поверхность катода наносят слой окислов бария, стронция и кальция, обладающий способностью излучать электроны при сравнительно низкой температуре нагрева.
КАК РАБОТАЕТ ДИОД
Самой простой радиолампой является вакуумный диод. (Рис-3. )
Чтобы разогреть нить накала, подключим к ее выводам источник накального напряжения U н . Образуется цепь накала. Вторую батареюU соединим отрицательным полюсом с одним с катодом, а положительным - с анодом. Образуется вторая цепь - анодная, состоящая из участка катод - анод, источника анодного напряженияU и соединительных проводников. Если включить в нее миллиамперметр, стрелка прибора укажет на наличие тока в этой цепи.
Естественно, может возникнуть вопрос: почему в анодной цепи течет ток? Ведь между катодом и анодом нет электрического соединения.
Отвечаю: подключив источник анодного напряженияU , мы тем самым создали на аноде положительный заряд, а на катоде - отрицательный. Между ними возникло электрическое поле, под действием которого электроны, испускаемые катодом, устремляются к положительно заряженному аноду. Достигнув анода, электроны движутся по соединительным проводникам к положительному полюсу источника анодного напряжения U, а избыточные электроны с отрицательного полюса источника текут к катоду.
Образование в анодной цепи диода потока электронов можно сравнить с таким явлением. Если над кипящей водой поместить крышку кастрюли или тарелку, то образовавшийся пар будет на ней охлаждаться и «сгущаться» в капельки воды. С помощью воронки мы можем эту воду вернуть в кастрюлю. Получается как бы замкнутая цепь, по которой движутся частицы воды.
Ток анодной цепи называют анодным током , а напряжение между анодом и катодом лампы -анодным напряжением . Наряду с термином «анодное напряжение» применяют также термины «напряжение на аноде», «напряжение анода». Все эти термины равнозначны: говоря «анодное напряжение», «напряжение на аноде» или «напряжение анода», подразумевают напряжение, -действующее между анодом и катодом. Если полюсы анодной
батареи или источника тока присоединены непосредственно к катоду и аноду лампы, то анодное напряжение будет равно напряжению источника тока.
Будет ли в анодной цепи диода протекать ток, если положительный полюс анодной батареи соединить с катодом, а отрицательный - с анодом? Конечно, нет. Ведь анод в этом случае имеет отрицательный заряд. Он будет отталкивать электроны, испускаемые катодом, и никакого тока в этой цепи не будет.
Итак, двухэлектродная электронная лампа, как и полупроводниковый диод, обладает свойством односторонней проводимости тока. Но она в отличие от полупроводникового диода пропускает через себя только прямой ток, т. е. только в одном направлении - от катода к аноду. В обратном направлении, т. е. от анода к катоду, ток идти не может. В этом отношении радиолампа, бесспорно, превосходит полупроводниковый диод, через который течет небольшой обратный ток.
Что влияет на величину анодного тока диода? Если катод имеет постоянный накал и излучает беспрерывно одно и то же количество электронов, то величина анодного тока зависит только от анодного напряжения. При небольшом анодном напряжении анода достигнут лишь те электроны, которые в момент вылета из катода обладают наиболее высокими скоростями. Другие, менее «быстрые» электроны останутся возле катода. Чем выше анодное напряжение, тем больше электронов притянет к себе анод, тем значительнее будет анодный ток. Однако не следует думать, что повышением анодного напряжения можно бесконечно увеличивать анодный ток.При некотором достаточно высоком анодном напряжении все электроны, излучаемые катодом, будут попадать на анод и при дальнейшем увеличении напряжения на аноде анодный ток перестаёт расти. Это явление называют насыщением анода. Для каждой лампы существует некоторый предельный анодный ток, превышение которого ведет к нарушению свойства катода
испускать электроны. То есть катод радиолампы потеряет эмиссию :
Излучение электронов с поверхности тела в окружающее пространство под воздействием внешней энергии называется электронной эмиссией.
Увеличить эмиссию катода можно повышением напряжения на его накале. Но при этом продолжительность жизни лампы резко падает, а при чрезмерно большом накале катод быстро теряет эмиссию или совсем разрушается.
А что происходит в цепи анода, когда в ней действует переменное напряжение?
Обратимся к Рис. 4. Здесь, как и в предыдущих примерах, катод накаляется током батареиGB н . На анод лампы подается синусоидальное переменное напряжение, источником которого может быть, например, электроосветительная сеть. В этом случае напряжение на аноде периодически изменяется по величина и знаку (Рис. 4.а ).
Так как диод обладает односторонней проводимостью, ток через него идет только при положительном напряжении на его аноде. Говоря иными словами, диод пропускает положительные полуволны (Рис. 4.б ) и не пропускает отрицательных полуволн переменного тока.В результате в анодной цепи течет ток одного направления, но пульсирующий с частотой переменного напряжения на аноде. Происходит выпрямление переменного тока.
Если в анодную цепь включить нагрузочный резистор R н , через него также будет течь, выпрямленный диодом ток. При этом на одном конце резистора, соединенном с катодом, будет плюс, а на другом - минус выпрямленного напряжения. Это напряжение, создающееся на резисторе, может быть подано в другую цепь, для питания которой необходим постоянный ток.
Двухэлектродные лампы, как и полупроводниковые точечные диоды, применяют для детектирования высокочастотных колебаний, раньше их часто использовали в выпрямителях для питания радиоаппаратуры. Лампы, предназначенные для работы в выпрямителях, называют кенотронами .
КАК РАБОТАЕТ ТРИОД
А теперь поместим между катодом и анодом сетку. Получится триод. Присоединим к его электродам источники накального и анодного напряжения. В анодную цепь включим миллиамперметр, чтобы следить за всеми изменениями тока в этой цепи. (Рис-5. )
Сетку временно соединим проводником с катодом (Рис-5. а . ). В этом случае сетка, имея нулевое напряжение относительно катода, почти не оказывают влияния на анодный ток: анодный ток будет примерно таким же, как в случае с диодом.
Удалим проводник, замыкающий сетку на катод, и включим между ними батарею с небольшим напряжением, но так, чтобы ее отрицательный полюс был соединен с катодом, а положительный - с сеткой (Рис-5. б . ). Эту батарею назовем сеточной и обозначимGB c . Теперь сетка находится под положительным напряжением относительно катода. Она стала как бы вторым анодом. Образовалась новая цепь - сеточная, состоящая из участка сетка - катод, батареиGB c и соединительных проводов. Имея положительный заряд, сетка притягивает к себе электроны. Но набравшие скорость электроны будут перехвачены силой притяжения более высокого, чем на сетке, анодного напряжения. В результате анодный ток станет больше, чем тогда, когда сетка была соединена непосредственно с катодом. Такой же прирост анодного тока можно было бы получить за счет повышения анодного напряжения, но для этого пришлось бы в анодную батарею добавить в несколько раз больше элементов, чем имеет сеточная батарея.
Если добавить к сеточной батарее еще два-три элемента и тем самым увеличить напряжение на сетке, анодный ток еще больше возрастет. Значит, положительное напряжение на сетке помогает аноду притягивать электроны, способствует росту анодного тока. При этом некоторая часть электронов оседает и на сетке. Но они сразу же «стекают» через сеточную батарею на катод. Появляется небольшой сеточный ток -ток сетки .
С повышением положительного напряжения на сетке увеличивается анодный ток лампы, но одновременно растет и ток сетки. Может случиться, что при некотором довольно большом напряжении на сетке ток в ее цепи станет больше анодного. Это объясняется тем, что сетка, находясь ближе к катоду, притягивает к себе электроны сильнее, чем удаленный анод. В этом случае вылетевшие из нити электроны так разделятся между сеткой и анодом, что большая часть их придется на долю сетки. Такое явление крайне нежелательно для работы лампы - она может испортиться.
Теперь поменяем местами полюсы батареи GB c , чтобы на сетке относительно катода было отрицательное напряжение (Рис-5. в . ). Посмотрим на стрелку миллиамперметра. Она покажет значительно меньший анодный ток, чем в предыдущем эксперименте. Почему анодный ток резко уменьшился? На пути электронов оказался отрицательно заряженный электрод, который препятствует движению их к аноду, отталкивает электроны обратно к катоду. Часть электронов, обладающих наибольшими скоростями, все же «проскочит» через отверстия в сетке и достигнет анода, но число их будет во много раз меньше, чем при положительном напряжении на сетке. Этим и объясняется резкое ослабление анодного тока.
По мере увеличения отрицательного заряда на сетке ее отталкивающее действие на электроны будет возрастать, а анодный ток - уменьшаться. А при некотором достаточно большом отрицательном напряжении на сетке она не пропустит к аноду ни одного электрона - анодный ток вообще исчезнет (Рис-5. г . ). Следовательно, отрицательное напряжение на сетке «закрывает» лампу.
Изменение напряжения на сетке оказывает в несколько раз более сильное влияние на анодный ток, чем такое же изменение напряжения на аноде лампы. Сетка управляет потоком электронов, летящих от катода к аноду лампы. Поэтому сетку называют управляющей. Это свойство триода и используется для усиления электрических колебаний. (Рис-6.)
Работу триода как усилителя можно иллюстрировать схемой и графиками, показанными на Рис-6 . Здесь к участку сетка - катод лампы, т. е. в цепь сетки, подается переменное напряжениеU вх , которое надо усилить. Источником этого напряжения может быть детекторный приемник, микрофон, звукосниматель. В анодную цепь лампы включена анодная нагрузка - резисторR а . Пока в цепи сетки нет переменного напряжения (участок0а на графиках), в анодной цепи течет не изменяющийся по величине токI а , соответствующий нулевому напряжению на сетке.Это среднее значение анодного тока - ток покоя. Но вот в цепи сетки начало действовать переменное напряжение (на графиках - участки
аб).
Теперь сетка периодически заряжается то положительно, то отрицательно, а анодный ток начинает колебаться: при положительном напряжении на сетке он возрастает, при отрицательном - уменьшается. Чем больше изменяется напряжение на сетке, тем значительнее амплитуда колебаний анодного тока.
При этом на выводах анодной нагрузки R а появляется переменная составляющая напряжения, которая может быть подана в цепь сетки другой такой же лампы и еще раз усилена ею. Если в цепь сетки подавать напряжение звуковой частоты, скажем, от детекторного приемника, а в анодную цепь вместо резистораR а включить головные телефоны, то усиленное лампой напряжение заставит телефоны звучать во много раз громче, чем при подключении к детекторному приемнику.
Это явление называется усилением лампы…
Какое усиление может дать лампа? Это зависит от ее конструкции, в частности от густоты и расположения сетки относительно катода. Чем сетка гуще и ближе расположена к катоду, тем сильнее сказывается влияние ее напряжения на электронный поток внутри лампы, тем значительнее колебания анодного тока, тем, следовательно, лампа дает большее усиление. Выпускаемые нашей промышленностью триоды в зависимости от их назначения обладают
Электронные лампы можно классифицировать по числу электродов, назначению, диапазону частот, мощности, типу катода, габаритам.
В зависимости от числа электродов электронные лампы делят на диоды, триоды, тетроды, пентоды, гептоды, комбинированные лампы (двойные диоды, двойные триоды, триод-пентоды, триод-гептоды и т. д.).
В зависимости от выполняемых функций лампы могут быть выпрямительные, детекторные, усилительные, преобразовательные, генераторные и др.
Диодом называется электронная лампа с двумя электродами: анодом и катодом. Она была изобретена Джоном Флемингом в 1904 г. Катод располагается в центре лампы: анод, имеющий форму цилиндра, охватывает катод. Принцип действия диода сводится к следующему. Если к аноду приложен положительный потенциал, то вылетевшие из катода отрицательно заряженные электроны под действием электрического поля устремятся к положительному аноду, образуя непрерывный электронный поток, замыкающий электрическую цепь источника анодного питания. Во внешней Цепи пойдет ток анода I а. Так как условно за положительное направление тока принято направление от плюса к минусу источника тока, то внутри диода ток протекает от анода к катоду, т. е. против движения электронов. Величина анодного тока определяется количеством электронов, перелетающих с катода на анод в единицу времени.
Если к аноду диода подключить минус источника тока, а к катоду - плюс, то отрицательно заряженный анод будет отталкивать отрицательные электроны обратно на катод. В этом случае ток через лампу не пойдет. Следовательно, диод проводит электрический ток только в одном направлении - от анода к катоду, когда потенциал анода выше потенциала катода.
Односторонняя проводимость диода является его основным свойством. Именно это свойство определяет назначение диода - выпрямление переменных токов в постоянные и преобразование высокочастотных модулированных колебаний в токи звуковой частоты (детектирование).
Диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока, называются кенотронами. В маркировке они имеют букву Ц (1Ц1С, 1Ц7С, 1Ц11П, 1Ц21П, ЗЦ18П, 5ЦЗС, 6Ц4П и др.).
Диоды, предназначенные для детектирования, являются маломощными. Они выпускаются чаще всего двуханодными или входят в состав комбинированных ламп. В маркировке эти диоды имеют букву X или Д (6Д14П, 6Д20П, 6Х6С).
Триодом называется электронная лампа, у которой в промежутке между анодом и катодом помещается третий электрод - сетка. Эта лампа предложена в 1906 г. американским ученым Ли-де-Форестом. Сетку в современных лампах выполняют в виде проволочной спирали, окружающей катод. Изготовляют сетку из никеля, молибдена или вольфрама. Сетка триода называется управляющей, так как с ее помощью легко управлять плотностью анодного тока, подавая на сетку положительное или отрицательное напряжение определенной величины.
Учитывая, что сетка в триоде расположена ближе к катоду, чем анод, ее воздействие на электронный поток будет более значительным. Это свойство триода широко используют в радиотехнике для усиления ослабленных радиосигналов. Принцип усиления радиосигнала сводится к следующему. Сигнал, который необходимо усилить, подается на управляющую сетку триода. Изменение величины потенциала сетки приведет к соответствующему изменению анодного тока. При этом с анода будет сниматься усиленное напряжение подводимого к сетке сигнала. На сетку подается постоянный отрицательный потенциал (напряжение сеточного смещения) такой величины, чтобы положительные полупериоды сигнала не создали на сетке положительного напряжения. В противном случае появляется сеточный ток (положительная сетка притянет часть электронов), в результате уменьшается анодный ток, что приводит к искажению сигнала.
Триоды используют в качестве усилителей низких и высоких частот, для генерирования различных форм импульсов в широком диапазоне частот, для согласования цепей (катодные повторители). В маркировке триодов имеется буква С или Н (двойные триоды) 6Н1П, 6НЗП, 6Н7С, 6Н9С, 6Н24П и др.
Для определения возможности применения триодов и многоэлектродных ламп вообще в той или иной схеме пользуются техническими характеристиками (параметрами) лампы, важнейшими из которых являются: крутизна характеристики, коэффициент усиления и внутреннее сопротивление лампы.
Крутизна характеристики S - это величина, показывающая, на сколько миллиампер изменится анодный ток при изменении напряжения на сетке на 1 В и постоянном напряжении на аноде. Определяют ее как отношение приращения анодного тока АI а к приращению сеточного напряжения AU C
Коэффициент усиления и определяет усилительные свойства ламп. Он представляет собой отношение приращения анодного напряжения AU a к приращению сеточного напряжения AU C , которые вызывают одно и то же приращение анодного тока АI а
Внутреннее сопротивление триода Ri- это сопротивление между анодом и катодом для переменного тока анода. Его выражают отношением приращения анодного напряжения AU a к приращению анодного тока АI а
Если крутизна оценивает действие сеточного напряжения на анодный ток, то внутреннее сопротивление позволяет оценить действие анодного напряжения на анодный ток.
Тетродом называется четырехэлектродная лампа с двумя сетками, одна из которых управляющая, другая - экранирующая. Последнюю помещают между управляющей сеткой и анодом для увеличения коэффициента усиления лампы. На экранирующую сетку подают положительное напряжение, равное 50- 80% анодного. При этих условиях электроны под действием двух ускоряющих полей (анода и второй сетки) развивают большую скорость и выбивают из анода вторичные электроны, которые движутся от него к экранирующей сетке и притягиваются ею. Данное явление называется динатронным эффектом в тетроде. Он приводит к росту тока экранирующей сетки и к уменьшению тока анода, что равносильно искажению усиливающего сигнала.
Чтобы устранить вредное влияние динатронного эффекта, в промежутке между экранирующей сеткой и анодом создают тормозящее отрицательное поле. С этой целью между сеткой и анодом помещают две металлические пластины, соединенные с катодом. Такие лампы называют лучевыми тетродами. Их широко используют в качестве оконечных усилителей сигналов низкой частоты (6П13С, 6П31С, 6П36С, 6П1П).
Второй путь устранения динатронного эффекта в тетроде - введение еще одной сетки, которая называется защитной, или антидинатронной. Лампу с пятью электродами называют пентодом. Третья сетка соединяется с катодом. Она создает тормозящее поле для вторичных электронов, вылетающих из анода, и возвращает их обратно на анод. Пентоды являются лучшими усилительными лампами, коэффициент усиления для некоторых типов пентодов доходит до нескольких тысяч. Используют их в качестве усилителей высокой и промежуточной частот.
Гептодом называется семиэлектродная электронная лампа, имеющая пять сеток. Назначение сеток может быть следующим: первая и третья - управляющие, вторая и четвертая - экранирующие, пятая - антидинатронная. Гептоды используют для преобразования электрических колебаний одной частоты в колебания другой. Например, в супергетеродинных приемниках они выполняют роль преобразователя высокочастотных колебаний принятого сигнала в сигналы промежуточной частоты.
В современной радиоаппаратуре широко используют комбинированные лампы, у которых в одном баллоне помещены две или три лампы, имеющие свои отдельные системы электродов. Преимущество таких ламп очевидно: они уменьшают габариты радиоаппаратуры, повышают ее экономичность. Отечественная промышленность выпускает следующие комбинированные лампы: двойные диоды, двойные триоды, диод-триоды, диод- пентоды, триод-пентоды и др. (6И1П, 6Ф1П, 6ФЗП и др.).
Сам принцип действия лампы прост — все построено на том, что раскаленные предметы могут выбрасывать в пространство свободные электроны. Однако, за 50 лет использования ламп они настолько усложнились, что дискретным транзисторам до них далеко…
Итак, если раскалить металлический проводник и подать на него «минус», то свободные электроны будут вылетать из этого проводника, он называется катодом. Если же поставить недалеко другой проводник и присоединить к нему «плюс» (называется анодом), то электроны не только будут вылетать из катода и образовывать облако вокруг него, но и целенаправленно полетят к аноду. Потечет электрический ток.
Вся проблема постройки электронных ламп в том, что электроны должны лететь с катода на анод в вакууме. Причем в вакууме высоком, если внутри лампы останется газ, то он от движения электронов вспыхнет и получится газоразрядная лампа. Это, конечно, тоже результат, но совсем не тот, которого мы добиваемся (хотя с газонаполненными электронными лампами тоже есть варианты).
Итак, мы сделали металлическую колбу, откачали оттуда воздух и вставили два электрода. При этом продумали, как раскалить один из них, для этого часто делают дополнительную нагревательную проволочку, такие катода называются катодами косвенного накала. Включили в сеть, катод засветился добела — ток потек. Ну и что, зачем эта штука нужна? Вся фишка в том, что если поменять полюса батареи, то через лампу ток не потечет — анод ведь холодный и электронов не выбрасывает.
Поздравляю, мы получили ламповый диод
.
Диод, несомненно, вещь неплохая. Можно даже детекторный приемник сделать.
Но толку от него немного.
А весь толк получился тогда, когда в 1906 году догадались ввести внутрь лампы третий электрод — сетку, поставив ее между катодом и анодом.
Дело в том, что если на сетку подать даже слабый «минус», то облако электронов, которое собралось возле катода не полетит к «плюсовому» аноду, потому что внутри лампы чистая электростатика, электроны толкает закон Кулона, а в таком виде лампа «заперта».
Но стоит на сетку подать «плюс», то лампа «откроется» и ток потечет.
И мы, подав слабое напряжение на сетку, можем управлять достаточно сильным током, который протекает между катодом и анодом — мы получили активный элемент, триод
. Отношение напряжение между катодом и анодом и катодом и сеткой называется коэффициентом усиления, в хорошем триоде он может достигать близко к 100 (больше не выходит по теоретическим соображениям для триодов).
Однако, это еще не все. Дело в том, что между электродами лампы образуется как бы конденсатор. Ведь и катод и анод и сетка — это электроды, разделенные диэлектриком — вакуумом. Емкость такого конденсатора очень мала — порядка пикофарад, но если у нас высокие частоты (начиная от мегагерц), то эта емкость все гадит — лампа перестает работать. Более того — лампа может самовозбуждаться и превратится в генератор.
В данном случае самым эффективным методом оказалось экранирование самой вредной емкости — между сеткой и анодом. То есть кроме трех электродов нужно ввести еще одну экранирующую сетку. На нее подавалось напряжение, примерно в половину анодного. Такая лампа с четырьмя сетками стала называться тетродом
. Коэффициент усиления у нее возрос — до 500-600.
Но и это оказалось не все. Дело в том, что экранирующая сетка дополнительно разгоняет электроны, летящие к аноду и они ударяются об анод с такой силой, что выбивают вторичные электроны, которые долетают до экранирующей сетке и создают там ток. Это явление назвали динатронным эффектом.
Ну и как бороться с динатронным эффектом? Правильно — поставить еще одну сетку!
Ее нужно втыкнуть между экранирующей сеткой и анодом и подключить к катоду. Такая лампа называется пентод
.
Именно пентод стал самой популярной лампой, именно его выпускали миллионными тиражами для всяческих нужд.
Нельзя сказать, что все отрицательные стороны электронной лампы у пентода отсутствовали. Но это был великолепный баланс между цена/надежность/характеристики. Да почему был? Он и остался.
Конечно, на пентоде все не закончилось, были еще гексоды, гептоды и октоды. Но они или не получили распространения (например, гексодов в мире почти не выпускалось), либо были лампами узкого назначения — например для супергетеродинов.
Все, что здесь описано — вроде немного, но это 60 лет развития электронных ламп, годы «нащупывания» параметров.
Ведь поначалу вообще было слабое понимание того, что происходит в лампе. Лампы были газонаполненные до 1915 года, а так перемещаются не электроны, а ионы, которые ведут себя немного иначе.
Кроме того — возня с материалами и формами электродов, изобретение ламповой схемотехники, да и с самими принципами ламп тоже игрались. Были всякие лампы бегущей волны, клистроны и магнетроны. А чего стоят лампы с механическим (!) управлением? А газонаполненные лампы, фотоэлементы, умножители, видиконы? Да тот же кинескоп — это по принципу действия электронная лампа!
Электронные лампы — это огромная область знания, которая за 60 лет существования накопила огромное количество материала.
Накопила — и умерла.
Сейчас лампы применяют только в очень узких направлениях — например, сверхмощные усилители или специальная аппаратура, которая выдерживает ядерный взрыв. Ведь электромагнитный импульс ядерного взрыва не сжигает ламповую аппаратуру, как случается с транзисторной — просто лампы при взрыве на долю секунды сбойнут и дальше заработают как ни в чем не бывало.
Ну и последнее — ламповая аппаратура в производстве куда проще полупроводниковой, требования к точности и чистоте материалов на порядки ниже. А вот это для попаданца самое главное!
91 комментарий Электронная лампа, принцип действия
Согласен.
Но я бы выделил третью категорию — «технологии запечатанного конверта». То что можно оставить потомкам(ну в лучшем случае внукам на свою старость) для ускорения прогресса. А сюда можно и устройство атомной бомбы записать.
А я как-то к этим письмам в будущее очень скептически отношусь.
Вообще письма без адресата — странное явление.
Статистика то вещь хорошая 🙂
но, повторюсь, лампы пригодятся попаданцу только в первую мировую. Покачать триод до пентода- это мощный ход.
Во вторую мировую пентод уже изобретен. если быть точным то 1926 году. т.е. зазор применения около 20-30 лет (триод можно лет на 10-15 раньше успеть создать).
Проблема в том что раньше двигать идею в массы не получится, развитие физики не позволит этого. Сделать вундервафлю можно, а вот прогресс сдвинуть не так просто.
Говоря о абстрактности и сложности радиотехники я подразумевал что она опирается на огромный пласт неочевидных знаний который ранее 1900 года отсутствовал. Представление о электроне и атоме (1911), о электросопротивлении (1843) о индуктивности и емкости (лень искать но тоже 19 век). Все это придется предварительно открыть, продемонстрировать окружающим. Продвинут науку… С средствами связи того времени это задача на многие годы.>>создать каких-нибудь «новых розенкрейцеров»
А вот эта идея весьма разумна. И действенна. Привлечь неофитов, продемонстрировать свое могущество вундервафлями, сообщит что лишь этому обществу известна Истина (тм)…
Но стоит учитывать что это будет не прогрессорство 🙂 И после смерти носителя знаний все пойдет кувырком. Кстати, смерть может произойти и раньше времени 😉 власть -отличная приманка!-
>>Говоря о абстрактности и сложности радиотехники я подразумевал что она опирается на огромный пласт неочевидных знаний который ранее 1900 года отсутствовал
Тут неважно что отсутствовало до попаданца.
Это реально можно развить и наука того времени это все поднимет.
Вот как раз науку двинуть будет самое легкое — там есть инертность мышления, но она все же меньше, чем в промышленности, потому как в науке всегда можно найти молодых ученых, а среди промышленников молодежи не бывает.>>Привлечь неофитов, продемонстрировать свое могущество вундервафлями, сообщит что лишь этому обществу известна Истина
Дык я уже несколько статей на эту тему написал.
Тут тоже есть подводные камни, но локальный рывок может оказаться очень заметен.>>И после смерти носителя знаний все пойдет кувырком.
Я про это тоже писал. Те же Мормоны и саентологи сумели это пережить. Что будет с мунистами — посмотрим.
>Радиолампы пригодятся в любую войну. А возможность их создать появится где-то в районе войны 1912 года (которая сто лет называлась «Великой Отечественной»), ну и вообще во времена Наполеоновских войн.
1912+100=2012, задолго до 2012-го Великой Отечественной называлась война 1941-го-1945-го годов. И каким боком здесь Наполеон?
-
Попаданцу нести внедрять транзисторы выгодней чем лампы. Лампы- тупик. Если попаданец оказался в конце 19 начале 20 века и собрался продвинуть радиоэлектронику (раньше- бесполезно) — протолкнуть транзисторы не на много сложнее чем лампы (с учетом общих объемов того что придется проталкивать, разница незначительна), а выгода намного больше. Это ведь скорый переход на микросхемы…
Механические вычислители типа железного феликса — разумный максимум…
Машина Бебиджа- безумный проект. Он осуществим (теоретически) но из за ненадежности (сотни тысяч а то и миллионы подвижных частей) ее практическое применение почти невозможно. Даже ЭНИАК работал с частыми перерывами из за постоянного выхода из строя его элементов, что говорить о механике.
Однако, в сети можно найти ролики, как люди самостоятельно сделали триод.
И есть грустные истории, когда пытались сделать транзистор…То есть сейчас — когда и материалы вроде можно купить и приборы есть — а вот поди ж ты!
Транзистор — задача на порядок сложнее радиолампы.>>Механические вычислители типа железного феликса - разумный максимум
Это конкретный тупик. Хотя в некоторых узких нишах употребим.
-
А я знал, знал что дойдет до атомных реакторов! 😀
Итого — всего две технологии: выращивание сверхчистого монокристалла кремния и построение реактора с дозированным производством нейтронов.
Лементарно! 😀Не с дозированным а с постоянным 🙂 это немного другая и намного более простая задача.
Кстати, реактор делать необязательно, можно сделать генератор нейтронов типа того который используется как нейтронный детонатор для плутониевых бомб.Налицо полное непонимание принципов и количественных характеристик.
В бомбах нужна точность по времени, единовременный вброс с бетатронного источника 10Е5-10Е6 нейтронов — вполне достаточно. Главное — точность.
Но 10Е6 нейтронов в масштабах числа Авогадро (6Е23) — ничто.
Да ладно?! 🙂 Это, видимо, так творчески переосмыслен принцип действия ускорительных источников?
Не, принципиально разломать дейтерий можно, только для этого нужна энергия порядка десятка МэВ (электронно-лучевую трубку этими 10 мегавольтами запитывать — прикиньте сами), да только в силу отношения сечения этой реакции к сечению банальной ионизации, выход нейтронов будет исчисляться в штуках в секунду на киловатт.
Да, есть _подобные_ источники с бериллием. Но выход нейтронов там — миллионы в секунду (энергии электронов — примерно те, МэВы), и бериллий тут именно потому, что распад бериллия — экзотермичен, нужно только чуть вложиться, а дальше — оно само. Это радикально снижает требования к ускорителю.
Наиболее «продуктивны» ускорительные тритиевые источники — тритий ускоряется в дейтериевую мишень (до 10Е14 нейтронов за импульс с ресурсом в сотни тысяч-миллионы импульсов). То есть, просто нормальный тритиевый термояд (ессно, вырабатывать так не выйдет, но тут ценно то, что она тратится не так быстро и не так много).
Напряжения там требуются — десятки-сотни кВ, что уже более приемлимо (нужно только инициировать реакцию, а не откалывать нейтрон, кэВы на ядро, а не МэВы).Если без трития, то по порядку выхода нейтронов: дейтериевые с комбинированым магнитно-инерциальным удержанием (фузор с катушками) — до 10Е11 нейтронов за импульс, инерциально-статическим (классический фузор) — до 10Е9, дейтериевые с холодной мишенью — до 10Е10, но расход энергии повыше, конечно.
Всё это — абсолютный хайтек, все цифры — достижения современной науки и техники (в частности, БП там — передний край электроники).
Наиболее простой и доступный интенсивный источник — какой-нить активный альфа-изотоп типа радия-226 в смеси с бериллием (металл или оксид). Калифорниевые или полониевые лабораторные источники дают до миллиона нейтронов в секунду.
Радиевый даст меньше, но это ЕДИНСТВЕННЫЙ реальный способ получить хоть сколь-нить значимое количество нейтронов.А теперь вспомним число Авогадро: каждые 28 грамм кремния содержат 600 000 000 000 000 000 000 000 атомов. На каждые несколько сотен-тысяч атомов кремния нужно обеспечить атомом примеси.
Ядерное легирование без ПРОМЫШЛЕНЫХ, многомегаваттного уровня ядерных реакторов (причём, с заметным запасом реактивности) — это даже не бред, это безграмотная чушь, уж простите.
Да, без атомного реактора похоже не получится.
При количестве фосфора 10^13 на см3 его проводимость только-только сравняется с собственной проводимостю кремния. На деле надо, видимо, порядка 10^17, у меня откуда то засела оценка порядка миллионов, про относительно низкую производительность источников и число Авогадро я то помнил. Но для начала 20 века и с реактором сгодится.
Тут ещё не всякий реактор подойдёт. Например, плотность нейтронного потока в РБМК (в котором в России хотели как раз заниматься ядерным легированием) — порядка 4Е13 нейтронов/см2*с
Ессно, что оттуда отбирать можно только несколько процентов, иначе реактор встанет.Если принять за целевой показатель 10Е17, то получается, нужно 10Е5-10Е6 секунд на достижение концентрации — дни-недели.
И это один из самых мощных/дешевых источников нейтронов, доступных нынче людям. Канду — запас реактивности меньше, а корпусные всех видов принципиально не подходят из-за необходимости остановки реактора на смену мишени…
Остаются исследовательские/медицинские, но там нейтроны уже куда как подороже…>Но для начала 20 века и с реактором сгодится.
А ничего, что его впервые создали в 1946-м? То есть в середине века, а не в начале.
>Нейтронный генератор это тяжелая вода на которую направлена мощная электронная трубка.
Вода обогащается до тяжелой электролизом, электронные трубки в конце 19 века применялись(рентген).
Изотопное обогащение электролизом? Что серьёзно?
То что ты описал это какая то экзотика, возможно для сверхмощных приборов. Микросхемы легируют банальным методом ионной обработки в вакууме. Но, как я уже писал, с германием все намного проще — на предварительно легированный кристалл крадутся две таблетки индия и все это нагревается до его плавления. Таким способом промышленно изготавливали в свое время германиевые приборы.
Ядерное легирование — всё-таки экзотика (тем более, что оно принципиально вносит только один тип примеси: фосфор). Обычно всё-таки банальная диффузия и ионная имплантация.
-
Упс, про этот род задач я подзабыл 🙂
Действительно в области простой автоматики механика вполне рулит…Механический баллистический вычислитель на флоте дает ОГРОМНОЕ преимущество
Не только баллистический вычислитель — задач куча. Просто сейчас они решаются копеечными микроконтроллерами и никто даже не задумывается об этом. То же управление сложными станками из этой области, к примеру. Или классика жанра — управление ткацкой машиной.
Это вовсе не тупик, просто понимание принципов действия по настоящему наступило, когда стили доступны электромеханическте реле и лампы. В их отсутствие механических вычислители позволяют решить ряд очень важных в практической плане задач. К примеру, автоматического слежение за целью в корабельных артустановках. Вводятся курсы и скорости собственного корабля и цели, после чего вычислитель самостоятельно управляет поворотными и наклонными механизмами башни.
Так что максимализм тут неуместенКаким образом в вашем ответе «транзисторы не всегда лучше» трансформировалось в «лучше без транзисторов»?
Понятно, что есть узкие ниши — ну так в таких нишах кое-где еще и паровозы зравствуют.Вот что то не заметил чтобы у меня было написано «лучше без транзисторов»…
Тем не менее лампы можно делать хоть в средние века, с массой гимора само собой, но можно, а вот транзисторы увы никак…
\\Понятно, что есть узкие ниши - ну так в таких нишах кое-где еще и паровозы зравствуют.\\
НЧ усилки на ламах, были есть и будут, лучше транзисторных. Лампа не рубит края синусоиды — звук бархатный.
>И микросхемы на лампах…
Если интересно - погуглите
>>>При том, что до сих пор не могут изготовить больше, чем две лампы с близкими харатеристиками. Харатеристики же транзисторов были стабильны ещё в прошлом веке. Так где ниже требования к точности? В случае одного простенького усилителя стабильность характеристик не критична, можно настроить. И тогда да, проще лампа. И требования к точности ниже у лампы. А в сложных устройствах она критична, вплоть до условия работоспособности. И вот здесь то даже современная промышленность не «тянет».
Тут речь о других лампах, да и назначение иное…
Для цифровой техники точность аналоговых параметров не особо важна, но если учесть что таки лампы делаются технологии схожей с той, что и транзисторы, то разброс параметров примерно одинаковый…
Если интересно про это есть вот в этой книге:
Настоящая книга хотя и посвящена такой специальной области техники, как электронные вакуумные лампы, тем не менее является научно-популярной. В доступной и увлекательной форме рассмотрены классификация электронных приборов, их история и эволюция, место электронных вакуумных ламп среди других приборов, их роль в развитии цивилизации, попытки гибридизации вакуумных и полупроводниковых либо вакуумных и газоразрядных приборов. Рассказано о принципах работы, конструкции и технологии сеточных ламп, клистронов, ламп бегущей волны, магнетронов и вообще приборов М-типа, о гиротроне, оротроне, виркаторе, проблемах увеличения мощности, частоты и КПД. Отдельно и более подробно рассмотрены проблемы источников электронов для приборов - термоэлектронных, вторично-электронных и иных катодов, а также антиэмитгеров, принципы конструирования и работы композиционных материалов. Книга адресована широкому кругу читателей, интересующихся техникой и ее историей. Немало полезного в ней найдут инженеры, специализирующиеся в области электроники, преподаватели и студенты технических вузов.
Боюсь что для попаданца это все не имеет значения. Ну разве что его занесет в первую мировую и он сразу усовершенствует триод до пентода.
Причина проста- слишком широко двигать надо науку и технику чтобы воспользоваться этими знаниями.
Вся радиоэлектронная технология это совокупность очень большого числа очень специфических знаний и умений.
Попаданец, обладая этими знаниями (например он радиоэлектронщик со стажем) теоретически может изготовить какой то агрегат, но вот научить местных его производить- вряд ли.
В лучшем случае научить (а вернее надрессировать группу исполнителей) производить строго определенную модель простого устройства. Это никак не продвинет науку и технику, это устройство будет неведомым артефактом и его компоненты будут неприменимы ни для чего другого (с точки зрения местных). И, как очевидно, изготовление такого малополезного устройства будет результатом огромных усилий! Нужно такое попаданцу? Нет.
Попаданцу нужны не технологии опережающие время а упущенные технологии.
Отличными примерами здесь на сайте являются пуля Нейслера и полевая кухня. Простые и понятные изобретения которые появились через века после того как возникла в них необходимость и технологическая возможность их создать.
Пригодны так же технологии вроде термоса, не для того чтобы внедрять а чтобы продавать.
Нечто, что с небольшими
технологическими изысками можно изготовить, но оно будет иметь непонятное местным ноу-хау. Это не двигает науку но обогащает попаданца.
Радиоэлектроника из за своей сложности не попадает ни в одну из этих категорий. Она слишком сложна и абстрактна для объяснений и слишком высокотехнологична для самостоятельного изготовления.
>>Ну разве что его занесет в первую мировую
А вы посмотрите на статистику попаданцев. Половина из них попадает в вторую мировую, процентов тридцать в средневековье и еще процентов 15 — к батюшке Царю, спасать от революции. Электронные лампы более чем актуальны. 😀
>>но вот научить местных его производить- вряд ли
Ну, на самом деле этот сайт как раз для того, чтобы собрать данные по теориям для «научить местных».
То есть расширить понимание попаданца.
И проблема тут не в том, что в этом всем нельзя разобраться — а просто потому, что у обычного человека очень узкий круг интересов и в остальное он не влазил никогда.
>>Радиоэлектроника из за своей сложности не попадает ни в одну из этих категорий. Она слишком сложна и абстрактна для объяснений и слишком высокотехнологична для самостоятельного изготовления.
Полный бред, от начала и до конца.
Нет сложных вещей, есть недостаток понимания.
Для примера — почитайте то, как сам Пифагор описывал свою теорему (не доказательство, а только формулировка!) — у него это все получалось очень сложно там ощущение высшей математики, хотя для нас это все для четвертого класса (или в каком сейчас учат Пифагора?).
Более того — я могу вырезать вам кусок из переводной книги про электронные лампы, автора Leon Chaffee, 1933 года.
Там читаешь — просто кошмар как наворочено, а потом начинаешь понимать, что большая часть — это мусор, казавшийся важным, но таким не являющийся, побочные процессы, забивающие понимание основных процессов.
Если попаданец не в состоянии объяснить принцип действия — значит он сам его не понимает. Это незыблемое правило.
И пофиг, насколько сложна или абстрактна теория — все зависит от ее уложения в голове рассказывающего.
Другой вопрос — что ему будут не верить без работающего образца, но это уж как водится.
Ну и совсем третий вопрос — а стоит ли двигать это в массы или создать каких-нибудь «новых розенкрейцеров» (статью потихоньку пишу)?
Ну, для электроники, особенно для транзисторов, все же есть интервал в несколько десятилетий, когда можно сильно опередить текущее состояние. Но это конец 19 начало 20 века. Если раньше — малоперспективно
В более ранние периоды лучше копать в сторону цифровых механических и гидравлических вычислителей. Булева алгебра, будучи очень простым и понятным разделом математики, оформилась только к концу 19 века, хотя могла существовать и в древней Греции
>>>Транзисторы, конечно, куда лучше чем лампы.
Не всегда, в условиях высокой радиации или больших температур транзисторы просто не работают, а лампы чуствуют себя вполне сносно… Современные лампы естественно…
Ну и выпрямление больших токов это по прежнему безраздельная вотчина электронных ламп…
А миниатюрность для ламп тоже не проблема — планарные лампы можно делать практически настолько маленькими, что им не требуется вакуум… 🙂
Вот как раз с надежностью у механики все хорошо. Поинтересуйся корабельными механическими вычислит елями — удивительные конструкции.
>>>Лампы- тупик.
Кто вам такое сказал?
Другой вопрос что мало кто про это знает…
Лампы отнюдь не тупик, просто вам неизвестно что развитие ламп не завершилось с появлением транзисторов… 🙂
А там много что еще нового изобрели…
Например лампы без накала…
И лампы без вакума… 🙂
И микросхемы на лампах… 🙂
Если интересно — погуглите
>Булева алгебра, будучи очень простым и понятным разделом математики, оформилась только к концу 19 века, хотя могла существовать и в древней Греции
При ручных логических выкладках как раз проще не пытаться их математизировать. Булева алгебра могла быть создана хоть в древнем Египте, но по-настоящему может быть распространена только при наличии устройств для автоматических вычислений. Не управлявшихся всё таки вручную арифмометров, а именно автоматических вычислительных устройств. Мало того, до двоичных процессоров даже трёхзначная логика имеет больше шансов, так как не всегда известны все величины.
А какие требования к металлу электродов? Насколько я помню у разных металлов эмиссия электронов идет по разному.
И ктото обещfл рассмотреть керамические и металлические корпуса для электронных ламп. Чтоб не возиться с впаиванием электродов в стекло. 🙂
Электроды обыкновенные, кроме катода, который выбрасывает электроны.
Тут вопрос именно в температуре эмиссии. Поначалу можно просто вольфрам, но у него эмиссия при температуре за 2 тыс. градусов.
Ну а дальше — соли редкоземельных элементов, я еще буду описывать.Ну и про корпуса — да, поначалу можно и металлокерамику (с чистой керамикой возни будет не меньше, если вообще возможно).
Но у стеклянных корпусов много плюсов, к тому же они много технологичнее. С впаиванием электродов проблем, как раз нет, просто электроды нужно делать из
Это опять тема и опять буду еще писать.А еще в туду торий пихали, который за счет радиоактивности давал электронное облако. Интересно, если что-то злобное напихать в катод, можно ли забабахать лампу без подогрева катода? Преимущества существенные — в эру ламповой техники наверняка очень бы хотелось такое, а раз не сделали — значит непреодолимая проблема. Кто в курсе — где и в чем?
-
Чистые бета-излучатели (никель-59 точно, про стронций-90 — слышал, но не видел) кое-где с этой целью использовали.
«Преимущества» там сомнительные: уж очень большая энергия электронов, там не «облако», там «брызги», летящие с ОЧЕНЬ большой энергией постоянно во все стороны, что даёт «нулевой ток» и серьёзный шум. Даже обратным смещением это не лечится: очень велики энергии электронов.
Кое-где имеет смысл (некоторые газоразрядные приборы, ионные лампы, особые лампы для стохастических усилителей), но в целом — не, бяка.Есть другая технология. И очень попаданская по сути.
Лампы без подогрева катода делаются (в смысле, и сейчас делаются, для военки) на автоэмиссии, и это (с терморасширенным графитом). Вполне попаданская техника, технологически проще интеркалировать графит (даже чистота не критична), чем ваять цезиевый или бариевый электрод с подогревом.
Но там свои замороки: высокое напряжение обязательно (от киловольт), относительно малая плотность эмиссионного тока.
У усилительного триода будет слишком нелинейная ВАХ на начальном участке, для магнетрона — реально достижимые токи маловаты.Схемотехнику нужно будет строить несколько иначе.
У технологии есть свои очень удобные ниши: классическая ЭЛТ, кинескоп с этой технологией значительно выигрывают. Старт мгновенный, потребление меньше, ресурс выше.
Если рассматривать попаданство куда-то типа СССР 40-х — 50-х, то ламповая схемотехника и радиотехника вообще развивались бы иначе. Скажем, автоэмиссионные лампы — вполне реальная энергосберегающая альтернатива ртутным, и по цене сравнимой с лампами накаливания. Технология могла бы стартовать в те же 50-е, когда электричество было очень дорогим, и ртути просто не было бы ниши для появления.
По эффективности технологии сравнимы, но катодные лампы (сами лампы) проще, дешевле, менее зависят от температуры и мгновенно включаются.Кроме того, развитие принципа могло бы привести к ламповым микросборкам, сравнимым с первыми гибридными ПП-микросхемами, конкуренция с полупроводниками была бы куда более жёсткой.
В общем-то, эта технология могла бы куда шире отыграть чем в реальном мире, стартуй она хотя б на 20 лет раньше — пока не решилась проблема синего светодиода. Сейчас, наверное, уже поздновато.
Вполне любопытно. Интеркаляция тем же цезием или чем попроще можно? Тем же калием/барием?
Трансформатор для ламп не дороговат ли выйдет, учитывая всего 50гц? Моргать не будет?Особливо у ЭЛТ ток стабильный будет с таким катодом? Почему в тех же электронных микроскопах сейчас не применяют, и вообще обычно греют?
З.Ы. ДРЛки жалко — сколько из них на коленке мастрячилось… 🙂
Там не цезий, интеркаляция нужна только чтобы «распушить» графит на графеновые листы (серная кислота — обычный метод терморасширения).
Из графеновых листов получаются своего рода «атомарные иголки», с _очень_ высокой напряжённостью поля на концах при приемлимом напряжении. Альтернативные электроды для автоэмиссии долгое время пытались растить из кремниевых нанопроволок, из цезиевых, из оксида олова и даже ставить пучки нанотрубок. Кое-что получается приемлимо, но ни одна альтернатива не приближается по характеристикам и их стабильности к графиту/графену.
А технологически там просто пропасть: золото и цезий — это CWD, кремниевые нанопроволоки — аж литография + травление.Трансформатор — да, дороговат. Но ДРЛ тоже железа и меди в ПРА требует + фигнюшки в виде стартера.
Моргать будет ровно настолько, насколько позволит люминофор. А между нами, девочками, сделать инерционный люминофор много проще, чем «моргающий» (то есть, быстрый): первые катодолюминофоры именно таковыми и были. Помните осциллографы для медленных процессов, где луч бежал чуть ли не полсекунды по экрану, а его путь запоминался долго высвечивающим люминофором? Это вовсе не беда. Тем более, что можно и сглаживать конденсатором. ЭЛТ — это диод.Это относительно недавняя технология — этот нанотех (без кавычек) раньше просто никому не приходил в голову. Да, пробовали делать острые катоды, но что такое «острый» по сравнению с атомной плоскостью? Даже графен и нанотрубки имеют вовсе не запредельные эмиссионные характеристики, даже при высоком напряжении.
И электрод должен иметь ещё и ресурс, плотность тока там на острие дикая, чуть переборщил — и взрывная эмиссия. То есть, нужен именно лес атомно-острых электродов, простых в производстве, дико проводящих (да-да, поэтому графен рулит)… До определенного момента никому в голову не приходило, КАК такое ВООБЩЕ сделать?!
Люди же не зря в 90-е тыкались с этой целью в кремниевые нанопроволоки (тогда автоэмиссионные экраны рассматривали как «плоскую» замену ЭЛТ). Не знали о нанотрубках, не знали о графене, анизотропную работу выхода считать вообще не умели (я не говорю, что сейчас хорошо умеют:)).Поэтому это истинно попаданская технология: за кажущейся простотой стоят знания и мысли, которые добыты на другом, высшем технологическом витке.
Не применяется сейчас банально из-за инерции. Ну и плотность тока с нагретых катодов выше, линейность характеристик, отработаная, предсказуемая технология, совместимость с малыми напряжениями… у автокатодов тоже есть неудобства.
Но главная причина: всё-таки электронно-лучевые приборы сейчас слишком малосерийны, чтобы вести НИОКР по улучшению их второстепенных характеристик. Там, где денег много и характеристики важны (вояки + ЛБВ, скажем), там внедряется(-лось).
Но лампам даже у вояк и даже в СВЧ сейчас всё меньше места.Насчёт медленного люминофора с хорошим квантовым выходом есть сомнения. И насыщаются оне соответственно, порядка эдак на 4 легче…
Иначе б все газоразрядные лампы на них делали, и не ломали глаза на 50гц моргании.Насчёт конденсатора — не уверен… Графеновая шуба наверняка живёт своей жизнью, и при том же потенциале ток будет плясать. Впрочем, для лампочки может и не существенно.
А вот трансформатор на киловольты и 50гц — это не только дорого, но и громоздко. Т.е. или импульсник какой мастрячить, или ещё чего… А с элементной базой — плохо!
Т.е. технология интересная, но вопросы остаюццо.
Никаких сомнений: у меня диплом был по запасающим. Вопросы катодных тоже затрагивались. 🙂
На насыщение выйти? Мнэ… даже в классическом кинескопе, где площадь пятна под лучом меньше десятых квадратного миллиметра а мощность — десятки Вт (прикиньте плотность мощности:)), до такого ещё пилить и пилить. Да, деградация при этом знатная, да КПД падает (из-за нагрева), но чтоб выйти на насыщение, нужно очень хорошо поработать.
Самый классический сульфид цинка, известный чуть ли не с первых дней катодных лучей до сих пор один из рекордсменов по квантовому выходу. И да, он обычно очень медленный (он может стать относительно быстрым, но это требует запредельной технологии — дело в кислороде). Есть, есть нюансы (излучающих центров-то много, ловушек тоже много разных), но если не копать глубоко, чисто практически — всё ОК.Газоразрядные — это, вообще говоря, иное. То есть, определенное сходство и пересечение есть, но возбуждение УФ имеет свою специфику, быстрые электроны — свою. И не знаю уж, что за лампами Вы пользуетесь, на 100Гц моргании глаза давно никто не ломает. Как только это стало хоть сколь-нить важным для потребителей — и добавили инерции, и спектр выправили. Совсем избавиться нельзя, там в большинстве процессов экспонента, а как её ни поворачивай, в самом начале она очень уж крута, ничего с этим не сделать.
Там не такая уж и интенсивная интимная жизнь у того графена. Конденсатор помогает.
Трансформатор — да, дорого, да, громоздко. Можно разводить высокие вольты, что тоже не очень заманивает.
Но у всех источников света свои замороки (ха! будто с ДРЛ или ДНаТ просто было!). В импульсник (достаточно дешевый), кстати, уткнулись ребята, которые сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам. Есть такая группа, знаю людей.Вопросы есть, не без того, да. Тем более, что сейчас есть масса альтернатив.
Но какая технология без вопросов? И даже если технология не всеобъемлюща, есть ниши и времена, где она садится намертво, как влитая.\\В импульсник (достаточно дешевый), кстати, уткнулись ребята, которые сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам. \\
Это он СЕЙЧАС дешёвый. А в 50х…
\\Как только это стало хоть сколь-нить важным для потребителей - и добавили инерции, и спектр выправили. Совсем избавиться нельзя, там в большинстве процессов экспонента, а как её ни поворачивай, в самом начале она очень уж крута, ничего с этим не сделать.\\
Можно питалово выпрямить. Но — да, экспонента, и хорошо её гасить — релаксация в секунды нужна. Такой инерции никто добавить не смог.
По насыщению — та же песня. Если вместо микросекунд — секунды, то считать уже надо. Может для электронов это и не важно, но в флуоресценции затык перманентный.
И ещё момент: электроны, они сцуки и рентген дадут, пусть мягкий. Т.е. тоненькое стёклышко не поставишь…
В 50-х — только централизованое питание высоким током. Но беды тут не вижу: в сети переменного тока на ЖД у нас 30кВ, и ничего, как-то живёт. Почему бы в осветительной сети к городскому освещению не протянуть бы высокое? Да, изоляция дороже. Зато проводки тоненькие. 🙂
Питалово у ртутных выпрямить как раз нельзя: ассиметричный износ электродов будет. Можно увеличить частоту, как в современных ПРА (хотя, ПРА уже ли это? там даже яркость плавно регулируется, и поджиг высоким бывает).
С рентгеном интересно: есть две компоненты — характеристический (тут всё просто — не пихай под луч материалы с жёсткой К-линией, и всё будет ОК) и нормальное тормозное (тут, НЯП, что-то типа четвертой степени эффективного Z материалов). То есть, ежели под лучом алюминий (1.5кэВа характеристическое) и алюмогранаты (алюминий и кислород, эффективное Z где-то там у плинтуса), то рентген через тоненькое стёклышко не пройдёт. Разве что МэВами долбить, но это неудобно по другой причине. 🙂
Стёклышко может быть и свинцовым (для уличного освещения выгоднее брать высокие напруги), это не такая беда. В конце-то концов, жёсткий УФ из ДРЛ тоже беда та ещё, и двойная колба — не помеха для применения.То есть, эти проблемы скорее умозрительные даже для нас с Вами.
В СССР 50-х, где гамма-реле могли ставить как датчик загруза бункера или для перевода стрелки трамвая (ага, вот так жёстко, никто не говорил, что в сказке живём) вопрос бы даже не поднимался.Киловольты на фонарях? Ой какая жизнь интересная настанет, особенно у подростков:). Но, естественный отбор — это хорошо! 🙂
Питалово выпрямить можно (и нужно). Сгорела одна спираль — перевернул лампу, работает дальше. Ресурс почти вдвое выше!
Рентген — для мощных уличных фонарей с тяжёлой и дорогой колбой — да, нормально и незаметно. Для помещений, аналоги 40-60Вт накаливания — не надо. Не под это технология заточена.
Гамма-реле и т.д… Ну вот уринотерапией тоже занимаются, но это же не значит, что так надо делать:).
Нет. 🙂 SEM нужен не по-любому, а по-хорошему. 🙂
В принципе, после указания приблизительной области оптимума системно применяемый метод тыка даёт превосходные результаты.Подход был другой, более практичный. 3 неизвестно как влияющих параметра? Десять вариаций по каждому по логарифмической шкале, тыща образцов… Делаем, измеряем, смотрим тенденции и области подозрительные на оптимум. Ещё тыща образцов — уточняем. Это даже не НИОКР, а так — тема для аспиранта.
ИМХО, попаданчество на сроки менее 50 лет — это уже не совсем попаданчество и прогрессорство. 🙂
Тут чем меньше срок заброса, тем ближе к «чтоб я был таким умным вчера, как моя теща завтра»…Ну, в принципе всё так. Имея десяток статей в смартфоне — можно и без SEMу…
А про «50 лет» — так тут обычно до ВВ2 и не обсуждают:). Отчасти ещё и потому, что чем ближе — тем легче продемонстрировать незнание предмета;).
Думаю всеже сроки менее 50 лет не обсуждают по другой причине 🙂
Тут не сколько незнание сколько отсутствие по настоящему глобальных идей опередивших время которые может внедрить один эрудированный человек. Требуется огромная работа желательно мощного коллектива.
Например те же транзисторы или микросхемы: достаточно изложить общие принципы тому же Лосеву или Йофе и дело закрутится, но без вас.
Вспомнить что арсенид галлия используется в светодиодах можно, но не факт что это сразу даст результат, потребуется экспериментальный поиск, так что нобелевку получит тот, кто на основе этой подсказки сварганит сверхъяркие светодиоды.
А вот точные рецептуры уж больно конкретные, их из литературы не почерпнешь, только если долго этим сам на практике занимался. Тут вопрос в чем спец наш попаданец. Старший научный сотрудник из лаборатории полупроводников может весьма сильно продвинуть радиотехнику в СССР 30х-50х, специалист по синтезу полимеров сделает аналогичные прорывы в химии но вот в областях друг друга они почти ничем помочь не смогут.
В последние 50 лет наука стала намного менее глобальна и цена узкого специалиста возросла. Попаданец в это время может подкинуть несколько конкретных технических решений с которыми он знаком, может подтолкнуть науку на общее выгодное направление — электроника-компьютеры и генетика-ГМО-биотехнологии, но не более того.
А конкретные рецепты, они уж больно узкую вилку применения имеют.
Например есть несколько конкретных усовершенствований которым можно подвергнуть танк Т-34 в 40-42 годах. Раньше этого танка не было позже их сами придумали. Усовершенствования существенно повышают качество танка и снижают трудоемкость его изготовления.
Но как уже сказано они годятся только для 40-42 года. Ну и какой толк их обсуждать?И кстати, да, пример с диодами — отличный. Про то, что арсенид галлия рулит знали с самого начала, заставить его светиться для индикаторных целей тоже смогли почти сразу. Но вот сверхъяркие СИНИЕ диоды — это такая история, про которую можно целый эпос написать. Или снять голливудский фильм когда гений работает-работает-работает, испытывая трудности, все ему не верят, жена бросает, он уже отчаивается, но постигает Восточную Мудрость и работает-работает-работает снова.
И в конце — абсолютная победа: синий диод (конкурс парикхмахеров выигран, сделка состоялась, первое место на олимпиаде и т.п).Чтобы повторить такое на 20 лет раньше, нужно всё равно быть Накамурой или где-то около того.
//Чтобы повторить такое на 20 лет раньше, нужно всё равно быть Накамурой или где-то около того.
Ну или в точности знать секрет и уметь его повторять в лабораторных условиях в силу своей профессии.Кстати, есть еще один момент: планер, паровую машину, воздушный шар- их может построить один человек. Разумеется при наличии материалов и местных работников которым можно поручить вырезать нужные детали.
А вот Су-27 или Т-90 во времена ВОВ один человек НИКАК сделать не сможет. Даже при наличии любых помощников! И Т-72 не сделает. И даже Т-55. Придется ему ограничится усовершенствованиями Т-34 или, в крайнем случае, при очень хорошем знании истории танкостроения, замутить разработку Т-44.
Опять же ни «Конкурс» ни «Метис» одному человеку не осилить, и даже РПГ-7 не повторить, придется ограничится организацией разработки помеси РПГ-2 и РПГ-7, тут уж что получится.
Заметьте, тут речь именно об организации разработки а не об непосредственном изготовлении. Даже ППС-43 изготовить не удастся. Вернее один экземпляр может и получится замутить, но секрет ППС-43 не в боевых а в технологических характеристиках, нужно знать КАК его дешево и быстро производить а не то как он устроен.Паровую машину из списка вычеркните, одному не построить.
Это не «или». Тут как раз дело не в том, чтобы знать некий один «секрет» (ну вот как со светодиодами — использовать твердый раствор нитрида галлия). Нужно точно знать именно всю совокупность технологий — выращивание гетероструктур, например, за неё Алфёров свою Нобелевку не зря получил, это не идея, это технология.
То есть, да, человек должен именно работать в этой самой области, и именно над этим самым предметом. Общей эрудиции и даже курса физики полупроводников не хватит.
И ещё — такие катоды доводить — по любому SEM нужен. В 50х это напряг.
Кстати, одна из вполне попаданческих технологий — АFM. Практической пользы не будет, но Нобелевку где-нить в 60х — легко.
Стартовали они лет пять назад, расклады были иные… Засели в типичной «долине смерти» для стартапов.
Резон был, и какой-то всё ещё есть.
— катодные лампы экономичнее энергосберегаек и где-то на уровне «длинных» ламп.
— катодные лампы дёшевы, и они могут выпускаться на том же самом производстве, что и лампы накаливания. Не без вмешательства в процесс 🙂 , но альтернатива — полное закрытие заводов. Они реально дёшевы. Без БП — на уровне ЛН.
— в катодных лампах нет ртути. Это на самом деле очень сильный аргумент если не для потребителей, то для людей на отвественных постах в государстве. Реально все ртутные лампы идут не на пункты сбора, а просто на свалку, а рассеяная около мест обитания ртуть — это не то, что на самом деле нужно людям.Светодиоды сейчас очень хороши, но в массовых мощных лампах они только-только подтягиваются к 100Лм/Вт, то есть, только сейчас они _начали_ обгонять «длинные» ртутные трубки, для которых 80-90Лм/Вт — сейчас уже норма. При несравнимой цене за люмен.
Катодные лампы на самом деле убийцы ртути. Не светодиодов — те слишком хороши. И слишком дОроги. 🙂Даже 5 лет назад было ясно, что ртутные — устаревают. Сейчас — тем более. Цены на светодиоды уже сравнимы, и будут падать до абсолютных копеек.
Насчёт же экологичности — рентген. Не важно, насколько он реально плох — сам факт наличия не даст получить «зелёные» плюшки.
В общем, перспективы нулевые с самого начала, разве что денежек на стартапы отъесть, пока давали…
\\сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам\\ Оффтоп, но онанизмом они занимаются. При нынешних светодиодах-то…
Впрочем, нет. Графит наверняка не выдержит и нагрева, и больших токов…
Про графит статью нужно писать отдельно. Там были приключения с добычей, когда шахту открывали на несколько месяцев раз в семь лет (точные цифры не помню, надо нарыть).
И графит — не для электродов электронных ламп (не верю в это), а для электродов электролизеров (тот же алюминий из расплава), для для муфельных печей, для щеток генераторов. Ну и бытовуха разная, карандаш наше всё.
Ну а про графен — вообще чистая фантастика, ИМХО.
Что значит «не верю»? 🙂
А в вольфрам и цезий — веруете, сталыть? Сталыть, канонически, без апокрифов и ентих новых нехристей? 🙂Это физика и техника. Ладно б, это была абстрактная теорфизика, но это реально существующая техника. Фантастика, не фантастика… работает.
Собссно, с листами чистого графена там никто дела и не имеет, если смотреть под электронным микроскопом, это всё выглядит весьма неопрятно. Но конечный результат всех устраивает, а это главное, верно?А Вы полагаете, что сейчас технический графит именно добывают в шахтах, что ли? 🙂 Нет. Там, где нужны контролируемые свойства, он пиролизный.
Давайте ссылочку с деталями как оно там работает.
Если действительно вменяемо с точки зрения древности — соберу статью.А то вот вчера про бариевые магниты писал, были тут утверждения что оно несложно…
Ащё — сцылки на портируемую в древность технологию пиролизного графита — приветствуются.
Эти схемы это просто демонстрация характеристик лампы и не более того… для работы лампового генратора, даже самого простейшего нужно усложнить схему… например добавить коллебытельный контур и обратную связь что бы генератор не самовозбуждался… нужна будет точная стабилизация рабочей точки в схеме вч… малореализуемо…
Нужна практическая схема, работающая… посмотрите журналы по ссылке выше, там много схем простайших ламповых устройств, которые реально будут работать…
Отдельное вниание изготовлению детектора, и детекторным парам…Вот про искровой передатчик: http://sergeyhry.narod.ru/rv/rv1926_03_08.htm , такой реально сделать самому имея медь и железо…. батарею медь, цинк, медный купорос или соль. или ваш столб или банка…
«Радио Всем», №7, апрель 1928 год Статья Всё о регенераторах А то ведь сдвинули на полмиллиметра стержни сетки в одну сторону а анодный стержань в другую и вольтамперная характеристика девайса стала ну совсем уж уникальной, н на одну другую лампу не похожа.
1) С точностью установки могут помочь стандартные изоляторы — пластинки сверху и снизу. Можно из горячего стекла штамповать или из керамики какой. Стального штампа на пару сотен хватит, потом еще один вырежем.
2) ВАХ и так и так от лампы к лампе плавать будет, так что от подстроечников никуда деться не получиться.Сама конструкция стержневых ламп содержит 3 пластинки из слюды пробитые на автомате плюсом направляющие пистоны запрессованные в эту слюду (латунные к стати) сами стержни сеток симметричные и предварительно отформованные как и пластины первых сеток и анода(там лепестки для загиба или сварки) — так что ничего не сдвинешь — конструкция анодов не позволяет, но только ручная сборка под микроскопом (самое сложное установка и натяжение нити накала).
Небольшое количество галогенных газов можно легко выделить при успешном химическом производстве. А ртутные пары даже в мощных тиратронах используются для атомных бомб. 🙂
Предлогаю открыть отдельное обсуждение темы о освещении в истории мира и о возможностях попаданца в его улучшении!
Приветствую! Видел на youtube видео с приборами без колбы, точностей не знаю, но похоже оно работает. Даже показан усилитель и генератор.
Катод такой лампы, будь то триод или диод греется горелкой. Сам пробовал делать диод, проводимость наблюдалась, дальше не проверял.
Пока успешно осваиваю промышленные лампы, но очень хочется сделать свою, для эксперимента.
Чем-то отдалённо напоминает один генератор, где пламя помещалось меж электродами и подвергалось действию сильного постоянного магнитного поля, возникал электрический ток. Названия не помню только.
Создатели сайта молодцы, очень интересный ресурс!Неплохо было бы еще рассказать о газонаполненных лампах (тиратронах, например), которые не требуют вакуума. С аналоговыми сигналами у них не очень, но вот, например, генератор-мультивибратор или выпрямитель для переменного тока можно легко сделать. Ну и довольно навороченные цифро-аналоговые девайсы, вроде логических элементов (системы управления и контроля, сумматоры там разные для простейших вычислений), реле времени и так далее.
Забавно… вполне попаданческий подход))
>>>>Лампы- тупик.
Кто вам такое сказал?
Они по прежнему используются и мало того развиваются, а не так давно перешагнули 100 нанометровый рубеж…
Микролампы? А это не извращение?
>Вот как раз науку двинуть будет самое легкое - там есть инертность мышления, но она все же меньше, чем в промышленности, потому как в науке всегда можно найти молодых ученых, а среди промышленников молодежи не бывает.
И это я взял пример того, кто создал своё состояние сам. А унаследовать завод можно и в три, и даже в грудном возрасте.
>выпрямляющий контакт. Комбинируя, можно ХОТЬ САМИМ клепать диоды, полевые транзисторы, тиристоры и первые примитивные микросхемы. Практически на коленках, ага… Cильно сложно?
Что серьзно? Ядерный реактор на коленке? А ни как проще себе и окружающим проблем нельзя создать?
В этой статье Nyle Steiner описывает эксперименты по электропроводности пламени спиртовки. http://www.sparkbangbuzz.com/flame-amp/flameamp.htm
Ему удалось построить действующий «пламенный» (аналогичный вакуумному)триод. А также используя двойной «пламенный» собрать мультивибратор.
В принципе, углеродные катоды тоже можно (и наверное, нужно) чуток греть. Получим выше плотность эмиссии, линейность и всякие прочие прелести обычных термоэмиссионных электродов.
Углерод всё равно лучше цезия. При всей дешевизне работа выхода у правильных углеродных катодов сравнима с лучшими цезиевыми катодами при бОльшем ресурсе, стабильности характеристик и даже плотности тока.
То есть, при той же температуре такой углерод лучше. Цезий/барий в большинстве случаев не нужны (только для ФЭП, динатронов и им подобных), ИМХО, это путь в обход идеала, каприз технической истории Человечества, который не нужно было б повторять.-
ДП ____________2_2_0_3________гр_4_4_4________________
номер специальности и группы
Рецензент __________________ _____К_у_д_р_я_ш_о_в_а____
подпись и., о., фамилия
Руководитель _______________ _____Э_п_ш_т_е_й_н________
подпись и., о., фамилия
Дипломник _________________ _____Т_к_а_ч_е_н_к_о_В_К__
подпись и., о., фамилия
г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Введение. . . . . . . . . . . 3
1. Общая часть
1.1. Описание предметной области. . . . . . 4
1.1.1. Электронные лампы. . . . . . . 4
1.1.2. Расчетные формулы. . . . . . . 11
1.2. Анализ методов решения. . . . . . . 13
1.3. Обзор средств программирования. . . . . . 14
1.4. Описание выбранного языка программирования. . . . 16
2. Специальная часть
2.1. Постановка задачи. . . . . . . . 23
2.1.1. Основание для разработки. . . . . . 23
2.1.2. Назначение программы. . . . . . 23
2.1.3. Технико-математическое описание задачи. . . . 23
2.1.4. Требования к программе. . . . . . 24
2.1.4.1. Требования к функциональным характеристикам. . 24
2.1.4.2. Требования к надёжности. . . . . . 25
2.1.4.3. Требования к техническим средствам. . . . 25
2.2. Описание схемы программы. . . . . . . 26
2.2.1. Описание схемы основной программы. . . . 26
2.2.2. Описание схемы модуля расчета термонапряжений в аноде МГП 26
2.2.3. Описание схемы модуля построения графиков. . . 27
2.3. Текст программы. . . . . . . . 28
2.4. Описание программы. . . . . . . . 33
2.4.1. Общие сведения. . . . . . . 33
2.4.2. Функциональное назначение. . . . . 33
2.4.3. Описание логической структуры. . . . . 33
2.5. Описание процесса отладки программы. . . . . 34
2.6. Пример результатов работы программы. . . . . 35
3. Экономическое обоснование проектируемой программы. . . . 36
4. Мероприятия по обеспечению безопасности жизнедеятельности. . . 40
4.1. Воздействие электрического тока на организм человека
4.2. Заземляющие устройства
Заключение. . . . . . . . . . . 42
Список литературы. . . . . . . . . . 43
Приложение 1. Схема программы. . . . 44
Приложение 2. Экранные формы. . . . 47
Приложение 3. Примеры ошибок. . . . 51
Последние несколько лет слово “компьютер” употребляется всё чаще и чаще. Если раньше компьютерами владели только фирмы с мировым авторитетом, и программы были написаны на языках низкого уровня, то на данный день компьютер имеется почти в каждой квартире, и программы пишутся на языках высокого уровня. В России ежегодно продается более миллиона компьютеров. Современные компьютеры имеют большие возможности: производят числовые расчеты, подготавливают к печати книги, на них создают рисунки, кинофильмы, музыку, осуществляют управление заводами и космическими кораблями. Компьютер является универсальным и довольно простым средством для обработки всех видов информации, используемой человеком.
Данное дипломное задание позволит работникам заводов и КБ уменьшить количество и стоимость макетов проектируемых приборов. Разрабатываемая программа обеспечит расчет температурного поля в теле анода МГП в процессе разогрева после включения прибора, а также возникающих при этом термонапряжений, разрушающе действующих на материал анода. Результаты работы этой программы дадут необходимую исходную информацию для анализа температурных напряжений в теле анода и выбора режимов эксплуатации, сохраняющих ресурс работы и обеспечивающих высокую надежность и долговечность приборов.
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Описание предметной области
Электронные лампы
Электронные лампы применяются для генерации, усиления, или преобразования электрических колебаний в самых разных областях науки и техники.
Принцип работы электронных ламп
Принцип действия всех радиоламп основан на явлении термоэлектронной эмиссии – это увеличение скоростей электронов до таких, что они вылетают из металла с отрицательным зарядом и могут направленно двигаться между электродами, создавая электрический ток. Для этого также необходимо, чтобы им не встречались на пути препятствия, такие как молекулы воздуха – именно поэтому в лампах создается высокий вакуум. Для получения термоэлектронной эмиссии металл надо нагреть примерно до 2000 о К. Удобнее всего нагревать металлическую нить накала электрическим током (ток накала ), как и в осветительных лампах. Такую высокую температуру выдерживает не каждый металл, большинство плавится, из-за этого в первых образцах электронных ламп применялись чисто вольфрамовые нити накала, которые накаливались до белого свечения, откуда и произошло название «лампа». Но такая яркость обходится очень дорого – нужен сильный ток (в пол-ампера для приёмной лампы). Но скоро был найден путь уменьшения тока накала. Исследования показали, что если покрыть вольфрам некоторыми другими металлами или их окислами (бария, стронция и кальция), то выход электронов облегчается (снижается так называемая ”работа выхода”). Для выхода требуются меньшие энергии, а значит и меньшая температура. Современные оксидированные нити накала работают при температуре около 700-900 о С, в связи с этим удается снизить ток накала примерно в 10-20 раз.
Надо заметить, что управление всеми потоками электронов в лампе осуществляется посредством электрических полей, образующихся вокруг электродов с разными зарядами.
Виды электронных ламп
Диод – вакуумный прибор, пропускающий электрический ток только в одном направлении (Рис.1а) и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь (плюс вывод накала, конечно), двухэлектродная лампа была изобретена в 1904 г. физиком Дж. Флемингом. Такая электронная лампа представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух, и двух металлических электродов: накаливаемого катода (-) и холодного анода(+). Катод бывает двух типов: прямого накала и косвенного накала . В первом случае катод представляет собой вольфрамовую нить (чаще покрытую оксидом), по которой проходит накаливающий её ток, а во втором – покрытый слоем металла с малой работой выхода цилиндр, внутри которого находится нить накала, электрически изолированная от катода. Действие катода как источника электронов основано на термоэлектронной эмиссии . На рисунке 1а показано устройство вакуумного диода с катодом прямого накала. Недостатком катодов прямого накала является то, что они не пригодны для питания их переменным током, так как при изменениях тока температура нити успевает измениться, и поток излучаемых электронов пульсирует с частотой питающего тока, поэтому сейчас применяются катоды косвенного накала.
Вольт-амперная характеристика диода (рис. 1е) имеет нелинейный характер – это объясняется накоплением электронов у катода в “облачко”. При отсутствии анодного напряжения электроны к нему не притягиваются, и анодный ток равен нулю. Анодный ток возникает при подаче положительного напряжения на анод, по мере увеличения напряжения анодный ток будет возрастать (на кривой А-Б – быстрее). При большом напряжении (в точке В) сила тока достигает наибольшей величины – это ток насыщения. У диода с активированным (оксидным) катодом не наблюдается замедления роста анодного тока, но при анодном токе выше некоторой предельной величины катод разрушается. Свойства диода оцениваются крутизной характеристики и внутренним сопротивлением лампы.
Если вывод сетки присоединить к катоду, то между сеткой и катодом не будет электрического поля, и витки сетки окажут очень слабое действие на летящие к аноду электроны – в анодной цепи установится ток покоя . Если включить между катодом и сеткой батарею так, что сетка зарядится отрицательно, то последняя начнёт отталкивать электроны обратно к катоду, а анодный ток уменьшится. При значительном отрицательном потенциале сетки даже самые быстрые электроны не смогут преодолеть её отталкивающее действие, и анодный ток прекратится, т.е. лампа будет заперта. Если сеточную батарею присоединить так, чтобы сетка была положительно заряжена относительно катода, то возникшее электрическое поле станет ускорять движение электронов. В этом случае измерительный прибор в цепи анода покажет увеличение тока.
Чем выше потенциал сетки, тем больше становится анодный ток. При этом некоторая часть электронов притягивается и к сетке, создавая сеточный ток , но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико. Только те электроны, которые окажутся в непосредственной близости от витков сетки, будут притянуты к ней и создадут ток в сеточной цепи – он будет незначителен.
Коэффициент усиления и мощности у триодов различны. При большом анодном токе аноды подвергаются сильной электронной бомбардировке, что приводит к их значительному нагреванию и даже разрушению, поэтому аноды делают массивными, чернят, приваривают специальные охлаждающие ребра или применяют водное охлаждение, о котором рассказано ниже. Водное охлаждение применено и в импульсном генераторном триоде ГИ-11 (БМ), не так давно разработанном петербургскими учеными.
Экранированные лампы могут хорошо работать с небольшими сеточными напряжениями, но иногда при работе тетродов вторичные электроны, выбитые из анода, долетают до экранной сетки, создавая ток и сильные искажения сигнала – это явление называют динатронным эффектом . Пентоды являются решением этой проблемы.
Способ устранения неприятных последствий динатронного эффекта очевиден: надо не пускать вторичные электроны к экранирующей сетке. Это можно сделать введением в лампу еще одной сетки – третьей по счету, которая будет защитной , так получились пентоды – от греческого слова «пента» - пять (рис. 1г). Третья сетка располагается между анодом и экранирующей сеткой и соединяется с катодом, следовательно, оказывается заряженной отрицательно относительно катода. Поэтому вторичные электроны будут отталкиваться этой сеткой обратно к аноду, но в то же время, будучи достаточно редкой, эта защитная сетка не препятствует электронам основного анодного тока. У современных (на 1972 год) высокочастотных пентодов коэффициент усиления доходит до нескольких тысяч, а емкость сетка – анод измеряется тысячными долями пикофарады. Благодаря этому пентод является прекрасной лампой для усиления колебаний высокой частоты. Но пентоды с большим успехом применяются и для усиления низкой (звуковой) частоты, в частности в оконечных каскадах.
Конструктивно низкочастотные пентоды несколько отличаются от высоко- частотных. Для усиления НЧ не нужно иметь слишком большие коэффициенты усиления, но зато необходимо иметь большой прямолинейный участок характеристики, так как приходится усиливать большие напряжения, поэтому делают сравнительно редкие экранирующие сетки. При этом коэффициент усиления не получается очень большим, а вся характеристика сдвигается влево, поэтому больший её участок становится пригодным для использования. Низкочастотные пентоды должны отдавать большую мощность, следовательно, делаются массивными и их аноды нуждаются в охлаждении.
Существуют также и Лучевые тетроды – мощные низкочастотные лампы без защитных сеток, в которых витки экранирующих сеток расположены точно за витками управляющих сеток. При этом поток электронов рассекается на отдельные пучки (лучи), летящие прямо к аноду, а он отнесен несколько дальше и выбитые из него вторичные электроны не могут долететь до экранирующей сетки, а притягиваются анодом обратно, не нарушая нормальной работы лампы. Коэффициент усиления у таких ламп в несколько раз выше, чем у обычных тетродов, т.к. электроны от катода летят прямыми лучами между витками сеток и не разлетаются, а направляются к аноду полем экранирующих пластин, расположенных на путях возможной утечки около анода лампы, которые подключены к минусу источника питания через катод. У лучевых ламп удается создать очень выгодную форму характеристики, позволяющую получить большую выходную мощность при небольшом напряжении сигнала на сетке.
Конструкции радиоламп
Для аппаратуры малой мощности, такой как радиоприемник, лампы старались делать как можно меньших размеров (пальчиковые лампы). Их часто называют приёмно-усилительными лампами. Существуют и сверхминиатюрные лампы (толщиной с карандаш) с мягкими выводами. В мощной аппаратуре радиоузлов и в радиопередатчиках применяют лампы значительно больших размеров, развивающие в анодной цепи гораздо большую мощность. Такие лампы имеют массивные аноды с принудительным воздушным или водяным охлаждением. Для этого аноды делают конусоподобными из меди или других термоустойчивых металлов, к ним приваривают полые ребра или трубки, по которым пропускают охлажденную воду. Мощные лампы с медными анодами и водяным охлаждением, изобретенные в 1923 г. М. А. Бонч-Бруевичем, применяются в мощных радиопередатчиках всего мира (там, где нельзя применить полупроводниковые приборы).
Существует несколько способов охлаждения анода:
· принудительное воздушное;
· принудительное водное;
· естественное (рассеяние).
Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами или крылышками.
За время существования радиоламп их конструкции претерпели серьезные изменения. Первые образцы приемно-усилительных ламп отличались довольно значительными размерами и потребляли очень большой ток накала. По мере совершенствования конструкций и технологии производства размеры ламп уменьшались, лампы становились более прочными, экономичными, их качество улучшалось. Приемно-усилительные лампы наших дней очень мало похожи на первые радиолампы, хотя основные принципы их работы не изменились.
Современные приемно-усилительные лампы выпускаются почти исключительно пальчикового типа (длиной 5-7 сантиметров). Внутренняя арматура и выводы всех электродов укреплены непосредственно на плоском стеклянном дне лампы и выходят наружу в виде тонких, но прочных штырьков, расположенных несимметрично. К каждому из штырьков присоединяется вывод одного из электродов лампы. Подключение электродов (цоколевка) ламп одного и того же типа всегда совершенно одинакова.
Для обеспечения правильности вставления штырьков лампы в панельку применяют два способа: несимметричное расположение штырьков и создание направляющего ключа на цоколе из пластмассы (Рис. 1д), который входит в паз, расположенный на панельке.
В массовом производстве аноды ламп имеют цилиндрическую форму и сделаны из меди или термоустойчивых сплавов. Для упрощения и удешевления моделирования и производства таких электронных ламп и предназначена разрабатываемая программа.
Конструкции и обозначения электронных ламп на схемах
А) 
Б) 
В) 
Г) 
Д) 
Е) 
а) – диод с прямым накалом (две конструкции и схематическое обозначение);
б) – схема триода с косвенным накалом (с третьим электродом – сеткой);
в) – конструкция и схематическое обозначение тетрода с прямым накалом.
г) – конструкция и схематическое обозначение пентода с прямым накалом.
д) – октальный цоколь радиолампы с направляющим (в панельку) выступом.
е) – анодная вольт-амперная характеристика вакуумного диода.
Расчетные формулы
Распределение температуры по толщине стенки анода определяется решением дифференциального уравнения:
на решение которого накладываются граничные условия:
На внутренней (нагреваемой) поверхности:
(2)
На наружной (охлаждаемой) поверхности:
(3)
с начальным условием: T(r,0) = T o = 300 о K. (4)
Уравнение (1) интегрируется до тех пор, пока не достигается установившийся режим (завершается разогрев), т.е. выполняется условие 
.
В уравнении (3): ε – коэффициент черноты поверхности; σ о = 5.67*10 -12 – постоянная Стефана-Больцмана.
По результатам интегрирования уравнения (1) термонапряжение в аноде вычисляется в виде:
(5)
T ср. (r,t) – средняя температура анода в сечении с координатой r .
Интеграл в уравнении (5) вычисляется методом Симпсона :
Где число разбиений n = 2m – чётное, а шаг h = b-a/2m. M – число пространственных интервалов.
Формулы расчета температур в конечно-разностном представлении:
Граничные условия на поверхностях анода:
R внутр. : 
. (2’)
R наруж.: 
(3’)
Здесь: i, j – номера пространственного и временного интервалов, k – наружная стенка;
Δr и Δ t – шаги пространственно-временной сетки по координате и по времени;
n – число пространственных интервалов в пределах толщины стенки анода (R нар – R вн).
Принятые в проекте обозначения:
R нар, R внутр. – наружный и внутренний радиусы анода (см);
t – время работы после включения накала (сек);
r – координата в сечении анода (см); R вн. ≤ r ≤ R нар.
T(r,t) – температура в сечении с координатой ‘r’ в момент времени ‘t’;
λ – теплопроводность материала анода (вт/см.*град.);
α – температуропроводность материала анода (медь=1.1);
E – модуль упругости (кг/см²);
α т – коэффициент линейного расширения (1/град);
ε – коэффициент черноты поверхности;
σ о = 5.67*10 -12 (Вт/См 2 град 4) – постоянная Стефана-Больцмана;
q– подводимая к аноду мощность (вт / см²);
T 0 – температура окружающей среды (град K).
Анализ методов решения
Дифференциальное уравнение (1) – (3), (4) можно решить двумя способами: неявным (абсолютно сходящимся) методом и явным (относительно сходящимся) методом конечно-разностной аппроксимации. Различие этих методов состоит в том, что в неявном методе шаг Δt задается любым, а в явном методе он ограничен и берется очень маленьким.
Отсюда вытекает различие в условиях устойчивости схем: .
В явной схеме ω<1/2, а в неявной схеме ω не ограничена. Это приводит к тому, что в явной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в предыдущий момент времени, а в неявной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в тот же момент времени.
Уравнение неявной схемы сразу решить нельзя, надо составлять систему уравнений, что на много усложняет схему программы. Преимущество неявной схемы в том, что, задавая нужный шаг, можно резко сократить количество итераций, в то время как в явном методе количество итераций будет составлять десятки тысяч. Однако при современном быстродействии компьютеров разница в несколько тысяч итераций во время работы программы не составит и секунды, а простой и удобный алгоритм способствует более качественному и быстрому написанию и отладке программы. Поэтому при разработке данной программы применялся явный метод конечно – разностной аппроксимации.
Статьи по теме
