- Kaip veikia vakuuminiai vamzdeliai?
- Pradžioje buvo diodai
- Nieko panašaus į seną gerą „Triode“!
- Tetrodai gelbėti!
- Pentodai - paskutinė siena?
- Skirtingi vakuuminių vamzdžių tipai
Jums gali kilti pagunda atsisakyti seno gero vamzdžio kaip praeities relikto - juk kaip keli metaliniai gabalai pašlovintoje lemputėje gali išlaikyti šiandieninius tranzistorius ir integruotas grandines? Nors vamzdžiai prarado savo vietą buitinės elektronikos parduotuvėje, tačiau jie vis tiek yra nereikšmingi, kai reikia daug energijos labai aukštais (GHz diapazono) dažniais, pavyzdžiui, radijo ir televizijos transliacijose, pramoniniame šildyme, mikrobangų krosnelėse, palydovinėse ryšiai, dalelių greitintuvai, radarai, elektromagnetiniai ginklai ir kelios programos, kurioms reikalingi mažesni galios lygiai ir dažniai, pavyzdžiui, radiacijos matuokliai, rentgeno aparatai ir audiofilų stiprintuvai.
Prieš 20 metų daugumoje ekranų buvo naudojamas vakuuminis vaizdo vamzdelis. Ar žinojote, kad aplink jūsų namus taip pat gali tykoti keli vamzdžiai? Jūsų mikrobangų krosnelės širdyje guli, tiksliau, sėdi lizdas, magnetrono vamzdelis. Jo užduotis yra generuoti didelės galios ir aukšto dažnio RF signalus, kurie naudojami šildant viską, ką dedate į orkaitę. Skirtingas buitinis prietaisas, kurio viduje yra vamzdelis, yra senas kineskopinis televizorius, kuris dabar greičiausiai sėdi mansardoje esančioje kartoninėje dėžėje, pakeistas nauju plokščiaekraniu televizoriumi. CRT reiškia "elektroniniams vamzdeliams"- tie vamzdeliai naudojami gaunamam vaizdo signalui rodyti. Jie yra gana sunkūs, dideli ir neefektyvūs, lyginant su LCD ar LED ekranais, tačiau darbą jie atliko dar prieš įsijungdami į kitas technologijas. Tai yra gera idėja apie juos sužinoti, nes jais vis dar remiasi didžioji dalis šiuolaikinio pasaulio, dauguma televizijos siųstuvų kaip galios išvesties įrenginį naudoja vakuuminius vamzdelius, nes jie yra efektyvesni aukštuose dažniuose nei tranzistoriai. Be magnetroninių vakuuminių vamzdžių pigių mikrobangų krosnelių neegzistuotų, nes puslaidininkių alternatyvos buvo išrastos neseniai ir vis dar brangios. Daugelį grandinių, tokių kaip osciliatoriai, stiprintuvai, maišytuvai ir tt, lengviau paaiškinti vamzdeliais ir pamatyti, kaip jie veikia, nes klasikinius vamzdžius, ypač triodus,yra labai lengva pakreipti su keliais komponentais ir apskaičiuoti jų stiprinimo faktorių, šališkumą ir kt
Kaip veikia vakuuminiai vamzdeliai?
Reguliarūs vakuuminiai vamzdžiai veikia remiantis reiškiniu, vadinamu termionine emisija, dar vadinamu Edisono efektu. Įsivaizduokite, kad karšta vasaros diena laukiate eilėje tvankioje patalpoje, šalia sienos su šildytuvu išilgai jos, kai kurie kiti žmonės taip pat laukia eilėje, o kažkas įjungia šildymą, žmonės pradeda tolti nuo šildytuvas - tada kažkas atidaro langą ir įleidžia šaltą vėją, todėl visi prie jo migruoja. Kai vakuuminiame vamzdyje vyksta terminė emisija, siena su šildytuvu yra katodas, kaitinamas kaitinamuoju siūlu, žmonės yra elektronai, o langas - anodas. Daugumoje vakuuminių vamzdžių cilindrinis katodas yra kaitinamas kaitinamuoju siūlu (ne per daug skirtingu nuo lemputėje esančio), todėl katodas skleidžia neigiamus elektronus, kuriuos pritraukia teigiamai įkrautas anodas, todėl į anodą teka elektros srovė. ir iš katodo (prisimink,srovė eina priešinga kryptimi nei elektronai).
Žemiau paaiškiname vakuuminio vamzdžio raidą: diodas, triodas, tetrodas ir pentodas kartu su kai kuriais specialiais vakuuminių vamzdžių tipais, tokiais kaip „ Magnetron“, CRT, rentgeno vamzdžiai ir kt.
Pradžioje buvo diodai
Tai naudojama paprasčiausiame vakuuminiame vamzdyje- diodas, sudarytas iš kaitinamojo siūlo, katodo ir anodo. Elektros srovė teka per kaitinimo siūlą viduryje, todėl ji kaitina, šviečia ir skleidžia šiluminę spinduliuotę - panašią į lemputę. Pašildytas siūlas įkaitina aplinkinį cilindrinį katodą, suteikdamas elektronams pakankamai energijos darbo funkcijai įveikti, todėl aplink pašildytą katodą susidaro elektronų debesis, vadinamas kosminės įkrovos sritimi. Teigiamai įkrautas anodas pritraukia elektronus iš kosminės įkrovos srities, sukeldamas elektros srovės srautą vamzdyje, bet kas nutiktų, jei anodas būtų neigiamas? Kaip žinote iš savo vidurinės mokyklos fizikos pamokų, pavyzdžiui, krūviai, atstumia - neigiamas anodas atstumia elektronus ir srovė neteka, visa tai vyksta vakuume, nes oras trukdo elektronų srautui. Taip diodas naudojamas kintamosios srovės ištaisymui.
Nieko panašaus į seną gerą „Triode“!
1906 m. Amerikiečių inžinierius, pavadintas Lee de Forest, atrado, kad pridėjus tinklelį, vadinamą valdymo tinkleliu, tarp anodo ir katodo galima valdyti anodo srovę. „Triode“ konstrukcija yra panaši į diodą, o tinklelis pagamintas iš labai smulkios mobildeno vielos. Valdymas pasiekiamas įtempiant tinklą įtampa - įtampa paprastai yra neigiama katodo atžvilgiu. Kuo daugiau įtampa yra neigiama, tuo mažesnė srovė. Kai tinklelis yra neigiamas, jis atstumia elektronus, sumažindamas anodo srovę, jei teigiama, kad daugiau anodo srovės teka, tai kainuoja, kad tinklas taptų mažu anodu, todėl susidarytų tinklo srovė, kuri gali sugadinti vamzdelį.
Triodiniai ir kiti „tinkleliai“ vamzdžiai paprastai būna įtempti, sujungiant didelės vertės rezistorių tarp tinklelio ir žemės, o mažesnės vertės rezistorių - tarp katodo ir žemės. Vamzdžiu tekanti srovė sukelia katodo rezistoriaus įtampos kritimą, padidindama katodo įtampą žemės atžvilgiu. Tinklelis yra neigiamas katodo atžvilgiu, nes katodas yra didesnio potencialo nei žemė, prie kurios prijungtas tinklelis.
Triodai ir kiti įprasti vamzdeliai gali būti naudojami kaip jungikliai, stiprintuvai, maišytuvai ir yra daugybė kitų pasirinkimo būdų. Jis gali sustiprinti signalus, pritaikydamas signalą tinklui ir leisdamas valdyti anodo srovę, jei tarp anodo ir maitinimo šaltinio yra pridėtas rezistorius, sustiprintą signalą galima ištraukti iš anodo įtampos, nes anodo rezistorius ir vamzdis veikia panašus į įtampos daliklį, kai triodo dalis keičia savo varžą pagal įėjimo signalo įtampą.
Tetrodai gelbėti!
Ankstyvasis triodas patyrė mažą prieaugį ir didelę parazitinę talpą. 1920-aisiais buvo nustatyta, kad uždėjus antrą (ekrano) tinklelį tarp pirmojo ir anodo, padidėjo padidėjimas ir sumažėjo parazitinės talpos, naujasis vamzdelis buvo pavadintas tetrodu, graikų kalba reiškiančiu keturių (tetra) būdų (odė, galūnė). Naujasis tetrodas nebuvo tobulas, jis patyrė neigiamą atsparumą, kurį sukėlė antrinė emisija, galinti sukelti parazitų virpesius. Antrinė emisija įvyko, kai antroji tinklo įtampa buvo didesnė už anodo įtampą, dėl to sumažėjo anodo srovė, kai elektronai pataikė į anodą, o kiti elektronai buvo išjudinti, o elektronai buvo pritraukti teigiamo ekrano tinklelio, dėl ko dar padidėjo galimai žalingas padidėjimas. tinklo srovė.
Pentodai - paskutinė siena?
Tyrimai, leidžiantys sumažinti antrinę emisiją, 1926 m. Išradė olandų inžinierių Bernhard DH Tellegen ir Gilles Holst pentodą. Buvo nustatyta, kad pridėjus trečią tinklelį, vadinamą slopintuvu, tarp ekrano tinklelio ir anodo, pašalinamas antrinės emisijos poveikis, atstumiant anodo išmuštus elektronus atgal į anodą, nes jis yra prijungtas prie žemės arba su katodas. Šiandien pentodai naudojami siųstuvuose, kurių dažnis mažesnis nei 50 MHz, nes siųstuvų tetrodai gerai veikia iki 500 MHz, o triodai - iki gigahercų diapazono, jau nekalbant apie audiofilų naudojimą.
Skirtingi vakuuminių vamzdžių tipai
Be šių „įprastų“ vamzdžių, yra daug specializuotų pramoninių ir komercinių vamzdžių, skirtų skirtingiems tikslams.
Magnetronas
Magnetrono yra panašus į diodas, bet su rezonansinių ertmių formos į vamzdį s anodo ir visam vamzdis esančių tarp dviejų galingų magnetų. Kai naudojama įtampa, vamzdis pradeda svyruoti, elektronai praeina anodo ertmes, sukeldami radijo dažnio signalus, panašiai kaip švilpimas.
Rentgeno vamzdeliai
Rentgeno mėgintuvėliai naudojami rentgeno spinduliams generuoti medicinos ar tyrimų tikslais. Kai vakuuminio vamzdžio diodo spinduliams skleidžiama pakankamai aukšta įtampa, spinduliuojama didesnė įtampa, tuo trumpesnis bangos ilgis. Norint susidoroti su anodo kaitinimu, kurį sukelia jį pataikantys elektronai, disko formos anodas sukasi, todėl elektronai jo sukimosi metu pataiko į skirtingas anodo dalis, pagerindami aušinimą.
CRT arba katodinių spindulių vamzdis
CRT arba „katodinių spindulių vamzdis“ buvo pagrindinė ekrano technologija tuo metu. Vienspalvėje CRT karštas katodas arba gija, veikianti kaip katodas, skleidžia elektronus. Eidami į anodus, jie praeina per mažą skylę Wehnelt cilindre, o cilindras veikia kaip vamzdžio valdymo tinklelis ir padeda sutelkti elektronus į griežtą pluoštą. Vėliau juos traukia ir sutelkia keli aukštos įtampos anodai. Ši vamzdžio dalis (katodas, Wehnelto cilindras ir anodai) vadinama elektroniniu ginklu. Pravažiavę anodus, jie praleidžia deformacines plokšteles ir paveikia fluorescuojančią vamzdžio priekinę dalį, kur spinduliuojant atsiranda ryški dėmė. Nukreipimo plokštelės naudojamos pluoštui per ekraną nuskaityti, pritraukiant ir atstumiant elektronus jų kryptimi, jų yra dvi poros, viena skirta X ašiai, kita - Y ašiai.
Mažas CRT, sukurtas osciloskopams, aiškiai matote (iš kairės) Wehnelt cilindrą, apskritus anodus ir Y raidės formos nukreipimo plokšteles.
Keliaujančios bangos vamzdis
Dėl mažo dydžio, mažo svorio ir efektyvumo aukštais dažniais keliaujančių bangų vamzdžiai naudojami kaip radijo dažnių stiprintuvai ryšių palydovuose ir kituose erdvėlaiviuose. Kaip ir CRT, jo gale yra elektronų pistoletas. Ritinė, vadinama „spirale“, suvyniota aplink elektronų pluoštą, vamzdžio įvadas sujungiamas su spiralės galu arčiau elektronų pistoleto, o išėjimas paimamas iš kito galo. Per spiralę tekanti radijo banga sąveikauja su elektronų pluoštu, lėtindama ir pagreitindama jį skirtinguose taškuose, sukeldama amplifikaciją. Spiralę supa spindulius fokusuojantys magnetai ir slopintuvas viduryje. Jo tikslas - užkirsti kelią sustiprintam signalui grįžti į įvestį ir sukelti parazitinius svyravimus. Vamzdžio gale yra kolektorius,jis yra panašus į triodo ar pentodo anodą, bet iš jo nėra išvesties. Elektronų pluoštas veikia kolektorių, baigdamas istoriją vamzdžio viduje.
Geigerio – Müllerio vamzdžiai
Geigerio – Müllerio vamzdžiai naudojami radiacijos matuokliuose, jie susideda iš metalinio cilindro (katodo) su skylute viename gale ir vario vielos viduryje (anodo), esančio stiklinio gaubto viduje, užpildytame specialiomis dujomis. Kai dalelė praeina pro skylę ir trumpam atsitrenkia į katodo sienelę, vamzdyje esančios dujos jonizuojasi, leidžiant srovei tekėti. Šis impulsas gali būti girdimas skaitiklio garsiakalbyje kaip būdingas paspaudimas!