Призначення та принцип роботи електронних ламп.

Електронні лампи – це прилади, принцип дії яких заснований на взаємодії електронного потоку з електричними або магнітними полями у вакуумі.

Вони являються представниками електронно-вакуумних приладів, до яких відносяться електровакуумні НВЧ прилади, електронно-променеві прилади, фотоелектронні прилади, вакуумні індикатори, рентгенівські трубки.

За видом перетворення електричної енергії ЕЛ поділяють: на випрямні, перетворюючі енергію змінного струму в енергію постійного струму; підсилювальні, перетворюючі енергію постійного струму на енергію змінного струму; частотно-перетворюючі і змішувальні, перетворюючі енергію змінного струму однієї частоти на енергію змінного струму іншої частоти.

Достоїнства електронних ламп: велика корисна потужність, висока радіаційна стійкість і в багатьох випадках менші власні шуми і високий вхідний опір; незначна залежність параметрів від температури, відсутність зворотного струму і процесу “старіння”.

Недоліками є: великі габарити і вага; витрати енергії на розжарення; більш низькі надійність і довговічність, менший термін служби, менша механічна міцність і більш висока вартість; необхідність високих живлячих напруг; труднощі використання в мікроелектронній апаратурі.

До основних конструктивних елементів електронних ламп відносяться балони, катоди, аноди і сітки.

Балони призначені для обмеження робочого простору і підтримки в ньому заданих умов вакууму або розрідження газу. Вони можуть бути скляними, металевими, металоскляними, металокерамічними.

Катоди призначені для емісії електронів. Вони поділяються на два класи: термокатоди і холодні. Термокатоди для забезпечення емісії підігріваються струмом розжарення. Термокатоди можуть бути прямонакальними і підігрівними. Прямонакальні катоди виготовляють з тугоплавких металів (вольфрам, тантал, молібден, ніобій) у виді дротової нитки, гофрованої або спіральної стрічки, мають високу робочу температуру (до 2000…2500°С) і застосовуються в потужних генераторних лампах. Підігрівні катоди складаються з емітера й ізольованої від нього нитки розжарення, мають низьку робочу температуру (1000…1200 °С) і досить велику довговічність. Холодні катоди можуть бути авто-, фото- і вторинно-електронними.

Аноди призначені для створення електричних полів, що прискорюють емітовані катодом електрони, і для збору цих електронів. З цією метою на анод відносно катода подається позитивний потенціал.

Сітки призначені для керування анодним струмом та формування електричних полів необхідних конфігурацій. Вони розташовуються між анодом і катодом. Для зменшення термоемісії сітки виготовляють із матеріалів з великою роботою виходу електронів і розміщають на можливо великих відстанях від анода і катода.

За кількістю електродів електронні лампи поділяють на діоди (двохелектродні), тріоди (трьохелектродні), тетроди (чотирьохелектродні), пентоди (п’ятиелектродні) тощо.

Принцип роботи електронних ламп на прикладі тріода – трьохелектродної лампи, що складається з катода, анода і сітки. Катод призначений для термоемісії електронів, анод – для створення прискорюючого електричного поля і збирання емітованих катодом електронів, а сітка – для управління анодним струмом.

Напруга анодного живлення Е_аж в приймально-підсилювальних лампах складає 150…250 В, а напруга живлення сіток Е_сж – одиниці вольт. Анодна напруга завжди позитивна, а сіткова може бути як позитивною, так і негативною. Напруга живлення нитки підігрівання катода у більшості ламп складає одиниці вольт, при цьому підігрів може бути як постійним, так і змінним струмом.

Фізичні процеси в електронній лампі розглянемо на прикладах декількох конкретних ситуацій:

1. У випадку коли напруга розжарення на катоді і напруга на аноді дорівнюють нулю, не буде ні емісії електронів з катода, ні прискорюючого анодного поля, внаслідок чого анодний струм I_a = 0.

2. Якщо збільшувати напругу на катоді, а U_a = 0, то катод буде емітувати електрони при відсутності поля анода, внаслідок чого вільні електрони накопичуються біля катода, утворюючи електронну хмару - негативний об’ємний заряд, між яким і катодом утвориться електричне поле, спрямоване від катода до об’ємного заряду, яке є бар’єром для електронів на шляху до анода. Оскільки прискорюючого поля немає, то електрони нездатні подолати цей бар’єр і струм I_a = 0.

3. Якщо збільшувати напругу на катоді і аноді, то в лампі існують і емісія електронів з катода і поле анода Е_а, яке спрямоване від анода до катода, внаслідок чого з’являється струм I_a тим більший, чим більша напруга U_a .

4. Сітка між анодом і катодом, перехоплюючи частину поля Е_а , екранує катод від анода, внаслідок чого біля катода діє тільки частина поля Е_{а ,} при ослабленні якого знижується вплив анодної напруги U_a на струм I_a .

Прикладена до сітки напруга U_с створює в проміжку сітка-катод своє власне поле Е_с. При U_с < 0поле Е_с спрямоване від катода до сітки і є гальмуючим для електронів, що рухаються до анода. За напрямком воно збігається з полем Е_ОЗ і збільшує потенціальний бар’єр.

При зменшенні негативної напруги U_с зменшується поле Е_с і знижується ПБ, внаслідок чого збільшуються поле Е_к і обумовлений ним струм I_a..

При збільшенні негативної напруги U_с зменшуються поле Е_к і струм I_a. При визначеній негативній напрузі U_с висота ПБ зростає настільки, що поле Е_ПБ перевищує поле Е_ак і результуюче поле Е_к стає гальмуючим, а струм I_a припиняється (лампа закривається).

Найменше значення негативної напруги U_с ,щовідповідає припиненню протікання анодного струму при даній напрузі U_a , називається сітковою напругою запирання.

При U_с > 0поле Е_с, спрямоване від сітки до катода, є прискорюючим для електронів у напрямку анодаі складається з полем Е_{ак .} Внаслідок цього збільшується напруженість прискорюючого поля у катода і зникає потенційний бар’єр, що викликає зростання струму I_a.

Параметри електронних ламп: крутизна анодно-сіткової характеристики S, внутрішній опір R_i, статичний коефіцієнт підсилення μ і величини міжелектродних ємностей С_ск, С_ак і С_ас, (сітка-катод, анод-катод і анод-сітка відповідно).

Дата добавления: 2015-10-29