دستگاه الکترو وکیوم- دستگاهی که برای تولید، تقویت و تبدیل طراحی شده است انرژی الکترومغناطیسی، که در آن فضای کار از هوا آزاد شده و توسط یک پوسته نفوذ ناپذیر از جو اطراف محافظت می شود.

چنین وسایلی هم شامل دستگاه‌های الکترونیکی خلاء می‌شوند که در آن جریان الکترون در خلاء عبور می‌کند و هم دستگاه‌های الکترونیکی تخلیه گاز که در آن جریان الکترون در یک گاز عبور می‌کند. لامپ های رشته ای نیز متعلق به دستگاه های خلاء الکتریکی هستند.

در دستگاه های الکترو وکیوم، رسانایی به وسیله الکترون ها یا یون هایی که بین الکترودها از طریق خلاء یا گاز حرکت می کنند انجام می شود.

آغاز با کشف ترموالکترون ها آغاز شد. در سال 1884، مخترع مشهور آمریکایی توماس آلوا ادیسون، در جستجوی طرحی منطقی برای یک لامپ رشته ای، اثری به نام او کشف کرد. این اولین توضیح آن است: "بین شاخه های رشته" یک لامپ رشته ای، در فاصله یکسان از هر دو، یک صفحه پلاتین قرار می گیرد که یک الکترود عایق است ... اگر یک گالوانومتر را بین این الکترود و یکی از انتهای رشته، سپس وقتی لامپ می سوزد، جریانی مشاهده می شود که بسته به اینکه انتهای مثبت یا منفی فیلامنت کربن به ابزار متصل باشد، جهت آن تغییر می کند. علاوه بر این، شدت آن با قدرت جریان عبوری از نخ افزایش می یابد.
توضیحی به شرح زیر است: "ظاهراً در این لامپ، ذرات هوا (یا زغال سنگ) از رشته در خطوط مستقیم پراکنده می شوند و بار الکتریکی را با خود می برند."
ادیسون یک مخترع است، او پدیده را تجزیه و تحلیل نمی کند. عبارات نقل شده، در اصل، محدود به محتوای یادداشت است. این چیزی بیش از یک ادعای اولویت نیست. تلاش های ادیسون برای یافتن استفاده عملیهیچ تاثیری نداشت

بدین ترتیب، پدیده گسیل ترمیونی کشف شد و اولین لوله رادیویی، یک دیود الکترو وکیوم، ایجاد شد.

انتشار ترمیونیک (اثر ریچاردسون, اثر ادیسون) - پدیده انتشار الکترون توسط اجسام گرم شده. غلظت الکترون های آزاد در فلزات بسیار زیاد است، بنابراین، حتی در دماهای متوسط، به دلیل توزیع الکترون ها از نظر سرعت (از نظر انرژی)، برخی از الکترون ها انرژی کافی برای غلبه بر مانع پتانسیل در مرز فلز را دارند. با افزایش دما، تعداد الکترون هایی که انرژی جنبشی حرکت حرارتی آنها بیشتر از تابع کار است افزایش می یابد و پدیده گسیل ترمیونی قابل توجه می شود.

مطالعه الگوهای انتشار ترمیونی را می توان با استفاده از ساده ترین لامپ دو الکترودی - یک دیود خلاء، که یک بالون تخلیه شده حاوی دو الکترود است انجام داد: کاتد K و آند A.

شکل 3.1 ساخت دیود خلاء

در ساده ترین حالت، رشته ای از یک فلز نسوز (مثلا تنگستن) که توسط جریان الکتریکی گرم می شود به عنوان کاتد عمل می کند. آند اغلب به شکل یک استوانه فلزی است که کاتد را احاطه کرده است. تعیین دیود در نمودارهای مدار الکتریکی در شکل 3.2 نشان داده شده است.

برنج. 3.2. تعیین دیود خلاء در نمودارهای مدار الکتریکی.

اگر دیود در مدار گنجانده شود، پس از گرم شدن کاتد و اعمال ولتاژ مثبت به آند (نسبت به کاتد)، جریانی در مدار آند دیود ظاهر می شود. اگر قطبیت ولتاژ را تغییر دهید، بدون توجه به شدت گرم شدن کاتد، جریان متوقف می شود. در نتیجه، کاتد ذرات منفی - الکترون ها را ساطع می کند.

اگر دمای کاتد گرم شده ثابت نگه داشته شود و وابستگی جریان آند به ولتاژ آند حذف شود - مشخصه جریان-ولتاژ، آنگاه معلوم می شود که خطی نیست، یعنی قانون اهم برای یک دیود خلاء وابستگی جریان ترمیونی به ولتاژ آند در ناحیه مقادیر مثبت کوچک با قانون سه ثانیه توصیف می شود.

که در آن B یک ضریب بسته به شکل و اندازه الکترودها و همچنین موقعیت نسبی آنها است.

با افزایش ولتاژ آند، جریان به حداکثر مقدار معینی افزایش می یابد که جریان اشباع نامیده می شود. این بدان معنی است که تقریباً تمام الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند به آند می رسند، بنابراین افزایش بیشتر در قدرت میدان نمی تواند منجر به افزایش جریان ترمیونی شود. وابستگی جریان ترمیونی به ولتاژ آند در شکل 3.3 نشان داده شده است.

برنج. 3.3. وابستگی جریان ترمیونی به ولتاژ آند

بنابراین، چگالی جریان اشباع، گسیل‌پذیری ماده کاتد را مشخص می‌کند. چگالی جریان اشباع با فرمول ریچاردسون - دشمن تعیین می شود که به صورت نظری بر اساس آمار کوانتومی به دست آمده است:

که در آن A تابع کاری الکترون هایی است که از کاتد خارج می شوند،

T - دمای ترمودینامیکی،

C یک ثابت است، از لحاظ نظری برای همه فلزات یکسان است (این با آزمایش تأیید نمی شود، که ظاهراً با اثرات سطح توضیح داده می شود). کاهش در تابع کار منجر به افزایش شدید چگالی جریان اشباع می شود. بنابراین، لوله های رادیویی از کاتدهای اکسیدی استفاده می کنند (به عنوان مثال، نیکل پوشش داده شده با اکسید فلز قلیایی خاکی)، که عملکرد کاری آن 1-1.5 eV است.

عملکرد بسیاری از دستگاه های خلاء بر اساس پدیده انتشار ترمیونی است. وسایل برقی.

تریود الکترو وکیوم، یا به سادگی سه گانه، - یک لامپ الکترونیکی با سه الکترود: یک کاتد ترمیونیک (گرمایش مستقیم یا غیر مستقیم)، یک آند و یک شبکه کنترل. در سال 1906 توسط Lee de Forest آمریکایی اختراع و ثبت شد. طراحی تریود خلاء در شکل 3.4 نشان داده شده است

شکل 3.4 طراحی تریود خلاء

تریودها اولین وسایلی بودند که در اوایل قرن بیستم برای تقویت سیگنال های الکتریکی مورد استفاده قرار گرفتند. نمودار مدار الکتریکی تریود در شکل نشان داده شده است. 3.5

برنج. 3.5 نماد یک تریود در نمودارهای مدار الکتریکی

ویژگی های ولت آمپرتریود در شکل 3.6 نشان داده شده است

برنج. 3.6 ولت آمپر مشخصه تریود

مشخصه جریان-ولتاژ سه‌راهه خطی بالایی دارد. به همین دلیل، تریودهای خلاء حداقل اعوجاج غیرخطی را به سیگنال تقویت شده وارد می کنند.

در حال حاضر ترانزیستورهای نیمه هادی جایگزین ترانزیستورهای خلاء شده اند. استثناها مناطقی هستند که در آنها لازم است سیگنال هایی با فرکانس صدها مگاهرتز - گیگاهرتز با توان بالا با تعداد کمی از اجزای فعال تبدیل شوند و ابعاد و وزن آنقدر مهم نیست، به عنوان مثال، در خروجی. مراحل فرستنده های رادیویی و همچنین گرمایش القایی برای سخت شدن سطح. لوله های رادیویی قدرتمند قابل مقایسه هستند ترانزیستورهای قدرتمندبهره وری؛ قابلیت اطمینان آنها نیز قابل مقایسه است، اما عمر سرویس بسیار کمتر است. تریودهای کم مصرف دارای راندمان پایینی هستند، زیرا بخش قابل توجهی از توان مصرفی آبشار صرف گرمایش می شود، گاهی اوقات بیش از نیمی از کل مصرف لامپ.

تترود یک لوله الکترونی دو شبکه ای است که برای تقویت ولتاژ و توان سیگنال های الکتریکی طراحی شده است. نمودار مدار الکتریکی تترود در شکل نشان داده شده است. 3.7

برنج. 3.7 نماد تترود در نمودارهای مدار الکتریکی

برخلاف تریود، تترود دارای یک شبکه محافظ بین شبکه کنترل و آند است که باعث تضعیف اثر الکترواستاتیک آند بر روی شبکه کنترل می شود. در مقایسه با تریود، تترود دارای بهره زیاد، ظرفیت شبکه کنترل آند بسیار کم و مقاومت داخلی بزرگ است.
با توجه به هدف آنها، آنها به تترود برای تقویت ولتاژ و توان فرکانس پایین و تترود باند پهن برای تقویت سیگنال های ویدئویی تقسیم می شوند. تترود پرتو، مانند یک لامپ معمولی، یک لامپ دو شبکه ای است، اما با دومی در غیاب اثر دیناترون متفاوت است، که با استفاده از صفحات تشکیل دهنده پرتو واقع بین شبکه غربالگری و آند و متصل به داخل لامپ به دست می آید. بالون با کاتد تترودهای پرتو عمدتاً برای تقویت توان فرکانس پایین در مراحل پایانی گیرنده ها، تلویزیون ها و سایر تجهیزات استفاده می شوند.

پنتود(از یونانی دیگر پنج پنج، با توجه به تعداد الکترودها) - یک لوله الکترونی خلاء با یک شبکه غربالگری، که در آن یک شبکه سوم (محافظ یا ضد دیناترون) بین شبکه غربالگری و آند قرار می گیرد. بر اساس طراحی و هدف، پنتودها به چهار نوع اصلی تقسیم می شوند: تقویت کننده های فرکانس بالا کم مصرف، پنتودهای خروجی برای تقویت کننده های ویدئویی، پنتودهای خروجی تقویت کننده ها. فرکانس های پایین، و پنتودهای ژنراتور قدرتمند.

لوله های محافظ، تترود و پنتود، در فرکانس های بالا از تریود بهتر عمل می کنند. فرکانس کاری بالای آمپلی فایر پنتود می تواند به 1 گیگاهرتز برسد. راندمان تقویت کننده های قدرت مبتنی بر پنتود (حدود 35٪) به طور قابل توجهی بالاتر از تقویت کننده های مبتنی بر تریود (15٪ -25٪) است، اما تا حدودی کمتر از تقویت کننده های مبتنی بر تترود پرتو است.

معایب پنتودها (و به طور کلی همه لامپ های محافظ) اعوجاج غیر خطی بالاتر نسبت به تریود است که در آن هارمونیک های عجیب و غریب غالب است، وابستگی شدید بهره به مقاومت بار، سطح بالاتر نویز ذاتی ..

پیچیده تر لامپ های چند الکترودی با دو شبکه کنترل - هپتود، که در ارتباط با اختراع دریافت سوپرهترودین ظاهر شد.

محتوای مقاله

دستگاه های الکترو وکیوم و تخلیه گاز،لوله های خلاء که برای تولید، تقویت یا تثبیت سیگنال های الکتریکی استفاده می شوند. یک لوله الکترونیکی در اصل یک آمپول مهر و موم شده است که در آن الکترون ها در یک محیط خلاء یا گاز حرکت می کنند. آمپول معمولاً از شیشه یا فلز ساخته می شود. جریان الکترونیکی توسط الکترودهای داخل لامپ کنترل می شود.

اگرچه دستگاه های نیمه هادی در بیشتر کاربردها جایگزین لوله های خلاء شده اند، لوله ها هنوز در پایانه های ویدئویی، رادار و ... ارتباطات ماهواره ایو بسیاری از وسایل الکترونیکی دیگر.

لامپ دارای چندین عنصر رسانا به نام الکترود است. انتشار الکترون در لامپ توسط کاتد انجام می شود. این گسیل یا در اثر گرم کردن کاتد ایجاد می‌شود که در نتیجه الکترون‌ها از سطح آن می‌جوشند و تبخیر می‌شوند، یا با اثر نور بر روی کاتد. حرکت الکترون های ساطع شده توسط میدان های الکتریکی ایجاد شده توسط سایر الکترودهای داخل لامپ کنترل می شود. در بیشتر موارد، الکترودهای لامپ از یکدیگر جدا شده و با استفاده از سیم سیم به مدارهای خارجی متصل می شوند. الکترودهایی که برای کنترل حرکت الکترون ها کار می کنند، شبکه نامیده می شوند. الکترودهایی که الکترون ها در آن جمع می شوند آند نامیده می شوند.

در یک لوله خلاء، کنترل بزرگی، مدت زمان، فرکانس و سایر مشخصات جریان الکترون نسبتاً آسان است. این سادگی و سهولت کار، آن را به ابزاری ارزشمند در کاربردهای متعدد تبدیل کرده است.

انتشار ترمیونیک

الکترون‌ها به‌طور خودبه‌خودی از لایه‌ی سطحی فلز فراتر نمی‌روند و بر اثر اعمال نیروهای جاذبه‌ای که منشأ آن‌ها خود فلز است، نمی‌روند. انرژی پتانسیل یک الکترون در هر نقطه از فلز نزدیک به سطح آن را می توان به شکل نمودار نشان داد (شکل 1) که از آن می توان دریافت که برای فراتر رفتن از سطح فلز، الکترون باید افزایش یابد. انرژی آن تی 0، که در دمای صفر مطلق، علاوه بر مقدار، دارد دبلیو. در دمای اتاق، تعداد بسیار کمی از الکترون ها انرژی لازم برای فرار را دارند، اما با افزایش دما، انرژی الکترون افزایش می یابد و به سطح مورد نیاز برای گسیل نزدیک می شود. AT لوله های الکترونیکیآه، انرژی حرارتی لازم توسط جریان الکتریکی عبور داده شده از یک رشته سیم (هیتر) واقع در لامپ تامین می شود.

دیود.

پس از خروج الکترون ها از کاتد، حرکت آنها توسط نیروهای میدان های الکتریکی که در خلاء بر آنها وارد می شوند، تعیین می شود. در ساده ترین لامپ الکترونیکی - یک دیود - الکترون ها توسط پتانسیل مثبت الکترود دوم - آند جذب می شوند، جایی که جمع آوری می شوند و به مدار مدار مربوطه منتقل می شوند (شکل 2). بنابراین دیود وسیله ای است که جریان را فقط در یک جهت - از آند به کاتد - عبور می دهد و بنابراین یکسو کننده است. یک تصویر ساده از استفاده از دیود مدار نشان داده شده در شکل 1 است. 3، جایی که دیود برای شارژ خازن با ولتاژ منبع استفاده می شود جریان متناوب. هنگامی که پتانسیل کاتد کمتر از پتانسیل آند است، جریان از طریق دیود می گذرد به طوری که در نهایت خازن تا حداکثر ولتاژ منبع AC شارژ می شود. گزینه های نمودار شکل. 3 برای تشخیص سیگنال استفاده می شود فرکانس صوتیاز موج فرکانس رادیویی و به دست آوردن توان جریان مستقیماز منابع AC

تریود.

تریود یک لوله الکترونیکی است که در آن یک الکترود سوم (کنترل) بین کاتد و آند نصب شده است (شکل 4). این الکترود معمولاً شبکه ای از سیم های ظریف است که بسیار نزدیک به کاتد نصب می شود، به طوری که با اختلاف پتانسیل کوچک بین شبکه و کاتد، میدان الکتریکی نسبتاً بالایی در ناحیه بین این دو الکترود اعمال می شود. در این حالت پتانسیل شبکه تأثیر شدیدی بر روی الکترون ها خواهد داشت.

یک مدار تقویت کننده تریود معمولی در شکل نشان داده شده است. 5. متصل به شبکه یک باتری بایاس منفی است که برچسب گذاری شده است تخم مرغ. از آنجایی که شبکه دارای پتانسیل منفی نسبت به کاتد است، الکترون ها را از جریانی که از کاتد به آند حرکت می کند جذب نمی کند. آند در یک پتانسیل مثبت نسبت به کاتد که توسط باتری تامین می شود حفظ می شود E pp. مقادیر پارامتر تخم مرغ, E pp، مقاومت مقاومت Rgدر مدار شبکه و مقاومت بار R Lطوری انتخاب کنید که جریان خاصی از لامپ عبور کند. بنابراین، پتانسیل آند تا حدودی کوچکتر از پتانسیل است E ppمنبع تغذیه آن، به دلیل عبور جریان از طریق R L.

اگر یک سیگنال مثبت از طریق خازن به شبکه اعمال شود، بر الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند تأثیر می گذارد. از آنجایی که چنین شبکه ای یک مانع فیزیکی ضعیف برای الکترون ها است، آنها از شبکه به آند عبور می کنند. بنابراین، هنگام تغییر پتانسیل شبکه در جنبه مثبتجریان عبوری از تریود افزایش می یابد و ولتاژ آند کاهش می یابد. (این کاهش به دلیل افزایش افت ولتاژ است R Lبا افزایش جریان همراه است.) اگر سیگنال ورودی که به شبکه می‌آید پتانسیل خود را در جهت منفی تغییر دهد، فرآیند مخالف اتفاق می‌افتد. ولتاژ در آند افزایش می یابد. در بسیاری از لوله های خلاء، تغییر در ولتاژ شبکه اساساً تغییر در جریان آند را تعیین می کند. نتیجه این است که تغییرات ولتاژ در آند با انتخاب تعیین می شود R L. در نتیجه، یک تغییر کوچک در ولتاژ شبکه می تواند به اندازه کافی بزرگ باشد R Lباعث تغییر ولتاژ بسیار بیشتر در آند می شود.

لامپ های چند الکترودی

منطقی است که این سؤال را بپرسیم: افزایش تعداد شبکه ها در یک لوله خلاء چه تأثیری می تواند داشته باشد؟ معمولاً شبکه دوم که شبکه صفحه نمایش نامیده می شود و در پتانسیل مثبت نگهداری می شود، بین شبکه کنترل و آند قرار دارد. نقش آن محافظت از شبکه کنترل در برابر آند است و در نتیجه باعث کاهش ظرفیت بین آنها می شود که در برخی موارد می تواند منجر به اثرات نامطلوب شود. بازخورد. لامپ با دو شبکه (چهار الکترود) تترود نامیده می شود. در برخی موارد، شبکه دیگری بین شبکه صفحه نمایش و آند اضافه می شود - یک شبکه antidynatron که منجر به یک لامپ پنج الکترودی یا یک پنتود می شود. در تترود، الکترون‌هایی که به سطح آند می‌رسند، الکترون‌های ثانویه را هنگام برخورد با آن از بین می‌برند. برخی از آنها می توانند در جهت مخالف حرکت کنند و توسط یک شبکه صفحه نمایش جمع آوری شوند، که معمولاً دارای پتانسیل نزدیک به آند هستند. چنین فرآیندی باعث تلفات در جریان کل الکترون های عبوری از آند (در جریان آند) می شود. شبکه ضد دیناترون واقع بین شبکه صفحه نمایش و آند در یک پتانسیل منفی نسبت به هر دو الکترود مجاور نگه داشته می شود، به طوری که الکترون های برگشتی توسط آن به آند دفع می شوند. روی انجیر 6 یک مدار سوئیچینگ پنتود معمولی را نشان می دهد.

در برخی موارد، برای صرفه جویی در فضا و هزینه، دو ساختار لوله خلاء مجزا در یک بسته مهر و موم شده ترکیب می شوند.

لوله های اشعه کاتدی

یک لوله اشعه کاتدی (CRT) از پرتوی الکترون از یک کاتد گرم شده برای بازتولید تصویر روی صفحه فلورسنت استفاده می کند. این پرتو با دقت به پرتویی متمرکز می شود که یک نقطه کوچک روی صفحه ایجاد می کند و الکترون های فسفر صفحه را تحریک می کند که منجر به گسیل نور می شود. این پرتو در اثر میدان الکتریکی یا مغناطیسی منحرف می شود، در حالی که مسیر را بر روی صفحه توصیف می کند، و شدت پرتو را می توان با استفاده از یک الکترود کنترل تغییر داد و در نتیجه روشنایی نقطه را تغییر داد. بخشی از CRT که در آن پرتو الکترونی متمرکز ایجاد می شود، نورافکن الکترونی نامیده می شود. اگرچه پروژکتور الکترونیکی بخش اصلی CRT است، اما به دلیل پیچیدگی آن، پس از سایرین مورد توجه قرار خواهد گرفت.

سیستم های انحراف تیر

در خروجی پروژکتور الکترونی، یک پرتو الکترونی باریک به دست می آید که در مسیر خود به سمت صفحه نمایش، می تواند توسط یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی منحرف شود. میدان‌های الکتریکی معمولاً در CRT با صفحه‌نمایش‌های کوچک، مانند آنچه در اسیلوسکوپ‌ها یافت می‌شوند، استفاده می‌شوند. میدان های مغناطیسی برای انحراف پرتو در CRT های تلویزیونی با صفحه نمایش بزرگ مورد نیاز است.

در سیستم های انحراف میدان الکتریکی، بردار میدان عمود بر مسیر اولیه پرتو (که معمولاً با جهت مشخص می شود) جهت گیری می کند. z). انحراف با اعمال یک اختلاف پتانسیل به یک جفت صفحه انحراف انجام می شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 7. معمولا صفحات انحراف در جهت افقی (جهت ایکس) متناسب با زمان این با اعمال یک ولتاژ به صفحات انحراف کننده به دست می آید که با حرکت پرتو در سراسر صفحه به طور یکنواخت افزایش می یابد. سپس این ولتاژ به سرعت به سطح اولیه خود کاهش می یابد و دوباره شروع به افزایش یکنواخت می کند. سیگنالی که باید بررسی شود (معمولاً یک نوسان دوره ای) به صفحاتی که در جهت عمودی منحرف می شوند اعمال می شود. y). در نتیجه، اگر مدت یک جارو افقی منفرد برابر با دوره یا با فرکانس تکرار سیگنال باشد. y، صفحه به طور مداوم یک دوره از فرآیند موج را نشان می دهد. در مواردی که نیاز به انحراف زیاد باشد، استفاده از میدان الکتریکی برای انحراف پرتو ناکارآمد می شود.

برای اینکه پرتو یک نقطه به اندازه کافی روشن روی صفحه ایجاد کند و پتانسیل انحراف به ولتاژ شکست بین صفحات منحرف نرسد، الکترون ها باید شتاب زیادی دریافت کنند. علاوه بر این، CRT نباید بیش از حد طولانی باشد، به طوری که دستگاهی که در آن استفاده می شود به طور غیر قابل قبولی حجیم نشود. در نهایت، طول صفحات انحراف نیز محدود است. هنگام استفاده از میدان های مغناطیسی برای انحراف پرتو در زوایای بزرگ، CRT کوتاه است (شکل 8).

صفحه نمایش نورانی.

صفحه نورانی با اعمال یک لایه نازک فسفر بر روی سطح داخلی دیواره انتهایی قسمت مخروطی CRT تشکیل می شود. انرژی جنبشی الکترون هایی که صفحه را بمباران می کنند به نور مرئی تبدیل می شود.

پروژکتور الکترونیکی.

یک نورافکن الکترونیکی در گردن باریک لامپ CRT قرار داده شده است. یکی از بسیاری از طرح های ممکن یک نورافکن الکترونیکی به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است. 9، آ. کاتد و تعدادی الکترود استوانه ای با فاصله نزدیک در امتداد محور مشترک خود در یک راستا قرار دارند. روی انجیر 9، ببزرگنمایی ناحیه تمرکز پرتو (یعنی "عدسی" پروژکتور الکترونی) را نشان می دهد که در آن یک میدان الکتریکی ناهمگن اما متقارن محوری عمل می کند. بردارهای میدان الکتریکی در همه جا عمود بر سطوح هم پتانسیل هستند و در شکل به سمت چپ هدایت می شوند، زیرا آند دوم در پتانسیل بالاتری نسبت به اولی قرار دارد. در این حالت، الکترون ها به صورت پرتوی همگرا در می آیند که به دلیل تنظیم صحیح شکل الکترودها و پتانسیل های نسبی آنها، با رسیدن به سطح صفحه نمایش دقیقاً متمرکز می شود. در برخی موارد، تمرکز با استفاده از یک میدان مغناطیسی موازی با محور CRT انجام می شود. روی انجیر 9، که دراصل چنین تمرکزی توضیح داده شده است.

پتانسیل الکتریکی که تعیین می کند حداکثر سرعتالکترون ها در خروجی پروژکتور الکترونیکی از چند صد تا 10000 ولت متغیر است. در حین کار، آخرین الکترود شتاب دهنده (آند دوم) معمولاً به زمین متصل می شود. الکترودها دارای دیافراگم هایی با سوراخ های گرد هستند که الکترون های محیطی را از پرتو قطع می کند و در نتیجه از تاری نقطه جلوگیری می کند. علاوه بر این، الکترون‌های گسیل ثانویه را که از سطوح مختلف اجزای داخلی CRT بازمی‌گردند به دام می‌اندازند.

دستگاه های فوتوالکترونیک

یک دستگاه الکترووکیوم فوتوالکترونیک (فوتوسل) یک لامپ الکترونیکی است که دارای کاتدی است که وقتی نور مرئی یا اشعه مادون قرمز یا فرابنفش به آن برخورد می کند، الکترون ساطع می کند. تغییرات در شدت تابش باعث تغییرات متناظر در جریان الکترون در لامپ و در نتیجه جریان در مدار خارجی می شود.

در تحقیقات علمی و فناوری، از دستگاه های فوتوالکترونیک برای اندازه گیری روشنایی استفاده می شود. آنها همچنین در دستگاه های کنترل روشنایی خیابان، برای یکسان سازی رنگ در تلویزیون و تطبیق رنگ در چاپ، برای شمارش اشیاء در تولید استفاده می شوند. دستگاه های فوتوالکترونیک برای خواندن صدا هنگام نمایش فیلم استفاده می شوند. صدا بر روی فیلم به عنوان یک مسیر پیوسته با چگالی متغیر ضبط می شود که یک پرتو نوری که به یک دستگاه فوتوالکترونیک هدایت می شود را تعدیل می کند. سیگنال خروجی این دستگاه متناسب با تراکم آهنگ ضبط شده روی فیلم است.

روی انجیر ده، آویژگی های ولت آمپر یک فتوسل الکترووکیوم معمولی نشان داده شده است و در شکل. ده، بویژگی های طیفی نسبی یک دستگاه فوتوالکترونیک معمولی و چشم انسان در شدت نور ثابت و طول موج تابش متغیر است. مقادیر مطلق دامنه ویژگی های طیفی به انتخاب ماده برای سطح حساس فوتوکاتد بستگی دارد.

در برخی موارد گازی به دستگاه وارد می شود تا حساسیت جریان آن افزایش یابد. با این حال، این حساسیت به شدت به پتانسیل آند وابسته می شود، در حالی که در فتوسل خلاء سیگنال خروجی در طیف وسیعی از پتانسیل های آند بدون تغییر باقی می ماند (شکل 11).

فتو ضربی.

عمل یک فتومضریب بر اساس استفاده از الکترون های ثانویه است که با داشتن یک الکترون آزاد می شوند. سرعت بالابرخورد با سطح فلز دستگاه به شرح زیر عمل می کند. الکترون های ساطع شده توسط یک فوتوکاتد معمولی توسط میدان الکتریکی یک داینود جذب می شوند - الکترودی که پتانسیل آن کمی بیشتر از پتانسیل کاتد است. هنگامی که یک الکترون به داینود برخورد می کند، چندین الکترون ثانویه از آن خارج می شوند. آنها به سمت داینود دوم شتاب می گیرند که پتانسیل بالاتری نسبت به اولی دارد و در نتیجه برخورد تعداد بیشتری از الکترون های ثانویه تشکیل می شود. پس از چندین مرحله از این قبیل از "تکثیر" آبشاری الکترون ها، این فرآیند در نهایت به آند می رسد که الکترون ها را جمع آوری می کند. افزایش بسیار زیاد تعداد الکترون های جمع آوری شده توسط آند، جریان بسیار بیشتری را در مقایسه با جریان فوتوکاتد ایجاد می کند. اگر هر الکترونی که به داینودی برخورد می کند از بین برود nالکترون های ثانویه، سپس با تعداد داینودها برابر است ک، سود فعلی خواهد بود nk. موقعیت داینودها به دقت محاسبه می شود به طوری که بیشتر الکترون هایی که از یک داینود خارج می شوند به دیگری ختم می شوند و غیره. روی انجیر 12، آنشان داده شده است که چگونه این فرآیند در حجم نسبتاً محدودی از یک لوله الکترونی تحقق می یابد. روی انجیر 12، بنمودار اتصال یک فتومولتیپلایر معمولی ارائه شده است. مقاومت همه داینودها معمولاً مقاومت یکسانی دارند. روی انجیر 12، که درمشخصه فعلی فتوضریب داده شده است. در این حالت، اختلاف پتانسیل بین داینودهای مجاور 100 ولت است و ضریب تقویت جریان حاصل 10 6 است.

لامپ های تخلیه.

لامپ تخلیه یک لوله خلاء است که حاوی گاز کافی برای تأثیر قابل توجهی بر عملکرد آن است. فشار این گاز کمتر از فشار اتمسفر است. معمولاً از گازهای بی اثر (نئون، آرگون و غیره) یا بخار جیوه برای پرکردن لامپ های تخلیه گاز استفاده می شود. ویژگی های یک لامپ هم با خواص گاز مورد استفاده و هم فشار آن در داخل لامپ تعیین می شود.

برخورد و یونیزاسیون

وجود مولکول های گاز در یک لوله الکترونی می تواند دو اثر ایجاد کند. برخورد با مولکول ها می تواند باعث کاهش سرعت جریان الکترون در لامپ شود (این گونه برخوردها می تواند منجر به افزایش بار فضایی با تشکیل ابر الکترونی در اطراف کاتد شود که باعث کاهش جریان می شود) و اگر الکترون ها توسط شتاب گرفته شوند. با اختلاف پتانسیل به اندازه کافی بزرگ، آنها می توانند الکترون ها را از مولکول های گاز خارج کنند و یون های دارای بار مثبت را پشت سر خود بگذارند. این فرآیند یونیزاسیون نامیده می شود. اگر پتانسیل شتاب در لامپ حتی بیشتر باشد، آنگاه الکترون اولیه و الکترون آزاد شده از مولکول در طول فرآیند یونیزاسیون می‌توانند تا چنان سرعت بالایی شتاب داده شوند که باعث یونیزاسیون بیشتر شوند. چنین فرآیندی منجر به تخلیه - انتشار یونیزاسیون در فضای بین آند و کاتد لامپ می شود. تحصیلات تعداد زیادییون‌ها و الکترون‌های مثبت آزاد شده در طول یونیزاسیون جریان عبوری از لامپ را افزایش می‌دهند و مقاومت لامپ در هنگام تخلیه بسیار کم می‌شود.

دیودهای تخلیه و لامپ های پر از گاز.

دیود تخلیه گاز (گاسترون) دیودی است که در آن وجود گاز رسانایی بالایی در جهت جلو ایجاد می کند. الکترون های ساطع شده از کاتد به سمت آند شتاب می گیرند و در نتیجه تخلیه رخ می دهد. تخلیه تا زمانی ادامه می یابد که پتانسیل آند به زیر یک پتانسیل قطع معین بیفتد. اما به محض منفی شدن آند، فقدان الکترون دیگر قادر به شروع مجدد تخلیه نیست. با این حال، اگر پتانسیل آند به یک مقدار منفی بزرگ کاهش یابد (به عنوان مثال، بیش از 100 ولت)، آنگاه تخلیه توسط الکترون های ساطع شده از آند ایجاد می شود. به عبارت دیگر، آند زمانی که پتانسیل آن صفر نیست، بلکه منفی باشد، الکترون‌ها را راحت‌تر ساطع می‌کند. الکترون ها می توانند با انتشار حرارتی حتی در دمای اتاق به دلیل حرکت حرارتی خود آزاد شوند. آنها همچنین می توانند به دلیل فرآیندهای فوتوالکتریک ناشی از بمباران با فوتون ها ظاهر شوند. در هر صورت الکترون های ساطع شده باعث یونیزه شدن در لامپ و به دنبال آن تخلیه می شوند. بنابراین، معمولاً ولتاژهای منفی زیاد به آندهای دیودهای تخلیه گاز اعمال نمی شود. با این حال، چنین دیودهایی در مدارهای یکسو کننده ولتاژ پایین، به ویژه در شارژرهای باتری که جریان رو به جلو بالا مورد نیاز است، استفاده می شود.

لامپ نئون یک دیود تخلیه گاز با دو الکترود یکسان بدون بخاری است. روی انجیر شکل 13 مشخصه جریان-ولتاژ چنین لامپی را نشان می دهد. به راحتی می توان متوجه شد که افت ولتاژ در سراسر لامپ پس از "روشن شدن" لامپ با اعمال ولتاژ کمی بالاتر از لامپ تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. این ویژگی لامپ های تخلیه گاز که در ناحیه تخلیه درخشش خودپایدار کار می کنند، آنها را به دستگاه های مفیدی برای حفظ ولتاژ ثابت در مداری با جریان بار متغیر تبدیل می کند. به طور معمول، لامپ های طراحی شده ویژه برای چنین تثبیت کننده های ولتاژ (دیودهای زنر) استفاده می شود، اما یک لامپ نئون ساده نیز مناسب است. لامپ ها را از طریق یک مقاومت سری به منبع ولتاژ متصل کنید تا از افزایش بیش از حد جریان جلوگیری کنید که می تواند به لامپ یا منبع ولتاژ آسیب برساند.

تیراترون.

تیراترون یک تریود تخلیه گاز است که معمولاً دارای یک کاتد گرم شده است. آند تیراترون معمولاً در یک پتانسیل بالا نگه داشته می شود تا زمانی که شبکه در پتانسیل کاتد است، تخلیه را آغاز کند. (یک پتانسیل منفی در شبکه حفظ می شود تا از فرار الکترون ها از ناحیه کاتد و شروع تخلیه جلوگیری شود.) در لحظه مناسب، در یک سیگنال، پتانسیل شبکه به اندازه ای افزایش می یابد که تخلیه را شروع کند. پس از وقوع تخلیه، شبکه آن را کنترل نمی کند تا زمانی که ولتاژ آند به سطحی کاهش یابد که در آن تخلیه خاموش شود.

یک پالس مثبت کوچک اعمال شده به شبکه به شما امکان می دهد عبور جریان زیادی را از طریق لامپ آغاز کنید. این تابع کنترل سودمندی تیراترون را تعیین می کند. "پتانسیل شروع" شبکه - ولتاژی که در آن تخلیه شروع می شود - به پتانسیل آند و دمای گاز در لامپ بستگی دارد.

در سلول های فتوولتائیک یونی (پر از گاز)، از گاز برای به دست آوردن تقویت جریان به دلیل یونیزه شدن مولکول های گاز توسط فوتوالکترون ها استفاده می شود. پتانسیل آند هرگز به سطحی نمی رسد که تخلیه به خودی خود ادامه دهد و نیازی به انتشار فوتوالکترون از کاتد نداشته باشد.

دستگاه‌های الکترووکیوم (EVD) دستگاه‌هایی هستند که در آن‌ها جریان الکتریکی توسط جریانی از الکترون‌ها یا یون‌ها ایجاد می‌شود که در یک محیط خلاء یا گاز بی‌اثر حرکت می‌کنند. EVP به لامپ های کنترل شده الکترونیکی (EUL)، لوله های پرتو کاتدی (CRT)، دستگاه های تخلیه گاز (GDP) و دستگاه های فوتوالکتریک (فتوالکترونیک) تقسیم می شوند.

در EUL، جریان الکتریکی با حرکت الکترون‌ها در خلاء بالا (فشار گاز فقط 1.33 () Pa (mmHg)) از یک الکترود به الکترود دیگر تولید می‌شود. ساده ترین EUL یک دیود است.

دیود.یک دیود فقط شامل دو الکترود است: یک کاتد و یک آند. کاتد منبع الکترون های آزاد است. برای خروج الکترون ها از کاتد، باید به آنها انرژی اضافی داده شود که تابع کار نامیده می شود. الکترون ها این انرژی را زمانی دریافت می کنند که کاتد توسط جریان الکتریکی گرم شود. گسیل الکترون از کاتد گرم شده را گسیل ترمیونی می نامند.

بار فضایی منفی که توسط الکترون‌های ساطع شده از کاتد تشکیل می‌شود، میدان الکتریکی را در نزدیکی سطح آن ایجاد می‌کند، که از خروج الکترون‌ها از کاتد جلوگیری می‌کند و مانعی بالقوه در مسیرشان ایجاد می‌کند.

یک ولتاژ مثبت نسبت به کاتد به آند اعمال می شود که مانع پتانسیل در سطح کاتد را کاهش می دهد. الکترون هایی که انرژی آنها برای غلبه بر مانع پتانسیل کافی است، ناحیه بار فضایی را ترک می کنند، وارد میدان الکتریکی شتاب دهنده ولتاژ آند می شوند و به سمت آند حرکت می کنند و جریان آند ایجاد می کنند. با افزایش ولتاژ آند، جریان آند دیود نیز افزایش می یابد.

با ولتاژ آند منفی، سد پتانسیل در سطح کاتد افزایش می‌یابد، انرژی الکترون برای غلبه بر آن کافی نیست و جریان از دیود عبور نمی‌کند. این یکی از ویژگی های مهم دیود است - هدایت الکتریکی یک طرفه آن.

روی انجیر 3.1 نشان دادن کنوانسیون هادیودها و نمودارهای اتصال آنها به منبع ولتاژ آند.

تریود.بر خلاف دیود، یک تریود دارای سه الکترود است: یک کاتد، یک آند و یک شبکه (شکل 3.2، a، b). گرید واقع شده است

بین کاتد و آند در مجاورت کاتد. اگر یک ولتاژ منفی به شبکه اعمال شود (شکل 3.2، ج)، آنگاه مانع پتانسیل در کاتد افزایش می یابد و جریان آند کاهش می یابد. در برخی از ولتاژهای منفی شبکه، که ولتاژ خاموشی U CK .z an نامیده می شود، جریان آند به صفر کاهش می یابد. اگر یک ولتاژ مثبت به شبکه اعمال شود (شکل 3.2، d)، آنگاه میدان الکتریکی ایجاد شده توسط آن بین کاتد و شبکه منجر به کاهش مانع پتانسیل و افزایش جریان آند می شود.

با توجه به اینکه شبکه نسبت به آند به کاتد نزدیکتر است، ولتاژ اعمال شده به آن بر سد پتانسیل تأثیر می گذارد و جریان آند تریود بسیار قوی تر از ولتاژ آند با همان مقدار است. بنابراین، در ترایود، جریان آند با تغییر ولتاژ شبکه کنترل می شود و نه آند.

مشخصه های اصلی تریود خانواده هایی از خصوصیات شبکه آند استاتیک (انتقال) است که در ولتاژهای آند مختلف U a k (شکل 3.3، a) و مشخصات آند (خروجی) I a \u003d f (U ak) گرفته شده است. در ولتاژهای مختلف شبکه (شکل 3.3، ب).

معایب یک ترایود ظرفیت توان عملیاتی زیاد (خازن بین شبکه و آند) و بهره استاتیکی کم است. این کاستی ها با معرفی یک شبکه دوم در EUL برطرف می شوند.

تترود.این یک لامپ با کنترل الکترونیکی چهار الکترودی است که شامل یک کاتد، یک آند و دو شبکه است (شکل 3.4، a). شبکه اول، که در نزدیکی کاتد قرار دارد، مانند تریود برای کنترل جریان آند استفاده می شود و شبکه کنترل نامیده می شود. شبکه دوم که بین شبکه اول و آند قرار دارد، نوعی صفحه بین این الکترودها است. در نتیجه عمل محافظ شبکه دوم، ظرفیت توان عملیاتی لامپ به طور قابل توجهی کاهش می یابد و اثر ولتاژ آند بر روی

مانع بالقوه در سطح کاتد. بنابراین برای ایجاد حرکت جهت دار الکترون ها از کاتد به آند، یک ولتاژ مثبت U c 2 k به شبکه دوم به نام شبکه غربالگری اعمال می شود که برابر یا کمی کمتر از ولتاژ آند است. در این حالت بخشی از الکترون ها وارد شبکه غربالگری شده و جریان I c2 از این شبکه را ایجاد می کند.

برخورد الکترون ها به آند، الکترون های ثانویه را از آن بیرون می زند. هنگامی که (و چنین مواردی در حین کار تترود اتفاق می افتد)، الکترون های ثانویه توسط شبکه غربالگری جذب می شوند که منجر به افزایش جریان شبکه غربالگری و کاهش جریان آند می شود. این پدیده اثر دیناترون نامیده می شود. برای حذف اثر دیناترون، که ناحیه کاری EUL را محدود می کند، یک مانع بالقوه برای الکترون های ثانویه بین آند و شبکه غربالگری ایجاد می شود. چنین مانعی با افزایش چگالی شار الکترون به دلیل تمرکز آن در تترود پرتو (شکل 3.4، ب) یا با وارد کردن شبکه سوم بین شبکه غربالگری و آند، که به عنوان یک قاعده دارای پتانسیل صفر است، تشکیل می شود.

پنتود.یک EUL پنج الکترودی پنتود نامیده می شود (شکل 3.4، i). پتانسیل صفر شبکه سوم که آنتی دیناترون یا محافظ نامیده می شود توسط اتصال الکتریکیاو با کاتد

مشخصه های اصلی تترودها و پنتودها خانواده های آند استاتیک (خروجی) در و شبکه-آند در مشخصات است که با ولتاژ ثابت U c 2k گرفته شده و بر روی همان نمودار رسم می شوند (شکل 3.5).

پارامترهای مشخص کننده خواص تقویت کننده EUL عبارتند از:

شیب مشخصه شبکه آند

مقاومت داخلی (دیفرانسیل).

بهره استاتیک

پارامترهای S و، که دیفرانسیل نامیده می شوند، توسط رابطه به هم مرتبط می شوند.

لوله اشعه کاتونی

لوله های پرتو کاتدی (CRTs) دستگاه های الکترووکیوم الکترونیکی هستند که از جریانی از الکترون های متمرکز به شکل پرتو استفاده می کنند. این دستگاه ها به صورت لوله ای هستند که در جهت تیر کشیده شده اند. عناصر اصلی CRT یک استوانه یا فلاسک شیشه ای، یک نورافکن الکترونیکی، یک سیستم منحرف کننده و یک صفحه نمایش هستند (شکل 3.6).

سیلندر 7 برای حفظ خلاء لازم در CRT و محافظت از الکترودها در برابر مکانیکی و

تأثیرات آب و هوایی قسمتی از سطح داخلی سیلندر با یک لایه گرافیتی 8 به نام آکواداگ پوشیده شده است. یک ولتاژ مثبت نسبت به کاتد به آکواداگ اعمال می شود.

یک نورافکن الکترونیکی برای ایجاد یک پرتو الکترونی متمرکز (پرتو) با چگالی جریان مورد نیاز طراحی شده است. این شامل یک کاتد ترمیونیک 2 است که در داخل آن یک بخاری 1، یک الکترود کنترل 3، به نام مدولاتور، 4 اول و 5 آند دوم وجود دارد. مدولاتور و آندها به شکل استوانه های توخالی هم محور با کاتد استوانه ای ساخته می شوند.

مدولاتور به یک منبع ولتاژ منفی متصل است که از صفر تا چند ده ولت قابل تنظیم است. ولتاژهای مثبت به آندها اعمال می شود: چند صد ولت برای اولی و چندین کیلو ولت برای دوم.

یک میدان الکتریکی ناهمگن بین مدولاتور و اولین آند تشکیل می‌شود که تمام الکترون‌هایی را که از کاتد خارج شده‌اند و از سوراخ مدولاتور عبور کرده‌اند، در نقطه خاصی از محور CRT در حفره آند اول متمرکز می‌کند. چنین میدان الکتریکی را عدسی الکترواستاتیک می نامند.

یک عدسی الکترواستاتیک دوم بین آند اول و دوم تشکیل می شود. برخلاف اولین فوکوس کوتاه، فوکوس بلند است: تمرکز آن بر روی محور CRT در صفحه نمایشگر 9 قرار دارد.

تغییر در ولتاژ مدولاتور منجر به تغییر در تعداد الکترون‌هایی می‌شود که می‌توانند بر سد پتانسیل در کاتد غلبه کنند و وارد میدان الکتریکی شتاب‌دهنده اولین آند شوند. بنابراین، ولتاژ مدولاتور، چگالی پرتو الکترونی و روشنایی نقطه نورانی صفحه CRT را تعیین می کند. تمرکز پرتو بر روی صفحه نمایش CRT با تغییر میدان الکتریکی غیریکنواخت عدسی الکترواستاتیک دوم با تغییر ولتاژ آند اول به دست می آید.

سیستم انحراف برای هدایت پرتو الکترونی متمرکز به هر نقطه روی صفحه کار می کند. این امر با قرار دادن پرتو الکترونی در معرض یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی عرضی به دست می آید.

هنگامی که پرتو الکترونی توسط یک میدان الکتریکی منحرف می شود (انحراف الکترواستاتیک)، ولتاژهای انحرافی به دو جفت صفحه موازی عمود بر یکدیگر اعمال می شود. صفحات، میدان الکتریکی که بین آنها پرتو الکترونی را در جهت افقی منحرف می کند، صفحات انحرافی افقی یا صفحات X و در صفحات عمودی - انحراف عمودی یا صفحات Y نامیده می شوند.

پارامتر اصلی سیستم انحراف الکترواستاتیک، حساسیت انحراف S است که به عنوان نسبت انحراف نقطه نورانی روی صفحه CRT به ولتاژ انحراف تعریف می‌شود. برای CRT های مدرن S E = 0.1 ... 3 میلی متر / V.

همراه با الکترواستاتیک، انحراف مغناطیسی پرتو الکترونی نیز استفاده می شود. میدان مغناطیسی منحرف کننده توسط جریان عبوری از دو جفت سیم پیچ که به طور متقابل بر روی گردن CRT عمود هستند ایجاد می شود.

صفحه نمایش 9 لوله های اشعه کاتدی، که برای تبدیل سیگنال های الکتریکی به نور استفاده می شود، پوشانده شده اند ترکیب خاص- فسفری که با برخورد یک پرتو الکترونی متمرکز به آن می درخشد. سولفیدهای روی و روی - کادمیوم، سیلیکات روی (ویلمیت)، تنگستات های کلسیم و کادمیوم به عنوان فسفر استفاده می شود. به چنین صفحه نمایش هایی فلورسنت می گویند.

تنها بخشی از انرژی پرتو الکترونی صرف درخشش فسفر می شود. بقیه انرژی پرتو به الکترون های صفحه منتقل می شود و باعث انتشار الکترون ثانویه از سطح صفحه می شود. الکترون های ثانویه توسط آکواداگ جذب می شوند که معمولاً به صورت الکتریکی به آند دوم متصل می شود.

صفحه های CRT که برای به دست آوردن یک تصویر رنگی استفاده می شوند حاوی دانه های فسفر با درخشش آبی، قرمز و سبز هستند - سه تایی که به ترتیب خاصی چیده شده اند. در گردن لوله سه نورافکن الکترونیکی مستقل وجود دارد. آنها به گونه ای چیده شده اند که پرتوهای الکترونی آنها در فاصله ای از صفحه با یکدیگر قطع می شوند. در صفحه تقاطع پرتوها، یک ماسک سایه نصب شده است که تعداد زیادی سوراخ در آن وجود دارد. پس از عبور از سوراخ های ماسک، هر یک از پرتوهای الکترونی به عنصر سه گانه خود برخورد می کند (شکل 3.7).

در نتیجه اختلاط سه رنگ با روشنایی مختلف، درخششی از رنگ مورد نظر حاصل می شود.

علاوه بر شب تاب، صفحه نمایش دی الکتریک نیز وجود دارد. یک پرتو الکترونی که در امتداد چنین صفحه‌ای حرکت می‌کند، بارهای مختلفی را در بخش‌های آن ایجاد می‌کند، یعنی نوعی تسکین پتانسیل که می‌تواند برای مدت طولانی حفظ شود. صفحه نمایش دی الکتریک در CRT های حافظه استفاده می شود که پتانسیلوسکوپ نامیده می شود.

دستگاه های تخلیه گاز

اصل عملکرد دستگاه های تخلیه گاز (GDP) بر اساس پدیده های الکتریکی است که در یک محیط گازی رخ می دهد.

سیلندرهای شکست هیدرولیک با گازهای بی اثر (نئون، آرگون، هلیوم و غیره)، مخلوط آنها، هیدروژن یا بخار جیوه پر می شوند. در شرایط عادی، بیشتر اتم ها و مولکول های گاز از نظر الکتریکی خنثی هستند و گاز عایق خوبی است. افزایش دما، قرار گرفتن در معرض میدان های الکتریکی قوی یا ذرات با انرژی بالا باعث یونیزه شدن گاز می شود. یونیزاسیون گازی که هنگام برخورد الکترون های سریع پرواز با اتم های گاز خنثی اتفاق می افتد، یونیزاسیون ضربه ای نامیده می شود. با ظهور الکترون های آزاد و یون های مثبت همراه است که منجر به افزایش قابل توجهی در هدایت الکتریکی گاز می شود. یک گاز به شدت یونیزه شده پلاسما الکترون یون یا به سادگی پلاسما نامیده می شود.

در کنار فرآیند یونیزاسیون گاز، فرآیند معکوس نیز به نام نوترکیبی وجود دارد. از آنجایی که انرژی یک الکترون و یک یون مثبت از انرژی یک اتم خنثی بیشتر است، در حین ترکیب مجدد، بخشی از انرژی آزاد می شود که با درخشش گاز همراه است.

فرآیند پاس کردن جریان الکتریسیتهاز طریق گاز، تخلیه الکتریکی در گاز نامیده می شود. مشخصه جریان-ولتاژ شکاف تخلیه گاز در شکل نشان داده شده است. 3.8.

در یک ولتاژ U 3 که ولتاژ احتراق نامیده می شود، یونیزاسیون گاز به بهمن تبدیل می شود. مقاومت شکاف تخلیه گاز بین آند و کاتد به شدت کاهش می یابد و تخلیه درخششی در HF ظاهر می شود (بخش CD). ولتاژ احتراق U r که از تخلیه تابش پشتیبانی می کند تا حدودی کمتر از ولتاژ احتراق است. در تخلیه درخشان، یون‌های مثبت به سمت کاتد حرکت می‌کنند و با برخورد به سطح آن، تعداد الکترون‌های ساطع شده از آن در اثر گرما و ثانویه افزایش می‌یابد.

انتشار الکترون نوح از آنجایی که در این حالت نیازی به یونیزر خارجی نیست، تخلیه درخشش خودپایدار نامیده می شود، برخلاف تخلیه در بخش AB که برای ظاهر خود نیاز به یونیزر خارجی (تابش کیهانی، گسیل ترمیونی و غیره) دارد و نامیده می شود. غیر خود نگهدار با افزایش قابل توجه جریان، تخلیه قوس الکتریکی در شکستگی هیدرولیک (بخش EF) رخ می دهد. اگر تخلیه قوس توسط گسیل ترمیونی کاتد به دلیل گرم شدن آن توسط یون های مثبت برخورد با سطح پشتیبانی شود، تخلیه را خودپایدار می نامند. اگر تابش ترمیونی کاتد با گرم کردن آن از یک منبع ولتاژ خارجی ایجاد شود، تخلیه قوس غیرخودپایدار نامیده می شود.

تخلیه تابش همراه با درخشش گاز در استفاده می شود لامپ های نئون، علامت تخلیه گاز و نشانگرهای خطی، دیودهای زنر و برخی دیگر از شکستگی های هیدرولیکی.

نشانگرهای تخلیه گازنمادین نشانگرهای تخلیه گازاز یک سیلندر پر از گاز، ده کاتد و یک آند مشترک تشکیل شده است. کاتدها به شکل اعداد، حروف یا کاراکترهای دیگر هستند. ولتاژ از طریق یک مقاومت محدود کننده به آند و یکی از کاتدها اعمال می شود. یک تخلیه درخشان بین این الکترودها رخ می دهد که شکل کاتد دارد. با تعویض کاتدهای مختلف می توان علائم مختلفی را نمایش داد. نشانگرهای نشانه های بخش متنوع تر هستند. بنابراین، نشانگر تخلیه درخشش بخش IN-23، متشکل از 13 بخش، اجازه می دهد تا با تعویض مناسب کاتدها، هر عددی از 0 تا 9، یک حرف از الفبای روسی یا لاتین را برجسته کنید.

نشانگرهای تخلیه گاز خطی (LGI) اطلاعات مربوط به ولتاژ یا جریان در مدار را به صورت نقاط یا خطوط درخشان نمایش می دهند. موقعیت نقطه و طول خط با ولتاژ یا جریان در مدار متناسب است. سیستم الکترود LGI شکل استوانه ای کشیده ای دارد.

دیود زنر تخلیه گاز.دیود زنر (شکل 3.9، الف) دارای دو الکترود - کاتد 1، ساخته شده به شکل یک استوانه توخالی، و آند 3 به شکل یک میله نازک واقع در امتداد کاتد OSB است. برای کاهش ولتاژ احتراق، یک پایه کوچک 2 به نام الکترود احتراق در داخل کاتد جوش داده می شود.

عملکرد یک دیود زنر تخلیه تابش مبتنی بر حفظ ولتاژ سوزاندن تقریباً ثابت روی الکترودهای آن است، زمانی که جریان عبوری از دیود زنر به طور قابل توجهی تغییر می کند (بخش CD در شکل 3.8).

دیودهای زنر برای تثبیت ولتاژ در مدارهای DC استفاده می شوند.

تیراترون.یک شکست هیدرولیکی پیچیده تر، تیراترون است. این شامل یک کاتد، یک آند و یک یا چند الکترود کنترل به نام شبکه است. تیراترون می تواند در دو حالت پایدار باشد: نارسانا و رسانا. روی انجیر 3.9، b دستگاه تیراترون را با کاتد سرد از نوع MTX-90 نشان می دهد. تیراترون از یک کاتد استوانه ای 1، یک آند فلزی میله ای 2 و یک مش فلزی 3 تشکیل شده است که به شکل واشر ساخته شده است. هنگامی که یک ولتاژ مثبت کوچک نسبت به کاتد به شبکه اعمال می شود، یک تخلیه "آرام" کمکی بین شبکه و کاتد رخ می دهد. هنگامی که یک ولتاژ مثبت به آند اعمال می شود، تخلیه به آند منتقل می شود. هرچه جریان تخلیه کمکی در مدار شبکه بیشتر باشد، ولتاژ احتراق تیراترون کمتر است. پس از تخلیه بین کاتد و آند، تغییر ولتاژ شبکه بر قدرت جریان تیراترون تأثیر نمی گذارد و می توان جریان عبوری از تیراترون را با کاهش ولتاژ آند به مقدار کمتر از ولتاژ سوزان متوقف کرد.

تیراترون های تخلیه تابشی انرژی بسیار کمی مصرف می کنند، در محدوده دمایی وسیعی کار می کنند، به اضافه بارهای کوتاه مدت حساس نیستند و برای عمل آنی آماده هستند. با توجه به این ویژگی ها، آنها در دستگاه های پالس، ژنراتورها، برخی از گره های دستگاه های محاسبه، در تجهیزات رله، دستگاه های نمایشگر و غیره استفاده می شوند.

دستگاه های فتوالکتریک

دستگاه های فتوولتائیک وکیوم و تخلیه گاز شامل فتوسل ها و فتومولتیپلایرها هستند که اصل عملکرد آنها بر اساس استفاده از یک اثر فوتوالکتریک خارجی است.

فتوسل (شکل 3.10) دارای یک لامپ شیشه ای 2 است که در آن خلاء ایجاد می شود (فتوسل الکترووکیوم).

ment) یا که با یک گاز بی اثر پر شده است (فوتوسل تخلیه گاز) از یک آند و یک فوتوکاتد تشکیل شده است. فوتوکاتد سطح داخلی فلاسک 3 است (به استثنای یک منطقه کوچک - پنجره 1) که با آن پوشیده شده است. لایه ای از نقره که روی آن لایه ای از اکسید سزیم رسوب کرده است. آند 4 به شکل یک حلقه ساخته شده است تا با شار نور تداخل نداشته باشد. آند و کاتد دارای پایانه های 6 هستند که از نگهدارنده پلاستیکی 5 فلاسک عبور می کنند.

هنگامی که یک فوتوکاتد با یک شار نوری روشن می شود، الکترون ها از آن خارج می شوند. اگر یک ولتاژ مثبت نسبت به کاتد به آند اعمال شود، الکترون‌های کوبیده شده از فوتوکاتد به آند جذب می‌شوند و جریان نوری I f در مدار آن ایجاد می‌شود. وابستگی جریان نوری به شار نور Ф، نور در هکتار نامیده می شود.

ویژگی های فتوسل جریان نوری همچنین به ولتاژ U اعمال شده بین فوتوکاتد و آند بستگی دارد. به این وابستگی آند CVC می گویند. دارای یک ناحیه اشباع مشخص است که جریان نور کمی به ولتاژ آند بستگی دارد (شکل 3.11، a)

در فتوسل های تخلیه گاز، افزایش ولتاژ U باعث یونیزاسیون گاز و افزایش جریان نوری می شود (شکل 3.11، ب).

با توجه به مقدار کم جریان نور (تا چندین ده میکرو آمپر برای فتوسل های خلاء و چندین میکرو آمپر برای فتوسل های تخلیه گاز)، از فتوسل ها معمولاً با تقویت کننده های لوله یا ترانزیستور استفاده می شود.

یک لوله فتو ضرب‌کننده (PMT) یک EEW است که در آن جریان انتشار فوتوالکترون با انتشار الکترون ثانویه تقویت می‌شود. در محفظه شیشه ای PMT (شکل 3.12) که در آن خلاء بالایی برقرار است، علاوه بر فوتوکاتد K و آند A، الکترودهای اضافی نیز وجود دارد که تابشگر الکترون های ثانویه هستند و داینود نامیده می شوند. تعداد داینودها در یک PMT می تواند به 14 برسد. ولتاژهای مثبت به داینودها اعمال می شود و با افزایش فاصله از فوتوکاتد، ولتاژ داینود افزایش می یابد. ولتاژ بین داینودهای مجاور حدود 100 ولت است. هنگامی که فوتوکاتد روشن می شود، الکترون ها از سطح آن خارج می شوند که با حذف الکتریکی توسط میدان اول شتاب می گیرند.

داینودها و بر روی دینود اول می افتند و الکترون های ثانویه را از آن خارج می کنند. تعداد دومی چندین برابر بیشتر از تعداد الکترون های ساطع شده از فوتوکاتد است. تحت تأثیر میدان الکتریکی بین داینود اول و دوم، الکترون‌هایی که از داینود اول به بیرون پریده‌اند، روی داینود دوم D2 می‌افتند و الکترون‌های ثانویه را از آن خارج می‌کنند. تعداد الکترون های ثانویه کوبیده شده از داینود D2 چندین برابر تعداد الکترون هایی است که به آن برخورد می کنند. بنابراین، افزایش تعداد الکترون‌های ثانویه در هر داینود اتفاق می‌افتد. در نتیجه، در PMT یک تقویت چندگانه از جریان نوری کاتدی وجود دارد که به آنها اجازه می دهد تا برای اندازه گیری شارهای نور بسیار کم استفاده شوند. جریان خروجی PMT به چند ده میلی آمپر می رسد.

سوالات و وظایف را کنترل کنید

1. اصل کنترل جریان آند در EUL با استفاده از ولتاژ شبکه کنترل را توضیح دهید.

2. قسمت های اصلی یک CRT با فرمان پرتو الکترواستاتیک را نام ببرید و هدف آنها را توضیح دهید.

3-انواع اصلی دستگاه ها و مناطق تخلیه گاز را نام ببرید
برنامه های کاربردی آنها

4. دادن توضیح مختصراثر فوتوالکتریک خارجی چگونه
چگونه از این پدیده در فتوسل و فتومولتیپلایر استفاده می شود؟

اطلاعات مشابه

دستگاه های الکترو وکیوم به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. با کمک این دستگاه ها می توان انرژی الکتریکی یک نوع را به انرژی الکتریکی از نوع دیگر تبدیل کرد که از نظر شکل، بزرگی و فرکانس جریان یا ولتاژ و همچنین انرژی تابش به انرژی الکتریکی و بالعکس متفاوت است.

با کمک دستگاه های الکترو وکیومپرس دیوار تولد گورکلاما ورونژ.

می توان تنظیم مقادیر مختلف الکتریکی، نوری و غیره را به صورت روان یا مرحله ای، با سرعت بالا یا کم و با هزینه های انرژی کم برای خود فرآیند تنظیم انجام داد، یعنی بدون کاهش قابل توجه در راندمان، مشخصه بسیاری از روش های دیگر. تنظیم و کنترل

این مزایای دستگاه های الکترووکیوم منجر به استفاده از آنها برای یکسوسازی، تقویت، تولید و تبدیل فرکانس جریان های مختلف الکتریکی، اسیلوگرافی پدیده های الکتریکی و غیر الکتریکی، کنترل و تنظیم خودکار، انتقال و دریافت تصاویر تلویزیونی، اندازه گیری های مختلفو سایر فرآیندها

دستگاه های الکترو وکیوم دستگاه هایی هستند که در آنها فضای کار، جدا شده توسط پوسته ضد گاز، دارای درجه بالانادر یا پر شده با یک محیط خاص (بخارها یا گازها) و عمل آن بر اساس استفاده از پدیده های الکتریکی در خلاء یا گاز است.

دستگاه های الکترو وکیوم به دستگاه های الکترونیکی تقسیم می شوند که در آنها جریان کاملاً الکترونیکی در خلاء عبور می کند و دستگاه های یونی (تخلیه گاز) که با تخلیه الکتریکی در گاز یا بخار مشخص می شوند.

در دستگاه های الکترونیکی عملاً یونیزاسیون وجود ندارد و اگر به میزان کمی مشاهده شود تأثیر محسوسی در عملکرد این دستگاه ها ندارد. کمیاب شدن گاز در این دستگاه ها با فشار گازهای باقیمانده کمتر از 10-6 میلی متر جیوه تخمین زده می شود. هنر، مشخصه خلاء بالا.

در دستگاه های یونی فشار گازهای باقیمانده 10-3 میلی متر جیوه است. هنر و بالاتر. در چنین فشاری، بخش قابل توجهی از الکترون‌های متحرک با مولکول‌های گاز برخورد می‌کنند که منجر به یونیزه شدن می‌شود و بنابراین، در این دستگاه‌ها، فرآیندها الکترون-یون هستند.

عملکرد دستگاه های الکترو وکیوم رسانا (بدون تخلیه) بر اساس استفاده از پدیده های مرتبط با جریان الکتریکی در هادی های جامد یا مایع در یک گاز کمیاب است. در این دستگاه ها تخلیه الکتریکی در گاز یا خلاء وجود ندارد.

دستگاه های الکترو وکیوم بر اساس معیارهای مختلفی تقسیم بندی می شوند. یک گروه خاص لوله های خلاء هستند، یعنی دستگاه های الکترونیکی که برای دگرگونی های مختلف طراحی شده اند مقادیر الکتریکی. این لامپ ها با توجه به هدف خود ژنراتور، تقویت کننده، یکسو کننده، مبدل فرکانس، آشکارساز، اندازه گیری و غیره هستند که اکثر آنها برای کار در حالت پیوسته طراحی شده اند، اما لامپ هایی برای حالت پالسی نیز تولید می کنند. آنها تکانه های الکتریکی، یعنی جریان های کوتاه مدت ایجاد می کنند، مشروط بر اینکه مدت زمان تکانه ها بسیار کمتر از فواصل بین تکانه ها باشد.

دستگاه های الکترووکیوم نیز بر اساس بسیاری از معیارهای دیگر طبقه بندی می شوند: بر اساس نوع کاتد (گرم یا سرد)، طراحی سیلندر (شیشه ای، فلزی، سرامیکی یا ترکیبی)، بر اساس نوع خنک کننده (طبیعی، یعنی تابشی، اجباری). هوا، آب).

مقدمه
عنوان فرعی این کتاب - «بهترین راه‌های پیشگیری از جرم» - به طور خاص به این معناست: 1) راه‌هایی برای رهایی از بلای هشدار نادرست. 2) درک توسط کارکنان امنیتی ...

طرح های منبع تغذیه برای لامپ های فلورسنت
لامپ های فلورسنت به صورت سری با راکتانس القایی (چوک) به شبکه متصل می شوند که تثبیت جریان متناوب در لامپ را تضمین می کند. واقعیت این است که تخلیه الکتریکی در گاز ...

پشتیبانی و نگهداری علمی - فنی
وقتی به یکی از دوستانم گفتم می‌خواهم ماشین بخرم، گفت: باید اینجوری ماشین بخری، چون مشکلی برای تعمیر ندارد، همیشه می‌توان لوازم یدکی آن را پیدا کرد. &به...

دستگاه های الکترو وکیوم شامل دستگاه های الکتریکی است که عملکرد آنها بر اساس استفاده از جریان است بارهای الکتریکیدر خلاء یا در یک محیط گاز کمیاب.

منظور از خلاء حالت گاز، به ویژه هوا، در فشاری کمتر از فشار اتمسفر است. اگر الکترون ها آزادانه در فضا حرکت کنند، بدون اینکه با مولکول های باقی مانده پس از پمپاژ گاز برخورد کنند،

صحبت از خلاء بالا

دستگاه های الکترو وکیوم به الکترونیکی تقسیم می شوند که در آن جریان الکتریکی در خلاء مشاهده می شود و یونی (تخلیه گاز) که با تخلیه الکتریکی در گاز (یا بخار) مشخص می شود. در دستگاه‌های الکترونیکی، یونیزاسیون عملاً وجود ندارد و فشار گاز کمتر از 100 µPa (10-6-10-7 میلی‌متر جیوه) نیست.

در دستگاه های یونی فشار 133×10-3 Pa (10-3 میلی متر جیوه) و بالاتر است. در

در این حالت قسمت قابل توجهی از الکترون های متحرک با مولکول های گاز برخورد کرده و آنها را یونیزه می کند.

دستگاه های الکترونیکی را لوله های خلاء می نامند.

طبقه بندی دستگاه های الکترونیکی بر اساس معیارهای زیر انجام می شود:

هدف و دامنه،

تعداد الکترودها

نوع کاتد (گرمایش مستقیم یا غیر مستقیم)

روش کنترل جریان الکترونیکی

دستگاه های الکترونیکی به دو دسته تقسیم می شوند:

1. لامپ های یکسو کننده (کنوترون) طراحی شده برای تبدیل

جریان متناوب به جریان مستقیم

2. لامپ های دریافت کننده تقویت کننده طراحی شده برای تقویت و تبدیل

تشکیل نوسانات با فرکانس بالا در گیرنده ها و بهبود نوسان

ممنوعیت فرکانس پایین در گیرنده ها و تقویت کننده ها.

بسته به تعداد الکترودها، لامپ های تقویت کننده گیرنده به موارد زیر تقسیم می شوند:

دو الکترود (دیود)، دارای دو الکترود - یک کاتد و یک آند (دیودها برای تشخیص (اصلاح) جریان های فرکانس بالا، تبدیل جریان های فرکانس پایین و کنترل های مختلف خودکار استفاده می شوند.

سه الکترود (تریود)، که علاوه بر کاتد و آند، دارای یک الکترود سوم، یک شبکه کنترل است (تریودها برای تقویت نوسانات فرکانس پایین و در بسیاری از مدارهای خاص استفاده می شوند).

چهار الکترود (تترود) دارای یک کاتد، یک آند و دو شبکه (تترودها برای تقویت قدرتمند نوسانات فرکانس پایین استفاده می شوند).

پنج الکترود (پنتود) دارای یک کاتد، یک آند و سه شبکه (پنتود برای تقویت نوسانات فرکانس بالا و پایین استفاده می شود، پنتدهای قدرتمند برای تقویت قدرت نوسانات فرکانس پایین استفاده می شود).

چند الکترود (چهار شبکه - هگزود، پنج شبکه - هپتود، شش شبکه - اکتود) برای تبدیل فرکانس در گیرنده ها استفاده می شود.

ترکیبی، حاوی دو یا چند سیستم الکترود با مستقل

جریان های الکترون های من انواع زیر از لوله های خلاء ترکیبی وجود دارد: دو دیود، دو تریود، دو تترود، دوبل

دیود - تریود، دیود دوگانه - تترود، دیود - تترود، دیود - پنتود، دوبل

دیود - پنتود، تریود - پنتود، تترود پرتو دوبل و غیره.

3. ژنراتور و لامپ های مدوله. این لامپ ها از تقویت کننده های گیرنده قدرتمندتر هستند. آنها برای تولید نوسانات فرکانس بالا، تقویت این نوسانات در توان و برای مدولاسیون استفاده می شوند.

لامپ های ژنراتور و مدولاتور سه الکترود، چهار

الکترود و پنج الکترود.

4. لامپ های فرکانس فوق العاده بالا که به طور خاص برای عملکرد در محدوده موج فوق العاده کوتاه (VHF) طراحی شده اند. برخی از این لامپ ها بر اساس همان اصل کار می کنند لامپ های معمولی، و فقط از نظر اندازه با آنها متفاوت است. قسمت دیگری از لامپ های باند VHF طراحی خاصی دارد. سرانجام،

در محدوده VHF از کلیسترون و مگنترون استفاده می شود که عملکرد آنها بر اساس اصول کاملا متفاوتی نسبت به عملکرد یک لوله الکترونی معمولی است.

برنج. 1.1 ظاهربرخی از انواع لامپ:

الف و ب - لامپ های شیشه ای تقویت کننده. ج - مینی بی اساس

لامپ tyurnaya; g - لامپ تقویت کننده گیرنده فلز. e -

لامپ بی پایه شیشه ای با قدرت بالا; سرم های الکترونیکی -

نبض کالیک

5. دستگاه های پرتو الکترونی. اینها عبارتند از کینسکوپ (لوله های دریافت کننده تلویزیون)، لوله های تلویزیون فرستنده، لوله های اسیلوسکوپ و ذخیره سازی، لوله های تقویت کننده تصویر، سوئیچ های پرتو کاتدی، لوله های نشانگر ایستگاه های رادار و هیدروآکوستیک و غیره.

ظاهر برخی از انواع لامپ ها در شکل نشان داده شده است. 1.1.

دستگاه های الکترو وکیوم نیز طبقه بندی می شوند:

1. با توجه به جنس و طراحی سیلندر:

شیشه؛

فلز؛

سرامیک؛

ترکیب شده.

2. بر اساس نوع خنک کننده:

طبیعی یا درخشان؛

اجباری - هوا، آب، بخار.

طبقه بندی دستگاه های تخلیه گاز با توجه به نوع تخلیه در گاز انجام می شود. سه نوع دستگاه تخلیه گاز در تجهیزات مهندسی رادیو استفاده می شود:

الف) دستگاه های تخلیه برق. این دستگاه ها دارای سرمایش هستند نه گرم کننده

کاتد استفاده می شود و عمدتا برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود.

ب) دستگاه های تخلیه قوس الکتریکی با کاتد گرم نشده مایع یا جامد.

ج) دستگاه های تخلیه قوس الکتریکی با کاتد گرم شده مصنوعی. این دستگاه ها برای یکسو کردن AC به DC و

طرح های کنترل مختلف و اتوماسیون.