Електричний струм у вакуумі (стр. 3 из 4)

Мал.12. Чотириелектродна лампа - тетрод.

Основний недолік тетрода - динатронний ефект - полягає в наступному. Електрони на шляху від катода до анода розгоняться до великої швидкості. При напрузі на аноді 100 Вати ця швидкість досягає 6 000 км/с - в 10 000 разів більше швидкості кулі при вильоті з дула гвинтівки. Ударяючись об поверхню анода, електрони вибивають з нього інші, вторинні електрони. Таке явище називається вторинною електронною емісією. Якщо напруга на екранній сітці більше сітки на аноді, вторинні електрони з анода прямують на екранну сітку. В результаті анодний струм зменшується, а на анодній характеристиці тетрода з'являється провал.

Для боротьби з динатронним ефектом в конструкцію тетродов вводять спеціальні промінеутворюючі пластини, які концентрують електронний потік на невеликій частині поверхні анода, де створюється просторовий заряд, перешкоджаючий зворотному потоку вторинних електронів на екранну сітку. Такі тетроди називаються променевими. Інший спосіб боротьби з динатронним ефектом полягає в установці ще однієї сітки між екранною сіткою і анодом. Вона носить назву захисної або антидинотродної сітки і з'єднується з катодом всередині або зовні лампи, для чого є готельний висновок. Такі п'ятиелектродні лампи називаються пентодами. Антидинатронна сітка виконується рідкісній, на потік швидких первинних електронів впливу не надає, повільні ж вторинні електрони відштовхуються нею назад на анод.

До багатоелектродних ламп відносяться лампи, що мають більше трьох сіток, наприклад, гептоди, у які п'ять сіток. Гептоди призначені для перетворення частоти сигналу і містять дві роздільні управляючі сітки. Черговість розташування сіток при рахунку від катода наступна: перша сітка є першою управляючою, друга сітка - екранна, далі слідує друга управляюча сітка, за нею ще одна екранна і, нарешті, антидинатронна сітка.

Екранні сітки звичайно сполучені усередині ламп між собою і мають загальний висновок. Вольт - амперні характеристики гептодів такі ж, як у пентодів, а наявність екранної сітки між керівниками знижує паразитну місткість між ними. Іноді використовується застаріла назва гептода - пентагрид, що в перекладі позначає - п'ять сіток.

2. Електронно-променева трубка

Електрони, що випускаються нагрітим катодом, можна за допомогою електричних полів розгонити до високих швидкостей. Пучки електронів, що рухаються з великими швидкостями, можна використовувати для отримання рентгенівського проміння, плавки і різання металів. Здатність електронних пучків випробовувати відхилення під дією електричних і магнітних полів і викликати свічення кристалів використовуватися в електронно-променевих трубках.

Електронно-променева трубка - прилад з одним або декількома керованими електронними пучками. Якщо електронний пучок потрапляє на тіла, то вони нагріваються, що використовується для електронного плавлення і зварки матеріалів у вакуумі і забезпечує їх надвисоку чистоту.

Деякі речовини під дією електронних пучків світяться, що використовується в телебаченні, радіолокації, осцилографах і т.п.

Рис. 13.

Дуже важливим елементом телевізора, осцилографа, радіолокатора і інших приладів є електронно-променева трубка (рис.13). У вузькій частині вакуумного балона розташований циліндровий катод, що підігрівається металевою спіраллю 1, по якій по якій пропускають електричний струм. За допомогою діафрагми 2 з електронів, випромінюваних катодом, виділяється вузький електронний пучок 5 (електронний промінь). В електричному полі, створеному між катодом і циліндровим анодом, електрони швидшають до швидкості близько 104 км/с. Катод з підігрівом, діафрагма і анод утворюють електронну гармату.

Електронний промінь проходить через два конденсатори 3 і 4, пластини яких розташовані у взаємно перпендикулярних площинах, і потрапляє на екран 6, покритий речовиною, яка світиться при ударі потрапляючих на нього електронів. На екрані можна бачити крапку, що світиться, в тому місці, куди потрапляє електронний пучок.

Якщо до пластин конденсатора 3 прикласти постійну напругу, напрям електронного пучка змінюється і крапка, що світиться, зміщується у вертикальному напрямі. У разі додатку змінної напруги електронний промінь почне коливатися у вертикальній площині, а на екрані з'явиться вертикальна лінія, довжина якої залежить від значення прикладеної напруги, що світиться. По довжині цієї лінії можна визначати значення дуже слабих напруг і сил струмів.

Рис.14.

За допомогою спеціальної схеми на пластини конденсатора 4 подається змінна напруга U пилкоподібної форми (рис.14). Під дією такої напруги крапка, що світиться, рівномірно переміщається уздовж горизонталі, наприклад управо, а потім стрибком повертається в крайнє ліве положення. Цей періодично повторюваний процес, який називають горизонтальною розгорткою, дає на екрані горизонтальну лінію, що світиться.

Рис. 15.

Якщо на вертикальні коливання променя, обумовлені досліджуваною напругою, накласти горизонтальну розгортку, то промінь описуватиме на екрані криву залежності досліджуваної напруги від часу (рис.15). Якщо ж напруга змінюється періодично, можна підбором відповідної частоти горизонтальної розгортки отримати на екрані нерухомий графік досліджуваної напруги і сфотографувати його.

Електронно-променева трубка є основною частиною електронного осцилографа, широко що використовується в науці і техніці при вивченні різноманітних швидкопротікаючих процесів (як електричних, так і неелектричних після перетворення їх в електричні). Якнайменша тривалість процесів, що фіксуються осцилографами, досягає 10-10 з. Окрім трубки в осцилографі є генератор пилкоподібної напруги (генератор розгортки), джерело живлення електронної гармати, блоки з регуляторами фокусування і яскравості, а також деякі інші допоміжні пристосування і деталі, поліпшуючі роботу і розширюючі його можливості. Зокрема, для спостереження слабих електричних сигналів в осцилографі передбачений підсилювач, причому відповідним регулятором можна змінювати амплітуду спостережуваних на екрані коливань до необхідних розмірів.

До приймальних електронно-променевих трубок відноситься чорно-білі і кольорові кінескопи. Пристрій чорно-білого кінескопа нічим практично не відрізняється від пристрою трубки з магнітним відхиленням променя. В прожектор лише доданий прискорюючий електрод між модулятором і першим анодом. Промисловість випускає самі різні кінескопи з розміром екрану по діагоналі від 8 до 67 см. Всі сучасні кінескопи мають прямокутний екран із співвідношенням сторін в прибудовах 3: 4 до 4: 5, що приблизно відповідає формату телевізійного зображення

Кольорові кінескопи містять три електронні прожектори і екран, покритий люмінофорами трьох кольорів - червоного, синього і зеленого свічення. В даний час промисловість випускає кольорові кінескопи двох різних конструкцій. У кінескопів з дельтовидним розташуванням прожекторів вони розташовані у вершинах трикутника, центр якого знаходиться на осі кінескопа. У кінескопів з планарним розташуванням прожекторів вони розташовані в одній площині, один знаходиться на осі кінескопа, а два інших - по обидві сторони від першого.

Розвиток способів передачі зображень і вимірювальної техніки супроводився подальшою розробкою і удосконаленням різних електровакуумних приладів, радіоламп і електронографічних приладів для осцилографів, радіолокації і телебачення.

3. Рентгенівська трубка

Електричний струм у вакуумі застосовують для отримання рентгенівського проміння. Рентгенівське проміння випускається будь-якою речовиною, яка бомбардується швидкими електронами. Для отримання інтенсивного пучка цього проміння Рентген (в 1895 р. відкрив це проміння) побудував спеціальну трубку, що складається з добре відкачаної скляної кулі, в яку упаяно три металеві електроди: катод у вигляді сферичної чашки, анод і антикатод. Електрони, що вилітають нормально до поверхні катода, потрапляють в його центр кривизни, що лежить на антикатоді, виготовленому з тугоплавкого металу. Антикатод встановлений під кутом 45° до катода для найзручнішого використовування що виходять з нього рентгенівського проміння. Накопичення на антикатоді негативного електричного заряду могло б привести до припинення роботи трубки, тому він сполучений з анодом.

Електромагнітні випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 10-14 до 10-7 м називаються рентгенівським промінням.

В сучасних рентгенівських трубках роль катода виконує електронна гармата - вольфрамова спіраль, що нагрівається струмом і що служить джерелом вільних електронів. Фокусування електронного пушку проводиться циліндром. Антикатод трубки є одночасно анодом. Такі трубки працюють стійкіше, ніж перша модель.

На рентгенівську трубку будь-якої конструкції подається напруга в декілька десятків кіловольтів.

Якщо у вакуумній трубці між нагрітим катодом, що випускає електрони, і анодом прикласти постійну напругу в декілька десятків тисяч вольт, то електрони спочатку розгонитимуться електричним полем, а потім різко гальмуватимуться в речовині анода при взаємодії з його атомами. При гальмуванні швидких електронів в речовині або при переходах електронів на внутрішніх оболонках атомів (рис.16) виникають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менше ніж у ультрафіолетового випромінювання.