Электрический ток в вакууме. Электровакуумные приборы (стр. 3 из 4)

При использовании триодов в схемах, работающих на высокой частоте, приходится учитывать и собственные междуэлектродные емкости лампы: входную емкость между анодом и катодом, а также проходную емкость между анодом и сеткой. Если входная и выходная емкости оказываются подключенными параллельно нагрузкам предыдущего и данного каскадов, что не очень страшно, то проходная емкость может приводить к очень неприятным последствиям. В усилительных схемах слабый сигнал обычно подается на сетку лампы, а на аноде образует усиленный сигнал. Проходная емкость создает путь этому сигналу с анода обратно на сетку, что может привести к самовозбуждению каскада. Это особенно опасно на высокой частоте, когда сравнительно небольшая емкость обладает небольшим емкостным сопротивлением.

Тетрод – четырехэлектродная лампа

Для уменьшения проходной емкости были созданы четырехэлектродные лампы – тетроды (рис.12). У такой лампы между управляющей сеткой и анодом располагается экранная сетка, которая заземляется по переменному току конденсатором большой емкости. Благодаря этому проходная емкость уменьшается в сотни и тысячи раз. По постоянному току на экранную сетку подается положительное напряжение, примерно такое же что и на анод. Так эта сетка увеличивает притягивающее поле, которым электроны из электронного облака вынуждаются лететь к аноду, и часть летящих к аноду электронов попадает на нее. Образуется ток экранной сетки, составляющий примерно 10...20% от анодного тока, с чем приходится мириться.

Рис. 12. Четырехэлектродная лампа – тетрод.

Основной недостаток тетрода – динатронный эффект – состоит в следующем. Электроны на пути от катода к аноду разгоняются до большой скорости. При напряжении на аноде 100 Ват эта скорость достигает 6 000 км/с – в 10 000 раз больше скорости пули при вылете из дула винтовки. Ударяясь о поверхность анода, электроны выбивают из него другие, вторичные электроны. Такое явление называется вторичной электронной эмиссией. Если напряжение на экранной сетке больше сетки на аноде, вторичные электроны с анода направляются на экранную сетку. В результате анодный ток уменьшается, а на анодной характеристике тетрода появляется провал.

Для борьбы с динатронным эффектом в конструкцию тетродов вводят специальные лучеобразующие пластины, которые концентрируют электронный поток на небольшой части поверхности анода, где создается пространственный заряд, препятствующий обратному потоку вторичных электронов на экранную сетку. Такие тетроды называются лучевыми. Другой способ борьбы с динатронным эффектом состоит в установке еще одной сетки между экранной сеткой и анодом. Она носит название защитной или антидинотродной сетки и соединяется с катодом внутри или снаружи лампы, для чего имеется отельный вывод. Такие пятиэлектродные лампы называются пентодами. Антидинатронная сетка выполняется редкой, на поток быстрых первичных электронов влияния не оказывает, медленные же вторичные электроны отталкиваются ею обратно на анод. К многоэлектродным лампам относятся лампы, имеющие более трех сеток, например, гептоды, у которых пять сеток. Гептоды предназначены для преобразования частоты сигнала и содержат две раздельные управляющие сетки. Очередность расположения сеток при счете от катода следующая: первая сетка является первой управляющей, вторая сетка – экранная, далее следует вторая управляющая сетка, за ней еще одна экранная и, наконец, антидинатронная сетка.

Экранные сетки обычно соединены внутри ламп между собой и имеют общий вывод. Вольт – амперные характеристики гептодов такие же, как у пентодов, а наличие экранной сетки между управляющими снижает паразитную емкость между ними. Иногда используется устаревшее название гептода – пентагрид, что в переводе обозначает - пять сеток.

Электронно-лучевая трубка

Электроны, испускаемые нагретым катодом, можно с помощью электрических полей разгонять до высоких скоростей. Пучки электронов, движущихся с большими скоростями, можно использовать для получения рентгеновских лучей, плавки и резки металлов. Способность электронных пучков испытывать отклонения под действием электрических и магнитных полей и вызывать свечение кристаллов используется в электронно-лучевых трубках.

Электронно-лучевая трубка – прибор с одним или несколькими управляемыми электронными пучками. Если электронный пучок попадает на тела, то они нагреваются, что используется для электронного плавления и сварки материалов в вакууме и обеспечивает их сверхвысокую чистоту.

Некоторые вещества под действием электронных пучков светятся, что используется в телевидении, радиолокации, осциллографах и т.п.

Рис.13.

Очень важным элементом телевизора, осциллографа, радиолокатора и других приборов является электронно-лучевая трубка (рис.13). В узкой части вакуумного баллона расположен цилиндрический катод, подогреваемый металлической спиралью 1, по которой по которой пропускают электрический ток. С помощью диафрагмы 2 из электронов, излучаемых катодом, выделяется узкий электронный пучок 5 (электронный луч). В электрическом поле, созданном между катодом и цилиндрическим анодом, электроны ускоряются до скорости порядка 10⁴ км/с. Катод с подогревом, диафрагма и анод образуют электронную пушку.

Электронный луч проходит через два конденсатора 3 и 4, пластины которых расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, и попадает на экран 6, покрытый веществом, которое светится при ударе попадающих на него электронов. На экране можно видеть светящуюся точку в том месте, куда попадает электронный пучок.

Если к пластинам конденсатора 3 приложить постоянное напряжение, направление электронного пучка изменяется и светящаяся точка смещается в вертикальном направлении. В случае приложения переменного напряжения электронный луч начнет колебаться в вертикальной плоскости, а на экране появится светящаяся вертикальная линия, длина которой зависит от значения приложенного напряжения. По длине этой линии можно определять значения очень слабых напряжений и сил токов.

Рис.14.

С помощью специальной схемы на пластины конденсатора 4 подается переменное напряжение U пилообразной формы (рис.14). Под действием такого напряжения светящаяся точка равномерно перемещается вдоль горизонтали, например вправо, а затем прыжком возвращается в крайнее левое положение. Этот периодически повторяемый процесс, который называют горизонтальной разверткой, дает на экране горизонтальную светящуюся линию.

Рис.15.

Если на вертикальные колебания луча, обусловленные исследуемым напряжением, наложить горизонтальную развертку, то луч будет описывать на экране кривую зависимости исследуемого напряжения от времени (рис.15). Если же напряжение изменяется периодически, можно подбором соответствующей частоты горизонтальной развертки получить на экране неподвижный график исследуемого напряжения и сфотографировать его.

Электронно-лучевая трубка является основной частью электронного осциллографа, широко используемого в науке и технике при изучении разнообразных быстропротекающих процессов (как электрических, так и неэлектрических после преобразования их в электрические). Наименьшая длительность процессов, фиксируемых осциллографами, достигает 10^-10 с. Кроме трубки в осциллографе имеется генератор пилообразного напряжения (генератор развертки), источник питания электронной пушки, блоки с регуляторами фокусировки и яркости, а также некоторые другие вспомогательные приспособления и детали, улучшающие работу и расширяющие его возможности. В частности, для наблюдения слабых электрических сигналов в осциллографе предусмотрен усилитель, причём соответствующим регулятором можно изменять амплитуду наблюдаемых на экране колебаний до требуемых размеров.

К приемным электронно-лучевым трубкам относится черно-белые и цветные кинескопы. Устройство черно-белого кинескопа ничем практически не отличается от устройства трубки с магнитным отклонением луча. В прожектор лишь добавлен ускоряющий электрод между модулятором и первым анодом. Промышленность выпускает самые разные кинескопы с размером экрана по диагонали от 8 до 67 см. Все современные кинескопы имеют прямоугольный экран с соотношением сторон в приделах 3:4 до 4:5, что примерно соответствует формату телевизионного изображения

Цветные кинескопы содержат три электронных прожектора и экран, покрытый люминофорами трех цветов – красного, синего и зеленого свечения. В настоящее время промышленность выпускает цветные кинескопы двух различных конструкций. У кинескопов с дельтовидным расположением прожекторов они расположены в вершинах треугольника, центр которого находится на оси кинескопа. У кинескопов с планарным расположением прожекторов они расположены в одной плоскости, один находится на оси кинескопа, а два других – по обе стороны от первого.

Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось дальнейшей разработкой и усовершенствованием различных электровакуумных приборов, радиоламп и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

Рентгеновская трубка

Электрический ток в вакууме применяют для получения рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами. Для получения интенсивного пучка этих лучей Рентген (в 1895 г. открыл эти лучи) построил специальную трубку, состоящую из хорошо откачанного стеклянного шара, в который впаяны три металлических электрода: катод в виде сферической чашечки, анод и антикатод. Электроны, вылетающие нормально к поверхности катода, попадают в его центр кривизны, лежащий на антикатоде, изготовленном из тугоплавкого металла. Антикатод установлен под углом 45° к катоду для наиболее удобного использования выходящих из него рентгеновских лучей. Накапливание на антикатоде отрицательного электрического заряда могло бы привести к прекращению работы трубки, поэтому он соединен с анодом.