Mi a vákuumcső és hogyan működik?

Kísértésbe eshet, hogy elveti a régi jó csövet, mint a múlt ereklyéjét - végül is hogyan képes néhány fémdarab megdicsőült izzókban tartani a mai tranzisztorokat és integrált áramköröket? Bár a csövek elvesztették helyüket a szórakoztató elektronika kirakatában, de továbbra is jelentéktelen felhasználást jelentenek ott, ahol sok áramra van szükség nagyon magas (GHz-es frekvenciájú) frekvenciákon, például rádió- és televíziós műsorszolgáltatásban, ipari fűtésben, mikrohullámú sütőkben, műholdas készülékekben kommunikáció, részecskegyorsítók, radar, elektromágneses fegyverek, valamint néhány alacsonyabb teljesítményszintet és frekvenciát igénylő alkalmazás, például sugárzásmérők, röntgengépek és audiofil erősítők.

20 évvel ezelőtt a legtöbb kijelző vákuum képcsövet használt. Tudta, hogy a háza körül is lehet néhány cső? A mikrohullámú sütő szívében fekszik, vagy inkább egy foglalatban, egy magnetroncsőben ül. Feladata nagy teljesítményű és nagy frekvenciájú RF jelek előállítása, amelyeket a sütőbe helyezett bárminek a fűtésére használnak. Egy másik háztartási eszköz, amelynek belsejében van egy cső, a régi CRT TV, amely most nagy valószínűséggel a padláson egy kartondobozban ül, miután új síkképernyős TV-vel cserélték le. A CRT jelentése „katódsugárcső”- ezeket a csöveket használják a vett videojel megjelenítésére. Ezek meglehetősen nehézek, nagyok és nem hatékonyak az LCD-khez vagy a LED-kijelzőkhöz képest, de elvégezték a munkát, mielőtt a többi technológia képbe került volna. Jó ötlet megismerni őket, mert a modern világban még mindig sokan támaszkodnak rájuk, a legtöbb TV-adó vákuumcsöveket használ kimeneti eszközként, mert magas frekvencián hatékonyabbak, mint a tranzisztorok. Magnetron vákuumcsövek nélkül nem léteznének olcsó mikrohullámú sütők, mert a félvezető alternatívákat csak nemrég találták ki és továbbra is drágák. Sok áramkört, például oszcillátorokat, erősítőket, keverőket stb. Könnyebb megmagyarázni a csövekkel és megnézni, hogyan működnek, mert a klasszikus csövek, különösen a triódák,rendkívül könnyen torzíthatók kevés komponenssel, és kiszámíthatják amplifikációs tényezőjüket, torzításukat stb.

Hogyan működnek a vákuumcsövek?

A rendszeres vákuumcsövek a termionos emissziónak nevezett jelenségen alapulnak, más néven Edison-effektusként. Képzelje el, hogy forró nyári nap van, amikor egy fülledt szobában vár egy sorban, egy fal mellett, amelynek hosszában fűtés van, mások is várakoznak a sorban, és valaki bekapcsolja a fűtést, az emberek távolodni kezdenek fűtés - aztán valaki kinyitja az ablakot, és hideg szellőt enged be, aminek következtében mindenki elvándorol hozzá. Amikor a termionos emisszió vákuumcsőben történik, akkor a fűtőmelegítő fal a katód, amelyet izzószál melegít, az emberek az elektronok, az ablak pedig az anód. A legtöbb vákuumcsőben a hengeres katódot egy izzószál melegíti (nem túl különbözik a villanykörtében lévőtől), aminek következtében a katód negatív elektronokat bocsát ki, amelyeket egy pozitív töltésű anód vonz, és ezáltal az áram áramlik az anódba és ki a katódból (ne feledd,áram ellentétes irányba megy, mint az elektronok).

Az alábbiakban elmagyarázzuk a vákuumcső evolúcióját: dióda, trióda, tetróda és Pentode, valamint néhány speciális típusú vákuumcső, például Magnetron, CRT, röntgencső stb.

Az elején voltak diódák

Ezt a legegyszerűbb vákuumcsőben hasznosítják- a dióda, amely az izzószálból, a katódból és az anódból áll. A középső izzószálon elektromos áram folyik, ami felmelegszik, izzik és hősugárzást bocsát ki - hasonlóan a villanykörtehöz. A fűtött izzószál felmelegíti a körülvevő hengeres katódot, elegendő energiát adva az elektronoknak a munka funkciójának legyőzéséhez, aminek következtében a felhevült katód körül űrtartalmú területnek nevezett elektronfelhő képződik. A pozitív töltésű anód vonzza az elektronokat az űrtöltés területéről, ami elektromos áramot okoz a csőben, de mi történne, ha az anód negatív lenne? Amint azt középiskolai fizikaóráiról tudja, mint a töltések, taszítják - a negatív anód taszítja az elektronokat, és áram nem áramlik, mindez vákuumban történik, mert a levegő akadályozza az elektronáramlást. Így használják a diódát az AC kijavítására.

Semmi, mint a jó öreg Triode!

1906-ban egy Lee de Forest nevű amerikai mérnök felfedezte, hogy az anód és a katód közé rács, úgynevezett vezérlő rács hozzáadása lehetővé teszi az anódáram vezérlését. A Triode felépítése hasonló a diódához, a rács nagyon finom mobildénium huzalból készül. A vezérlés a rács feszültséggel történő előfeszítésével érhető el - a feszültség általában negatív a katódhoz képest. Minél inkább negatív a feszültség, annál kisebb az áram. Ha a rács negatív, taszítja az elektronokat, csökkentve az anódáramot, ha pozitív, anódáram áramlik, azzal az árral, hogy a rács apró anóddá válik, ami rácsáramot képez, ami károsíthatja a csövet.

A triódák és más „rácsos” csövek általában előfeszítettek, ha nagy értékű ellenállást kötnek össze a rács és a föld között, és egy kisebb értékű ellenállást kötnek a katód és a föld között. A csövön keresztül áramló áram feszültségesést okoz a katódellenálláson, növelve a katód feszültségét a földhöz képest. A rács negatív a katódhoz képest, mivel a katód nagyobb potenciállal rendelkezik, mint a talaj, amelyhez a rács csatlakozik.

A triódák és más szokásos csövek kapcsolóként, erősítőként és keverőként használhatók, és sok más felhasználási lehetőség közül választhatunk. Erősítheti a jeleket úgy, hogy a jelet a rácsra alkalmazza, és hagyja, hogy az anódáramot irányítsa, ha ellenállást adnak az anód és a tápegység közé, akkor az erősített jel kihúzható az anódfeszültségből, mert az anódellenállás és a cső hat hasonló a feszültségosztóhoz, a triódarész ellenállását a bemeneti jel feszültségének megfelelően változtatja.

Tetrodes a mentéshez!

A korai trióda alacsony nyereségben és magas parazita kapacitásokban szenvedett. Az 1920-as években kiderült, hogy egy második (képernyő) rács elhelyezése az első és az anód között növelte az erősítést és csökkentette a parazita kapacitásokat, az új csövet tetródának nevezték el, görögül négy (tetra) módon (óda, utótag). Az új tetrode nem volt tökéletes, a másodlagos emisszió okozta negatív ellenállás miatt szenvedett, amely parazita rezgéseket okozhat. Másodlagos emisszió akkor következett be, amikor a második rácsfeszültség magasabb volt, mint az anódfeszültség, ami az anódáram csökkenését okozta, az elektronok elütötték az anódot, és más elektronokat kiütöttek, és az elektronokat a pozitív rácsrács vonzotta, ami további esetlegesen káros növekedést okozott rácsáram.

Pentodes - a végső határ?

A másodlagos emisszió csökkentésére irányuló kutatások eredményeként Bernhard DH Tellegen és Gilles Holst holland mérnökök 1926-ban feltalálták a pentódát. Megállapítást nyert, hogy egy harmadik rács, úgynevezett szuppresszor rács hozzáadása a képernyőrács és az anód közé, megszünteti a szekunder emisszió hatásait azáltal, hogy az anódból kiütött elektronokat taszítja vissza az anódhoz, mivel vagy földhöz vagy földhöz van csatlakoztatva. katód. Manapság a pentódákat az 50MHz alatti adókban használják, mivel az adóegységekben lévő tetródák 500MHz-ig jól működnek, a gigahertz tartományig pedig triódák, nem beszélve az audiofil használatról.

Különböző típusú vákuumcsövek

Ezeken a „szokásos” csöveken kívül rengeteg speciális felhasználású ipari és kereskedelmi cső van.

Magnetron

A magnetron hasonló a diódához, de rezonáns üregekkel van kialakítva, amelyek a cső anódjába vannak formázva, és az egész cső két erős mágnes között helyezkedik el. Ha feszültséget adunk, a cső rezegni kezd, az elektronok az anód üregeit áthaladva rádiófrekvenciás jeleket generálnak, a sípoláshoz hasonló folyamatban.

Röntgencsövek

A röntgencsöveket röntgensugarak létrehozására használják orvosi vagy kutatási célokra. Ha a vákuumcső dióda röntgensugarakat bocsát ki elég nagy feszültségre, annál nagyobb a feszültség, annál rövidebb a hullámhossz. Az anód felmelegedésének kezelése érdekében, amelyet az elektronok ütnek be, a korong alakú anód forog, így az elektronok az anód különböző részeire ütköznek annak forgása közben, javítva a hűtést.

CRT vagy katódsugárcső

A CRT vagy a „katódsugárcső” volt a fő megjelenítési technológia a nap folyamán. Monokromatikus CRT-ben a forró katód vagy a katódként működő izzószál elektronokat bocsát ki. Az anódok felé haladva áthaladnak a Wehnelt henger kis lyukán, a henger a cső vezérlő rácsaként működik, és segít az elektronok szűk nyalábba fókuszálásában. Később több nagyfeszültségű anód vonzza és összpontosítja őket. A cső ezen részét (katód, Wehnelt-henger és az anódok) elektronpuskának hívják. Az anódok áthaladása után áthaladnak a terelőlemezeken, és ütköznek a cső fluoreszkáló elülső részén, így egy fényes folt jelenik meg, ahol a gerenda beüt. A terelőlemezeket arra használják, hogy a nyalábot átvilágítsák a képernyőn úgy, hogy vonzzák és taszítják az elektronokat az irányukba. Két pár van belőlük, egy az X tengelyhez, egy pedig az Y tengelyhez.

Oszcilloszkópokhoz készített kis CRT, jól látható (balról) a Wehnelt henger, a kör alakú anódok és az Y betű alakú elhajlító lemezek.

Utazó hullámú cső

Az utazóhullámú csöveket kis teljesítményük, alacsony súlyuk és magas frekvenciájú hatékonyságuk miatt RF erősítőként használják a kommunikációs műholdak és más űrhajók fedélzetén. Akárcsak a CRT, hátul is elektronpisztoly található. A „spirálnak” nevezett tekercset tekercseljük az elektronnyaláb köré, a cső bemenetét a spirál végéhez kötjük, közelebb az elektronágyúhoz, és a kimenetet a másik végéből vesszük. A spirálon átáramló rádióhullám kölcsönhatásba lép az elektronnyalábbal, lassítva és felgyorsítva azt különböző pontokban, erősítést okozva. A spirált sugárfókuszáló mágnesek és közepén csillapító veszi körül. Ennek célja, hogy megakadályozza, hogy az erősített jel visszatérjen a bemenethez és parazita rezgéseket idézzen elő. A cső végén egy kollektor található,ez összehasonlítható egy trióda vagy pentód anódjával, de kimenetet nem vesznek belőle, ezért található. Az elektronnyaláb hatással van a kollektorra, és véget vet a történetnek a csőben.

Geiger – Müller csövek

A Geiger – Müller-csöveket sugárzásmérőkben használják, ezek egy fémhengerből (katódból) állnak, amelynek egyik végén lyuk van, a közepén pedig egy rézhuzal (anód) egy speciális gázzal töltött üvegburok belsejében. Amikor egy részecske áthalad a lyukon és egy rövid pillanatra ütközik a katód falához, a csőben lévő gáz ionizálódik, és ez lehetővé teszi az áram áramlását. Ez az impulzus jellegzetes kattintásként hallható a mérő hangszóróján!